JP2007244002A - スマートアンテナおよびダイバーシティ技法を実施するための方法およびシステム - Google Patents

Abstract

【課題】最良の品質を有する信号を受信（または、送信）するアンテナを選択する能力を提供することが非常に好ましい。
【解決手段】共通無線周波数（ＲＦ）チェーンをマルチアンテナからベースバンドに変換する方法および装置である。より良い品質の信号を受信するアンテナが優先され、アップリンクおよびダウンリンクの両方に対してより大きな柔軟性と適用性を有するアンテナ選択が行われる。各タイムスロット期間中に測定がなされ、より良い品質の信号を有するアンテナに対して与えられるウェイト付けが決定される。タイムスロット間から単一シンボルまでのレンジに渡って測定を行う技術および装置が提供される。最良の信号を選択するために、開示された技術は、個別に、更なる便益を享受するため組み合わされて利用される。
【選択図】図１

Description

本発明は、無線技術に関する。より詳細には、本発明は、送信および／または受信される通信の品質を改善し、より良い品質の信号の選択を容易にするスマートアンテナおよびダイバーシティ技法の分野に関する。

無線システムの送信機および受信機は、一般的に、コストの観点で好ましい単一のアンテナを使用する。しかし、ある種のコスト対便益性(cost/benefit feature)を与えることが判明しているマルチアンテナアレイ(multiple antenna array)も使用されている。

最良の品質を有する信号を受信（別の場合では、送信）するアンテナを選択する能力を提供することは、いずれにしても非常に好ましいことである。

本発明は、一実施形態において、マルチアンテナアレイ(multi-antenna array)中の各アンテナにより受信された信号をモニタして、信号品質を判定し、処理するために、より品質の良い信号を選択する方法および装置を提供する。処理するために選ばれた信号選択を変更する能力を、そのような変更が同様に正当とされる場合にいつでも提供するために、受信期間中にわたって信号品質のモニタを継続する。本明細書中に記載されたいくつかの技法は、アップリンク応用例にもダウンリンク応用例にも使用することができる。

以上説明したように、最良の品質を有する信号を受信（別の場合では、送信）するアンテナを選択する能力を提供することができる。

以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について詳細に説明する。以下の図面は、本発明の原理を実施する方法および装置を説明する際に有用であり、同じ構成要素は同じ数字で示してある。

図１は、アンテナ１２および１４を備えた受信機設備１０を示す。各アンテナは、図示されていない遠隔送信機からの着信ＲＦ信号を受信する。アンテナ１２および１４により受信された信号は、それぞれリニア低雑音増幅器１６および１８により増幅され、次いで、混合器２０および２２にそれぞれ供給されて、そこで０、１、−１、またはシンボルと等しい周期を有する連続波ソース（例えば、ＷＴＤＤについては２４０ｋＨｚ）等の低周波成分が掛け算される。

図１に示された実施形態において、符号分割多元接続（ＣＤＭＡ）方式に基づくシステムのシンボルレートは２４０ｋＨｚであり、マルチアンテナより取得された信号は、逆拡散させた後、分離することができる。同じ効果を達成できる他の周波数を選択してもよいことに留意されたい。

回路２４および２６は、入力信号に対するサポート信号(support signal)をそれぞれ供給し、信号源２８（実施形態中のものは２４０ｋＨｚで動作する）により駆動される。混合器２０、２２からの信号が結合器３０において結合され、図示されているような可能な出力を提供する。この出力は、次に更なる処理のために１つの受信機に送信される。

使用されるアンテナは、互いに類似で異なった位置に配置されてもよいし、または異なった設計のものであってもよいことに留意されたい。得られた信号は、それらの品質の判定のために比較され、最高品質の信号を得るために選択される。また、３本以上のアンテナを使用してもよい。

図２は、本発明の別の代替実施形態３２を示す。ここで、アンテナＡおよびＢは、アップリンク応用例またはダウンリンク応用例のどちらか一方のために使用され、切り替え手段(switching means)３４を介して結合される。切り替え手段は、送信するために、選択されたアンテナに結合するための、または受信するために、選択されたアンテナを受信機の入力に結合するための電子的切り替え手段であることが好ましい。ダウンリンクの実施形態では、受信機は、１つのアンテナからの一連のタイムスロット(sequence of timeslots)または一連のフレーム(sequence of frames)と、残りのアンテナ（群）からの別の数の単位を処理する。図２では２本のアンテナが示されているだけであるが、多数のアンテナが使用されてもよいことを理解されたい。

初期の動作として、出力信号は、図３に示されたモニタデバイス３６に結合される。信号Ａと信号Ｂの品質が本質的に同じであると仮定すると、モニタ回路３６は、切り替え手段３４を交互に動作させて、受信されたフレームまたはスロットが波形３８ａに示されているように、出力利用デバイス(output utilization device)に交互(alternately)に転送されるようにする。もう１つの例として、交互の切り替え構成(alternating switching arrangement)は、２つ（以上）の信号Ａの連続タイムスロット(consecutive time slots)が同数の信号Ｂのタイムスロットと交互になるものでもよい。

検査される信号ＡおよびＢのそれぞれのフレームまたはスロットが、信号Ａの品質の方が信号Ｂの品質に勝るということを示したと仮定すると、その結果、モニタ手段３６は切り替え手段３４を動作させ、連続した３単位（即ち、タイムスロット、フレームなど）の信号Ａを受信し、その後、アンテナ１４に切り替えて１単位の信号Ｂを受信し、その後は、このパターンを繰り返すようにする。この信号選択の間中、モニタ回路３６は信号Ａと信号Ｂそれぞれのスロット、および／または、フレームのモニタを継続し、信号の品質に変化があり、その結果、信号Ｂの品質の方が信号Ａの品質に勝るようになった場合は、モニタ手段３６が切り替え手段３４を動作させ、より多数の信号Ｂの連続単位を出力利用デバイスに結合し、その後により少数の信号Ａの連続単位を結合し、信号Ａと信号Ｂとの間で次の信号品質の変化が発生するまでこのパターンを繰り返すようにする。また、連続して信号Ａと信号Ｂの品質を確認し、受信機に接続されるアンテナ毎の期間のウェイト付けを変更するために信号Ａおよび信号Ｂのモニタは、受信期間（または送信期間）中継続することに留意されたい。

提示された実施形態は、波形３８ｂにより示すように信号Ａを優遇(favor)した、または波形３８ｃにより示すように信号Ｂを優遇した、比率３対１の信号受信期間を示しているが、他の方法によるウェイト付け(weighting)が選択されても良く、そのようなウェイト付けは相対品質の関数(function of relative quality)として選択されても良いことを理解されたい。例えば、ある相対品質レベルは比率４対１を保証することができ、それより低い相対品質レベルは比率３対１を保証することができ、更に低い品質レベルは比率２対１を保証することができる等々である。使用されるアンテナ１２および１４は、設計上類似で物理的な位置によってのみ区別できるものでもよいし、設計の異なるアンテナであってもよい。例えば、両アンテナとも無指向性でもよいし、一方のアンテナが、無指向性で、他方が高指向性放射パターンを持つもの等でもよい。各アンテナのどちらか一方がアンテナアレイであってもよく、アレイは、異なる指向性パターンを持っていてもよいし、類似の指向性パターンであるが異なる方位を持っているもの等でもよい。

切り替えられるアンテナの数は、２本を越えてもよい。しかしながら、信号Ａと信号Ｂ、ならびにその他の信号または信号群のモニタおよび比較は、所定の優先順位(priority)に関係なく続き、その結果、モニタされる信号間で信号品質の変化が起こると、優先順位が適切に変更される。モニタされる信号間で信号品質が同等な場合は、波形３８Ａで示すような交互のパターンが得られることに留意されたい。他のパターンを使用しても、同等性(equality)が与えられる。例えば、信号Ａの２つの期間またはフレームが信号Ｂの２つの期間またはフレームと交互になっている。

図２および図３に示された実施形態の構成は、簡単に実施でき、また実施の費用も最少である。

同じ技術がアップリンク応用例、特に時分割デュプレックス（ＴＤＤ）システムに使用できる。ＴＤＤにおいては、アップリンクチャネルとダウンリンクチャネルは逆であるので、いったん各アンテナで信号品質が測定されると、この情報はどのアンテナに優先権を与えるべきかを決定するために使用され、また受信応用例の場合と同じ方法で、送信機は、それらのアンテナの信号品質の比較に基づいて、１本のアンテナからは複数の単位の信号を、また他のアンテナからはもう１つの異なった単位数の信号を送信する。送信設備は、遠隔の受信機に各アンテナを介してパイロット信号を供給する。

図４は、本発明の他の実施形態であり、図２に示された実施形態を変更したものを示す。図２の実施形態３２において、測定は、全タイムスロットに渡って行われ、これらの測定値に基づいた決定は、次に続くタイムスロットまたはフレームにおいて使用される。比較される信号(compared signal)の優先順位付けの開始の遅れ(delay in initiating priority)を著しく減少させるために、図４では、１個または数個のみのシンボルを検査することにより、タイムスロットまたはフレームの始めで測定を実施している。これを達成するために、受信機は最初のビットまたはシンボル、あるいは数ビットまたは数シンボルにおいて測定された品質と、タイムスロットまたはフレームのその他の部分の品質との相関を学習する。これは、例えば、タイムスロットの残りの部分のシンボルあたりのエネルギーと比較するための最初のシンボル（群）のシンボルあたりのエネルギーと、タイムスロットのブロックエラーとを計算して記憶装置の中に格納し、リアルタイムでの測定のために使用される相関モデルを構築することで達成される。図４の技術は、チャネルがより高速に切り替わる状況下では、図２に示された技術にとって好ましいものである。

ＴＤＤ応用例においては、波形４０ａに示されているように、最初のビット（群）のエネルギーとチャネル品質との相関が判定される（周波数分割デュプレックス応用例の場合、モニタデバイスは、ショートセグメントのパイロットエネルギーまたは他のパラメータとチャネル品質との間の相関を学習する）。波形４０ｂで示されているように、信号Ａの１つまたは２つのシンボルの解析に次いで信号Ｂの１つまたは２つのシンボルが解析され、その後直ちに、タイムスロットまたはフレームの残りの部分が、信号Ａおよび信号Ｂの品質レベルに応じて、選択されたアンテナ１２または１４から取得される。

品質測定および比較に使用された最初の１つまたは２つの信号は、誤り訂正符号等を使って再構築(reconstruct)することができる。

図５は、本発明の更に他の実施形態を示す。この実施形態では、チャネル条件を保証するもの(channel conditions warrant)としての各技術のメリットを享受するために、前述の各実施形態における技術が組み合わされる。この技術は、大量の処理を必要とするが、より適切な解決策が得られる。

図５に示された実施形態４４において、チャネル推定器４６は、チャネル応答を推定し、アルゴリズムのウェイト４８および５０（ブロック４８は、図２のアルゴリズム３２を展開し、ブロック５０は、図４のアルゴリズムを使用する）を、チャネル特性（例えば、目まぐるしく変化するチャネルに対しては、図４のアルゴリズムがより頻繁に使用され、変化の遅いチャネルに対しては、図２のアルゴリズム３２がより頻繁に使用される）に依存して変更する。

本発明の更に別の実施形態として、ＴＤＤおよびＦＤＤタイプの第３世代（３Ｇ）システムにおいては、各種のプロセスに関する決定をするために、単一の品質測定(single quality measurement)が必要である。本発明における１つの実施形態では、アンテナ群中の１本のアンテナからの信号を選択し、受信および送信ダイバーシティのための処理を行う。望ましい測定法は、一般的に、信号測定から推定される信号対雑音比に関するものである。本発明の概念は、信号について他に何も分からない場合に、雑音レベルに基づいて判定を行う能力を提供するものである。一例として、広帯域信号レベルが複数のアンテナを介して測定され、図１のアンテナ１２および１４のようなアンテナ群の中から、どのアンテナがより強い信号を持っているかを判定する。測定される信号が所望の信号なのか、それとも妨害信号なのかを知るすべがない場合には、ガード期間(guard period)の雑音エネルギーが測定され、次に、最も高いビットあたりエネルギー対雑音エネルギー比を有するアンテナを選択して最も高い信号対雑音比を有するアンテナを選択するために、各アンテナについてビットあたりのエネルギーが測定される。こうして、アンテナＡおよびアンテナＢそれぞれによって受信されるガード期間（信号なし(no signal)）は、所望の信号に優先順位(priority)を与えるため交互(alternately)に測定(measure)される。別の実施形態では、データ信号の送信と送信の間に測定が行われ、どの信号に優先権を与えるかを判定するために解析が行われる。次に、図２に示された実施形態など本明細書の中で今まで述べてきた方法により、優先される信号(priority)にウェイトが付けられる。

本発明の原理を具現化するマルチアンテナシステムの好ましい実施形態を示す概略図である。 本発明の別の実施形態を示す簡略図である。 本発明の別の実施形態を示す簡略図である。 本発明の別の実施形態を示す簡略図である。 本発明の別の実施形態を示す簡略図である。

符号の説明

１０ 受信機設備
１２，１４ アンテナ
１６、１８ リニア低雑音増幅器
２０、２２ 混合器
３０ 結合器

Claims (8)

1. 順次送信された同じ長さのスロットが、第１のアンテナアセンブリおよび第２のアンテナアセンブリにより受信されるように構成された通信を処理する方法であって、
   前記第１のアンテナアセンブリおよび前記第２のアンテナアセンブリよりそれぞれ出力されたスロットに所定の周波数ｆを有する信号Ｆを乗算し、そして変換された信号を加算して出力Ａ、Ｂ、Ａ＋Ｂ、Ａ−Ｂ、Ａ＋Ｂ・Ｆ、およびＡ・Ｆ＋Ｂを算出し、ここで、スロットＡは、前記第１のアンテナアセンブリより取得され、スロットＢは、前記第２のアンテナアセンブリより取得されることを特徴とする方法。
2. 前記スロットＡおよび前記スロットＢを信号品質に関してモニタし、前記スロットＡおよび前記スロットＢの中からより高い信号品質を有する一方のみを通過させるステップをさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 前記スロットＡおよび前記スロットＢの信号品質が反転したとき、スロットの選択を逆にするステップをさらに含むことを特徴とする請求項２に記載の方法。
4. 前記スロットＡおよび前記スロットＢに前記信号Ｆを乗算する際に、前記スロットＡおよび前記スロットＢが直交するように、前記信号Ｆの周波数を選択するステップをさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
5. 前記選択された周波数は、２４０ｋＨｚであることを特徴とする請求項４に記載の方法。
6. 同じ長さのスロットが順次送信されることで始まる通信であって、前記通信が少なくとも２つのアンテナアセンブリにより受信されるとき、前記通信を処理する装置において、
   チャネル推定器と、
   履歴、直近のチャネル推定、および最適化のうちの少なくとも１つに基づいて信号品質を判定する第１のユニットおよび第２のユニットと
   を備えたことを特徴とする装置。
7. 前記第１のユニットおよび前記第２のユニットの出力は、組み合わせ手段において組み合わされることを特徴とする請求項６に記載の装置。
8. 前記組み合わせ手段の出力は、信号品質出力を提供することを特徴とする請求項７に記載の装置。

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