JP2004304528A

JP2004304528A - Weight coefficient calculation apparatus, weight coefficient calculation method, and adaptive array antenna system

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Publication number: JP2004304528A
Application number: JP2003095362A
Authority: JP
Inventors: Tadayuki Fukuhara; 忠行福原; Hiroshi En; 浩袁
Original assignee: Kyocera Corp; KDDI Corp
Current assignee: Kyocera Corp; KDDI Corp
Priority date: 2003-03-31
Filing date: 2003-03-31
Publication date: 2004-10-28
Anticipated expiration: 2023-03-31
Also published as: JP4121882B2

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To enhance the accuracy of a weight coefficient with respect to a demodulated data signal by using an unknown signal radio-transmitted adjacent to the demodulated data signal so as to optimally calculate the weight coefficient of an array antenna. <P>SOLUTION: A transmission frame of a wireless signal received by the array antenna comprising a plurality of antenna elements ANT1 to ANTN includes a MAC1 signal, a known pilot signal, a MAC2 signal, and a demodulated data signal in this order, the MAC1, 2 signals are configured with same unknown signals, and a weight coefficient calculation apparatus is provided with: an adaptive control circuit 6b for applying adaptive control to the received signal so as to minimize an error between the received signal and a reference signal for calculating the weight coefficient; and a reference signal providing means for generating the reference signal corresponding to the MAC2 signal on the basis of the MAC1 signal and providing the reference signal to the adaptive control circuit 6b for calculating the weight coefficient based on the MAC2 signal. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、アダプティブアレーアンテナシステムに係り、特に、アレーアンテナの指向性を制御するための重み係数を算出する重み係数算出装置および重み係数算出方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、アダプティブアレーアンテナシステムでは、複数のアンテナ素子からなるアレーアンテナを備え、各アンテナ素子の受信信号をアレーアンテナの指向性を制御するための重み係数を用いて重み付けした後に合成し復調している。また、その重み係数の算出方法としては、最小２乗誤差法（ＭＭＳＥ；ＭｉｎｉｍｕｍＭｅａｎＳｑｕａｒｅＥｒｒｏｒ）に基づく適応アルゴリズムにより、各アンテナ素子の受信信号と参照信号との二乗誤差が最小になるように適応制御して重み係数を算出するものが知られている（例えば、非特許文献１参照）。上記参照信号には、送信側から受信側へ送信される既知のパイロット信号が利用されており、受信側において、その参照信号と受信信号に含まれているパイロット信号との二乗誤差が最小になるように重み係数が求められる。そして、この重み係数を使用して受信信号の重み付けが行われることにより、良好なアンテナ指向性パターンによる受信信号が得られる。これにより、マルチパス波や同一周波数干渉波などの不要波の影響が低減され、無線通信における誤り特性の向上が図られている。なお、上記したＭＭＳＥベースの適応アルゴリズムとしては、ＬＭＳ（ＬｅａｓｔＭｅａｎＳｑｕａｒｅ）やＲＬＳ（ＲｅｃｕｒｓｉｖｅＬｅａｓｔ−Ｓｑｕａｒｅｓ）などが使用される。
【０００３】
【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，ｐ．１３−６６
【０００４】
【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、重み係数算出に使用されるパイロット信号の伝送時点から受信側で実際に復調されるデータ信号の伝送時点までの時間的ずれが大きくなると、パイロット信号に基づいてでは、復調されるデータ信号に対する重み係数の最適化を十分に行うことができなくなる虞がある。この理由は、上記ずれの期間が長くなるほど端末の移動等による無線伝搬環境の変化が大きなものとなり、パイロット信号の伝送時点と復調されるデータ信号の伝送時点での無線伝搬環境の違いが無視できなくなるためである。
【０００５】
例えば、「ｃｄｍａ２０００ｌｘＥＶ−ＤＯ」と呼ばれる符号分割多元接続（ＣＤＭＡ）方式の無線通信システムでは、図１に示す伝送フレームが使用される。この伝送フレームは無線基地局から端末へ無線信号を伝送する際に使用されるものである。図１において、１フレームは時分割された１６個のタイムスロットから構成される。そして、１つのタイムスロットには、伝送順に、ＤＡＴＡ１、ＭＡＣ１、Ｐｉｌｏｔ１、ＭＡＣ２、ＤＡＴＡ２、ＤＡＴＡ３、ＭＡＣ３、Ｐｉｌｏｔ２、ＭＡＣ４、ＤＡＴＡ４の各信号が設定される。ここで、ＤＡＴＡ１〜４が受信側で復調されるデータ信号であり、Ｐｉｌｏｔ１，２がパイロット信号である。そして、ＤＡＴＡ１信号とＰｉｌｏｔ１信号間、Ｐｉｌｏｔ１信号とＤＡＴＡ２信号間、ＤＡＴＡ３信号とＰｉｌｏｔ２信号間、Ｐｉｌｏｔ２信号とＤＡＴＡ４信号間には、それぞれＭＡＣ１信号、ＭＡＣ２信号、ＭＡＣ３信号、ＭＡＣ４信号が設定される。
【０００６】
したがって、例えば、Ｐｉｌｏｔ１信号の伝送時点からＤＡＴＡ２信号の伝送時点までにはＭＡＣ２信号伝送分の遅延時間が生じる。この例では、符号分割多元接続（ＣＤＭＡ）方式における拡散信号（ＰＮ符号）の６４個のエレメント（チップ）分（６４チップ分）の時間だけ遅延する。この遅延期間において、無線伝搬環境が変化すると、ＤＡＴＡ２信号の伝送時にはＰｉｌｏｔ１信号伝送時とは無線伝搬環境が異なっているので、受信側でＰｉｌｏｔ１信号に基づいて重み係数を最適化し算出しても、この得られた重み係数はＤＡＴＡ２信号に対しては精度の悪いものとなる。この結果、ＤＡＴＡ２信号を受信するための良好なアンテナ指向性パターンを形成することができないので、その受信特性が劣化し、復調時の誤り特性が劣化する等の通信品質への悪影響が生じる。
【０００７】
ところで、上記図１のフレーム構成では、ＭＡＣ１〜４信号が、受信側で復調されるＤＡＴＡ１〜４信号に隣接している。したがって、例えばＭＡＣ２信号に基づいてＤＡＴＡ２信号に使用する重み係数を最適化し算出できれば、この得られた重み係数は最も精度のよいものとなる。しかしながら、各ＭＡＣ１〜４信号は、同一タイムスロット内においては同一信号で構成されているが、受信側において未知の信号である。このため、従来の技術では重み係数の最適化における参照信号が得られないので、ＭＡＣ１〜４信号を使用して重み係数を最適化し算出することができない。
【０００８】
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、復調されるデータ信号に隣接して無線伝送される未知の信号を使用してアレーアンテナの重み係数を最適化し算出することにより、復調されるデータ信号に対する重み係数の精度を向上させることができる重み係数算出装置および重み係数算出方法を提供することにある。
【０００９】
また、本発明の他の目的は、その重み係数算出装置を備えることにより、復調されるデータ信号についての良好なアンテナ指向性パターンを形成して、復調時の誤り特性等の通信品質の向上を図ることができるアダプティブアレーアンテナシステムを提供することにある。
【００１０】
【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に記載の重み係数算出装置は、複数のアンテナ素子からなるアレーアンテナの指向性を制御するための重み係数を算出する重み係数算出装置において、前記アレーアンテナにより受信される無線信号の伝送フレームには、既知のパイロット信号と、同一信号で構成されている第１及び第２の未知信号と、復調されるデータ信号とが含まれ、前記伝送フレーム内の時系列順序は、前記第１の未知信号、前記パイロット信号、前記第２の未知信号、前記データ信号の順であり、前記第２の未知信号は前記データ信号に隣接しており、前記各アンテナ素子の受信信号と参照信号との誤差が最小になるように適応制御して重み係数を算出する第１のアダプティブ制御手段と、前記第１の未知信号に基づいて前記第２の未知信号に対応する参照信号を生成し、この参照信号を前記第２の未知信号に基づく重み係数算出用に前記第１のアダプティブ制御手段に提供する参照信号提供手段とを備えたことを特徴としている。
【００１１】
請求項２に記載の重み係数算出装置においては、前記参照信号提供手段は、前記パイロット信号に対応する所定の参照信号を使用して前記適応制御により前記パイロット信号に基づく重み係数を算出する第２のアダプティブ制御手段と、前記パイロット信号に基づく重み係数を使用して前記第１の未知信号を重み付けし、この重み付け後の第１の未知信号から前記第２の未知信号に対応する参照信号を生成する参照信号生成手段とを備えることを特徴とする（第１の実施形態に対応）。
【００１２】
請求項３に記載の重み係数算出装置においては、前記第１のアダプティブ制御手段と前記第２のアダプティブ制御手段の双方の前記適応制御処理を一つのアダプティブ制御回路で時分割処理することを特徴とする（第２の実施形態に対応）。
【００１３】
請求項４に記載の重み係数算出装置においては、前記第２のアダプティブ制御手段は、前記パイロット信号に基づく重み係数の算出を時系列を反転させて行うことを特徴とする（第３の実施形態に対応）。
【００１４】
請求項５に記載の重み係数算出装置においては、前記参照信号提供手段は、前記第１の未知信号を復調する復調手段と、この復調後の第１の未知信号から前記第２の未知信号に対応する参照信号を生成する参照信号生成手段とを備えることを特徴とする（第６の実施形態に対応）。
【００１５】
請求項６に記載の重み係数算出装置においては、前記参照信号提供手段は、前記パイロット信号に対応する所定の参照信号を使用して前記適応制御により前記パイロット信号に基づく重み係数を算出し、この重み係数を前記第１のアダプティブ制御手段の重み係数算出のための初期値として前記第１のアダプティブ制御手段に提供する第２のアダプティブ制御手段とを備えることを特徴とする（第７の実施形態に対応）。
【００１６】
請求項７に記載の重み係数算出装置は、複数のアンテナ素子からなるアレーアンテナの指向性を制御するための重み係数を算出する重み係数算出装置において、前記アレーアンテナにより受信される無線信号の伝送フレームには、既知のパイロット信号と、同一信号で構成されている第１及び第２の未知信号と、復調されるデータ信号とが含まれ、前記伝送フレーム内の時系列順序は、前記データ信号、前記第１の未知信号、前記パイロット信号、前記第２の未知信号の順であり、前記第１の未知信号は前記データ信号に隣接しており、前記各アンテナ素子の受信信号と参照信号との誤差が最小になるように適応制御して重み係数を算出する第１のアダプティブ制御手段と、前記第２の未知信号に基づいて前記第１の未知信号に対応する参照信号を生成し、この参照信号を前記第１の未知信号に基づく重み係数算出用に前記第１のアダプティブ制御手段に提供する参照信号提供手段とを備えたことを特徴としている（第４の実施形態に対応）。
【００１７】
請求項８に記載の重み係数算出装置においては、前記参照信号提供手段は、前記パイロット信号に対応する所定の参照信号を使用して前記適応制御により前記パイロット信号に基づく重み係数を算出する第２のアダプティブ制御手段と、前記パイロット信号に基づく重み係数を使用して前記第２の未知信号を重み付けし、この重み付け後の第２の未知信号から前記第１の未知信号に対応する参照信号を生成する参照信号生成手段とを備えることを特徴とする。
【００１８】
請求項９に記載の重み係数算出装置においては、前記第１のアダプティブ制御手段と前記第２のアダプティブ制御手段の双方の前記適応制御処理を一つのアダプティブ制御回路で時分割処理することを特徴とする。
【００１９】
請求項１０に記載の重み係数算出装置においては、前記参照信号生成手段は、前記第１の未知信号に対応する参照信号の生成を時系列を反転させて行い、前記第１のアダプティブ制御手段は、前記第１の未知信号に基づく重み係数の算出を時系列を反転させて行うことを特徴とする。
【００２０】
請求項１１に記載の重み係数算出装置は、複数のアンテナ素子からなるアレーアンテナの指向性を制御するための重み係数を算出する重み係数算出装置において、前記アレーアンテナにより受信される無線信号の伝送フレームには、既知のパイロット信号と、同一信号で構成されている第１及び第２の未知信号と、復調されるデータ信号とが含まれ、前記伝送フレーム内の時系列順序は、前記第１の未知信号、前記パイロット信号、前記第２の未知信号、前記データ信号の順であり、前記第２の未知信号は前記データ信号に隣接しており、前記第１の未知信号に基づいて前記第２の未知信号に対応する参照信号を生成し、この参照信号と前記各アンテナ素子で受信された前記第２の未知信号との誤差が最小になるように適応制御して第１の重み係数を算出する第１の重み係数算出手段と、前記第２の未知信号に基づいて前記第１の未知信号に対応する参照信号を生成し、この参照信号と前記各アンテナ素子で受信された前記第１の未知信号との誤差が最小になるように適応制御して第２の重み係数を算出する第２の重み係数算出手段と、前記第１の重み係数と前記第２の重み係数を外挿処理して、前記データ信号に使用される第３の重み係数を求める外挿手段とを備えたことを特徴としている（第５の実施形態に対応）。
【００２１】
請求項１２に記載の重み係数算出装置においては、前記第１の重み係数算出手段は、前記第１の重み係数の算出を時系列通りに行い、前記第２の重み係数算出手段は、前記第２の重み係数の算出を時系列を反転させて行うことを特徴とする。
【００２２】
請求項１３に記載のアダプティブアレーアンテナシステムは、複数のアンテナ素子からなるアレーアンテナを備え、前記各アンテナ素子で受信された受信信号を合成して復調するアダプティブアレーアンテナシステムにおいて、請求項１乃至請求項１２のいずれかの項に記載の重み係数算出装置と、前記重み係数算出装置によって算出された重み係数を使用して前記受信信号を重み付けし、この重み付け後の受信信号を合成して復調する復調手段とを備えたことを特徴としている。
【００２３】
請求項１４に記載の重み係数算出方法は、複数のアンテナ素子からなるアレーアンテナの指向性を制御するための重み係数を算出する重み係数算出装置における重み係数算出方法であって、前記アレーアンテナにより受信される無線信号の伝送フレームには、既知のパイロット信号と、同一信号で構成されている第１及び第２の未知信号と、復調されるデータ信号とが含まれ、前記伝送フレーム内の時系列順序は、前記第１の未知信号、前記パイロット信号、前記第２の未知信号、前記データ信号の順であり、前記第２の未知信号は前記データ信号に隣接しており、前記第１の未知信号に基づいて前記第２の未知信号に対応する参照信号を生成する過程と、この参照信号と前記各アンテナ素子で受信された前記第２の未知信号との誤差が最小になるように適応制御して重み係数を算出する過程とを含むことを特徴としている（第１〜第３、第６、第７の実施形態に対応）。
【００２４】
請求項１５に記載の重み係数算出方法は、複数のアンテナ素子からなるアレーアンテナの指向性を制御するための重み係数を算出する重み係数算出装置における重み係数算出方法であって、前記アレーアンテナにより受信される無線信号の伝送フレームには、既知のパイロット信号と、同一信号で構成されている第１及び第２の未知信号と、復調されるデータ信号とが含まれ、前記伝送フレーム内の時系列順序は、前記データ信号、前記第１の未知信号、前記パイロット信号、前記第２の未知信号の順であり、前記第１の未知信号は前記データ信号に隣接しており、前記各アンテナ素子で受信された前記第１の未知信号を一時的に蓄積する過程と、前記第２の未知信号に基づいて前記第１の未知信号に対応する参照信号を生成する過程と、この参照信号と前記蓄積されている第１の未知信号との誤差が最小になるように適応制御して重み係数を算出する過程とを含むことを特徴としている（第４の実施形態に対応）。
【００２５】
請求項１６に記載の重み係数算出方法は、複数のアンテナ素子からなるアレーアンテナの指向性を制御するための重み係数を算出する重み係数算出装置における重み係数算出方法であって、前記アレーアンテナにより受信される無線信号の伝送フレームには、既知のパイロット信号と、同一信号で構成されている第１及び第２の未知信号と、復調されるデータ信号とが含まれ、前記伝送フレーム内の時系列順序は、前記第１の未知信号、前記パイロット信号、前記第２の未知信号、前記データ信号の順であり、前記第２の未知信号は前記データ信号に隣接しており、前記第１の未知信号に基づいて前記第２の未知信号に対応する参照信号を生成する過程と、前記第２の未知信号に対応する参照信号と前記各アンテナ素子で受信された前記第２の未知信号との誤差が最小になるように適応制御して第１の重み係数を算出する過程と、前記各アンテナ素子で受信された前記第１の未知信号を一時的に蓄積する過程と、前記第２の未知信号に基づいて前記第１の未知信号に対応する参照信号を生成する過程と、前記第１の未知信号に対応する参照信号と前記蓄積されている第１の未知信号との誤差が最小になるように適応制御して第２の重み係数を算出する過程と、前記第１の重み係数と前記第２の重み係数を外挿処理して、前記データ信号に使用される第３の重み係数を求める過程とを含むことを特徴としている（第５の実施形態に対応）。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照し、本発明の実施形態を順次説明する。本実施形態においては、図１に示す「ｃｄｍａ２０００ｌｘＥＶ−ＤＯ」方式の伝送フレームを使用して無線信号が送受される場合を例に挙げて説明する。また、説明の便宜上、図１の１タイムスロット内のＭＡＣ１，２信号を使用して、アレーアンテナの指向性を制御するための重み係数を算出する構成について説明するが、ＭＡＣ３，４信号を使用する構成も同様に実現可能である。
【００２７】
図２は、本発明の第１の実施形態によるアダプティブアレーアンテナシステムの構成を示すブロック図である。図２に示すアダプティブアレーアンテナシステムは、例えば携帯電話機に具備されるものであり、無線基地局から送信された「ｃｄｍａ２０００ｌｘＥＶ−ＤＯ」方式の無線信号を、複数のアンテナ素子ＡＮＴ１〜ＡＮＴＮからなるアレーアンテナを用いて受信し復調するものである。
【００２８】
図２において、無線部２は、アンテナ素子ＡＮＴ１〜ＮのＮ個の無線信号を増幅してベースバンド信号へ変換後、Ａ／Ｄ変換器（ＡｎａｌｏｇｔｏＤｉｇｉｔａｌＣｏｎｖｅｒｔｅｒ）によりデジタル信号に変換して受信信号を出力する。この受信信号はアンテナ素子ＡＮＴ１〜Ｎに対応するＮ個の信号から構成される。
【００２９】
スイッチＳＷ１には、無線部２から出力される受信信号が入力される。スイッチＳＷ１は、入力された受信信号の出力先の切替えを行う。ＭＡＣ１信号入力時にはＦＩＦＯメモリ４へ出力する。Ｐｉｌｏｔ１信号（以下、パイロット信号と称する）入力時にはアダプティブ制御回路６ａへ出力する。ＭＡＣ２信号入力時にはアダプティブ制御回路６ｂへ出力する。それ以外の信号入力時には出力を開放する。
ＦＩＦＯメモリ４は、先入れ先出し（ＦＩＦＯ；ＦｉｒｓｔＩｎＦｉｒｓｔＯｕｔ）方式のバッファとして機能する。ＦＩＦＯメモリ４は、ＭＡＣ１信号を一時的に蓄える。
【００３０】
アダプティブ制御回路６ａ，６ｂ（以下、特に区別しないときは「アダプティブ制御回路６」と称する）は、ＭＭＳＥベースの適応アルゴリズムにより、各アンテナ素子ＡＮＴ１〜Ｎの受信信号と参照信号との二乗誤差が最小になるように適応制御して重み係数を算出する。
【００３１】
図３にアダプティブ制御回路６の構成を示す。図３において、Ｎ個の受信信号ｘ１〜ｘＮは、それぞれ対応する乗算器２２とアダプティブアルゴリズム回路２６に入力される。各乗算器２２では、受信信号ｘ１〜ｘＮとアダプティブアルゴリズム回路２６から入力される重み係数の変数Ｗ１’〜ＷＮ’との乗算がそれぞれ行われる。これら各乗算結果は加算器２４により合成されてアダプティブアルゴリズム回路２６に入力される。アダプティブアルゴリズム回路２６は、ＭＭＳＥベースの適応アルゴリズムの処理回路である。この適応アルゴリズムとしては、ＬＭＳ（ＬｅａｓｔＭｅａｎＳｑｕａｒｅ）やＲＬＳ（ＲｅｃｕｒｓｉｖｅＬｅａｓｔ−Ｓｑｕａｒｅｓ）などが利用可能である。アダプティブアルゴリズム回路２６は、加算器２４の出力と参照信号との二乗誤差が最小になるように適応制御して重み係数Ｗ１〜ＷＮを算出し出力する。この適応制御の収束途上では重み係数の変数Ｗ１’〜ＷＮ’を各乗算器２２へ出力する。
【００３２】
図２において、参照信号生成回路８は、既知のパイロット信号についてのＰＮ符号を生成し、このＰＮ符号を参照信号としてアダプティブ制御回路６ａに出力する。アダプティブ制御回路６ａは、その参照信号と受信信号のパイロット信号に基づいて重み係数を最適化し算出する。
【００３３】
参照信号生成回路１２は、ＭＡＣ２信号を使用して重み係数を最適化し算出する際に必要な参照信号を、ＭＡＣ１信号を元に生成する。図４に参照信号生成回路１２の構成を示す。ＭＡＣ１信号とＭＡＣ２信号は同一信号で構成されている。したがって、ＭＡＣ１信号に対して、ＭＡＣ１信号用のＰＮ符号Ａ１を乗算した後に、ＭＡＣ２信号用のＰＮ符号Ａ２を乗算すればＭＡＣ２信号の参照信号を得ることができる。ＰＮ符号Ａ１，Ａ２は、既知であり、ＰＮ符号生成回路１０によって生成される。
【００３４】
図４において、ＭＡＣ１信号がＦＩＦＯメモリ４から読み出されて乗算器３０に入力される。乗算器３０では、ＭＡＣ１信号に、アダプティブ制御回路６ａによって算出された重み係数を乗算する。この重み係数は、図１に示すようにＭＡＣ１信号に隣接するパイロット信号に基づくのものなので、ＭＡＣ１信号に対する精度がよいものである。これにより、ＭＡＣ１信号についての良好なアンテナ指向性パターンが形成されることとなり、乗算器３０の乗算結果はＭＡＣ１信号の高精度な受信信号となる。次いで、乗算器３２により乗算器３０の乗算結果にＰＮ符号Ａ１を乗算し、さらに、乗算器３４により乗算器３２の乗算結果にＰＮ符号Ａ２を乗算する。これにより、ＭＡＣ２信号についての参照信号がＭＡＣ１信号を元にして得られる。この参照信号は、アダプティブ制御回路６ｂに入力される。
【００３５】
図２において、アダプティブ制御回路６ｂは、その入力された参照信号と受信信号のＭＡＣ２信号に基づいて重み係数を最適化し算出する。この重み係数は、復調器１４に入力され、受信信号のＤＡＴＡ２，３信号の復調に使用される。復調器１４は、入力された重み係数を使用して各アンテナ素子の受信信号を重み付けし、この重み付け後の受信信号を合成して復調する。
【００３６】
上記したアダプティブ制御回路６ｂで算出された重み係数は、図１に示すようにＤＡＴＡ２信号に隣接するＭＡＣ２信号に基づくのものなので、ＤＡＴＡ２信号に対する精度がよく優れたのものとなる。また、ＤＡＴＡ３信号に対しても、パイロット信号に基づく重み係数よりは精度がよくなる。この結果、ＤＡＴＡ２，３信号についての良好なアンテナ指向性パターンが形成されることとなり、復調時の誤り特性が向上する。
【００３７】
なお、上記図４において、乗算器３２の乗算結果をＭＡＣ２信号についての参照信号とし、逆に、受信信号に対してＰＮ符号Ａ２を乗積した後にアダプティブ制御することも可能である。
【００３８】
次に、第２の実施形態を説明する。図５は、本発明の第２の実施形態によるアダプティブアレーアンテナシステムの構成を示すブロック図である。この図５に示すアダプティブアレーアンテナシステムでは、上記図２の構成を元に、一つのアダプティブ制御回路６を時分割で共用するようにしている。
【００３９】
図５において、スイッチＳＷ２は、受信信号のパイロット信号とＭＡＣ２信号をアダプティブ制御回路６に出力するように出力先の切替えを行う。また、スイッチＳＷ３は、スイッチＳＷ２への入力に同期して、アダプティブ制御回路６へ出力する参照信号の入力元の切替えを行う。スイッチＳＷ３は、スイッチＳＷ２に、パイロット信号入力時には参照信号生成回路８からの参照信号（パイロット信号用）を出力し、ＭＡＣ２信号入力時には参照信号生成回路１２からの参照信号（ＭＡＣ２信号用）を出力する。
【００４０】
アダプティブ制御回路６は、受信信号のパイロット信号に基づいて最適化し算出した重み係数を参照信号生成回路１２に出力する。一方、受信信号のＭＡＣ２信号に基づいて最適化し算出した重み係数を復調器１４に出力する。
【００４１】
上記第２の実施形態によれば、アダプティブ制御回路を時分割で共用するので、装置の小型化を図ることができる。
【００４２】
次に、第３の実施形態を説明する。図６は、本発明の第３の実施形態によるアダプティブアレーアンテナシステムの構成を示すブロック図である。この図６に示すアダプティブアレーアンテナシステムでは、上記図２の構成を元に、パイロット信号に基づいて重み係数を算出する際にパイロット信号の時系列を反転させて適応制御を行うようにしている。
【００４３】
図６において、ＦＩＬＯメモリ４０ａがアダプティブ制御回路６ａのパイロット信号入力端子の前段に設けられ、ＦＩＬＯメモリ４０ｂがアダプティブ制御回路６ａの参照信号入力端子の前段に設けられている。ＦＩＬＯメモリ４０ａ，４０ｂは、先入れ後出し（ＦＩＬＯ；ＦｉｒｓｔＩｎＬａｓｔＯｕｔ）方式のバッファとして機能する。ＦＩＬＯメモリ４０ａは、受信信号のパイロット信号を一時的に蓄え、時系列を反転して出力する。ＦＩＬＯメモリ４０ｂは、参照信号生成回路８によって生成されたパイロット信号の参照信号を一時的に蓄え、時系列を反転して出力する。これにより、アダプティブ制御回路６ａは、時間的に後ろから前へと戻りながら、パイロット信号に基づいて重み係数を最適化し算出することになる。この結果として得られた重み係数は、ＭＡＣ１信号に最も時間的に近い無線伝搬環境に対応するものとなる。
【００４４】
これにより、参照信号生成回路１２において、ＭＡＣ１信号についての最適なアンテナ指向性パターンが形成されることとなり、ＭＡＣ１信号を元にしてＭＡＣ２信号についての正確な参照信号を得ることができる。この参照信号を使用することによって、アダプティブ制御回路６ｂは、ＭＡＣ２信号に基づく重み係数を非常に精度よく算出することができる。
【００４５】
次に、第４の実施形態を説明する。図７は、本発明の第４の実施形態によるアダプティブアレーアンテナシステムの構成を示すブロック図である。この図７に示すアダプティブアレーアンテナシステムは、ＭＡＣ１信号に基づいてＤＡＴＡ１信号に使用する重み係数を算出するものである。
【００４６】
図７において、スイッチＳＷ４は、受信信号のＭＡＣ１信号をＦＩＬＯメモリ４０ｃに出力し、パイロット信号をアダプティブ制御回路６ｃに出力し、ＭＡＣ２信号をＦＩＬＯメモリ４０ｄに出力するように、それぞれ接続を切替える。ＦＩＬＯメモリ４０ｃは、ＭＡＣ１信号を一時的に蓄え、時系列を反転してアダプティブ制御回路６ｄに出力する。ＦＩＬＯメモリ４０ｄは、ＭＡＣ２信号を一時的に蓄え、時系列を反転して参照信号生成回路１２ａに出力する。
【００４７】
アダプティブ制御回路６ｃは、パイロット信号の最後尾時点における重み係数を算出する。この重み係数を使用して、参照信号生成回路１２ａは、ＦＩＬＯメモリ４０ｄで時系列が反転されたＭＡＣ２信号を元に、時系列が反転されたＭＡＣ１信号の参照信号を生成する。この参照信号を使用して、アダプティブ制御回路６ｄは、ＦＩＬＯメモリ４０ｃで時系列が反転されたＭＡＣ１信号に基づき、ＭＡＣ１信号の先頭時点における重み係数を算出する。この重み係数を使用して、復調器１４は、ＦＩＦＯメモリ４で遅延されたＤＡＴＡ１の復調を行う。これにより、ＤＡＴＡ１の復調は隣接するＭＡＣ１信号に基づく重み係数によって行われるので、復調時の誤り特性が向上する。
【００４８】
次に、第５の実施形態を説明する。図８は、本発明の第５の実施形態によるアダプティブアレーアンテナシステムの構成を示すブロック図である。この図８に示すアダプティブアレーアンテナシステムは、上記図６と図７の重み係数算出に係る構成を組合せ、それぞれ算出された重み係数ＷＡ，ＷＢを外挿処理して、ＤＡＴＡ２，３信号に使用する重み係数を求めるものである。
【００４９】
図８において、アダプティブ制御回路６ｂによって算出された重み係数ＷＡは、上記図６の構成で算出され復調器１４に入力されている重み係数と同じである。この重み係数ＷＡは、ＭＡＣ２信号の最後尾時点におけるものである。一方、アダプティブ制御回路６ｄによって算出された重み係数ＷＢは、上記図７の構成で算出され復調器１４に入力されている重み係数と同じである。この重み係数ＷＢは、ＭＡＣ１信号の先頭時点におけるものである。これら重み係数ＷＡ，ＷＢは、外挿部５０に入力される。外挿部５０は、重み係数ＷＡ，ＷＢを使用して外挿処理することにより、ＤＡＴＡ２，３信号に使用する重み係数ＷＣを求める。復調器１４は、この重み係数ＷＣを使用してＤＡＴＡ２，３信号を復調する。
これにより、外挿によってＤＡＴＡ２，３信号の重み係数を求める場合の精度が向上する。
【００５０】
次に、第６の実施形態を説明する。図９は、本発明の第６の実施形態によるアダプティブアレーアンテナシステムの構成を示すブロック図である。この図９に示すアダプティブアレーアンテナシステムでは、上記図２の構成を元に、ＭＡＣ１信号を復調してアダプティブ制御回路６ｂで使用される参照信号を生成するようにしている。
【００５１】
図９において、スイッチＳＷ５は、ＭＡＣ１信号を逆拡散回路６２に出力し、ＭＡＣ２信号をアダプティブ制御回路６ｂに出力するように出力先の切替えを行う。ＭＡＣ１信号は、逆拡散回路６２によって逆拡散された後に、復調器１４ａにより復調され、次いで、拡散回路６４により拡散される。この拡散後のＭＡＣ１信号は参照信号生成回路６８に入力される。ＰＮ符号生成回路６６は、ＭＡＣ２信号用のＰＮ符号Ａ２を生成して参照信号生成回路６８へ出力する。参照信号生成回路６８は、拡散後のＭＡＣ１信号にＰＮ符号Ａ２を乗算してＭＡＣ２信号用の参照信号を生成する。この参照信号はアダプティブ制御回路６ｂに入力され、ＭＡＣ２信号に基づく重み係数の算出に使用される。
これにより、ノイズのないＭＡＣ２信号用の参照信号が生成されるので、高精度な適応制御が可能となる。
【００５２】
次に、第７の実施形態を説明する。図１０は、本発明の第７の実施形態によるアダプティブアレーアンテナシステムの構成を示すブロック図である。この図１０に示すアダプティブアレーアンテナシステムでは、上記図９の構成を元に、アダプティブ制御回路６ｂの重み係数算出のための初期値として、パイロット信号に基づく重み係数を使用するようにしている。
【００５３】
図１０において、アダプティブ制御回路６ａは、参照信号生成回路８からの参照信号を使用してパイロット信号に基づく重み係数を算出し、アダプティブ制御回路６ｂへ出力する。アダプティブ制御回路６ｂは、このパイロット信号に基づく重み係数を、ＭＡＣ２信号に基づく重み係数算出における初期値、すなわち図３の各乗算器２２に設定する変数Ｗ１’〜ＷＮ’の初期値として使用する。
これにより、ＭＡＣ２信号に基づいて算出される重み係数の精度が向上する。
【００５４】
なお、上述した実施形態においては、各種の変形が可能である。例えば、図９あるいは図１０の構成を元に、図７に示すようにＭＡＣ１信号に基づく重み係数を算出するようにしてもよい。あるいは、図８に示すようにＭＡＣ１信号に基づく重み係数とＭＡＣ２信号に基づく重み係数とを外挿するようにするようにしてもよい。
また、図５に示すようにアダプティブ制御回路を時分割で共用することも適宜可能である。
【００５５】
なお、本発明のアダプティブアレーアンテナシステムは、上述した携帯電話機等の無線通信端末に限らず、無線通信端末と無線通信する無線基地局にも同様に適用することができる。
【００５６】
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。
【００５７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、復調されるデータ信号に隣接して無線伝送される未知の信号を使用してアレーアンテナの重み係数を最適化し算出することができる。これにより、復調されるデータ信号に対する重み係数の精度を向上させることができる。
【００５８】
また、本発明の重み係数算出装置を備えることにより、復調されるデータ信号についての良好なアンテナ指向性パターンを形成することができ、復調時の誤り特性等の通信品質の向上を図ることができるアダプティブアレーアンテナシステムを提供するができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に適用される無線伝送フレームの構成例を示す図である。
【図２】本発明の第１の実施形態によるアダプティブアレーアンテナシステムの構成を示すブロック図である。
【図３】アダプティブ制御回路６の構成を示すブロック図である。
【図４】参照信号生成回路１２の構成を示すブロック図である。
【図５】本発明の第２の実施形態によるアダプティブアレーアンテナシステムの構成を示すブロック図である。
【図６】本発明の第３の実施形態によるアダプティブアレーアンテナシステムの構成を示すブロック図である。
【図７】本発明の第４の実施形態によるアダプティブアレーアンテナシステムの構成を示すブロック図である。
【図８】本発明の第５の実施形態によるアダプティブアレーアンテナシステムの構成を示すブロック図である。
【図９】本発明の第６の実施形態によるアダプティブアレーアンテナシステムの構成を示すブロック図である。
【図１０】本発明の第７の実施形態によるアダプティブアレーアンテナシステムの構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
２…無線部、４…ＦＩＦＯメモリ、６，６ａ〜６ｄ…アダプティブ制御回路、８…参照信号生成回路（パイロット信号用）、１０，１０ａ，６６…ＰＮ符号生成回路、１２，１２ａ，６８…参照信号生成回路（ＭＡＣ１，２信号用）、１４，１４ａ…復調器、２２，３０，３２，３４…乗算器、２４…加算器、２６…アダプティブアルゴリズム回路、４０ａ〜４０ｄ…ＦＩＬＯメモリ、５０…外挿部、６２…逆拡散回路、６４…拡散回路、ＡＮＴ１〜ＡＮＴＮ…アンテナ素子、ＳＷ１〜ＳＷ５…スイッチ[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an adaptive array antenna system, and more particularly to a weight coefficient calculation device and a weight coefficient calculation method for calculating a weight coefficient for controlling the directivity of an array antenna.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, an adaptive array antenna system has an array antenna composed of a plurality of antenna elements, and combines and demodulates a received signal of each antenna element after weighting using a weight coefficient for controlling the directivity of the array antenna. . In addition, as a method of calculating the weight coefficient, an adaptive algorithm based on a minimum mean square error (MMSE) is used so that the square error between the received signal of each antenna element and the reference signal is minimized. There is known a method of controlling and calculating a weight coefficient (for example, see Non-Patent Document 1). For the reference signal, a known pilot signal transmitted from the transmission side to the reception side is used, and a square error between the reference signal and the pilot signal included in the reception signal is minimized at the reception side. The weight coefficient is obtained as follows. Then, the received signal is weighted using the weight coefficient, so that a received signal with a good antenna directivity pattern can be obtained. Thereby, the influence of unnecessary waves such as multipath waves and co-frequency interference waves is reduced, and error characteristics in wireless communication are improved. Note that, as the above-described MMSE-based adaptive algorithm, LMS (Least Mean Square), RLS (Recursive Least-Squares), or the like is used.
[0003]
[Non-patent document 1]
Nobuyoshi Kikuma, "Adaptive signal processing by array antenna", Science and Technology Publishing Co., Ltd., November 1998, p. 13-66
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the above-described conventional technique, if the time lag from the transmission time point of the pilot signal used for calculating the weighting coefficient to the transmission time point of the data signal actually demodulated on the receiving side becomes large, based on the pilot signal, There is a possibility that the optimization of the weight coefficient for the data signal to be demodulated cannot be sufficiently performed. The reason for this is that the longer the period of the shift, the greater the change in the radio propagation environment due to the movement of the terminal, and the difference in the radio propagation environment between the transmission time of the pilot signal and the transmission time of the demodulated data signal can be ignored. It is because it disappears.
[0005]
For example, in a wireless communication system of a code division multiple access (CDMA) system called “cdma2000 lxEV-DO”, the transmission frame shown in FIG. 1 is used. This transmission frame is used when transmitting a radio signal from a radio base station to a terminal. In FIG. 1, one frame is composed of 16 time slots that are time-divided. In one time slot, signals of DATA1, MAC1, Pilot1, MAC2, DATA2, DATA3, MAC3, Pilot2, MAC4, and DATA4 are set in transmission order. Here, DATA1 to DATA4 are data signals to be demodulated on the receiving side, and Pilot1 and Pilot2 are pilot signals. The MAC1, MAC2, MAC3, and MAC4 signals are set between the DATA1 signal and the Pilot1 signal, between the Pilot1 signal and the DATA2 signal, between the DATA3 signal and the Pilot2 signal, and between the Pilot2 signal and the DATA4 signal, respectively.
[0006]
Therefore, for example, a delay time corresponding to the transmission of the MAC2 signal occurs from the transmission time of the Pilot1 signal to the transmission time of the DATA2 signal. In this example, the signal is delayed by a time corresponding to 64 elements (chips) (64 chips) of the spread signal (PN code) in the code division multiple access (CDMA) system. During this delay period, if the radio propagation environment changes, the radio transmission environment is different when transmitting the DATA2 signal than when transmitting the Pilot1 signal. Therefore, even if the receiving side optimizes and calculates the weighting factor based on the Pilot1 signal, The obtained weight coefficient has poor accuracy for the DATA2 signal. As a result, it is not possible to form a good antenna directivity pattern for receiving the DATA2 signal, so that its receiving characteristics are degraded and the error characteristics at the time of demodulation are degraded.
[0007]
Meanwhile, in the frame configuration of FIG. 1, the MAC1 to 4 signals are adjacent to the DATA1 to 4 signals demodulated on the receiving side. Therefore, for example, if the weight coefficient used for the DATA2 signal can be optimized and calculated based on the MAC2 signal, the obtained weight coefficient will have the highest accuracy. However, each of the MAC1 to MAC4 signals is composed of the same signal in the same time slot, but is an unknown signal on the receiving side. For this reason, in the related art, since a reference signal in the optimization of the weight coefficient cannot be obtained, the weight coefficient cannot be optimized and calculated using the MAC1 to MAC4 signals.
[0008]
The present invention has been made in view of such circumstances, and has as its object to optimize and calculate a weight coefficient of an array antenna using an unknown signal wirelessly transmitted adjacent to a data signal to be demodulated. Accordingly, it is an object of the present invention to provide a weight coefficient calculating device and a weight coefficient calculating method capable of improving the accuracy of a weight coefficient for a data signal to be demodulated.
[0009]
Another object of the present invention is to provide a weighting factor calculation device, thereby forming a good antenna directivity pattern for a demodulated data signal and improving communication quality such as error characteristics at the time of demodulation. An object of the present invention is to provide an adaptive array antenna system that can be achieved.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-mentioned problem, a weight coefficient calculation device according to claim 1, wherein the weight coefficient calculation device calculates a weight coefficient for controlling directivity of an array antenna including a plurality of antenna elements. The transmission frame of the radio signal received by the antenna includes a known pilot signal, first and second unknown signals composed of the same signal, and a data signal to be demodulated. Is the order of the first unknown signal, the pilot signal, the second unknown signal, and the data signal, and the second unknown signal is adjacent to the data signal, and First adaptive control means for adaptively controlling the error between the received signal of the antenna element and the reference signal so as to minimize the error, and calculating a weighting coefficient, based on the first unknown signal, A reference signal providing means for generating a reference signal corresponding to the second unknown signal, and providing the reference signal to the first adaptive control means for calculating a weight coefficient based on the second unknown signal. Features.
[0011]
3. The weighting factor calculating device according to claim 2, wherein the reference signal providing unit calculates a weighting factor based on the pilot signal by the adaptive control using a predetermined reference signal corresponding to the pilot signal. Weighting the first unknown signal using the adaptive control means and the weight coefficient based on the pilot signal, and generating a reference signal corresponding to the second unknown signal from the weighted first unknown signal. (Corresponding to the first embodiment).
[0012]
The weighting coefficient calculation device according to claim 3, wherein the adaptive control processing of both the first adaptive control means and the second adaptive control means is time-divisionally processed by one adaptive control circuit. (Corresponding to the second embodiment).
[0013]
The weight coefficient calculating device according to claim 4, wherein the second adaptive control means calculates the weight coefficient based on the pilot signal by inverting a time series (third embodiment). Corresponding to).
[0014]
6. The weighting coefficient calculation device according to claim 5, wherein the reference signal providing unit is configured to demodulate the first unknown signal and to convert the demodulated first unknown signal to the second unknown signal. Reference signal generating means for generating a corresponding reference signal is provided (corresponding to the sixth embodiment).
[0015]
In the weighting coefficient calculating apparatus according to claim 6, the reference signal providing means calculates a weighting coefficient based on the pilot signal by the adaptive control using a predetermined reference signal corresponding to the pilot signal, A second adaptive control means for providing a weight coefficient to the first adaptive control means as an initial value for calculating a weight coefficient of the first adaptive control means (seventh embodiment) Corresponding to).
[0016]
8. A weighting factor calculation device according to claim 7, wherein the weighting factor calculation device calculates a weighting factor for controlling the directivity of an array antenna including a plurality of antenna elements. The frame includes a known pilot signal, first and second unknown signals composed of the same signal, and a data signal to be demodulated, and a time-series order in the transmission frame is based on the data signal. , The first unknown signal, the pilot signal, the second unknown signal in the order, the first unknown signal is adjacent to the data signal, the received signal of each antenna element and the reference signal A first adaptive control means for calculating a weighting coefficient by adaptive control so that an error of the first unknown signal is minimized, and a reference corresponding to the first unknown signal based on the second unknown signal. And a reference signal providing means for generating the reference signal and providing the reference signal to the first adaptive control means for calculating a weight coefficient based on the first unknown signal (fourth embodiment) Corresponding to the form).
[0017]
9. The weight coefficient calculating device according to claim 8, wherein the reference signal providing unit calculates a weight coefficient based on the pilot signal by the adaptive control using a predetermined reference signal corresponding to the pilot signal. Weighting the second unknown signal using the adaptive control means and the weighting factor based on the pilot signal, and generating a reference signal corresponding to the first unknown signal from the weighted second unknown signal. And a reference signal generating means.
[0018]
10. The weighting coefficient calculation device according to claim 9, wherein the adaptive control processing of both the first adaptive control means and the second adaptive control means is time-divisionally processed by one adaptive control circuit. I do.
[0019]
In the weighting coefficient calculation device according to claim 10, the reference signal generation means performs generation of a reference signal corresponding to the first unknown signal by inverting a time series, and the first adaptive control means The calculation of the weight coefficient based on the first unknown signal is performed by inverting a time series.
[0020]
12. A weighting factor calculation device according to claim 11, wherein the weighting factor calculation device calculates a weighting factor for controlling the directivity of an array antenna including a plurality of antenna elements. The frame includes a known pilot signal, first and second unknown signals composed of the same signal, and a data signal to be demodulated. The time-series order in the transmission frame is the first sequence. Unknown signal, the pilot signal, the second unknown signal, the data signal in order, the second unknown signal is adjacent to the data signal, the second unknown signal based on the first unknown signal 2 to generate a reference signal corresponding to the first unknown signal and adaptively control so that an error between the reference signal and the second unknown signal received by each of the antenna elements is minimized. First weighting coefficient calculating means for calculating a coefficient, and generating a reference signal corresponding to the first unknown signal based on the second unknown signal, and generating the reference signal and the reference signal received by each of the antenna elements. A second weighting factor calculating means for calculating a second weighting factor by adaptively controlling so that an error from the first unknown signal is minimized, and setting the first weighting factor and the second weighting factor to outside. Extrapolation means for performing an insertion process to obtain a third weight coefficient used for the data signal (corresponding to the fifth embodiment).
[0021]
In the weight coefficient calculating device according to claim 12, the first weight coefficient calculating means calculates the first weight coefficient in time series, and the second weight coefficient calculating means calculates The calculation of the weighting factor of 2 is performed by inverting the time series.
[0022]
The adaptive array antenna system according to claim 13, further comprising: an array antenna including a plurality of antenna elements, wherein the adaptive array antenna system combines and demodulates a reception signal received by each of the antenna elements. 13. The reception signal is weighted using the weight coefficient calculation device according to any one of the items 12 and the weight coefficient calculated by the weight coefficient calculation device, and the weighted reception signal is combined and demodulated. And a demodulation means.
[0023]
A weighting factor calculation method according to claim 14, wherein the weighting factor calculation method in a weighting factor calculation device for calculating a weighting factor for controlling the directivity of an array antenna including a plurality of antenna elements, wherein: The transmission frame of the received radio signal includes a known pilot signal, first and second unknown signals composed of the same signal, and a data signal to be demodulated. The sequence order is the order of the first unknown signal, the pilot signal, the second unknown signal, and the data signal. The second unknown signal is adjacent to the data signal, and the first unknown signal is Generating a reference signal corresponding to the second unknown signal based on the unknown signal; and minimizing an error between the reference signal and the second unknown signal received by each of the antenna elements. So as to adaptive control to is characterized by comprising the steps of calculating a weighting factor (the first to third, corresponding to the sixth and seventh embodiments).
[0024]
A weighting factor calculation method according to claim 15, wherein the weighting factor calculation method is a weighting factor calculation device for calculating a weighting factor for controlling the directivity of an array antenna including a plurality of antenna elements. The transmission frame of the received radio signal includes a known pilot signal, first and second unknown signals composed of the same signal, and a data signal to be demodulated. The sequence order is the data signal, the first unknown signal, the pilot signal, the second unknown signal, and the first unknown signal is adjacent to the data signal, and each of the antenna elements Temporarily storing the first unknown signal received in step (a), and generating a reference signal corresponding to the first unknown signal based on the second unknown signal. Error between the first unknown signal being the a reference signal storage is characterized in that it comprises the steps of calculating a weighting factor adaptive control to so as to minimize (corresponding to the fourth embodiment).
[0025]
A weighting factor calculation method according to claim 16 is a weighting factor calculation method in a weighting factor calculation device that calculates a weighting factor for controlling the directivity of an array antenna including a plurality of antenna elements. The transmission frame of the received radio signal includes a known pilot signal, first and second unknown signals composed of the same signal, and a data signal to be demodulated. The sequence order is the order of the first unknown signal, the pilot signal, the second unknown signal, and the data signal. The second unknown signal is adjacent to the data signal, and the first unknown signal is Generating a reference signal corresponding to the second unknown signal based on the unknown signal; and generating a reference signal corresponding to the second unknown signal and the second signal received by each antenna element. A step of calculating a first weighting coefficient by adaptive control so that an error with the unknown signal is minimized; a step of temporarily accumulating the first unknown signal received by each of the antenna elements; Generating a reference signal corresponding to the first unknown signal based on a second unknown signal; and an error between the reference signal corresponding to the first unknown signal and the accumulated first unknown signal. Calculating a second weighting coefficient by adaptive control so that is minimized, and extrapolating the first weighting coefficient and the second weighting coefficient to obtain a third weighting coefficient used for the data signal. (A fifth embodiment) (corresponding to the fifth embodiment).
[0026]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be sequentially described with reference to the drawings. In the present embodiment, an example will be described in which a wireless signal is transmitted and received using a “cdma2000 lxEV-DO” transmission frame shown in FIG. Also, for convenience of explanation, a configuration for calculating a weight coefficient for controlling the directivity of the array antenna using the MAC1 and MAC2 signals in one time slot in FIG. 1 will be described. The same configuration can also be realized.
[0027]
FIG. 2 is a block diagram showing a configuration of the adaptive array antenna system according to the first embodiment of the present invention. The adaptive array antenna system shown in FIG. 2 is provided, for example, in a mobile phone, and converts an "cdma2000 lxEV-DO" wireless signal transmitted from a wireless base station into an array including a plurality of antenna elements ANT1 to ANTN. The signal is received and demodulated using an antenna.
[0028]
In FIG. 2, the radio unit 2 amplifies N radio signals of the antenna elements ANT1 to ANT and converts them into baseband signals, and then converts them to digital signals by an A / D converter (Analog to Digital Converter) and receives them. Output a signal. This received signal is composed of N signals corresponding to the antenna elements ANT1 to ANTN.
[0029]
A reception signal output from the wireless unit 2 is input to the switch SW1. The switch SW1 switches the output destination of the input received signal. When the MAC1 signal is input, it is output to the FIFO memory 4. When a Pilot1 signal (hereinafter, referred to as a pilot signal) is input, the signal is output to the adaptive control circuit 6a. When the MAC2 signal is input, the signal is output to the adaptive control circuit 6b. The output is opened when other signals are input.
The FIFO memory 4 functions as a first-in first-out (FIFO; First In First Out) buffer. The FIFO memory 4 temporarily stores the MAC1 signal.
[0030]
Adaptive control circuits 6a and 6b (hereinafter referred to as “adaptive control circuit 6” unless otherwise distinguished) minimize the square error between the received signals of the antenna elements ANT1 to ANT1 and the reference signal by the MMSE-based adaptive algorithm. The weight coefficient is calculated by adaptive control so that
[0031]
FIG. 3 shows the configuration of the adaptive control circuit 6. In FIG. 3, N received signals x1 to xN are input to the corresponding multiplier 22 and adaptive algorithm circuit 26, respectively. Each of the multipliers 22 multiplies the received signals x1 to xN by a weight coefficient variable W1 ′ to WN ′ input from the adaptive algorithm circuit 26, respectively. These multiplication results are combined by the adder 24 and input to the adaptive algorithm circuit 26. The adaptive algorithm circuit 26 is a processing circuit for an MMSE-based adaptive algorithm. As the adaptive algorithm, LMS (Least Mean Square), RLS (Recursive Least-Squares), or the like can be used. The adaptive algorithm circuit 26 performs adaptive control so as to minimize the square error between the output of the adder 24 and the reference signal, and calculates and outputs the weight coefficients W1 to WN. During the convergence of the adaptive control, the variables W1 ′ to WN ′ of the weight coefficient are output to the respective multipliers 22.
[0032]
In FIG. 2, a reference signal generation circuit 8 generates a PN code for a known pilot signal, and outputs the PN code to the adaptive control circuit 6a as a reference signal. The adaptive control circuit 6a optimizes and calculates the weight coefficient based on the reference signal and the pilot signal of the received signal.
[0033]
The reference signal generation circuit 12 generates a reference signal necessary for optimizing and calculating the weight coefficient using the MAC2 signal, based on the MAC1 signal. FIG. 4 shows the configuration of the reference signal generation circuit 12. The MAC1 signal and the MAC2 signal are composed of the same signal. Therefore, by multiplying the MAC1 signal by the PN code A1 for the MAC1 signal and then multiplying the MAC1 signal by the PN code A2 for the MAC2 signal, a reference signal of the MAC2 signal can be obtained. The PN codes A1 and A2 are known and are generated by the PN code generation circuit 10.
[0034]
In FIG. 4, the MAC1 signal is read from the FIFO memory 4 and input to the multiplier 30. The multiplier 30 multiplies the MAC1 signal by the weight coefficient calculated by the adaptive control circuit 6a. Since the weight coefficient is based on the pilot signal adjacent to the MAC1 signal as shown in FIG. 1, the weight coefficient has high accuracy with respect to the MAC1 signal. As a result, a good antenna directivity pattern for the MAC1 signal is formed, and the result of the multiplication by the multiplier 30 is a highly accurate received signal of the MAC1 signal. Next, the multiplier 32 multiplies the multiplication result of the multiplier 30 by the PN code A1, and the multiplier 34 multiplies the multiplication result of the multiplier 32 by the PN code A2. Thus, a reference signal for the MAC2 signal is obtained based on the MAC1 signal. This reference signal is input to the adaptive control circuit 6b.
[0035]
In FIG. 2, adaptive control circuit 6b optimizes and calculates a weight coefficient based on the input reference signal and the MAC2 signal of the received signal. The weight coefficient is input to the demodulator 14 and used for demodulating the DATA2 and DATA3 signals of the received signal. The demodulator 14 weights the received signal of each antenna element using the input weight coefficient, and combines and demodulates the received signal after the weighting.
[0036]
Since the weight coefficient calculated by the adaptive control circuit 6b is based on the MAC2 signal adjacent to the DATA2 signal as shown in FIG. 1, the precision for the DATA2 signal is good and excellent. Also, the accuracy of the DATA3 signal is better than that of the weight coefficient based on the pilot signal. As a result, a good antenna directivity pattern for the DATA2 and DATA3 signals is formed, and the error characteristics during demodulation are improved.
[0037]
In FIG. 4, the multiplication result of the multiplier 32 may be used as a reference signal for the MAC2 signal, and conversely, adaptive control may be performed after multiplying the received signal by the PN code A2.
[0038]
Next, a second embodiment will be described. FIG. 5 is a block diagram showing a configuration of the adaptive array antenna system according to the second embodiment of the present invention. In the adaptive array antenna system shown in FIG. 5, one adaptive control circuit 6 is shared by time division based on the configuration of FIG.
[0039]
In FIG. 5, the switch SW2 switches the output destination so as to output the pilot signal of the received signal and the MAC2 signal to the adaptive control circuit 6. The switch SW3 switches the input source of the reference signal to be output to the adaptive control circuit 6, in synchronization with the input to the switch SW2. The switch SW3 outputs the reference signal (for the pilot signal) from the reference signal generation circuit 8 to the switch SW2 when the pilot signal is input, and outputs the reference signal (for the MAC2 signal) from the reference signal generation circuit 12 when the MAC2 signal is input. I do.
[0040]
The adaptive control circuit 6 outputs to the reference signal generation circuit 12 a weight coefficient optimized and calculated based on the pilot signal of the received signal. On the other hand, the weighting coefficient optimized and calculated based on the MAC2 signal of the received signal is output to the demodulator 14.
[0041]
According to the second embodiment, since the adaptive control circuit is shared in a time-division manner, the size of the device can be reduced.
[0042]
Next, a third embodiment will be described. FIG. 6 is a block diagram showing a configuration of the adaptive array antenna system according to the third embodiment of the present invention. In the adaptive array antenna system shown in FIG. 6, based on the configuration shown in FIG. 2, when calculating the weighting factor based on the pilot signal, the time series of the pilot signal is inverted to perform adaptive control.
[0043]
6, a FILO memory 40a is provided before the pilot signal input terminal of the adaptive control circuit 6a, and a FILO memory 40b is provided before the reference signal input terminal of the adaptive control circuit 6a. The FILO memories 40a and 40b function as first-in, last-out (FILO; First In Last Out) buffers. The FILO memory 40a temporarily stores the pilot signal of the received signal, inverts the time series, and outputs the inverted signal. FILO memory 40b temporarily stores the reference signal of the pilot signal generated by reference signal generation circuit 8, inverts the time series, and outputs the inverted signal. As a result, the adaptive control circuit 6a optimizes and calculates the weight coefficient based on the pilot signal while returning temporally from the rear to the front. The resulting weighting factor corresponds to the wireless propagation environment that is closest in time to the MAC1 signal.
[0044]
As a result, an optimal antenna directivity pattern for the MAC1 signal is formed in the reference signal generation circuit 12, and an accurate reference signal for the MAC2 signal can be obtained based on the MAC1 signal. By using this reference signal, the adaptive control circuit 6b can calculate the weight coefficient based on the MAC2 signal with very high accuracy.
[0045]
Next, a fourth embodiment will be described. FIG. 7 is a block diagram showing a configuration of the adaptive array antenna system according to the fourth embodiment of the present invention. The adaptive array antenna system shown in FIG. 7 calculates a weight coefficient used for the DATA1 signal based on the MAC1 signal.
[0046]
In FIG. 7, the switch SW4 switches the connection so that the MAC1 signal of the received signal is output to the FILO memory 40c, the pilot signal is output to the adaptive control circuit 6c, and the MAC2 signal is output to the FILO memory 40d. The FILO memory 40c temporarily stores the MAC1 signal, inverts the time series, and outputs the inverted signal to the adaptive control circuit 6d. The FILO memory 40d temporarily stores the MAC2 signal, inverts the time series, and outputs the inverted signal to the reference signal generation circuit 12a.
[0047]
The adaptive control circuit 6c calculates a weight coefficient at the end of the pilot signal. Using this weighting factor, the reference signal generation circuit 12a generates a reference signal of the MAC1 signal whose time series has been inverted based on the MAC2 signal whose time series has been inverted in the FILO memory 40d. Using this reference signal, the adaptive control circuit 6d calculates a weight coefficient at the beginning of the MAC1 signal based on the MAC1 signal whose time series has been inverted in the FILO memory 40c. Using this weighting factor, the demodulator 14 demodulates the DATA1 delayed by the FIFO memory 4. Accordingly, since the demodulation of DATA1 is performed by the weight coefficient based on the adjacent MAC1 signal, the error characteristic at the time of demodulation is improved.
[0048]
Next, a fifth embodiment will be described. FIG. 8 is a block diagram showing the configuration of the adaptive array antenna system according to the fifth embodiment of the present invention. The adaptive array antenna system shown in FIG. 8 combines the configurations related to the weight coefficient calculation of FIGS. 6 and 7, extrapolates the calculated weight coefficients WA and WB, and uses them for the DATA2 and 3 signals. A weight coefficient is obtained.
[0049]
8, the weight coefficient WA calculated by the adaptive control circuit 6b is the same as the weight coefficient calculated by the configuration of FIG. 6 and input to the demodulator 14. The weight coefficient WA is the value at the end of the MAC2 signal. On the other hand, the weight coefficient WB calculated by the adaptive control circuit 6d is the same as the weight coefficient calculated by the configuration of FIG. The weight coefficient WB is a value at the time of the head of the MAC1 signal. These weighting factors WA and WB are input to the extrapolation unit 50. The extrapolation unit 50 obtains a weight coefficient WC to be used for the DATA2, 3 signals by performing extrapolation processing using the weight coefficients WA, WB. The demodulator 14 demodulates the DATA2 and DATA3 signals using the weight coefficient WC.
As a result, the accuracy in obtaining the weight coefficients of the DATA2 and DATA3 signals by extrapolation is improved.
[0050]
Next, a sixth embodiment will be described. FIG. 9 is a block diagram showing a configuration of the adaptive array antenna system according to the sixth embodiment of the present invention. In the adaptive array antenna system shown in FIG. 9, based on the configuration shown in FIG. 2, the MAC1 signal is demodulated to generate a reference signal used in the adaptive control circuit 6b.
[0051]
In FIG. 9, the switch SW5 switches the output destination so as to output the MAC1 signal to the despreading circuit 62 and output the MAC2 signal to the adaptive control circuit 6b. The MAC1 signal is despread by the despreading circuit 62, then demodulated by the demodulator 14a, and then spread by the spreading circuit 64. The spread MAC1 signal is input to the reference signal generation circuit 68. The PN code generation circuit 66 generates a PN code A2 for the MAC2 signal and outputs it to the reference signal generation circuit 68. The reference signal generation circuit 68 multiplies the spread MAC1 signal by the PN code A2 to generate a reference signal for the MAC2 signal. This reference signal is input to the adaptive control circuit 6b, and is used for calculating a weight coefficient based on the MAC2 signal.
As a result, a noise-free MAC2 signal reference signal is generated, so that highly accurate adaptive control can be performed.
[0052]
Next, a seventh embodiment will be described. FIG. 10 is a block diagram showing the configuration of the adaptive array antenna system according to the seventh embodiment of the present invention. In the adaptive array antenna system shown in FIG. 10, based on the configuration shown in FIG. 9, a weight coefficient based on a pilot signal is used as an initial value for calculating a weight coefficient of adaptive control circuit 6b.
[0053]
In FIG. 10, the adaptive control circuit 6a calculates a weight coefficient based on a pilot signal using the reference signal from the reference signal generation circuit 8, and outputs the calculated weight coefficient to the adaptive control circuit 6b. The adaptive control circuit 6b uses the weight coefficient based on the pilot signal as an initial value in calculating the weight coefficient based on the MAC2 signal, that is, as an initial value of the variables W1 'to WN' set in each multiplier 22 in FIG.
As a result, the accuracy of the weight coefficient calculated based on the MAC2 signal is improved.
[0054]
In the embodiment described above, various modifications are possible. For example, based on the configuration in FIG. 9 or FIG. 10, a weight coefficient based on the MAC1 signal may be calculated as shown in FIG. Alternatively, as shown in FIG. 8, a weight coefficient based on the MAC1 signal and a weight coefficient based on the MAC2 signal may be extrapolated.
In addition, as shown in FIG. 5, the adaptive control circuit can be shared in a time-sharing manner.
[0055]
Note that the adaptive array antenna system of the present invention is not limited to the above-described wireless communication terminal such as a mobile phone, but can be similarly applied to a wireless base station that wirelessly communicates with the wireless communication terminal.
[0056]
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.
[0057]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, it is possible to optimize and calculate the weight coefficient of the array antenna using an unknown signal wirelessly transmitted adjacent to a data signal to be demodulated. Thereby, the accuracy of the weight coefficient for the data signal to be demodulated can be improved.
[0058]
Further, by providing the weight coefficient calculation device of the present invention, it is possible to form a good antenna directivity pattern for a data signal to be demodulated, and to improve communication quality such as error characteristics at the time of demodulation. An adaptive array antenna system can be provided.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing a configuration example of a wireless transmission frame applied to the present invention.
FIG. 2 is a block diagram illustrating a configuration of an adaptive array antenna system according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a block diagram showing a configuration of an adaptive control circuit 6.
FIG. 4 is a block diagram illustrating a configuration of a reference signal generation circuit 12.
FIG. 5 is a block diagram illustrating a configuration of an adaptive array antenna system according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a block diagram illustrating a configuration of an adaptive array antenna system according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a block diagram illustrating a configuration of an adaptive array antenna system according to a fourth embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a block diagram illustrating a configuration of an adaptive array antenna system according to a fifth embodiment of the present invention.
FIG. 9 is a block diagram showing a configuration of an adaptive array antenna system according to a sixth embodiment of the present invention.
FIG. 10 is a block diagram illustrating a configuration of an adaptive array antenna system according to a seventh embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
2, radio section, 4 FIFO memory, 6, 6a to 6d, adaptive control circuit, 8 reference signal generation circuit (for pilot signal), 10, 10a, 66 ... PN code generation circuit, 12, 12a, 68 ... Signal generation circuit (for MAC1 and 2 signals), 14, 14a demodulator, 22, 30, 32, 34 multiplier, 24 adder, 26 adaptive algorithm circuit, 40a to 40d FILO memory, 50 outside Insertion section, 62: despreading circuit, 64: spreading circuit, ANT1 to ANTN: antenna element, SW1 to SW5: switch

Claims

In a weight coefficient calculation device that calculates a weight coefficient for controlling the directivity of an array antenna including a plurality of antenna elements,
The transmission frame of the radio signal received by the array antenna includes a known pilot signal, first and second unknown signals formed of the same signal, and a data signal to be demodulated,
The time series order in the transmission frame is the order of the first unknown signal, the pilot signal, the second unknown signal, and the data signal,
The second unknown signal is adjacent to the data signal;
First adaptive control means for adaptively controlling so that an error between a reception signal of each antenna element and a reference signal is minimized and calculating a weight coefficient;
A reference signal corresponding to the second unknown signal is generated based on the first unknown signal, and the reference signal is provided to the first adaptive control unit for calculating a weight coefficient based on the second unknown signal. Reference signal providing means,
A weighting factor calculation device comprising:

The reference signal providing means,
A second adaptive control means for calculating a weight coefficient based on the pilot signal by the adaptive control using a predetermined reference signal corresponding to the pilot signal,
Reference signal generating means for weighting the first unknown signal using a weight coefficient based on the pilot signal, and generating a reference signal corresponding to the second unknown signal from the weighted first unknown signal; ,
The weight coefficient calculation device according to claim 1, further comprising:

The weighting factor calculation device according to claim 2, wherein the adaptive control processing of both the first adaptive control means and the second adaptive control means is time-divisionally processed by one adaptive control circuit.

The weight coefficient calculation device according to claim 2, wherein the second adaptive control means calculates the weight coefficient based on the pilot signal by inverting a time series.

The reference signal providing means,
Demodulation means for demodulating the first unknown signal;
Reference signal generating means for generating a reference signal corresponding to the second unknown signal from the demodulated first unknown signal;
The weight coefficient calculation device according to claim 1, further comprising:

The reference signal providing means,
A weighting factor based on the pilot signal is calculated by the adaptive control using a predetermined reference signal corresponding to the pilot signal, and this weighting factor is used as an initial value for calculating a weighting factor of the first adaptive control means. A second adaptive control means for providing to the first adaptive control means,
The weight coefficient calculating device according to claim 5, comprising:

In a weight coefficient calculation device that calculates a weight coefficient for controlling the directivity of an array antenna including a plurality of antenna elements,
The transmission frame of the radio signal received by the array antenna includes a known pilot signal, first and second unknown signals formed of the same signal, and a data signal to be demodulated,
The time-series order in the transmission frame is the order of the data signal, the first unknown signal, the pilot signal, and the second unknown signal,
The first unknown signal is adjacent to the data signal;
First adaptive control means for adaptively controlling so that an error between a reception signal of each antenna element and a reference signal is minimized and calculating a weight coefficient;
A reference signal corresponding to the first unknown signal is generated based on the second unknown signal, and the reference signal is provided to the first adaptive control unit for calculating a weight coefficient based on the first unknown signal. Reference signal providing means,
A weighting factor calculation device comprising:

The reference signal providing means,
A second adaptive control means for calculating a weight coefficient based on the pilot signal by the adaptive control using a predetermined reference signal corresponding to the pilot signal,
Reference signal generating means for weighting the second unknown signal using a weight coefficient based on the pilot signal, and generating a reference signal corresponding to the first unknown signal from the weighted second unknown signal; ,
The weight coefficient calculation device according to claim 7, comprising:

The weighting factor calculation device according to claim 8, wherein the adaptive control processing of both the first adaptive control means and the second adaptive control means is time-divisionally processed by one adaptive control circuit.

The reference signal generating means performs generation of a reference signal corresponding to the first unknown signal by inverting a time series,
9. The weight coefficient calculating apparatus according to claim 8, wherein the first adaptive control means calculates a weight coefficient based on the first unknown signal by inverting a time series.

In a weight coefficient calculation device that calculates a weight coefficient for controlling the directivity of an array antenna including a plurality of antenna elements,
The transmission frame of the radio signal received by the array antenna includes a known pilot signal, first and second unknown signals formed of the same signal, and a data signal to be demodulated,
The time series order in the transmission frame is the order of the first unknown signal, the pilot signal, the second unknown signal, and the data signal,
The second unknown signal is adjacent to the data signal;
A reference signal corresponding to the second unknown signal is generated based on the first unknown signal, and an error between the reference signal and the second unknown signal received by each of the antenna elements is minimized. First weighting factor calculating means for adaptively controlling to calculate a first weighting factor,
A reference signal corresponding to the first unknown signal is generated based on the second unknown signal, and an error between the reference signal and the first unknown signal received by each of the antenna elements is minimized. A second weighting factor calculating means for adaptively controlling to calculate a second weighting factor,
Extrapolation means for extrapolating the first weighting factor and the second weighting factor to obtain a third weighting factor used for the data signal;
A weighting factor calculation device comprising:

The first weighting factor calculation means performs the calculation of the first weighting factor in chronological order, and the second weighting factor calculation means reverses the time series of the calculation of the second weighting factor. The weight coefficient calculation device according to claim 11, wherein the weight coefficient calculation is performed.

In an adaptive array antenna system comprising an array antenna composed of a plurality of antenna elements, and combining and demodulating received signals received by the antenna elements,
A weighting factor calculation device according to any one of claims 1 to 12,
Demodulating means for weighting the received signal using the weighting factor calculated by the weighting factor calculating device, and combining and demodulating the weighted received signal;
An adaptive array antenna system comprising:

A weighting factor calculation method in a weighting factor calculation device that calculates a weighting factor for controlling the directivity of an array antenna including a plurality of antenna elements,
The transmission frame of the radio signal received by the array antenna includes a known pilot signal, first and second unknown signals formed of the same signal, and a data signal to be demodulated,
The time series order in the transmission frame is the order of the first unknown signal, the pilot signal, the second unknown signal, and the data signal,
The second unknown signal is adjacent to the data signal;
Generating a reference signal corresponding to the second unknown signal based on the first unknown signal;
A step of calculating a weight coefficient by performing adaptive control so that an error between the reference signal and the second unknown signal received by each of the antenna elements is minimized;
A weighting factor calculation method comprising:

A weighting factor calculation method in a weighting factor calculation device that calculates a weighting factor for controlling the directivity of an array antenna including a plurality of antenna elements,
The transmission frame of the radio signal received by the array antenna includes a known pilot signal, first and second unknown signals formed of the same signal, and a data signal to be demodulated,
The time-series order in the transmission frame is the order of the data signal, the first unknown signal, the pilot signal, and the second unknown signal,
The first unknown signal is adjacent to the data signal;
Temporarily storing the first unknown signal received by each antenna element;
Generating a reference signal corresponding to the first unknown signal based on the second unknown signal;
Calculating a weighting coefficient by adaptive control so that an error between the reference signal and the accumulated first unknown signal is minimized;
A weighting factor calculation method comprising:

A weighting factor calculation method in a weighting factor calculation device that calculates a weighting factor for controlling the directivity of an array antenna including a plurality of antenna elements,
The transmission frame of the radio signal received by the array antenna includes a known pilot signal, first and second unknown signals formed of the same signal, and a data signal to be demodulated,
The time series order in the transmission frame is the order of the first unknown signal, the pilot signal, the second unknown signal, and the data signal,
The second unknown signal is adjacent to the data signal;
Generating a reference signal corresponding to the second unknown signal based on the first unknown signal;
Calculating a first weighting factor by adaptively controlling so that an error between the reference signal corresponding to the second unknown signal and the second unknown signal received by each of the antenna elements is minimized;
Temporarily storing the first unknown signal received by each antenna element;
Generating a reference signal corresponding to the first unknown signal based on the second unknown signal;
Calculating a second weighting factor by performing adaptive control so that an error between the reference signal corresponding to the first unknown signal and the accumulated first unknown signal is minimized;
Extrapolating the first weighting factor and the second weighting factor to determine a third weighting factor used for the data signal;
A weighting factor calculation method comprising: