JP2004297665A - Wireless receiver and communication control method - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数のアンテナ素子を有するアレーアンテナにより無線信号を受信する無線受信装置、通信制御方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、移動通信システムでは、基地局が複数のアンテナ素子からなるアレーアンテナを備え、送受信の指向性パターンを形成し、移動局(携帯端末)の移動に追従する制御を行なっている。また、携帯電話機等の携帯端末の対基地局追従性能(基地局との間で無線通信接続を維持し続ける能力)が、通信品質面でますます重要となっている。このため、携帯端末が基地局と同様にアレーアンテナを備え、送受信の指向性パターンを形成するものもある。
【0003】
従来のアレーアンテナ指向性制御方法として、例えば、最小平均二乗誤差(MMSE;Minimumu Mean−Squared Error)に基づいた適応アルゴリズム(RLSアルゴリズム、SMIアルゴリズム、LMSアルゴリズム等)を用いるものが知られている。この方法では、基地局から受信した受信信号と参照信号について、その二乗誤差を最小化するように、アレーアンテナの指向性パターンを形成するための各アンテナ素子の重み係数を適応アルゴリズムにより計算して求める。これにより、干渉波の到来方向にヌル点を向かせ、さらに所望波の到来方向にメインビームを向かせるようにアレーアンテナの指向性を制御している(例えば、非特許文献1参照)。
【0004】
【非特許文献1】
菊間信良著,「アレーアンテナによる適応信号処理」,株式会社科学技術出版,1998年11月
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上述した従来の技術では、アレーアンテナのアンテナ素子数が少ないと、多数の干渉波による影響をキャンセルしきれず、所望波の信号を効率よく受信することができないという問題がある。特に、携帯端末等の小型の無線装置では、アンテナ素子数が少なく、干渉波の数が多い移動通信において十分に干渉波をキャンセルすることが難しく、通信品質に悪影響を及ぼす虞がある。
【0006】
また、従来、アンテナ素子は円周上に配置されている(アンテナ素子が4つの場合は正方形の各頂点に配置と同じ)。このため、あるアンテナ素子が対向するアンテナ素子により遮蔽される状況が発生することがある。すると、有効なアンテナ素子数が実際の素子数より少ない状態となり、電波受信能力が低下する。例えば、実際のアンテナ素子数が4の場合、有効な素子数が2〜3になる。この結果、電波受信能力が低下し、干渉をキャンセルする能力が悪化し、通信品質に及ぼす悪影響の度合いが増加する。
【0007】
本発明は、このような事情を考慮してなされたもので、その目的は、所望波の信号を効率よく受信することにより、通信品質の向上を図ることができる無線受信装置、通信制御方法を提供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために、請求項1に記載の無線受信装置は、複数のアンテナ素子を有するアレーアンテナにより無線信号を受信する無線受信装置において、前記アレーアンテナを回転させる回転手段と、前記回転手段を駆動する駆動手段と、前記受信信号に基づいて所望波の到来方向を検出する到来方向検出手段と、前記検出された到来方向と前記アレーアンテナの受信能力が最大になる前記アレーアンテナの向きとが一致するように、前記駆動手段を制御して前記アレーアンテナの回転を制御するアレー回転制御手段と、前記受信信号に基づき適応アルゴリズムにより、受信品質を最適化するように前記アンテナ素子毎の重み係数を算出する重み制御手段と、前記重み係数により前記受信信号を制御する受信制御手段とを備えたことを特徴としている。
【0009】
請求項2に記載の無線受信装置においては、前記複数のアンテナ素子は直列に配置され、前記アレー回転制御手段は、前記検出された到来方向と前記複数のアンテナ素子の配列方向に対する直角方向とが一致するように、前記回転制御を行うことを特徴とする。
【0010】
請求項3に記載の無線受信装置においては、前記重み制御手段は、前記受信制御手段の出力信号と所定の参照信号との誤差に基づいて、前記受信制御手段の出力信号の受信品質を示す値が最良になるように(例えばSINR値(Signal to Interference and Noise power Ratio)が最大になるように)、前記重み係数を制御することを特徴とする。
【0011】
請求項4に記載の無線受信装置においては、前記重み制御手段は、前記検出された到来方向に基づき、ビームステアリングアルゴリズムにより、該到来方向に前記アレーアンテナの受信指向性パターンのメインビームを向かせるように前記重み係数を制御することを特徴とする。
【0012】
請求項5に記載の通信制御方法は、複数のアンテナ素子を有するアレーアンテナと、前記アレーアンテナを回転させる回転手段と、前記回転手段を駆動する駆動手段とを備え、前記アレーアンテナにより無線信号を受信する無線受信装置における通信制御方法であって、前記受信信号に基づいて所望波の到来方向を検出する過程と、前記検出された到来方向と前記アレーアンテナの受信能力が最大になる前記アレーアンテナの向きとが一致するように、前記駆動手段を制御して前記アレーアンテナの回転を制御する過程と、前記受信信号に基づき適応アルゴリズムにより、受信品質を最適化するように前記アンテナ素子毎の重み係数を算出する過程と、前記重み係数により前記受信信号を制御する過程とを含むことを特徴としている。
【0013】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照し、本発明の一実施形態について説明する。
図1は、本発明の一実施形態による無線受信装置100の構成を示すブロック図である。この無線受信装置100は、例えば無線通信システムの移動局として使用される携帯端末、あるいは無線基地局装置に具備される。
【0014】
図1において、無線受信装置100は、複数のアンテナ素子ANT−1〜Nからなるアレーアンテナ1と、回転部2と、モーター3と、アレー回転制御部4と、無線部5と、到来方向検出部6と、重み制御部7と、各アンテナ素子ANT−1〜Nに対応して設けられている乗算器8と、加算器9と、減算器10とを有する。
【0015】
アレーアンテナ1は、アンテナ素子ANT−1〜Nが直列に配置された直列アレーアンテナである。回転部2は、アレーアンテナ1を回転させる。この回転範囲は、アンテナ素子ANT−1〜Nの配列面内の360°である。モーター3は、回転部2を駆動する。アレー回転制御部4は、モーター3を制御してアレーアンテナ1の回転を制御する。この回転制御は、到来方向検出部6から通知される所望波の到来方向と、アンテナ素子ANT−1〜Nの配列方向(以下、アレー配列方向と称する)とが直角となるように行われる。すなわち、所望波の到来方向とアレー配列方向に対する直角方向とが一致するように、アレーアンテナ1が回転される。アレー配列方向に対する直角方向は、アレーアンテナ1の受信能力が最大になる方向である。
【0016】
無線部5は、ローノイズ増幅器、ダウンコンバータ等を備え、アレーアンテナ1で受信されたアレー素子受信信号A1〜ANを高周波から低周波(例えばベースバンド周波数)に変換し、さらに増幅し、受信信号B1〜BNとして出力する。受信信号B1〜BNは、到来方向検出部6と重み制御部7と対応する乗算器8に入力される。
【0017】
到来方向検出部6は、入力された受信信号B1〜BNに基づいて、所望波の到来方向を検出する。この検出された到来方向は、アレー配列方向に対する相対的な方向である。例えば、アレー配列方向に対する直角方向が0°、即ちアレー配列方向が90°として予め設定され、これを基準にして所望波の到来方向を示す相対角度が求められる。到来方向検出部6によって検出された所望波の到来方向を示す相対角度は、アレー回転制御部4及び重み制御部7に出力される。そして、アレー回転制御部4は、常時、所望波の到来方向(相対角度)とアレー配列方向に対する直角方向(0°)とが一致するように、アレーアンテナ1の回転を制御する。これにより、例えば移動局である無線受信装置100が移動しても、所望波の到来方向にアレーアンテナ1の受信能力が最大になるアレーアンテナ1の向きが追従することとなり、受信品質が向上する。
【0018】
上記到来方向検出部6における所望波到来方向の検出には、一般的に、例えばMUSIC(MUltiple Signal Classification)などのアルゴリズムが利用可能である。また、特定の無線通信方式、例えばパイロット信号が含まれるCDMA方式に特化した方法などを利用することも可能である。
【0019】
重み制御部7は、入力された受信信号B1〜BNに基づき適応アルゴリズムにより、受信品質を最適化するようにアンテナ素子毎の重み係数W1〜WNを算出する。これら重み係数W1〜WNは、各々対応する乗算器8により受信信号B1〜BNと乗算される。これら乗算後の信号は加算器9により加算される。この加算後の信号はアレー出力信号として出力される。これにより、受信品質が最適となる受信指向性パターンが形成される。
減算器10は所定の参照信号とアレー出力信号の誤差を求め、この誤差信号を重み制御部7に出力する。
【0020】
上記重み制御部7は、例えば、入力された受信信号及び参照信号との誤差信号とに基づき、アレー出力信号のSINR値(Signal to Interference and Noise power Ratio)が最大になるように重み係数W1〜WNを制御する。この重み制御アルゴリズムとして、アレー出力信号のSINR値を最大にすることができるMMSEベースの適応アルゴリズム、例えばLMS、RLS、SMIなどが利用可能である。
又は、重み制御部7は、到来方向検出部6から入力された所望波の到来方向を示す相対角度に基づき、ビームステアリングアルゴリズムにより、所望波の到来方向にアレーアンテナ1の受信指向性パターンのメインビームを向かせるように重み係数W1〜WNを制御する。
【0021】
上述したように本実施形態によれば、所望波の到来方向にアレーアンテナ1の受信能力が最大になるアレーアンテナ1の向きが追従し、さらに、受信品質が最適となる受信指向性パターンが形成される。これにより、所望波の信号を効率よく受信することができ、通信品質が向上する。
【0022】
また、複数のアンテナ素子を直列に配置して直列アレーアンテナを構成し、所望波の到来方向と該アレーアンテナのアレー配列方向に対する直角方向とが一致するように、アレーアンテナが回転される。これにより、アンテナ素子間で遮蔽が生じることが防止され、電波受信能力を良好に維持することができる。
【0023】
なお、上述した実施形態において、アレーアンテナ1は送受信で切替えて使用するものであってもよい。
【0024】
なお、上述した実施形態においては、各アンテナ素子ANT−1〜Nに対応して設けられている乗算器8と加算器9が受信制御手段に対応する。
【0025】
以上、本発明の実施形態を図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。
【0026】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、所望波の到来方向にアレーアンテナの受信能力が最大になるアレーアンテナの向きが追従し、さらに、受信品質が最適となる受信指向性パターンが形成されるので、所望波の信号を効率よく受信することができ、通信品質が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態による無線受信装置100の構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
1…アレーアンテナ、2…回転部、3…モーター、4…アレー回転制御部、5…無線部、6…到来方向検出部、7…重み制御部、8…乗算器、9…加算器、10…減算器、100…無線受信装置、ANT−1〜N…アンテナ素子[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a wireless reception device and a communication control method for receiving a wireless signal using an array antenna having a plurality of antenna elements.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art Conventionally, in a mobile communication system, a base station includes an array antenna including a plurality of antenna elements, forms a directivity pattern for transmission and reception, and performs control for following the movement of a mobile station (portable terminal). In addition, the performance of a mobile terminal such as a mobile phone to follow a base station (the ability to maintain a wireless communication connection with a base station) has become increasingly important in terms of communication quality. For this reason, some mobile terminals are provided with an array antenna like a base station and form a directivity pattern for transmission and reception.
[0003]
As a conventional array antenna directivity control method, for example, a method using an adaptive algorithm (RLS algorithm, SMI algorithm, LMS algorithm, etc.) based on a minimum mean square error (MMSE) is known. In this method, for the reception signal and the reference signal received from the base station, the weighting factor of each antenna element for forming the directivity pattern of the array antenna is calculated by an adaptive algorithm so as to minimize the square error. Ask. Thereby, the directivity of the array antenna is controlled so that the null point is directed in the direction of arrival of the interference wave and the main beam is directed in the direction of arrival of the desired wave (for example, see Non-Patent Document 1).
[0004]
[Non-patent document 1]
Nobuyoshi Kikuma, "Adaptive signal processing by array antenna", Science and Technology Publishing Co., Ltd., November 1998 [0005]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the above-described conventional technique, if the number of antenna elements of the array antenna is small, the effect of a large number of interference waves cannot be completely canceled, and a signal of a desired wave cannot be received efficiently. In particular, in a small wireless device such as a mobile terminal, it is difficult to sufficiently cancel an interference wave in mobile communication having a small number of antenna elements and a large number of interference waves, which may adversely affect communication quality.
[0006]
Conventionally, the antenna elements are arranged on the circumference (in the case of four antenna elements, they are arranged at the vertices of a square). Therefore, a situation may occur in which a certain antenna element is shielded by the opposing antenna element. Then, the number of effective antenna elements becomes smaller than the actual number of elements, and the radio wave receiving capability decreases. For example, when the actual number of antenna elements is four, the number of effective elements is two to three. As a result, the ability to receive radio waves decreases, the ability to cancel interference deteriorates, and the degree of adverse effects on communication quality increases.
[0007]
The present invention has been made in view of such circumstances, and an object of the present invention is to provide a wireless reception device and a communication control method capable of improving communication quality by efficiently receiving a signal of a desired wave. To provide.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problem, the wireless receiving device according to
[0009]
In the wireless receiving device according to
[0010]
4. The radio receiving apparatus according to claim 3, wherein the weight control unit is configured to determine a reception quality of the output signal of the reception control unit based on an error between the output signal of the reception control unit and a predetermined reference signal. (E.g., so that the SINR value (Signal to Interference and Noise power Ratio) becomes maximum).
[0011]
In the wireless receiving apparatus according to claim 4, the weight control means directs the main beam of the reception directivity pattern of the array antenna in the direction of arrival by a beam steering algorithm based on the detected direction of arrival. The weight coefficient is controlled as described above.
[0012]
The communication control method according to
[0013]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a block diagram illustrating a configuration of a
[0014]
In FIG. 1, a
[0015]
The
[0016]
The
[0017]
The arrival
[0018]
In general, an algorithm such as MUSIC (Multiple Signal Classification) can be used to detect the arrival direction of a desired wave in the
[0019]
The weight control unit 7 calculates weight coefficients W1 to WN for each antenna element so as to optimize reception quality by an adaptive algorithm based on the input received signals B1 to BN. These weighting factors W1 to WN are multiplied by received signals B1 to BN by corresponding
The
[0020]
The weight control unit 7, for example, based on the input received signal and the error signal with the reference signal, sets the weight coefficients W1 to W1 so that the SINR value (Signal to Interference and Noise power Ratio) of the array output signal is maximized. Control WN. As the weight control algorithm, an MMSE-based adaptive algorithm capable of maximizing the SINR value of the array output signal, for example, LMS, RLS, SMI, or the like can be used.
Alternatively, based on the relative angle indicating the arrival direction of the desired wave input from the arrival
[0021]
As described above, according to the present embodiment, the direction of the
[0022]
Also, a plurality of antenna elements are arranged in series to form a series array antenna, and the array antenna is rotated such that the arrival direction of a desired wave coincides with the direction perpendicular to the array arrangement direction of the array antenna. As a result, it is possible to prevent shielding between the antenna elements, and it is possible to maintain good radio wave receiving capability.
[0023]
In the above-described embodiment, the
[0024]
In the embodiment described above, the
[0025]
As described above, the embodiment of the present invention has been described in detail with reference to the drawings. However, the specific configuration is not limited to this embodiment, and includes a design change or the like without departing from the gist of the present invention.
[0026]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, the direction of the array antenna that maximizes the receiving capability of the array antenna follows the arrival direction of the desired wave, and further, a reception directivity pattern that optimizes the reception quality is formed. Therefore, the signal of the desired wave can be received efficiently, and the communication quality is improved.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram illustrating a configuration of a
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記アレーアンテナを回転させる回転手段と、
前記回転手段を駆動する駆動手段と、
前記受信信号に基づいて所望波の到来方向を検出する到来方向検出手段と、
前記検出された到来方向と前記アレーアンテナの受信能力が最大になる前記アレーアンテナの向きとが一致するように、前記駆動手段を制御して前記アレーアンテナの回転を制御するアレー回転制御手段と、
前記受信信号に基づき適応アルゴリズムにより、受信品質を最適化するように前記アンテナ素子毎の重み係数を算出する重み制御手段と、
前記重み係数により前記受信信号を制御する受信制御手段と、
を備えたことを特徴とする無線受信装置。In a wireless receiving device that receives a wireless signal by an array antenna having a plurality of antenna elements,
Rotating means for rotating the array antenna;
Driving means for driving the rotating means,
Arrival direction detection means for detecting the arrival direction of the desired wave based on the received signal,
Array rotation control means for controlling the driving means to control the rotation of the array antenna, so that the detected direction of arrival and the orientation of the array antenna at which the receiving capability of the array antenna is maximized,
A weight control unit that calculates a weight coefficient for each antenna element so as to optimize reception quality by an adaptive algorithm based on the received signal,
Reception control means for controlling the reception signal by the weight coefficient,
A wireless receiving device comprising:
前記アレー回転制御手段は、前記検出された到来方向と前記複数のアンテナ素子の配列方向に対する直角方向とが一致するように、前記回転制御を行う
ことを特徴とする請求項1に記載の無線受信装置。The plurality of antenna elements are arranged in series,
2. The radio reception apparatus according to claim 1, wherein the array rotation control unit performs the rotation control such that the detected arrival direction and a direction perpendicular to an arrangement direction of the plurality of antenna elements coincide with each other. apparatus.
前記受信信号に基づいて所望波の到来方向を検出する過程と、
前記検出された到来方向と前記アレーアンテナの受信能力が最大になる前記アレーアンテナの向きとが一致するように、前記駆動手段を制御して前記アレーアンテナの回転を制御する過程と、
前記受信信号に基づき適応アルゴリズムにより、受信品質を最適化するように前記アンテナ素子毎の重み係数を算出する過程と、
前記重み係数により前記受信信号を制御する過程と、
を含むことを特徴とする通信制御方法。A communication control method in a wireless receiving device, comprising: an array antenna having a plurality of antenna elements; a rotating unit for rotating the array antenna; and a driving unit for driving the rotating unit, wherein a wireless signal is received by the array antenna. hand,
Detecting the arrival direction of the desired wave based on the received signal,
Controlling the driving means to control the rotation of the array antenna so that the direction of the detected arrival direction and the direction of the array antenna at which the receiving capability of the array antenna is maximized match;
A step of calculating a weight coefficient for each antenna element so as to optimize reception quality by an adaptive algorithm based on the received signal,
Controlling the received signal with the weighting factor;
A communication control method comprising:
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