JP3162003B2 - 通信方法および通信装置 - Google Patents
通信方法および通信装置Info
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Description
通信装置に関し、特に、ディジタル移動通信や無線LA
Nにおいて問題となるマルチパス対策のために、アダプ
ティブアレーアンテナと適応等化器の結合処理を行う通
信方法および通信装置に関する。
行うと周波数選択性フェージングの影響を受け伝送特性
が著しく劣化する。この周波数選択性フェージングを克
服するための強力な技術が必要となっている。従来のマ
ルチパス対策技術として代表的なものにアダプティブア
レーアンテナ技術と適応等化技術がある。アダプティブ
アレーアンテナ技術は遅延時間の長い遅延波は直接波と
は異なった方向から到来すると考えられることに基づい
ており、空間的パス分離の効果がある。アダプティブア
ンテナは複数のアンテナエレメントで構成され、各エレ
メントで受信される各到来パスの受信位相はそれぞれの
到来方向とエレメント配置から生ずる経路差に応じて異
なることを利用して指向性を制御する。
々の指導原理が公知であるが、図8に示すようなフィー
ドバックタイプが一般的であり、アレー出力と参照信号
との平均2乗誤差が最小となるように適応アルゴリズム
を用いてアレーウェイトを制御すると、指向性のナル点
が遅延波の到来方向に向き、遅延波が抑圧される。アダ
プティブアンテナは遅延時間の長い遅延波に対して抑圧
効果が高いという特徴がある。
ト決定アルゴリズムとしては、CMA((Constant Modulus
Algorithm)アダプティブアレー、LMS(Least Mean Squar
e)アダプティブアレー、RLS(Recursive Least Squares)
アダプティブアレーやSMI(Sample Matrix Inversion)ア
レー等がある。なお、このようなアダプティブアンテナ
信号処理方式は、例えば、鷹尾和昭:”アダプティブア
ンテナ理論体系”,信学論(B-II),Vol.J75-B-II,N
o.11,pp.713-720(1992年11月発行)、小川恭孝,菊間
信良:”アダプティブアンテナ理論の進展と今後の展
望”,信学論(B-II),Vol.J75-B-II,No.11,pp.721-
732(1992年11月発行)あるいは、「ディジタル移動通
信のための波形等化技術」1996年6月トリケッフ゜ス発行、101-
116ヘ゜ーシ゛に記載されているように周知である。
受信時に得られたアダプティブアレーのウェイトを用い
て送信を行うことにより、受信側装置での遅延波あるい
は同一チャネル干渉波を抑圧する方式が知られている。
果がある。陸上移動通信用としては判定帰還形等化器(
DFE : Decision Feddback Equalizer )と最尤系列推定
器( MLSE : Maximum Likelihood Sequence Estimator )
が精力的に研究されている。MLSEは直接波と遅延波を有
効に合成できるため、その等化特性はDFEより優れてい
る。図9は、MLSEの構成例を示すブロック図である。ML
SEにおいては、まず受信側で候補信号として既知のトレ
ーニング信号を入力し、受信信号からLMSアルゴリズム
やRLSアルゴリズムなどの適応アルゴリズムを用いてチ
ャネルインパルス応答を推定する。そして、推定された
チャネルインパルス応答に基づき、レプリカ生成器が候
補信号から送信信号系列のレプリカを生成し、どのよう
な送信信号系列が送信されたとすると受信信号系列に近
くなるかという基準で送信信号が推定される。
なビタビアルゴリズムが使用される。更に、ビタビアル
ゴリズムの各状態毎にチャネルインパルス応答の推定を
行うことにより、判定遅延によるチャネルインパルス応
答推定における遅れ誤差を無くし、伝送路変動への追従
性が高められる。なお、MLSEについては、例えば「ディ
ジタル移動通信のための波形等化技術」1996年6月トリケッフ
゜ス発行,77-100ヘ゜ーシ゛に記載されている。
ンテナにおいては、各到来パス間の角度が小さい場合に
は、不要波の到来方向にアンテナ指向性のナル点を向け
ようとするアレーの原理上、アレー出力SINR特性が劣化
するという問題点があり、またアダプティブアレーアン
テナはマルチパス波の中から選択的に1波のみを選択し
ていることから、到来波電力を有効に利用できないとい
う問題があった。
の遅延シンボル数を越える長い遅延波が存在すると誤り
率特性が劣化するという問題点があり、また遅延シンボ
ル数の大きな遅延波に対処しようとすると、遅延シンボ
ル数の増加に伴い演算量が膨大になるといった問題があ
り、特にMLSEでは遅延シンボル数の増加と共に演算量が
指数関数的に増加してしまうという問題点があった。そ
のため、アダプティブアレーアンテナと適応等化器はと
もに一長一短があり、それぞれを単独に使用しただけで
は効果的なマルチパス対策技術となりにくいといった問
題を生じていた。
点を解決し、アダプティブアレーアンテナにおける希望
波に対する近接遅延波存在下における特性劣化とMLSEに
おける遅延シンボル数の増加による演算量の増大を同時
に解決する、アダプティブアレーアンテナとMLSEの結合
処理を行う通信装置および通信方法を提供することにあ
る。
解決するために、お互いの欠点を補完できるような親和
性の高い構成とアルゴリズム採用して、アダプティブア
レーアンテナと適応等化器の結合を行ったところに特徴
がある。本発明においては、まずトレーニング期間にお
いて、全てのアンテナからの受信信号について直接波と
遅延波のチャネルインパルス応答の推定を行う。
力における直接波成分の応答を決定する拘束ベクトルと
して、アレーウェイトと最尤系列推定器のチャネルイン
パルス応答を同時に制御かつ推定する。また、同様の操
作を遅延波についても同様に行う。即ち、遅延波の応答
を拘束して遅延波を抽出する。このときレプリカ生成器
として直接波と遅延波の両方のチャネルインパルス応答
推定タップを用意しておく。
レーニング終了時に累積シンボル数で正規化して平均誤
差電力を求める。そして、チャネルインパルス応答ベク
トルのパワーを計算して、平均誤差電力で除算すること
により、アレー出力信号の品質(SINR)を推定する。こ
の操作を1シンボル遅延波抽出用アレーについても同様
に行う。次に、各パスダイバーシチブランチの推定SINR
を用いて直接波抽出用アレー出力信号と1シンボル遅延
波抽出用アレー出力信号の品質に比例した重み係数#
0、#1を求める。
レー出力と最尤系列推定器からのレプリカとの誤差を計
算する。また、同じ候補信号に対して1シンボル遅延波
抽出用のアレーについても同様に行い、誤差を計算す
る。これらの誤差の絶対値の2乗を計算して、トレーニ
ングモードにおいて計算した重み係数を用いて重み付け
を行い、ブランチメトリック合成を行って、最尤系列推
定器を用いて送信信号系列の推定を行う。次に、最尤系
列推定器の各状態毎の生き残りパスに応じてアレーウェ
イトと最尤系列推定器におけるチャネルインパルス応答
を同時に更新する。
角が接近している場合、直接波抽出用アレーの出力には
直接波成分と2シンボル遅延波成分が出力されてしまう
ので、トレーニング区間における誤差が大きくなる。し
かし、1シンボル遅延波抽出用アレーには1シンボル遅
延波成分のみが出力されるので、トレーニング区間にお
ける誤差は小さくなる。そこで、各アレー出力とレプリ
カとの誤差の絶対値2乗を計算して、重み付けを行うこ
とにより、直接波抽出用アレーからの系列推定への寄与
を小さくすることができ、誤り率特性の劣化が抑えられ
る。また、1シンボル遅延波だけでなく、2シンボル遅
延波や3シンボル遅延波についても拡張できることは言
うまでもない。
において、前記操作によって得られたアダプティブアレ
ーウェイトベクトルを用いて送信を行うと、直接波だけ
でなく遅延波成分も送信先に到達する。これを等化器で
受信することにより、送信電力を有効利用することがで
きる。また、アダプティブアレーでの受信時に直接波抽
出用アレーと1シンボル遅延波抽出用アレー出力品質を
用いて、伝送品質の良いほうのパスダイバーシチブラン
チ(経路、即ちアレーウェイト)を用いて送信すると、
送信先には直接波成分とレベルの低い1シンボル遅延波
成分、あるいは、1シンボル遅延波とレベルの低い直接
波成分が到達する。これを等化器で受信することによ
り、やはり送信電力を有効利用することができる。
の実施の形態を詳細に説明する。図2は、本発明の受信
装置のハードウェア構成例を示すブロック図である。ア
ダプティブアレーアンテナ1には、例えば、4素子から
8素子程度のリニアアレーアンテナや平面アレーアンテ
ナ等が使用される。線形復調器2は、例えば受信信号を
増幅し、周波数変換し、直交検波して、ベースバンドま
でダウンコンバートする。A/D変換器3は、受信ベー
スバンド信号をA/D変換する。信号処理部4は、例え
ばDSP(デジタルシグナルプロセッサ)等により構成
され、後述するような、本発明に関するアダプティブア
レーアンテナ処理および適応形最尤系列推定器に関する
処理を実行する。
明の信号処理機能を示す機能ブロック図である。なお、
実施例における信号型式としては、伝送すべきデータ部
の前に既知のトレーニング信号が付加されており、TD
MA/TDD(タイムテ゛ィヒ゛シ゛ョンテ゛ュフ゜レックス:時分割2重)
方式で伝送されるものとする。そして、トレーニング期
間においては、アレーウェイト、伝送路のインパルス応
答、重み係数が決定される。
れる。直接波抽出用アレー処理部は、直接波抽出用ステ
アリングベクタアレー10および拘束条件付き適用アル
ゴリズム11からなり、各アレーアンテナの復調信号か
ら直接波を抽出するように動作する。拘束条件付き適用
アルゴリズム11は、アレー出力と参照信号との誤差か
ら公知の適応アルゴリズムを用いてアダプティブアレー
のウェイトを制御する。適応アルゴリズムとしては、簡
易なLMS(Least Mean Square)アルゴリズム、収束特性の
優れるRLS(Recursive Least Squares)アルゴリズム等を
使用できる。
直接波抽出用アレー処理部と同様に1シンボル遅延波抽
出用ステアリングベクタアレー16および拘束条件付き
適用アルゴリズム17からなる。アルゴリズム17はア
ルゴリズム11と同じものであり、各アレーアンテナの
復調信号から1シンボル遅延波を抽出するように動作す
る。
出力推定器であるレプリカ生成器12、18および最尤
系列推定器23等からなる。レプリカ生成器12、18
は、トランスバーサルフィルタ等を使用して、求められ
たチャネルインパルス応答((CIR)と既知のトレーニ
ング信号あるいは候補信号を畳み込んで希望波に対する
参照信号あるいはレプリカを生成する。
力からレプリカ生成器12、18の出力を減算し、誤差
信号を出力する。該誤差信号は拘束条件付き適用アルゴ
リズム11、17にそれぞれ入力されると共に、絶対値
2乗計算器14、20に入力される。絶対値2乗計算器
14、20の出力信号は乗算器15、21にそれぞれ入
力され、重み係数#0、#1がそれぞれ乗算され、それ
ぞれのアレーにおけるブランチメトリックとして出力さ
れる。加算器22はそれぞれの乗算器の出力信号を加算
し、最尤系列推定器23に出力する。最尤系列推定器2
3は、合成されたブランチメトリックに基づいて受信信
号系列を推定し、該系列および候補信号を出力する。
明する。トレーニング期間においては、まず全てのアン
テナからの受信信号を用いて、各ブランチ毎に直接波と
1シンボル遅延波のチャネルインパルス応答の推定を行
う。次に、直接波のインパルス応答をアレー出力におけ
る直接波成分の応答を決定する拘束ベクトルとしてアレ
ーウェイトと最尤系列推定器のチャネルインパルス応答
を同時に制御かつ推定する。また、同様の操作を1シン
ボル遅延波についても同様に行う。即ち、1シンボル遅
延波の応答を拘束して1シンボル遅延波を抽出する。こ
のとき最尤系列推定器から1シンボル遅延波だけでなく
直接波用のチャネルインパルス応答推定タップも用意し
ておく。
拘束SMIアルゴリズム等の拘束条件付き最小2乗法を用
いてアレーウェイトと直接波と1シンボル遅延波に対す
るインパルス応答を更新する。更に、誤差信号から累積
誤差電力を計算し、トレーニング終了時に累積シンボル
数で正規化(除算)して平均誤差電力を求める。そし
て、チャネルインパルス応答ベクトルのパワーを計算し
て、平均誤差電力で除算することにより、アレー出力信
号の品質が推定できる。この操作を1シンボル遅延波抽
出用アレーについても同様に行う。この各パスダイバー
シチブランチの推定SINRを用いて、直接波抽出用アレー
出力信号と1シンボル遅延波抽出用アレー出力信号の品
質に比例した重み係数#0、#1を求める。
ボル遅延波の到来角が接近している場合の動作を説明す
る。図3は、アレー処理部における動作を示す説明図で
ある。直接波抽出用アレー10の出力には1シンボル遅
延波を抑圧して直接波成分と2シンボル遅延波成分が出
力される。また、1シンボル遅延波抽出用アレーには直
接波と2シンボル遅延波を抑圧して1シンボル遅延波成
分が出力される。
処理動作を示す説明図である。MLSE部では直接波と1シ
ンボル遅延波に対する候補信号を発生し、希望波レプリ
カ生成器であるアレー出力推定器12、18は、例えば
トランスバーサルフィルタにより構成され、直接波およ
び1シンボル遅延波に相当する候補信号とそれぞれの推
定チャネルインパルス応答(h∧0(k)およびh∧1(k))と
を畳み込んで、各アレー出力に対するレプリカをそれぞ
れ生成する。
るアレー出力推定器12は、2シンボル遅延波に対する
候補信号を含んでいないためにレプリカを正しく生成で
きない。従って、トレーニング区間における誤差が大き
くなり、重み係数#0は小さくなる。一方、1シンボル
遅延波抽出用アレーと対応するアレー出力推定器18
は、1シンボル遅延波に対する候補信号と推定インパル
ス応答との畳み込み演算を行うことにより、レプリカを
正しく生成できる。従って、トレーニング区間における
誤差は小さくなり、重み係数#1は大きくなる。
アレー出力と最尤系列推定器からのレプリカとの誤差を
計算する。また、同じ候補信号に対して1シンボル遅延
波抽出用のアレーについても同様に誤差を計算する。こ
れらの誤差の絶対値2乗を計算して、トレーニング区間
において計算した重み係数を用いて重み付けを行い、ブ
ランチメトリック合成を行って、最尤系列推定器(ビタ
ビアルゴリズム)23を用いて送信信号系列の推定を行
う。次に、最尤系列推定器の各状態毎の生き残りパスに
応じてアレーウェイトと最尤系列推定器におけるチャネ
ルインパルス応答を同時に更新する。
の到来角が接近している場合において、MLSE部では直接
波と1シンボル遅延波に対する候補信号と推定インパル
ス応答により、1シンボル遅延波抽出用のアレー出力信
号に対するレプリカを精度よく生成することができる。
また、トレーニング区間における誤差も小さくなってい
る。そして、各アレー出力とレプリカとの誤差の絶対値
2乗を計算し、重み付けを行うことにより、誤差の大き
な直接波抽出用アレーからの系列推定への寄与を小さく
することができるので、誤り率特性の劣化が抑えられ
る。
ック図である。この実施例においては変調方式としてQ
PSK、復調方式は準同期検波を採用する。アレーウェ
イト制御用適応アルゴリズムとしては、トレーニング期
間で単拘束SMIアルゴリズムを用いてアレーウエイトと
インパルス応答を求め、トレーニング期間の後尾16シン
ボルを用いて平均誤差電力を計算する。更に重み係数を
求めてデータ区間で用いる。
ビタビアルゴリズムを使用することができる。レプリカ
生成器12、18において、アレー出力信号に対する直
接波成分と1シンボル遅延波成分のインパルス応答を推
定するため、レプリカ生成用のタップはシンボル間隔の
2タップとする。そのため、ビタビアルゴリズム状態数
は4状態とする。また、アンテナ本数は4本としてい
る。
ク図である。第2の実施例は、TDDチャネルにおいて、
受信装置として例えば図1に示すような機能を有する受
信装置を使用し、この受信装置によって得られた直接波
抽出用アダプティブアレーのウェイトベクトルを送信用
アダプティブアレーに設定して、TDDチャネルにおいて
送信を行うものである。
局であってアレーアンテナでない場合においても、受信
アンテナには例えば直接波と異なる方向から到来する1
シンボル遅延波が抑圧された信号が得られる。但し、第
2の実施例の場合には、直接波だけでなく抑圧されなか
った遅延波成分、例えば2シンボル遅延波成分も送信先
に到達する。そのため、受信側装置においては等化器を
使用して受信することにより、パスダイバーシチ利得を
得ることができる。
ク図である。第3の実施例は、TDDチャネルにおいて、
受信装置としてやはり図1に示すような機能を有する受
信装置を使用し、この受信装置によって得られた直接波
抽出用アダプティブアレーおよび遅延波抽出用アダプテ
ィブアレーのウェイトベクトルの内、前記した品質の良
い方のウェイトベクトルを送信用アダプティブアレーに
設定して、TDDチャネルにおいて送信を行うものであ
る。
イバーシチブランチを用いて送信すると、送信先には直
接波成分とレベルの低い1シンボル遅延波成分、あるい
は、1シンボル遅延波とレベルの低い直接波成分が到達
するので、やはり等化器を使用して受信を行う。第3の
実施例においては、伝送特性の良いほうのパスダイバー
シチブランチを用いて送信を行うので、第2の実施例よ
り更にBER特性改善効果がある。
ば、遅延時間の異なる複数希望波の到来角度差によら
ず、各希望波成分をアレーで取り込んで、品質に応じた
重み付けを行って最尤系列推定器で合成することができ
るため、パスダイバーシチ受信の性能が向上するという
効果がある。また、伝送特性の良いパスダイバーシチブ
ランチを選択して送信アダプティブアレーの制御を行う
ことができるため、送信時の伝送品質も向上させること
ができるという効果がある。更に、移動体通信の基地局
側に第2、第3の実施例のような機能を備えることによ
り、移動局側にアレーアンテナ等を設けなくても、パス
ダイバーシチ受信性能が向上するという効果がある。
ロック図である。
ロック図である。
る。
ある。
る。
である。
である。
ック図である。
る。
器、4…信号処理部、10、16…アダプティブアレー
処理部、11、17…適応アルゴリズム、12、18…
レプリカ生成器、13、19…加算器、14、20…絶
対値2乗計算器、15、21…乗算器、22…加算器、
23…最尤系列推定器
Claims (7)
- 【請求項1】下記の(1)から(5)の工程を含む、ア
ダプティブアレーアンテナ処理と適応形最尤系列推定処
理を結合した通信方法。 (1)すべてのアンテナからの受信信号について直接波
および遅延波のチャネルインパルス応答の推定を行う工
程。 (2)直接波および遅延波の前記インパルス応答をアレ
ー出力における直接波および遅延波成分の応答を決定す
る拘束ベクトルとして、アレーウェイトと最尤系列推定
器のチャネルインパルス応答を同時に制御し、かつ推定
する工程。 (3)候補信号に対して直接波抽出用アレーおよび遅延
波抽出用のアレーの出力と前記最尤系列推定器からのレ
プリカとの誤差およびアレー出力信号の品質をそれぞれ
計算する工程。 (4)前記品質情報に基づいてブランチメトリックに重
み付けをした合成を行って、前記最尤系列推定器を用い
て送信信号系列の推定を行う工程。 (5)前記最尤系列推定器の各状態毎の生き残りパスに
応じて前記アレーウェイトと前記最尤系列推定器におけ
るチャネルインパルス応答を同時に更新する工程。 - 【請求項2】前記適応形最尤系列推定器としてビタビア
ルゴリズムを採用したことを特徴とする請求項1に記載
の通信方法。 - 【請求項3】請求項1に記載した通信方法において得ら
れた直接波抽出用アレーウェイトを送信用アダプティブ
アレーアンテナに設定して送信し、受信側通信装置にお
いて等化器を使用して受信することを特徴とする通信方
法。 - 【請求項4】請求項1に記載した通信方法において得ら
れた、前記アレー出力信号の品質の最も良いアレー出力
に対応したアレーウェイトを送信用アダプティブアレー
アンテナに設定して送信し、受信側通信装置において等
化器を使用して受信することを特徴とする通信方法。 - 【請求項5】直接波抽出用のステアリングベクタアレー
手段と、 遅延波抽出用のステアリングベクタアレー手段と、 前記複数のアレー手段に対応する各アレー出力推定器に
それぞれ候補信号を出力し、前記複数のアレー手段の出
力およびアレー出力推定器の出力の差に基づき、それぞ
れブランチメトリックを計算すると共に、各アレー手段
の出力信号の品質を計算し、前記品質情報に基づいて複
数のブランチメトリックの合成を行って、ビタビアルゴ
リズムを用いて送信信号系列の推定を行う最尤系列推定
手段とを備えたことを特徴とするアダプティブアレーと
最尤系列推定器の結合した通信装置。 - 【請求項6】前記直接波抽出用のステアリングベクタア
レー手段に設定されてる直接波抽出用アレーウェイトを
送信用アダプティブアレーアンテナ手段に設定して送信
し、受信側通信装置において等化器を使用して受信する
ことを特徴とする請求項5に記載の通信装置。 - 【請求項7】前記最尤系列推定手段の内部で計算された
各アレー出力信号の品質の内で最も良い品質のアレー出
力に対応したアレーウェイトを送信用アダプティブアレ
ーアンテナ手段に設定して送信し、受信側通信装置にお
いて等化器を使用して受信することを特徴とする請求項
5に記載の通信装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP25806497A JP3162003B2 (ja) | 1997-09-24 | 1997-09-24 | 通信方法および通信装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP25806497A JP3162003B2 (ja) | 1997-09-24 | 1997-09-24 | 通信方法および通信装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
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JPH1197921A JPH1197921A (ja) | 1999-04-09 |
JP3162003B2 true JP3162003B2 (ja) | 2001-04-25 |
Family
ID=17315035
Family Applications (1)
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---|---|---|---|
JP25806497A Expired - Fee Related JP3162003B2 (ja) | 1997-09-24 | 1997-09-24 | 通信方法および通信装置 |
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Families Citing this family (3)
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WO2007095775A1 (fr) * | 2006-02-21 | 2007-08-30 | Zte Corporation | Procédé et système d'évaluation de canal au moyen d'une antenne réseau |
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-
1997
- 1997-09-24 JP JP25806497A patent/JP3162003B2/ja not_active Expired - Fee Related
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