JP3591581B2 - 適応アンテナ受信装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は適応アンテナ受信装置に関し、特に適応重みの収束値に近い初期値を用いて高速に適応収束を行う適応アンテナ受信装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種のＣＤＭＡ適応アンテナ受信装置は、例えば「王，河野，今井，“スペクトル拡散多元接続のための拡散処理利得を用いたＴＤＬアダプティブアレーアンテナ”，電子情報通信学会論文誌，Ｖｏｌ．Ｊ７５−ＢＩＩ，Ｎｏ．１１，ｐｐ．８１５−８２５，１９９２」や「田中，三木，佐和橋，“ＤＳ−ＣＤＭＡにおける判定帰還型コヒーレント適応ダイバーシチの特性”，電子情報通信学会，無線通信システム研究会技術報告書ＲＣＳ９６−１０２，１９９６年１１月」に示されるように、アンテナの指向性による干渉除去に用いられている。
【０００３】
図８に従来のＣＤＭＡ適応アンテナ受信装置の一例を示す構成図を示す。受信アンテナの数をＮ（Ｎは２以上の整数）、マルチパスの数をＭ（Ｍは１以上の整数）とし、第ｋユーザ（ｋは１以上の整数）に対するＣＤＭＡ適応アンテナ受信装置について説明する。
【０００４】
アンテナ１１０−１〜１１０−Ｎにより受信された信号は遅延時間の違いによって第１パスから第Ｍパスまでに区別され、遅延器１２０−２〜１２０−Ｍと適応受信手段１３０−１〜１３０−Ｍに入力される。遅延器１２０−２〜１２０−Ｍは第１パスにタイミングを同期させるように入力信号を遅延させる。そのため、遅延器１２０−１の遅延量は０であるので図では省略してある。
【０００５】
適応受信器の出力は加算器１４０により加算されて判定器１５０に入力される。判定器１５０の出力は第ｋユーザの受信シンボルとして出力されるだけでなく、適応受信手段１３０−１〜１３０−Ｍにも送られる。
【０００６】
適応受信手段１３０−１〜１３０−Ｍはおのおの同一の構成を取るので図９に第ｍパス（１≦ｍ≦Ｍ）用の適応受信器を示す。受信信号は逆拡散手段１６１−１〜１６１−Ｎにより拡散復調された後、乗算器１６２−１〜１６２−Ｎと遅延器１６３に送られる。乗算器１６１−１〜１６１−Ｎにより受信重みを乗ぜられ、加算器１６４により加算されて受信信号は重み付け合成される。
【０００７】
重み付け合成された信号は乗算器１６５と通信路推定手段１６６および加算器１６９に送られる。通信路推定手段１６６は通信路歪みを推定し、通信路歪みは複素共役作成手段１６７を通って乗算器１６５に送られ、受信重み合成された信号に乗ぜられる。乗算器１６５の出力は第ｍパスの復調信号であり図８の加算器１４０に送られる。加算器１４０により適応受信手段１３０−１〜１３０−Ｍの出力が加算され、ＲＡＫＥ合成が行なわれ、判定器１５０によりデータシンボルが判定される。
【０００８】
適応受信手段において判定器１５０の出力は、乗算器１６８により通信路推定手段１６６の出力と乗ぜられて加算器１６９に入力される。加算器１６９では、乗算器１６８の出力から加算器１６４の出力を減じて誤差を計算し適応更新手段１７０へ出力する。適応更新手段１７０では、加算器１６９から入力される誤差と遅延器１６３により復調に要する時間だけ遅延したアンテナ受信信号とを用いて受信重みを更新する。ここで、適応更新アルゴリズムは公知のアルゴリズム（例えば、Ｌｅａｓｔ Ｍｅａｎ Ｓｑｕａｒｅアルゴリズム）を用いることができる。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来の適応アンテナ受信装置においては、信号の到来方向が受信状況によって異なる点を考慮して、いかなる状況でも受信できるように、初期重みとして受信状況にかかわらず受信できる値（例えばアンテナの指向特性が無指向性となるようなアンテナ重み）を設定することにより適応制御を行うのが一般的であるが、そのため、適応更新を開始してから受信重みの最適値へ収束するまでに時間がかかるという問題がある。
【００１０】
本発明の目的は、上記問題点に鑑み、アンテナ受信重みの初期値を受信状況に応じて設定可能に構成して、受信重みの適応更新の収束速度を向上させることにある。
【００１１】
【発明を解決するための手段】
本発明の適応アンテナ受信装置は、適応更新前または更新途中に受信重みの予測を行い、予測した受信重みを適応更新の初期値として設定することを特徴とする。
【００１２】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の第１の実施形態を示すブロック図である。図は、第ｋユーザ（ｋは１以上の整数）に対するＣＤＭＡ適応アンテナ受信装置を示しており、受信アンテナの数はＮ（Ｎは２以上の整数）、マルチパスの数はＭ（Ｍは１以上の整数）である。
【００１３】
図１を参照すると、各パス毎に受信手段３−１〜３−Ｍが備えられ、アンテナ１−１〜１−Ｎで受かった受信信号は、受信手段３−１には直接、受信手段３−２〜３−Ｍにはそれぞれ遅延器２−２〜２−Ｍを介して入力される。遅延器２−２〜２−Ｍはアンテナ受信信号のパスごとのタイミングが合うように入力を遅延させる。
【００１４】
受信手段３−１〜３−Ｍの出力は加算器４によって合成される。加算器４の出力は判定器５により第ｋユーザの送信シンボルが判定されるとともに、判定されたシンボルは受信手段３−１〜３−Ｍに入力され適応更新に利用される。受信手段３−１〜３−Ｍは、それぞれ適応受信手段３−１−１〜３−Ｍ−１及び初期重み計算手段３−１−２〜３−Ｍ−２より構成される。
【００１５】
図２は、本発明における適応受信手段を示すブロック図である。適応受信手段３−１−１〜３−Ｍ−１はおのおの同一の構成であるので、適応受信手段３−１−１を中心に説明する。
【００１６】
適応受信手段３−１−１に入力された信号は逆拡散手段１０−１〜１０−Ｎにより拡散復調される。拡散復調された信号は適応更新手段１１が出力するアンテナ重みと乗算器１２−１〜１２−Ｎで乗ぜられた後加算器１３−１により加算される。拡散復調された信号は遅延器１４にも入力される。
【００１７】
加算器１３−１により合成された信号は、乗算器１５−１により自分自身と通信路推定手段１６によって推定され複素共役作成手段１７から得られる通信路の逆特性を乗ぜられて検波される。なお、通信路推定手段１６による推定方法は、例えば「三瓶、“陸上移動通信用１６ＱＡＭのフェージングひずみ補償方式”、電子情報通信学会論文誌、Ｖｏｌ．Ｊ７２−ＢＩＩ、Ｎｏ．１、ｐｐ．７−１５、１９８９」に示されるように、定期的に挿入された既知のシンボルから伝送路特性を測定し、その時系列を内挿することによって全シンボルの伝送路推定を行う。
【００１８】
検波結果は加算器４に入力され、他の受信手段３−２〜３−Ｍの検波結果と合成される。加算器４は受信手段３−１〜３−Ｍの検波結果を合成した後、判定器５に出力する。判定器５で得られた判定結果と通信路推定手段１６によって推定された通信路歪みを乗算器１５−２によって乗じて検波前の信号を再生する。
【００１９】
再生した受信信号と加算器１３−１の差分である誤差が加算器１３−２により求められる。この誤差は適応受信手段３−１−１内の適応更新手段１１に入力されて適応更新に利用される。適応更新手段１１は加算器１３−２が出力する誤差と遅延器１４の出力を用いて適応更新を行う。適応更新アルゴリズムには最小２乗平均誤差制御を用いればよく、初期重み計算手段３−１−２が出力するアンテナ重みを初期値として利用して適応更新を行う。
【００２０】
図３は、本発明の第１の実施形態における初期重み計算手段を示すブロック図である。初期重み計算手段３−１−２〜３−Ｍ−２の構造はそれぞれ同じなので初期重み計算手段３−１−２を中心に説明する。
【００２１】
初期重み計算手段３−１−２は、アンテナ受信信号毎に逆拡散手段２０−１〜２０−Ｎにより拡散復調する。拡散復調された信号はそれぞれ通信路推定手段２１−１〜２１−Ｎに入力される。通信路推定手段２１−１〜２１−Ｎはアンテナ受信信号毎に通信路を推定する。複素共役作成手段２２−１〜２２−Ｎは通信路推定手段２１−１〜２１−Ｎの出力から通信路の逆特性を求める。複素共役作成手段２２−１〜２２−Ｎの出力Ａ−１〜Ａ−Ｎが初期重みとして適応受信手段３−１〜３−Ｍに入力される。出力Ａ−１〜Ａ−Ｎは適応更新の開始の時に１度だけ出力される。
【００２２】
また、時間間隔をおいて複数のバースト信号が受信される場合には、前記バースト信号毎に前記重み係数を前記受信信号から一旦計算して適応受信手段３−１〜３−Ｍに入力し、以後、同一バースト内では適応受信手段３−１〜３−Ｍが前記受信信号に基づき重み係数を適応的に更新しながら信号を検出する。
【００２３】
複素共役作成手段２２−１〜２２−Ｎの出力Ａ−１〜Ａ−Ｎは、アンテナ毎の通信路の逆特性を表しているので、アンテナ受信信号にこの逆特性を乗じることでアンテナ毎の通信路歪みが補償されることになり、補償後の信号を合成することでアンテナ受信信号の同相合成を実現できる。同相合成は希望信号成分の電力を最大にするため、適応更新を開始する前に希望信号の到来方向にビームを向けた指向性を形成できる。
【００２４】
図４は、本発明の第１の実施形態における初期重み計算手段の他の例を示すブロック図である。この実施例では、アンテナ毎の通信路特性の推定値から信号の到来方向を推定し、該推定した到来方向から受信重みの初期値を算出する方法が採用される。
【００２５】
図４において、アンテナ受信信号はアンテナ毎に逆拡散手段３１−１〜３１−Ｎにより拡散復調される。拡散復調された信号は通信路推定手段３２−１〜３２−Ｎに入力されアンテナ毎の通信路特性の推定を行う。到来方向推定手段３３は通信路推定手段３２−１〜３２−Ｎの出力から受信した信号の到来方向を推定する。
【００２６】
到来方向推定方法は、例えばＲ．Ｏ．Ｓｃｈｍｉｄｔ，“Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ｅｍｉｔｔｅｒ Ｌｏｃａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｓｉｇｎａｌ Ｐａｒａｍｅｔｅｒ Ｅｓｔｉｍａｔｉｏｎ”，ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓ．Ｖｏｌ．ＡＰ−３４，Ｎｏ．３，ｐｐ．２７６−２８６（１９８６ Ｍａｒｃｈ）で示されたＭＵＳＩＣ（Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ｓｉｇｎａｌ Ｃｌａｓｓｉｆｉｃａｔｉｏｎ）アルゴリズムや、Ｒ．Ｒｏｙ ａｎｄ Ｔ．Ｋａｉｌａｔｈ，“ＥＳＰＲＩＴ−Ｅｓｔｉｍａｔｉｏｎ ｏｆ ｓｉｇｎａｌ Ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ｖｉａ Ｒｏｔａｔｉｏｎａｌ Ｉｎｖａｒｉａｎｃｅ Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ”，ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓ．Ｖｏｌ．ＡＳＳＰ−３７，ｐｐ．９８４−９９５（１９８９ Ｊｕｌｙ）で示されたＥＳＰＲＩＴアルゴリズムなどのスペクトル解析の手法を用いてもよい。
【００２７】
あるいは、アンテナ間の通信路特性の違いはアンテナの幾何学的な素子配置と信号の到来方向のみによって一意に決定する受信位相差のみであるので、受信位相差から到来方向を推定できる。ここで、例として直線配置したアンテナにおける受信位相差と到来方向の関係を図１０に示す。アンテナ間隔をｄ、到来方向をθと表すと隣接アンテナ間での位相差Θは次式で与えられる。
【数１】
但し、アンテナ間隔ｄを搬送波の半波長とした。従って、アンテナ間の通信路推定値の相関値はアンテナ間の受信位相差に近似できる。時刻ｔにおけるｎ番目（０≦ｎ＜Ｎ−１）の通信路推定値をｈｎ（ｔ）と表し、（ｎ＋１）番目の通信路推定値ｈｎ＋１（ｔ）との時刻ｔにおける相関値Ｒｎ，ｎ＋１（ｔ）は次式で求まる。
【数２】
到来方向をθとし、＊は複素共役を表す。更に時刻ｔにおけるアンテナによる平均操作を加えた相関値をＲ（ｔ）とすれば、次式で与えられる。
【数３】
更に時間平均操作を加えた時間平均相関値Ｒは次式で与えられる。
【数４】
これより到来方向θは次式で計算できる。
【数５】
受信重み計算手段３４は、推定した到来方向から受信位相を逆相にする受信重みを計算してＢ−１〜Ｂ−Ｎを受信重みの初期値として出力する。出力Ｂ−１〜Ｂ−Ｎは、図３に示した初期重み計算手段の一例における出力Ａ−１〜Ａ−Ｎと同じく適応更新の開始時に一度だけ出力される。
【００２８】
初期重み計算手段３−１−２〜３−Ｍ−２から初期重みが出力されるまでの時間は、初期重みを用いる適応制御重みが収束する時間より短い必要があるが、図３及び図４で示した例では初期重みを短時間で出力することが可能である。
【００２９】
図５は、本発明の第２の実施形態を示すブロック図である。図は、第ｋユーザ（ｋは１以上の整数）に対するＣＤＭＡ適応アンテナ受信装置を示しており、受信アンテナの数はＮ（Ｎは２以上の整数）、マルチパスの数はＭ（Ｍは１以上の整数）である。
【００３０】
図５を参照すると、各パス毎に受信手段３−１〜３−Ｍが備えられ、アンテナ１−１〜１−Ｎで受かった受信信号は、受信手段３−１には直接、受信手段３−２〜３−Ｍにはそれぞれ遅延器２−２〜２−Ｍを介して入力される。遅延器２−２〜２−Ｍはアンテナ受信信号のパスごとのタイミングが合うように入力を遅延させる。
【００３１】
受信手段３−１〜３−Ｍの出力は加算器４によって合成される。加算器４の出力は判定器５により第ｋユーザの送信シンボルが判定されるとともに、判定されたシンボルは受信手段３−１〜３−Ｍに入力され適応更新に利用される。受信手段３−１〜３−Ｍは、それぞれ適応受信手段３−１−１〜３−Ｍ−１、初期重み計算手段３−１−２〜３−Ｍ−２および追従遅れ検出手段３−１−３〜３−Ｍ−３より構成される。
【００３２】
受信手段３−１〜３−Ｍはそれぞれ同じ構成であるので、以下、主に受信手段３−１を用いて説明する。
【００３３】
適応受信手段３−１−１〜３−Ｍ−１の基本的構成は、図２に示した第１の実施形態において説明した適応受信手段３−１−１と同様であるが、第１の実施の形態との違いは、適応更新手段１１が出力する受信重みが乗算器１２−１〜１２−Ｎに出力されるだけでなく追従遅れ検出手段３−１−３にも出力する点と、初期重み計算手段３−１−２から受信重みの初期値が入力されたときには必ずその受信重みを用いて更新を継続する点である。その他の動作については第１の実施の形態と同じであるので説明を省略する。
【００３４】
図６は、本発明の第２の実施形態における初期重み計算手段を示すブロック図である。この初期重み計算手段３−１−２の構成は、図４に示した第１の実施の形態における初期重み計算手段とほぼ同じであるが、到来方向推定手段４３の出力する到来方向推定値は受信重み計算手段４４に出力されるのみでなく出力Ｄとして追従遅れ検出手段３−１−３へも出力される点と、受信重み計算手段４４に対してプリセット入力Ｅがあったときに受信重みＣ−１〜Ｃ−Ｎを出力する点で相違している。
【００３５】
図７は、本発明の第２の実施形態における追従遅れ検出手段３−１−３〜３−Ｍ−３を示すブロック図である。追従遅れ検出手段もそれぞれ同じ構成であるので追従遅れ検出手段３−１−３により説明する。
【００３６】
まず、適応受信手段３−１−１から受信重みがピーク方向検出手段５１に入力されピーク方向を出力する。ピーク方向検出方法は、例えば、受信重み間の相関計算により求めることができる。時刻ｔにおけるｎ番目（０≦ｎ＜Ｎ−１）の受信重みをｗｎ（ｔ）と表し、（ｎ＋１）番目の受信重みｗｎ＋１（ｔ）との時刻ｔにおける相関値Ｒｎ，ｎ＋１（ｔ）は次式で求まる。
【数６】
ここで、＊は複素共役を表す。更に時刻ｔにおけるアンテナによる平均操作を加えた相関値をＲ（ｔ）とすれば、次式で与えられる。
【数７】
更に時間平均操作を加えた時間平均相関値Ｒは次式で与えられる。
【数８】
第１の実施の形態で説明したように、これより到来方向θは次式で計算できるので、これをピーク方向検出手段５１の出力とする。
【数９】
あるいは、適応受信手段３−１−１から入力された受信重みと全ての方向の固定ビーム重みとの相関値を計算する。相関値が最大となる固定ビーム重みの方向をピーク方向検出手段５１の出力とすることもできる。
【００３７】
比較手段５２は、ピーク方向検出手段５１の出力と初期重み計算手段３−１−２の到来方向推定手段４３から出力された到来方向推定値Ｄとの差である到来方向差を計算し、方向差閾値と比較を行う。この到来方向差が方向差閾値を越えたときには、適応制御重みの追従遅れが生じていると判断し、プリセット信号Ｅを出力する。
【００３８】
本発明の第２の実施形態では、信号の到来方向の急激な変化に対しても初期重み計算手段から方向の変化に対応した重みをすぐに適応制御に与えることができるため、適応更新の追従遅れによる特性劣化を低減できる。
【００３９】
なお、上記第１および第２の実施形態はＣＤＭＡを基本に記述したが、本発明はＣＤＭＡにのみ限定されるものではなく、ＴＤＭＡやＦＤＭＡの場合であっても、文献Ｈ．Ｙｏｓｈｉｎｏ，Ｋ．Ｆｕｋａｗａ ａｎｄ Ｈ．Ｓｕｚｕｋｉ，“Ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ Ｃａｎｃｅｌｉｎｇ Ｅｑｕａｌｉｚｅｒ（ＩＣＥ） ｆｏｒ Ｍｏｂｉｌｅ Ｒａｄｉｏ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ” Ｐｒｏｃ．ＩＣＣ，ｐｐ．１４２７−１４３２ （１９９４）に記載されたトレーニング系列や同期用系列を用いて、複数到来波を分離することはできるので、本発明はＣＤＭＡ以外へも適用可能である。
【００４０】
【発明の効果】
本発明の第１の効果は、適応重みの収束時間を高速にできることにある。その理由は同相合成を実現する受信重みを適応更新前に求め、求めた受信重みを適応更新の初期値として利用するからである。
【００４１】
本発明の第２の効果は、信号到来方向の急激な変化に対する特性劣化を抑えられることにある。その理由は到来方向の急激な変化による適応制御の追従遅れを検出し、適応重みを適切な初期重みにプリセットできるからである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明におけるＣＤＭＡ適応アンテナ受信装置の第１の実施形態を示すブロック図である。
【図２】本発明の適応アンテナ受信装置における適応受信手段を示すブロック図である。
【図３】本発明の第１の実施形態における初期重み計算手段を示すブロック図である。
【図４】本発明の第１の実施形態における初期重み計算手段の他の例を示すブロック図である。
【図５】本発明におけるＣＤＭＡ適応アンテナ受信装置の第２の実施形態を示すブロック図である。
【図６】本発明の第２の実施形態における初期重み計算手段を示すブロック図である。
【図７】本発明の第２の実施形態における追従遅れ検出手段を示すブロック図である。
【図８】従来のＣＤＭＡ適応アンテナ受信装置を示すブロック図である。
【図９】従来の適応受信手段を示すブロック図である。
【図１０】直線配置したアンテナに対する信号到来方向と受信位相差を説明するための図である。
【符号の説明】
１−１〜１−Ｎ アンテナ
２−２〜２−Ｍ 遅延器
３−１〜３−Ｍ 受信手段
３−１−１〜３−Ｍ−１ 適応受信手段
３−１−２〜３−Ｍ−２ 初期重み計算手段
３−１−３〜３−Ｍ−３ 追従遅れ検出手段
４ 加算器
５ 判定器
１０−１〜１０−Ｎ 逆拡散手段
１１ 適応更新手段
１２−１〜１２−Ｎ 乗算器
１３−１，１３−２ 加算器
１４ 遅延器
１５−１，１５−２ 乗算器
１６ 通信路推定手段
１７ 複素共役作成手段
２０−１〜２０−Ｎ 逆拡散手段
２１−１〜２１−Ｎ 通信路推定手段
２２−１〜２２−Ｎ 複素共役作成手段
３１−１〜３１−Ｎ 逆拡散手段
３２−１〜３２−Ｎ 通信路推定手段
３３ 到来方向推定手段
３４ 受信重み計算手段
４１−１〜４１−Ｎ 逆拡散手段
４２−１〜４２−Ｎ 通信路推定手段
４３ 到来方向推定手段
４４ 受信重み計算手段
５１ ピーク方向検出手段
５２ 比較手段
Ａ−１〜Ａ−Ｎ、Ｂ−１〜Ｂ−Ｎ、Ｃ−１〜Ｃ−Ｎ 受信重み初期値
Ｄ 到来方向推定値
Ｅ 検出結果
１１０−１〜１１０−Ｎ アンテナ
１２０−２〜１２０−Ｍ 遅延器
１３０−１〜１３０−Ｍ 適応受信手段
１４０ 加算器
１５０ 判定器
１６１−１〜１６１−Ｎ 逆拡散手段
１６２−１〜１６２−Ｎ 乗算器
１６３ 遅延器
１６４ 加算器
１６５ 乗算器
１６６ 通信路推定手段
１６７ 複素共役作成手段
１６８ 乗算器
１６９ 加算器
１７０ 適応更新手段
【発明の属する技術分野】
本発明は適応アンテナ受信装置に関し、特に適応重みの収束値に近い初期値を用いて高速に適応収束を行う適応アンテナ受信装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種のＣＤＭＡ適応アンテナ受信装置は、例えば「王，河野，今井，“スペクトル拡散多元接続のための拡散処理利得を用いたＴＤＬアダプティブアレーアンテナ”，電子情報通信学会論文誌，Ｖｏｌ．Ｊ７５−ＢＩＩ，Ｎｏ．１１，ｐｐ．８１５−８２５，１９９２」や「田中，三木，佐和橋，“ＤＳ−ＣＤＭＡにおける判定帰還型コヒーレント適応ダイバーシチの特性”，電子情報通信学会，無線通信システム研究会技術報告書ＲＣＳ９６−１０２，１９９６年１１月」に示されるように、アンテナの指向性による干渉除去に用いられている。
【０００３】
図８に従来のＣＤＭＡ適応アンテナ受信装置の一例を示す構成図を示す。受信アンテナの数をＮ（Ｎは２以上の整数）、マルチパスの数をＭ（Ｍは１以上の整数）とし、第ｋユーザ（ｋは１以上の整数）に対するＣＤＭＡ適応アンテナ受信装置について説明する。
【０００４】
アンテナ１１０−１〜１１０−Ｎにより受信された信号は遅延時間の違いによって第１パスから第Ｍパスまでに区別され、遅延器１２０−２〜１２０−Ｍと適応受信手段１３０−１〜１３０−Ｍに入力される。遅延器１２０−２〜１２０−Ｍは第１パスにタイミングを同期させるように入力信号を遅延させる。そのため、遅延器１２０−１の遅延量は０であるので図では省略してある。
【０００５】
適応受信器の出力は加算器１４０により加算されて判定器１５０に入力される。判定器１５０の出力は第ｋユーザの受信シンボルとして出力されるだけでなく、適応受信手段１３０−１〜１３０−Ｍにも送られる。
【０００６】
適応受信手段１３０−１〜１３０−Ｍはおのおの同一の構成を取るので図９に第ｍパス（１≦ｍ≦Ｍ）用の適応受信器を示す。受信信号は逆拡散手段１６１−１〜１６１−Ｎにより拡散復調された後、乗算器１６２−１〜１６２−Ｎと遅延器１６３に送られる。乗算器１６１−１〜１６１−Ｎにより受信重みを乗ぜられ、加算器１６４により加算されて受信信号は重み付け合成される。
【０００７】
重み付け合成された信号は乗算器１６５と通信路推定手段１６６および加算器１６９に送られる。通信路推定手段１６６は通信路歪みを推定し、通信路歪みは複素共役作成手段１６７を通って乗算器１６５に送られ、受信重み合成された信号に乗ぜられる。乗算器１６５の出力は第ｍパスの復調信号であり図８の加算器１４０に送られる。加算器１４０により適応受信手段１３０−１〜１３０−Ｍの出力が加算され、ＲＡＫＥ合成が行なわれ、判定器１５０によりデータシンボルが判定される。
【０００８】
適応受信手段において判定器１５０の出力は、乗算器１６８により通信路推定手段１６６の出力と乗ぜられて加算器１６９に入力される。加算器１６９では、乗算器１６８の出力から加算器１６４の出力を減じて誤差を計算し適応更新手段１７０へ出力する。適応更新手段１７０では、加算器１６９から入力される誤差と遅延器１６３により復調に要する時間だけ遅延したアンテナ受信信号とを用いて受信重みを更新する。ここで、適応更新アルゴリズムは公知のアルゴリズム（例えば、Ｌｅａｓｔ Ｍｅａｎ Ｓｑｕａｒｅアルゴリズム）を用いることができる。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来の適応アンテナ受信装置においては、信号の到来方向が受信状況によって異なる点を考慮して、いかなる状況でも受信できるように、初期重みとして受信状況にかかわらず受信できる値（例えばアンテナの指向特性が無指向性となるようなアンテナ重み）を設定することにより適応制御を行うのが一般的であるが、そのため、適応更新を開始してから受信重みの最適値へ収束するまでに時間がかかるという問題がある。
【００１０】
本発明の目的は、上記問題点に鑑み、アンテナ受信重みの初期値を受信状況に応じて設定可能に構成して、受信重みの適応更新の収束速度を向上させることにある。
【００１１】
【発明を解決するための手段】
本発明の適応アンテナ受信装置は、適応更新前または更新途中に受信重みの予測を行い、予測した受信重みを適応更新の初期値として設定することを特徴とする。
【００１２】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の第１の実施形態を示すブロック図である。図は、第ｋユーザ（ｋは１以上の整数）に対するＣＤＭＡ適応アンテナ受信装置を示しており、受信アンテナの数はＮ（Ｎは２以上の整数）、マルチパスの数はＭ（Ｍは１以上の整数）である。
【００１３】
図１を参照すると、各パス毎に受信手段３−１〜３−Ｍが備えられ、アンテナ１−１〜１−Ｎで受かった受信信号は、受信手段３−１には直接、受信手段３−２〜３−Ｍにはそれぞれ遅延器２−２〜２−Ｍを介して入力される。遅延器２−２〜２−Ｍはアンテナ受信信号のパスごとのタイミングが合うように入力を遅延させる。
【００１４】
受信手段３−１〜３−Ｍの出力は加算器４によって合成される。加算器４の出力は判定器５により第ｋユーザの送信シンボルが判定されるとともに、判定されたシンボルは受信手段３−１〜３−Ｍに入力され適応更新に利用される。受信手段３−１〜３−Ｍは、それぞれ適応受信手段３−１−１〜３−Ｍ−１及び初期重み計算手段３−１−２〜３−Ｍ−２より構成される。
【００１５】
図２は、本発明における適応受信手段を示すブロック図である。適応受信手段３−１−１〜３−Ｍ−１はおのおの同一の構成であるので、適応受信手段３−１−１を中心に説明する。
【００１６】
適応受信手段３−１−１に入力された信号は逆拡散手段１０−１〜１０−Ｎにより拡散復調される。拡散復調された信号は適応更新手段１１が出力するアンテナ重みと乗算器１２−１〜１２−Ｎで乗ぜられた後加算器１３−１により加算される。拡散復調された信号は遅延器１４にも入力される。
【００１７】
加算器１３−１により合成された信号は、乗算器１５−１により自分自身と通信路推定手段１６によって推定され複素共役作成手段１７から得られる通信路の逆特性を乗ぜられて検波される。なお、通信路推定手段１６による推定方法は、例えば「三瓶、“陸上移動通信用１６ＱＡＭのフェージングひずみ補償方式”、電子情報通信学会論文誌、Ｖｏｌ．Ｊ７２−ＢＩＩ、Ｎｏ．１、ｐｐ．７−１５、１９８９」に示されるように、定期的に挿入された既知のシンボルから伝送路特性を測定し、その時系列を内挿することによって全シンボルの伝送路推定を行う。
【００１８】
検波結果は加算器４に入力され、他の受信手段３−２〜３−Ｍの検波結果と合成される。加算器４は受信手段３−１〜３−Ｍの検波結果を合成した後、判定器５に出力する。判定器５で得られた判定結果と通信路推定手段１６によって推定された通信路歪みを乗算器１５−２によって乗じて検波前の信号を再生する。
【００１９】
再生した受信信号と加算器１３−１の差分である誤差が加算器１３−２により求められる。この誤差は適応受信手段３−１−１内の適応更新手段１１に入力されて適応更新に利用される。適応更新手段１１は加算器１３−２が出力する誤差と遅延器１４の出力を用いて適応更新を行う。適応更新アルゴリズムには最小２乗平均誤差制御を用いればよく、初期重み計算手段３−１−２が出力するアンテナ重みを初期値として利用して適応更新を行う。
【００２０】
図３は、本発明の第１の実施形態における初期重み計算手段を示すブロック図である。初期重み計算手段３−１−２〜３−Ｍ−２の構造はそれぞれ同じなので初期重み計算手段３−１−２を中心に説明する。
【００２１】
初期重み計算手段３−１−２は、アンテナ受信信号毎に逆拡散手段２０−１〜２０−Ｎにより拡散復調する。拡散復調された信号はそれぞれ通信路推定手段２１−１〜２１−Ｎに入力される。通信路推定手段２１−１〜２１−Ｎはアンテナ受信信号毎に通信路を推定する。複素共役作成手段２２−１〜２２−Ｎは通信路推定手段２１−１〜２１−Ｎの出力から通信路の逆特性を求める。複素共役作成手段２２−１〜２２−Ｎの出力Ａ−１〜Ａ−Ｎが初期重みとして適応受信手段３−１〜３−Ｍに入力される。出力Ａ−１〜Ａ−Ｎは適応更新の開始の時に１度だけ出力される。
【００２２】
また、時間間隔をおいて複数のバースト信号が受信される場合には、前記バースト信号毎に前記重み係数を前記受信信号から一旦計算して適応受信手段３−１〜３−Ｍに入力し、以後、同一バースト内では適応受信手段３−１〜３−Ｍが前記受信信号に基づき重み係数を適応的に更新しながら信号を検出する。
【００２３】
複素共役作成手段２２−１〜２２−Ｎの出力Ａ−１〜Ａ−Ｎは、アンテナ毎の通信路の逆特性を表しているので、アンテナ受信信号にこの逆特性を乗じることでアンテナ毎の通信路歪みが補償されることになり、補償後の信号を合成することでアンテナ受信信号の同相合成を実現できる。同相合成は希望信号成分の電力を最大にするため、適応更新を開始する前に希望信号の到来方向にビームを向けた指向性を形成できる。
【００２４】
図４は、本発明の第１の実施形態における初期重み計算手段の他の例を示すブロック図である。この実施例では、アンテナ毎の通信路特性の推定値から信号の到来方向を推定し、該推定した到来方向から受信重みの初期値を算出する方法が採用される。
【００２５】
図４において、アンテナ受信信号はアンテナ毎に逆拡散手段３１−１〜３１−Ｎにより拡散復調される。拡散復調された信号は通信路推定手段３２−１〜３２−Ｎに入力されアンテナ毎の通信路特性の推定を行う。到来方向推定手段３３は通信路推定手段３２−１〜３２−Ｎの出力から受信した信号の到来方向を推定する。
【００２６】
到来方向推定方法は、例えばＲ．Ｏ．Ｓｃｈｍｉｄｔ，“Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ｅｍｉｔｔｅｒ Ｌｏｃａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｓｉｇｎａｌ Ｐａｒａｍｅｔｅｒ Ｅｓｔｉｍａｔｉｏｎ”，ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓ．Ｖｏｌ．ＡＰ−３４，Ｎｏ．３，ｐｐ．２７６−２８６（１９８６ Ｍａｒｃｈ）で示されたＭＵＳＩＣ（Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ｓｉｇｎａｌ Ｃｌａｓｓｉｆｉｃａｔｉｏｎ）アルゴリズムや、Ｒ．Ｒｏｙ ａｎｄ Ｔ．Ｋａｉｌａｔｈ，“ＥＳＰＲＩＴ−Ｅｓｔｉｍａｔｉｏｎ ｏｆ ｓｉｇｎａｌ Ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ｖｉａ Ｒｏｔａｔｉｏｎａｌ Ｉｎｖａｒｉａｎｃｅ Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ”，ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓ．Ｖｏｌ．ＡＳＳＰ−３７，ｐｐ．９８４−９９５（１９８９ Ｊｕｌｙ）で示されたＥＳＰＲＩＴアルゴリズムなどのスペクトル解析の手法を用いてもよい。
【００２７】
あるいは、アンテナ間の通信路特性の違いはアンテナの幾何学的な素子配置と信号の到来方向のみによって一意に決定する受信位相差のみであるので、受信位相差から到来方向を推定できる。ここで、例として直線配置したアンテナにおける受信位相差と到来方向の関係を図１０に示す。アンテナ間隔をｄ、到来方向をθと表すと隣接アンテナ間での位相差Θは次式で与えられる。
【数１】
【数２】
【数３】
【数４】
【数５】
【００２８】
初期重み計算手段３−１−２〜３−Ｍ−２から初期重みが出力されるまでの時間は、初期重みを用いる適応制御重みが収束する時間より短い必要があるが、図３及び図４で示した例では初期重みを短時間で出力することが可能である。
【００２９】
図５は、本発明の第２の実施形態を示すブロック図である。図は、第ｋユーザ（ｋは１以上の整数）に対するＣＤＭＡ適応アンテナ受信装置を示しており、受信アンテナの数はＮ（Ｎは２以上の整数）、マルチパスの数はＭ（Ｍは１以上の整数）である。
【００３０】
図５を参照すると、各パス毎に受信手段３−１〜３−Ｍが備えられ、アンテナ１−１〜１−Ｎで受かった受信信号は、受信手段３−１には直接、受信手段３−２〜３−Ｍにはそれぞれ遅延器２−２〜２−Ｍを介して入力される。遅延器２−２〜２−Ｍはアンテナ受信信号のパスごとのタイミングが合うように入力を遅延させる。
【００３１】
受信手段３−１〜３−Ｍの出力は加算器４によって合成される。加算器４の出力は判定器５により第ｋユーザの送信シンボルが判定されるとともに、判定されたシンボルは受信手段３−１〜３−Ｍに入力され適応更新に利用される。受信手段３−１〜３−Ｍは、それぞれ適応受信手段３−１−１〜３−Ｍ−１、初期重み計算手段３−１−２〜３−Ｍ−２および追従遅れ検出手段３−１−３〜３−Ｍ−３より構成される。
【００３２】
受信手段３−１〜３−Ｍはそれぞれ同じ構成であるので、以下、主に受信手段３−１を用いて説明する。
【００３３】
適応受信手段３−１−１〜３−Ｍ−１の基本的構成は、図２に示した第１の実施形態において説明した適応受信手段３−１−１と同様であるが、第１の実施の形態との違いは、適応更新手段１１が出力する受信重みが乗算器１２−１〜１２−Ｎに出力されるだけでなく追従遅れ検出手段３−１−３にも出力する点と、初期重み計算手段３−１−２から受信重みの初期値が入力されたときには必ずその受信重みを用いて更新を継続する点である。その他の動作については第１の実施の形態と同じであるので説明を省略する。
【００３４】
図６は、本発明の第２の実施形態における初期重み計算手段を示すブロック図である。この初期重み計算手段３−１−２の構成は、図４に示した第１の実施の形態における初期重み計算手段とほぼ同じであるが、到来方向推定手段４３の出力する到来方向推定値は受信重み計算手段４４に出力されるのみでなく出力Ｄとして追従遅れ検出手段３−１−３へも出力される点と、受信重み計算手段４４に対してプリセット入力Ｅがあったときに受信重みＣ−１〜Ｃ−Ｎを出力する点で相違している。
【００３５】
図７は、本発明の第２の実施形態における追従遅れ検出手段３−１−３〜３−Ｍ−３を示すブロック図である。追従遅れ検出手段もそれぞれ同じ構成であるので追従遅れ検出手段３−１−３により説明する。
【００３６】
まず、適応受信手段３−１−１から受信重みがピーク方向検出手段５１に入力されピーク方向を出力する。ピーク方向検出方法は、例えば、受信重み間の相関計算により求めることができる。時刻ｔにおけるｎ番目（０≦ｎ＜Ｎ−１）の受信重みをｗｎ（ｔ）と表し、（ｎ＋１）番目の受信重みｗｎ＋１（ｔ）との時刻ｔにおける相関値Ｒｎ，ｎ＋１（ｔ）は次式で求まる。
【数６】
【数７】
【数８】
【数９】
【００３７】
比較手段５２は、ピーク方向検出手段５１の出力と初期重み計算手段３−１−２の到来方向推定手段４３から出力された到来方向推定値Ｄとの差である到来方向差を計算し、方向差閾値と比較を行う。この到来方向差が方向差閾値を越えたときには、適応制御重みの追従遅れが生じていると判断し、プリセット信号Ｅを出力する。
【００３８】
本発明の第２の実施形態では、信号の到来方向の急激な変化に対しても初期重み計算手段から方向の変化に対応した重みをすぐに適応制御に与えることができるため、適応更新の追従遅れによる特性劣化を低減できる。
【００３９】
なお、上記第１および第２の実施形態はＣＤＭＡを基本に記述したが、本発明はＣＤＭＡにのみ限定されるものではなく、ＴＤＭＡやＦＤＭＡの場合であっても、文献Ｈ．Ｙｏｓｈｉｎｏ，Ｋ．Ｆｕｋａｗａ ａｎｄ Ｈ．Ｓｕｚｕｋｉ，“Ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ Ｃａｎｃｅｌｉｎｇ Ｅｑｕａｌｉｚｅｒ（ＩＣＥ） ｆｏｒ Ｍｏｂｉｌｅ Ｒａｄｉｏ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ” Ｐｒｏｃ．ＩＣＣ，ｐｐ．１４２７−１４３２ （１９９４）に記載されたトレーニング系列や同期用系列を用いて、複数到来波を分離することはできるので、本発明はＣＤＭＡ以外へも適用可能である。
【００４０】
【発明の効果】
本発明の第１の効果は、適応重みの収束時間を高速にできることにある。その理由は同相合成を実現する受信重みを適応更新前に求め、求めた受信重みを適応更新の初期値として利用するからである。
【００４１】
本発明の第２の効果は、信号到来方向の急激な変化に対する特性劣化を抑えられることにある。その理由は到来方向の急激な変化による適応制御の追従遅れを検出し、適応重みを適切な初期重みにプリセットできるからである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明におけるＣＤＭＡ適応アンテナ受信装置の第１の実施形態を示すブロック図である。
【図２】本発明の適応アンテナ受信装置における適応受信手段を示すブロック図である。
【図３】本発明の第１の実施形態における初期重み計算手段を示すブロック図である。
【図４】本発明の第１の実施形態における初期重み計算手段の他の例を示すブロック図である。
【図５】本発明におけるＣＤＭＡ適応アンテナ受信装置の第２の実施形態を示すブロック図である。
【図６】本発明の第２の実施形態における初期重み計算手段を示すブロック図である。
【図７】本発明の第２の実施形態における追従遅れ検出手段を示すブロック図である。
【図８】従来のＣＤＭＡ適応アンテナ受信装置を示すブロック図である。
【図９】従来の適応受信手段を示すブロック図である。
【図１０】直線配置したアンテナに対する信号到来方向と受信位相差を説明するための図である。
【符号の説明】
１−１〜１−Ｎ アンテナ
２−２〜２−Ｍ 遅延器
３−１〜３−Ｍ 受信手段
３−１−１〜３−Ｍ−１ 適応受信手段
３−１−２〜３−Ｍ−２ 初期重み計算手段
３−１−３〜３−Ｍ−３ 追従遅れ検出手段
４ 加算器
５ 判定器
１０−１〜１０−Ｎ 逆拡散手段
１１ 適応更新手段
１２−１〜１２−Ｎ 乗算器
１３−１，１３−２ 加算器
１４ 遅延器
１５−１，１５−２ 乗算器
１６ 通信路推定手段
１７ 複素共役作成手段
２０−１〜２０−Ｎ 逆拡散手段
２１−１〜２１−Ｎ 通信路推定手段
２２−１〜２２−Ｎ 複素共役作成手段
３１−１〜３１−Ｎ 逆拡散手段
３２−１〜３２−Ｎ 通信路推定手段
３３ 到来方向推定手段
３４ 受信重み計算手段
４１−１〜４１−Ｎ 逆拡散手段
４２−１〜４２−Ｎ 通信路推定手段
４３ 到来方向推定手段
４４ 受信重み計算手段
５１ ピーク方向検出手段
５２ 比較手段
Ａ−１〜Ａ−Ｎ、Ｂ−１〜Ｂ−Ｎ、Ｃ−１〜Ｃ−Ｎ 受信重み初期値
Ｄ 到来方向推定値
Ｅ 検出結果
１１０−１〜１１０−Ｎ アンテナ
１２０−２〜１２０−Ｍ 遅延器
１３０−１〜１３０−Ｍ 適応受信手段
１４０ 加算器
１５０ 判定器
１６１−１〜１６１−Ｎ 逆拡散手段
１６２−１〜１６２−Ｎ 乗算器
１６３ 遅延器
１６４ 加算器
１６５ 乗算器
１６６ 通信路推定手段
１６７ 複素共役作成手段
１６８ 乗算器
１６９ 加算器
１７０ 適応更新手段
Claims (8)
- 複数のアンテナと前記アンテナで受信した信号を到来時刻毎に適応的なアンテナパターンで受信する適応受信手段と、前記適応受信手段でのアンテナパターンの適応制御の初期値を計算して前記適応受信手段に出力する初期重み計算手段と、前記適応受信手段の計算する受信重みと前記初期重み計算手段が推定する到来方向とから方向差を検出し、前記方向差が所定の方向差しきい値を超えた場合に前記初期重み計算手段に前記初期値を出力するように通知する追従遅れ検出手段と、前記適応受信手段の各出力を合成する加算器と、前記加算器の出力をシンボル判定し、前記適応受信手段へそれぞれ接続する判定器を備えることを特徴とする適応アンテナ受信装置。
- 前記適応受信手段のそれぞれは前記複数のアンテナの受信信号のそれぞれに重みを乗じる複数の第１の乗算器と、前記複数の第１の乗算器の出力を合成する加算器と、前記加算器の出力から通信路を推定する通信路推定手段と、前記判定器の出力に前記通信路推定手段が出力する通信路推定値を乗じる第２の乗算器と、前記第２の乗算器の出力と前記加算器の出力との差を出力する減算器と、前記減算器の出力と前記受信信号を遅延させた信号と前記初期重み計算手段の出力である受信重みの初期値とから受信重みを適応的に計算する適応更新手段とを備え、前記複数の適応受信手段はそれぞれの受信重みを独立に制御するとともに制御した受信重みを前記追従遅れ検出手段に出力することを特徴とする請求項１記載の適応アンテナ受信装置。
- 前記初期重み計算手段は、前記複数のアンテナの受信信号のそれぞれに対応して接続される通信路推定手段と、前記通信路推定手段の出力から信号の到来方向を推定する到来方向推定手段と、前記到来方向推定手段の出力から受信重みを計算する受信重み計算手段とを備え、前記到来方向推定手段の出力を前記受信重み計算手段に出力するとともに前記追従遅れ検出手段からの入力に応じて前記受信重み計算手段の出力を前記適応受信手段の重み制御の初期値として出力することを特徴とする請求項１記載の適応アンテナ受信装置。
- 前記追従遅れ検出手段は、前記適応受信手段の出力する受信重みから受信重みの最大指向性の方向を検出するピーク方向検出手段と、前記初期重み計算手段が出力する方向と前記ピーク方向検出手段の差分からピーク方向の差を検出し、前記差が所定の方向差を越えた場合に前記初期重み計算手段に初期値を出力するように通知する比較手段とを備えることを特徴とする請求項１記載の適応アンテナ受信装置。
- 複数のアンテナと前記アンテナで受信した信号を到来時刻毎に適応的なアンテナパターンで受信する適応受信手段と、前記適応受信手段でのアンテナパターンの適応制御の初期値を計算して前記適応受信手段に出力する初期重み計算手段と、前記適応受信手段の計算する受信重みと前記初期重み計算手段が推定する到来方向とから方向差を検出し、前記方向差が所定の方向差しきい値を超えた場合に前記初期重み計算手段に初期値を出力するように通知する追従遅れ検出手段と、前記適応受信手段の各出力を合成する加算器と、前記加算器の出力をシンボル判定し、前記適応受信手段へそれぞれ接続する判定器を備えることを特徴とするＣＤＭＡ適応アンテナ受信装置。
- 前記適応受信手段のそれぞれは前記複数のアンテナの受信信号に対応した複数の逆拡散手段と前記逆拡散手段の出力のそれぞれに重みを乗じる複数の第１の乗算器と、前記複数の第１の乗算器の出力を合成する加算器と、前記加算器の出力から通信路を推定する通信路推定手段と、前記判定器の出力に前記通信路推定手段が出力する通信路推定値を乗じる第２の乗算器と、前記第２の乗算器の出力と前記加算器の出力との差を出力する減算器と、前記減算器の出力と前記逆拡散手段の出力を遅延させた信号と前記初期重み計算手段の出力である受信重みの初期値とから受信重みを適応的に計算する適応更新手段とを備え、前記複数の適応受信手段はそれぞれの受信重みを独立に制御するとともに制御した受信重みを前記追従遅れ検出手段に出力することを特徴とする請求項５記載のＣＤＭＡ適応アンテナ受信装置。
- 前記初期重み計算手段は、前記複数のアンテナの受信信号に対応した複数の逆拡散手段と、前記逆拡散手段の出力のそれぞれに対応して接続される通信路推定 手段と、前記通信路推定手段の出力から信号の到来方向を推定する到来方向推定手段と、前記到来方向推定手段の出力から受信重みを計算する受信重み計算手段とを備え、前記到来方向推定手段の出力を前記受信重み計算手段に出力するとともに前記追従遅れ検出手段からの入力に応じて前記受信重み計算手段の出力を前記適応受信手段の重み制御の初期値として出力することを特徴とする請求項５記載のＣＤＭＡ適応アンテナ受信装置。
- 前記追従遅れ検出手段は、前記適応受信手段の出力する受信重みから受信重みの最大指向性の方向を検出するピーク方向検出手段と、前記初期重み計算手段が出力する方向と前記ピーク方向検出手段の差分からピーク方向の差を検出し、前記差が所定の方向差を越えた場合に前記初期重み計算手段に初期値を出力するように通知する比較手段とを備えることを特徴とする請求項５記載のＣＤＭＡ適応アンテナ受信装置。
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