JP3973371B2 - 無線基地システムおよび指向性制御方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、無線基地システムおよび指向性制御方法に関し、より特定的には、移動体通信システムにおいて、アダプティブアレイ処理により特定の移動端末装置からの受信信号を抽出する無線基地システム、およびそのような無線基地システムにおける受信指向性の制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、急速に発達しつつある移動体通信システム（たとえば、Personal Handyphone System：以下、ＰＨＳ）では、無線基地システムと移動端末装置との間の通信に際し、無線基地システムにおいて、アダプティブアレイ処理により所望の特定の移動端末装置からの受信信号を抽出する方式が提案されている。
【０００３】
アダプティブアレイ処理とは、移動端末装置からの受信信号に基づいて、無線基地システムのアンテナごとの受信係数（ウェイト）からなるウェイトベクトルを計算して適応制御することによって、特定の移動端末装置からの信号を正確に抽出する処理である。
【０００４】
無線基地システムにおいては、受信信号のシンボルごとにこのようなウェイトベクトルを計算する受信ウェイトベクトル計算機が設けられ、この受信ウェイトベクトル計算機は、受信信号と算出されたウェイトベクトルとの複素乗算和と、既知の参照信号との誤差の２乗を減少させるようウェイトベクトルを収束させる処理、すなわち特定の移動端末装置からの受信指向性を収束させるアダプティブアレイ処理を実行する。
【０００５】
アダプティブアレイ処理では、このようなウェイトベクトルの収束を、時間や信号電波の伝搬路特性の変動に応じて適応的に行ない、受信信号中から干渉成分やノイズを除去し、特定の移動端末装置からの受信信号を抽出している。
【０００６】
図６は、無線基地システムのデジタルシグナルプロセッサ（ＤＳＰ）によってソフトウェア的に実行される、従来のアダプティブアレイ処理を機能的に説明するための機能ブロック図である。
【０００７】
図６を参照して、無線基地システムの複数本のアンテナ、たとえばｎ本のアンテナＡ１，Ａ２，・・・，Ａｎでそれぞれ受信された移動端末装置からの受信信号からなる受信信号ベクトルは、スイッチ回路Ｓ１，Ｓ２，・・・，Ｓｎで受信回路側に切替えられ、図示しないＡ／Ｄ変換機でそれぞれデジタル信号に変換される。
【０００８】
これらのデジタル信号は、無線基地システムの図示しないＤＳＰに与えられ、図６に示す機能ブロック図にしたがって以後ソフトウェア的にアダプティブアレイ処理が施される。
【０００９】
図６を参照して、スイッチ回路Ｓ１，Ｓ２，・・・，Ｓｎで受信回路側に切替えられた受信信号ベクトルは、乗算器ＭＲ１，ＭＲ２，・・・，ＭＲｎのそれぞれの一方入力に与えられるとともに、受信ウェイトベクトル計算機１２に与えられる。
【００１０】
受信ウェイトベクトル計算機１２は、後述するアダプティブアレイアルゴリズムにより、アンテナごとのウェイトからなるウェイトベクトルを算出し、乗算器ＭＲ１，ＭＲ２，・・・，ＭＲｎのそれぞれの他方入力に与えて、対応するアンテナからの受信信号ベクトルとそれぞれ複素乗算する。加算器１０によりその複素乗算結果の総和であるアレイ出力信号が得られる。
【００１１】
上述のような複素乗算和の結果は、一旦復調回路１１によってビットデータに復調された後、アレイ出力信号として供給されるとともに、再変調回路１４によって再変調される。
【００１２】
受信ウェイトベクトル計算機１２には、カウンタ１６のカウント値によって規定される参照信号期間に、メモリ１５に予め記憶されている既知の参照信号ｄ（ｔ）がスイッチ回路１３によって与えられ、アダプティブアレイアルゴリズムによるウェイトベクトルの計算に供される。この参照信号ｄ（ｔ）は、移動端末装置からの受信信号が含むすべてのユーザに共通の既知の信号であり、たとえばＰＨＳでは、受信信号のうち、既知のビット列で構成されたプリアンブル（ＰＲ）およびユニークワード（ＵＷ）の区間が用いられる。
【００１３】
一方、カウンタ１６のカウント値によって参照信号期間の終了が検出されると、受信ウェイトベクトル計算機１２には、再変調回路１４によって再変調されたアレイ出力信号がスイッチ回路１３によって与えられ、アダプティブアレイアルゴリズムによるウェイトベクトルの計算に供される
この受信ウェイトベクトル計算機１２では、ＲＬＳ（Recursive Least Squares）アルゴリズムやＳＭＩ（Sample Matrix Inversion）アルゴリズムのようなアダプティブアレイアルゴリズムを使用している。
【００１４】
このようなＲＬＳアルゴリズムやＳＭＩアルゴリズムは、アダプティブアレイ処理の分野では周知の技術であり、たとえば菊間信良著の「アレーアンテナによる適応信号処理」（科学技術出版）の第３５頁〜第４９頁の「第３章 ＭＭＳＥアダプティブアレー」に詳細に説明されているので、ここではその説明を省略する。
【００１５】
さらに、図示しない送信信号源からの送信信号が変調回路１７によって変調され、乗算器ＭＴ１，ＭＴ２，・・・，ＭＴｎのそれぞれの一方入力端子に与えられ、乗算器ＭＴ１，ＭＴ２，・・・，ＭＴｎのそれぞれの他方入力端子には、受信ウェイトベクトル計算機１２で計算されたウェイトベクトルがコピーされて印加される。
【００１６】
このように、ウェイトベクトルとの複素乗算で重み付けされた送信信号は、スイッチ回路Ｓ１，Ｓ２，・・・，Ｓｎで選択されて、アンテナＡ１，Ａ２，・・・，Ａｎを介して送信される。
【００１７】
受信時と同じアンテナＡ１，Ａ２，・・・，Ａｎを介して送信される信号には、受信信号と同様に特定の移動端末装置をターゲットとするウェイトベクトルによる重み付けがされているため、これらのアンテナから送信された電波信号は、この特定の移動端末装置をターゲットとする送信指向性を伴って飛ばされることになる。
【００１８】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、図６の従来の無線基地システムでは、ｎ本のアンテナを用いて信号の送受信を行なっているが、アンテナの本数が多ければ多いほど、アダプティブアレイ処理で抑圧できる干渉が増大し、アンテナ利得が増大して送信電波の到達する範囲が拡大する。すなわち、アンテナの本数が多くなるほど、アダプティブアレイ処理の性能が向上することになる。
【００１９】
しかしながら、上述のＲＬＳ、ＳＭＩのようなアダプティブアレイアルゴリズムでは、ウェイトベクトルを収束させるためには、すなわち特定の移動端末装置からの受信指向性を収束させるためには、アンテナ本数の２倍以上の信号長（シンボル数）の参照信号が必要である。言い換えると、参照信号の信号長が予め決まっている場合、その信号長の１／２を超える本数のアンテナがあるとウェイトベクトルは収束せず、受信指向性も収束しなくなる。
【００２０】
たとえば、ＰＨＳの規格では、前述のプリアンブルおよびユニークワードからなる参照信号は１２シンボルからなり、すなわち信号長は１２である。したがって、最大で信号長１２の１／２である６本のアンテナを用いた場合まではウェイトベクトルの収束は可能である。しかしながら、使用するアンテナ本数が６本を超えるともはやウェイトベクトルを十分に収束できなくなる。
【００２１】
このように、受信指向性を収束させることができるアンテナ本数が参照信号の信号長によって制限される理由については、たとえば電子情報通信学会論文誌、B-II、Vol．J76-B-II、No.４、１９９３年４月の第１８９頁〜第２０１頁の、鈴木 博他による「移動無線伝送用RLS形適応等化器に関する動特性解析」（特にその２．３．２節および図３等）に詳細に説明されているように、アダプティブアレイ処理の技術分野においては周知であるので、ここではその説明を省略する。
【００２２】
前述のように、基本的にアダプティブアレイ処理の性能を上げる（電波が遠くまで届くようにする）ためにはアンテナ本数を増やす必要があるが、そのためには、上述のアダプティブアレイアルゴリズムの制約により参照信号の信号長を長くする必要が生じる。しかしながら、たとえばＰＨＳでは、規格により、参照信号とデータ信号とからなる送信信号の１フレームの情報量は１２０ビットと決められており、参照信号長を長くすれば、送れるユーザデータ量が少なくなり、データのスループットが低下するという問題がある。
【００２３】
それゆえに、この発明の目的は、限られた信号長の参照信号を用いて、より多くのアンテナを用いたアダプティブアレイ処理を行なうことができる無線基地システムを提供することである。
【００２４】
この発明の他の目的は、限られた信号長の参照信号を用いて、無線基地システムにおける受信指向性を収束させることができる指向性制御方法を提供することである。
【００２５】
この発明のさらに他の目的は、限られた信号長の参照信号を用いてアンテナ利得を増大させ、送信電波の到達範囲を拡張することができる無線基地システムおよび指向性制御方法を提供することである。
【００２６】
【課題を解決するための手段】
この発明は、複数のアンテナを用いて複数の移動端末装置との間で信号を送受信する無線基地システムであって、信号は、第１の信号長の既知の参照信号と、第２の信号長のデータ信号とを含む信号区間に区分されている。複数のアンテナは、第１の信号長の既知の参照信号によって受信指向性を収束させることができる本数のアンテナを各々含む、複数のアンテナ群に分割される。無線基地システムは、複数のアダプティブアレイ処理手段と、受信信号生成手段とを備える。複数のアダプティブアレイ処理手段は、複数のアンテナ群のそれぞれに対応して設けられ、各々が、対応するアンテナ群で受信した信号に所定のアダプティブアレイ処理を施して複数の移動端末装置のうち特定の移動端末装置に対応するアレイ出力信号を抽出するとともにアダプティブアレイ処理の精度に基づく重み情報を発生する。受信信号生成手段は、複数のアダプティブアレイ処理手段から供給される、特定の移動端末装置に対応する複数のアレイ出力信号および複数の重み情報に基づいて、特定の移動端末装置からの受信信号を生成する。
【００２７】
好ましくは、受信信号生成手段は、特定の移動端末装置に対応する複数のアレイ出力信号および複数の重み情報を最大比合成することにより特定の移動端末装置からの受信信号を生成する最大比合成手段を含む。
【００２８】
好ましくは、受信信号生成手段は、複数の重み情報を対比して、その結果に基づいて複数のアレイ出力信号のいずれかを選択して特定の移動端末装置からの受信信号として出力する選択手段を含む。
【００２９】
好ましくは、重み情報は、アダプティブアレイ処理手段の各々によって算出されるアレイ出力と参照信号との２乗誤差に基づく情報である。
【００３０】
好ましくは、無線基地システムは、複数のアダプティブアレイ処理手段によるアダプティブアレイ処理の結果に基づいて、特定の移動端末装置に対する送信信号の送信指向性を収束させる手段をさらに備える。
【００３１】
好ましくは、受信指向性を収束させることができるアンテナの本数は、参照信号の第１の信号長の１／２以下の本数である。
【００３２】
この発明の他の局面によれば、複数のアンテナを用いて複数の移動端末装置との間で、第１の信号長の既知の参照信号と、第２の信号長のデータ信号とを含む信号区間に区分された信号を送受信し、複数のアンテナを、第１の信号長の既知の参照信号によって受信指向性を収束させることができる本数のアンテナを各々含む、複数のアンテナ群に分割する無線基地システムにおける指向性制御方法であって、指向性制御方法は、複数のアンテナ群のそれぞれごとに、対応するアンテナ群で受信した信号に所定のアダプティブアレイ処理を施して複数の移動端末装置のうち特定の移動端末装置に対応するアレイ出力信号を抽出するとともにアダプティブアレイ処理の精度に基づく重み情報を発生するステップと、特定の移動端末装置に対応する複数のアレイ出力信号および複数の重み情報に基づいて、特定の移動端末装置からの受信信号を生成するステップとを備える。
【００３３】
好ましくは、受信信号を生成するステップは、特定の移動端末装置に対応する複数のアレイ出力信号および複数の重み情報を最大比合成することにより特定の移動端末装置からの受信信号を生成するステップを含む。
【００３４】
好ましくは、受信信号を生成するステップは、複数の重み情報を対比して、その結果に基づいて複数のアレイ出力信号のいずれかを選択して特定の移動端末装置からの受信信号として出力するステップを含む。
【００３５】
好ましくは、重み情報は、所定のアダプティブアレイ処理によって算出されるアレイ出力と参照信号との２乗誤差に基づく情報である。
【００３６】
好ましくは、指向性制御方法は、アダプティブアレイ処理の結果に基づいて、特定の移動端末装置に対する送信信号の送信指向性を収束させるステップをさらに備える。
【００３７】
好ましくは、受信指向性を収束させることができるアンテナの本数は、参照信号の第１の信号長の１／２以下の本数である。
【００３８】
したがって、この発明によれば、無線基地システム全体のアンテナを、既知の参照信号の信号長によって受信指向性を収束可能な本数のアンテナごとに複数のアンテナ群に分割し、複数のアンテナ群のそれぞれごとにアダプティブアレイ処理を実行して得られたアレイ出力信号を、複数のアンテナ群ごとのアダプティブアレイ処理の精度に基づく重み情報に応じて処理することにより特定の移動端末装置からの受信信号を生成するように構成しているので、既知の参照信号自体の信号長を増大させることなく、より多くのアンテナを用いたアダプティブアレイ処理が可能となる。これにより、データのスループットを低下させることなく、アンテナ利得を増大させて、送信電波の到達範囲を拡張することができる。
【００３９】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態を図面を参照して詳しく説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。
【００４０】
［実施の形態１］
図１は、この発明の実施の形態１の無線基地システムによってソフトウェア的に実行されるアダプティブアレイ処理を機能的に説明する機能ブロック図である。図１に示す構成は、以下の点を除いて、図６に示した従来例の構成と同じであり、共通する部分についての説明は繰返さない。
【００４１】
すなわち、図１に示す構成では、無線基地システムのすべてのアンテナ（２Ｌ本：Ｌは正の整数）を、移動端末装置からの受信信号に含まれる既知の参照信号（たとえばＰＨＳにおける前述のＰＲおよびＵＷ）の所定の信号長で受信指向性の収束が可能な本数であるＬ本のアンテナからなる２つのアンテナ群（Ａ１１，Ａ１２，・・・，Ａ１Ｌ）および（Ａ２１，Ａ２２，・・・，Ａ２Ｌ）に分割し、各アンテナ群ごとに、図６の機能ブロック図に示すアダプティブアレイ処理を実行するように構成したものである。各アンテナ群ごとのアダプティブアレイ処理については、図６を参照して説明したとおりなのでここではその説明を繰返さない。
【００４２】
なお、図１の実施の形態１における受信ウェイトベクトル計算機１１２および２１２は、前述のＲＬＳ、ＳＭＩなどであるＭＭＳＥ（Minimum Mean Square Error）アルゴリズムを使用してウェイトベクトルを計算するものとする。
【００４３】
図１に示した実施の形態１では、一方のアンテナ群Ａ１１，Ａ１２，・・・，Ａ１Ｌで受信された信号と、受信ウェイトベクトル計算機１１２で計算されたウェイトベクトルとの複素乗算和が最大比合成回路１８に与えられ、受信ウェイトベクトル計算機１１２で算出された、後述する重み情報も最大比合成回路１８に与えられる。図６の従来の無線基地システムとは異なり、復調回路１１１の出力が直接外部に供給されることはない。
【００４４】
さらに、他方のアンテナ群Ａ２１，Ａ２２，・・・，Ａ２Ｌで受信された信号と、受信ウェイトベクトル計算機２１２で計算されたウェイトベクトルとの複素乗算和が最大比合成回路１８に与えられ、受信ウェイトベクトル計算機２１２で算出された重み情報も最大比合成回路１８に与えられる。図６の従来の無線基地システムとは異なり、復調回路２１１の出力が直接外部に供給されることはない。
【００４５】
最大比合成回路１８は、加算器１１０および２１０からそれぞれ与えられる、特定の移動端末装置からのアレイ出力信号を、受信ウェイトベクトル計算機１１２および２１２からそれぞれ与えられる重み情報に基づいて最大比合成し、上記特定の移動端末装置からの受信信号を生成して復調回路１９に与える。復調回路１９は、与えられた受信信号をビットデータに復調して外部に供給する。
【００４６】
以下に、最大比合成回路１８の動作について詳細に説明する。
図１の実施の形態１の無線基地システムにおいて、一方のアンテナ群Ａ１１，Ａ１２，・・・，Ａ１Ｌで受信された信号をｘ11（ｔ），・・・，ｘ1L（ｔ）とし、受信ウェイトベクトル計算機１１２で計算されたそれぞれのアンテナに対応するウェイトをｗ11，・・・，ｗ1Lとすると、加算器１１０から出力される一方のアンテナ群に対応するアレイ出力信号ｙ１（ｔ）は、次式で表わされる。
【００４７】
ｙ１（ｔ）＝ｗ11ｘ11（ｔ）＋・・・＋ｗ1Lｘ1L（ｔ）
ここで、参照信号をｄ（ｔ）とすると、受信ウェイトベクトル計算機１１２で計算される２乗誤差ＭＳＥ１（ＭＳＥ：Mean Square Error）は、次式で表わされる。
【００４８】
ＭＳＥ１＝（ｄ（ｔ）−ｙ１（ｔ））2
次に、他方のアンテナ群Ａ２１，Ａ２２，・・・，Ａ２Ｌで受信された信号をｘ21（ｔ），・・・，ｘ2L（ｔ）とし、受信ウェイトベクトル計算機２１２で計算されたそれぞれのアンテナに対応するウェイトをｗ21，・・・，ｗ2Lとすると、加算器２１０から出力される他方のアンテナ群に対応するアレイ出力信号ｙ２（ｔ）は、次式で表わされる。
【００４９】
ｙ２（ｔ）＝ｗ21ｘ21（ｔ）＋・・・＋ｗ2Lｘ2L（ｔ）
ここで、受信ウェイトベクトル計算機２１２で計算される２乗誤差ＭＳＥ２は、次式で表わされる。
【００５０】
ＭＳＥ２＝（ｄ（ｔ）−ｙ２（ｔ））2
ここで、ＭＳＥ１，ＭＳＥ２は、物理的には、それぞれ対応するアンテナ群のアダプティブアレイ処理の結果得られたアレイ出力信号ｙ１（ｔ），ｙ２（ｔ）に含まれる所望波以外の信号成分、すなわち残留干渉波および雑音信号の電力を示している。
【００５１】
受信ウェイトベクトル計算機１１２および２１２からそれぞれ最大比合成回路１８に与えられる重み情報は、それぞれの受信ウェイトベクトル計算機で計算される２乗誤差の逆数、すなわち１／ＭＳＥ１，１／ＭＳＥ２である。
【００５２】
最大比合成回路１８は、アレイ出力信号ｙ１（ｔ），ｙ２（ｔ）、および重み情報１／ＭＳＥ１，１／ＭＳＥ２を受取り、下記の最大比合成式に基づいて、特定の移動端末装置からの受信信号ＭＲＣ（ｔ）を合成する。
【００５３】
ＭＲＣ（ｔ）＝ｙ１（ｔ）／ＭＳＥ１＋ｙ２（ｔ）／ＭＳＥ２
ここで、アダプティブアレイ出力信号に含まれる特定の移動端末装置からの所望波をＳ（ｔ）とし、それ以外の信号成分を仮に雑音信号ｎ１（ｔ），ｎ２（ｔ）とすると、それぞれのアダプティブアレイ出力信号は、次式のように表現される。
【００５４】
ｙ１（ｔ）＝Ｓ（ｔ）＋ｎ１（ｔ）
ｙ２（ｔ）＝Ｓ（ｔ）＋ｎ２（ｔ）
さらに、参照信号期間では、所望波の信号成分Ｓ（ｔ）は参照信号ｄ（ｔ）と等しく、それぞれの受信ウェイトベクトル計算機で計算される２乗誤差ＭＳＥは次のように表わされる。
【００５５】
ＭＳＥ１＝｜ｎ１（ｔ）｜2
ＭＳＥ２＝｜ｎ２（ｔ）｜2
これらのアレイ出力信号ｙ１（ｔ），ｙ２（ｔ）および２乗誤差ＭＳＥ１，ＭＳＥ２を上述の最大比合成式に代入して受信信号ＭＲＣ（ｔ）を求めると、次式（ａ）のようになる。
【００５６】
ＭＲＣ（ｔ）＝（１／｜ｎ１（ｔ）｜2＋１／｜ｎ２（ｔ）｜2）Ｓ（ｔ）＋ｎ１（ｔ）／｜ｎ１（ｔ）｜2＋ｎ２（ｔ）／｜ｎ２（ｔ）｜2・・・（ａ）
次に、最大比合成回路１８による上述の最大比合成演算により、合成される受信信号の信号対雑音比ＳＮＲ（Signal to Noise Ratio）が改善される理由について説明する。
【００５７】
たとえば、ＭＳＥ１＝｜ｎ１（ｔ）｜2＝０．１とすると、アレイ出力信号ｙ１（ｔ）のＳＮＲは次のようになる。
【００５８】
ｙ１（ｔ）のＳＮＲ＝１０log（１０）＝１０ｄＢ
一方、ＭＳＥ２＝｜ｎ２（ｔ）｜2＝０．２とすると、アレイ出力信号ｙ２（ｔ）のＳＮＲは次のようになる。
【００５９】
ｙ２（ｔ）のＳＮＲ＝１０log（５）＝７ｄＢ
上述の最大比合成演算の（ａ）式から理解されるように、最大比合成に際しては、所望波の信号成分Ｓ（ｔ）については振幅合成となり、雑音信号ｎ１（ｔ），ｎ２（ｔ）については電力合成となる。
【００６０】
これらの具体的数値を、上記の（ａ）式に当てはめると、信号成分Ｓ（ｔ）の電力は、１５＊１５＝２２５となる。一方、雑音成分の電力は次のように計算される。
【００６１】
（１０＊sqrt（０．１））2＋（５＊sqrt（０．２））2＝１００＊０．１＋２５＊０．２＝１５
したがって、最大比合成された信号ＭＲＣのＳＮＲは、以下のように計算される。
【００６２】
１０log（２２５／１５）＝１０log（１５）＝１１．８ｄＢ
このことから、最大比合成信号のＳＮＲは、上述のＭＳＥの値と対比して、良好であることが理解される。
【００６３】
なお、受信ウェイトベクトル計算機１１２および２１２で計算されるＭＳＥは、受信信号の当該フレームにおける特定の時間Ｔで平均した平均値であってもよい。この場合のＭＳＥ１およびＭＳＥ２は、次式のように表される。
【００６４】
ＭＳＥ１＝Σ（ｄ（ｔ）−ｙ１（ｔ））2／Ｔ
ＭＳＥ２＝Σ（ｄ（ｔ）−ｙ２（ｔ））2／Ｔ
以上のように、この発明の実施の形態１では、無線基地システムのすべてのアンテナ（２Ｌ本）を、参照信号長でウェイトベクトルの収束が可能な本数（Ｌ本）のアンテナ群に分割し、それぞれのアンテナ群ごとにアダプティブアレイ処理をおこない、その結果得られたアレイ出力信号を、アダプティブアレイ処理の精度を反映した重み情報（たとえば参照信号とアレイ出力信号との２乗誤差の逆数）を用いて最大比合成しているので、限られた参照信号長ですべてのアンテナで受信指向性を収束させることができる。
【００６５】
また、このようにすべてのアンテナを２つのアンテナ群に分割した場合であっても、アダプティブアレイ処理の重み情報を考慮した２つのアレイ出力の最大比合成により、特定の移動端末装置からの受信信号を精度高く合成することができる。
【００６６】
［実施の形態２］
図２は、この発明の実施の形態２の無線基地システムによってソフトウェア的に実行されるアダプティブアレイ処理を機能的に説明する機能ブロック図である。図２に示す構成は、以下の点を除いて、図１に示した実施の形態１の構成と同じであり、共通する部分についての説明は繰返さない。
【００６７】
すなわち、図２に示す構成では、図１の実施の形態１における最大比合成回路１８および復調回路１９に代えて、選択回路２０が設けられている。
【００６８】
図１の実施の形態１の構成では、それぞれのアンテナ群に対応する、ビットデータに復調される前のアレイ出力信号が最大比合成回路で合成され、その合成出力が復調回路１９によりビットデータに復調されていたが、図２の実施の形態２の構成では、それぞれのアンテナ群に対応するアレイ出力の復調されたビットデータが選択回路２０に与えられる。
【００６９】
選択回路２０には、図１の実施の形態１の場合と同様に、受信ウェイトベクトル計算機１１２および２１２からそれぞれ重み情報である１／ＭＳＥ１，１／ＭＳＥ２が与えられる。
【００７０】
図３は、ＤＳＰで実現される選択回路２０の動作を説明するフロー図である。図３を参照して、図２の選択回路２０の動作について以下に説明する。
【００７１】
まず、受信ウェイトベクトル計算機１１２，２１２でそれぞれウェイトベクトルが計算され、それぞれのアンテナ群に対応するアレイ出力ｙ（ｔ）と、重み情報１／ＭＳＥとが選択回路２０に出力される（ステップＳ１）。
【００７２】
次に、選択回路２０は、重み情報が大きい（すなわち２乗誤差ＭＳＥがより小さい）方のアンテナ群に対応するアレイ出力信号を選択して、特定の移動端末装置からの受信信号として外部に出力する（ステップＳ２）。
【００７３】
この実施の形態２の選択回路２０では、それぞれのアンテナ群からのアレイ出力信号の合成はしておらず、重み情報に基づいて、信憑性のより高いいずれかのアレイ出力の選択を行なっている。したがって、この実施の形態２では、アダプティブアレイ処理の簡素化を図ることができる。
【００７４】
なお、上述の実施の形態１および２においては、無線基地システムのすべてのアンテナを２つのアンテナ群に分割した場合について説明したが、この発明は、上述のような２分割に限られるものではなく、各アンテナ群において参照信号長により受信指向性の収束が可能であれば、アンテナの本数に応じて、複数のアンテナ群に分割することによって実現することができる。
【００７５】
次に、図４および図５は、この発明の実施の形態による効果を説明するための部分的な機能ブロック図および送信指向性の模式図である。以下に、図４および図５を参照して、アンテナの本数が増えても、この発明により理想的なウェイトベクトルが計算できれば、十分なアレイ利得を得ることができ、無線基地システムから移動端末装置への送信指向性および電波の到達範囲が改善される原理について具体的に説明する。
【００７６】
図４は、この発明により、すべてのアンテナ（ｎ本）でウェイトベクトルを収束できる無線基地システムの送信系の機能を説明する機能ブロック図であり、送信信号Ｓ（ｔ）は、変調回路１７で変調された後、送信系の乗算器ＭＴ１，ＭＴ２，・・・，ＭＴｎのそれぞれの一方入力に与えられる。これらの乗算器には、受信ウェイトベクトル計算機で計算された、特定の移動端末装置をターゲットとするウェイトベクトルがコピーされて印加され、それぞれの乗算器からは、以下の（１）式〜（４）式で表わされる信号が出力され、アンテナＡ１，Ａ２，・・・，Ａｎに与えられる。
【００７７】
【数１】
【００７８】
この無線基地システムから特定の移動端末装置２０への下りの送信信号は、移動端末装置２０で受信され、受信信号ベクトルを、ｈ11，ｈ12，・・・，ｈ1nで表わすと、移動端末装置２０での受信信号ｙ（ｔ）は、下記の（５）式で表現される。
【００７９】
【数２】
【００８０】
ここで、上述のこの発明の実施の形態により、全体のアンテナ本数ｎを構成する各アンテナ群の本数が所定の参照信号長の１／２以下であって、無線基地システム全体として受信ウェイトベクトルが十分に収束しているものとすると、下記の（６）式が成り立ち、移動端末装置２０に対する下りのアンテナ利得が最大となる。
【００８１】
【数３】
【００８２】
この場合の送信指向性の収束の様子について、図５の（ａ）を参照して説明する。なお、図５において矢印は、移動端末装置から無線基地システムを見た方向を示し、矢印と交差する曲線は、無線基地システムから当該移動端末装置に対する下り方向の指向性を表わしている。
【００８３】
図５の（ａ）において、上記（６）式に示すように無線基地システムからの下り方向のアンテナ利得が最大になれば、指向性のピークが移動端末装置方向に向けられ、送信電波の届く範囲が最大限拡張されることになる。
【００８４】
これに対して、無線基地システムにおける受信ウェイトベクトルが十分に収束していないものとすると、上記の（７）式が成り立ち、移動端末装置２０に対する下りのアンテナ利得が最大とならない。
【００８５】
この場合の送信指向性の収束の様子について、図５の（ｂ）を参照して説明する。図５の（ｂ）において、上記（７）式に示すように無線基地システムからの下り方向のアンテナ利得が最大にならなければ、指向性のピークが移動端末装置方向からずれることになり、（ａ）のように送信電波の届く範囲が最大限拡張されることはない。
【００８６】
このように、この発明の実施の形態によれば、無線基地システム全体のアンテナを、既知の参照信号の信号長によって受信指向性を収束可能な本数のアンテナごとに複数のアンテナ群に分割し、複数のアンテナ群のそれぞれごとにアダプティブアレイ処理を実行することにより、無線基地システムのすべてのアンテナでウェイトベクトルを収束させるように構成しているので、既知の参照信号自体を拡張することなく、受信指向性の収束をより容易なものとし、ひいては送信時のアンテナ利得を増大させることができる。
【００８７】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【００８８】
【発明の効果】
以上のように、この発明によれば、無線基地システム全体のアンテナを、既知の参照信号の信号長によって受信指向性を収束可能な本数のアンテナごとに複数のアンテナ群に分割し、複数のアンテナ群のそれぞれごとにアダプティブアレイ処理を実行している。複数のアンテナ群ごとに得られたアレイ出力信号は、複数のアンテナ群ごとのアダプティブアレイ処理の精度に基づく重み情報に応じて処理されて、特定の移動端末装置からの受信信号が生成される。このため、既知の参照信号自体の信号長を増大させることなく、より多くのアンテナを用いたアダプティブアレイ処理が可能となる。したがって、データのスループットを低下させることなく、アンテナ利得を増大させて、送信電波の到達範囲を拡張することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明の実施の形態１の無線基地システムによってソフトウェア的に実行されるアダプティブアレイ処理を機能的に説明する機能ブロック図である。
【図２】 この発明の実施の形態２の無線基地システムによってソフトウェア的に実行されるアダプティブアレイ処理を機能的に説明する機能ブロック図である。
【図３】 図２に示したこの発明の実施の形態２による無線基地システムのアダプティブアレイ処理を示すフロー図である。
【図４】 この発明による効果を説明するための送信系の機能ブロック図である。
【図５】 この発明による効果を説明するための送信指向性の模式図である。
【図６】 従来の無線基地システムによってソフトウェア的に実行されるアダプティブアレイ処理を機能的に説明する機能ブロック図である。
【符号の説明】
１０，１１０，２１０ 加算器、１１，１９，１１１，２１１ 復調回路、１２，１１２，２１２ 受信ウェイトベクトル計算機、１３，１１３，２１３ スイッチ回路、１４，１１４，２１４ 再変調回路、１５，１１５，２１５ メモリ、１６，１１６，２１６ カウンタ、１７ 変調回路、１８ 最大比合成回路、２０ 選択回路、Ａ１，Ａ２，・・・，Ａｎ，Ａ１１，Ａ１２，・・・，Ａ１Ｌ，Ａ２１，Ａ２２，・・・，Ａ２Ｌ アンテナ、Ｓ１，Ｓ２，・・・，Ｓｎ，Ｓ１１，Ｓ１２，・・・，Ｓ１Ｌ，Ｓ２１，Ｓ２２，・・・，Ｓ２Ｌ スイッチ回路、ＭＲ１，ＭＲ２，・・・，ＭＲｎ，ＭＴ１，ＭＴ２，・・・，ＭＴｎ，ＭＲ１１，ＭＲ１２，・・・，ＭＲ１Ｌ，ＭＲ２１，ＭＲ２２，・・・，ＭＲ２Ｌ，ＭＴ１１，ＭＴ１２，・・・，ＭＴ１Ｌ，ＭＴ２１，ＭＴ２２，・・・，ＭＴ２Ｌ 乗算器。
【発明の属する技術分野】
この発明は、無線基地システムおよび指向性制御方法に関し、より特定的には、移動体通信システムにおいて、アダプティブアレイ処理により特定の移動端末装置からの受信信号を抽出する無線基地システム、およびそのような無線基地システムにおける受信指向性の制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、急速に発達しつつある移動体通信システム（たとえば、Personal Handyphone System：以下、ＰＨＳ）では、無線基地システムと移動端末装置との間の通信に際し、無線基地システムにおいて、アダプティブアレイ処理により所望の特定の移動端末装置からの受信信号を抽出する方式が提案されている。
【０００３】
アダプティブアレイ処理とは、移動端末装置からの受信信号に基づいて、無線基地システムのアンテナごとの受信係数（ウェイト）からなるウェイトベクトルを計算して適応制御することによって、特定の移動端末装置からの信号を正確に抽出する処理である。
【０００４】
無線基地システムにおいては、受信信号のシンボルごとにこのようなウェイトベクトルを計算する受信ウェイトベクトル計算機が設けられ、この受信ウェイトベクトル計算機は、受信信号と算出されたウェイトベクトルとの複素乗算和と、既知の参照信号との誤差の２乗を減少させるようウェイトベクトルを収束させる処理、すなわち特定の移動端末装置からの受信指向性を収束させるアダプティブアレイ処理を実行する。
【０００５】
アダプティブアレイ処理では、このようなウェイトベクトルの収束を、時間や信号電波の伝搬路特性の変動に応じて適応的に行ない、受信信号中から干渉成分やノイズを除去し、特定の移動端末装置からの受信信号を抽出している。
【０００６】
図６は、無線基地システムのデジタルシグナルプロセッサ（ＤＳＰ）によってソフトウェア的に実行される、従来のアダプティブアレイ処理を機能的に説明するための機能ブロック図である。
【０００７】
図６を参照して、無線基地システムの複数本のアンテナ、たとえばｎ本のアンテナＡ１，Ａ２，・・・，Ａｎでそれぞれ受信された移動端末装置からの受信信号からなる受信信号ベクトルは、スイッチ回路Ｓ１，Ｓ２，・・・，Ｓｎで受信回路側に切替えられ、図示しないＡ／Ｄ変換機でそれぞれデジタル信号に変換される。
【０００８】
これらのデジタル信号は、無線基地システムの図示しないＤＳＰに与えられ、図６に示す機能ブロック図にしたがって以後ソフトウェア的にアダプティブアレイ処理が施される。
【０００９】
図６を参照して、スイッチ回路Ｓ１，Ｓ２，・・・，Ｓｎで受信回路側に切替えられた受信信号ベクトルは、乗算器ＭＲ１，ＭＲ２，・・・，ＭＲｎのそれぞれの一方入力に与えられるとともに、受信ウェイトベクトル計算機１２に与えられる。
【００１０】
受信ウェイトベクトル計算機１２は、後述するアダプティブアレイアルゴリズムにより、アンテナごとのウェイトからなるウェイトベクトルを算出し、乗算器ＭＲ１，ＭＲ２，・・・，ＭＲｎのそれぞれの他方入力に与えて、対応するアンテナからの受信信号ベクトルとそれぞれ複素乗算する。加算器１０によりその複素乗算結果の総和であるアレイ出力信号が得られる。
【００１１】
上述のような複素乗算和の結果は、一旦復調回路１１によってビットデータに復調された後、アレイ出力信号として供給されるとともに、再変調回路１４によって再変調される。
【００１２】
受信ウェイトベクトル計算機１２には、カウンタ１６のカウント値によって規定される参照信号期間に、メモリ１５に予め記憶されている既知の参照信号ｄ（ｔ）がスイッチ回路１３によって与えられ、アダプティブアレイアルゴリズムによるウェイトベクトルの計算に供される。この参照信号ｄ（ｔ）は、移動端末装置からの受信信号が含むすべてのユーザに共通の既知の信号であり、たとえばＰＨＳでは、受信信号のうち、既知のビット列で構成されたプリアンブル（ＰＲ）およびユニークワード（ＵＷ）の区間が用いられる。
【００１３】
一方、カウンタ１６のカウント値によって参照信号期間の終了が検出されると、受信ウェイトベクトル計算機１２には、再変調回路１４によって再変調されたアレイ出力信号がスイッチ回路１３によって与えられ、アダプティブアレイアルゴリズムによるウェイトベクトルの計算に供される
この受信ウェイトベクトル計算機１２では、ＲＬＳ（Recursive Least Squares）アルゴリズムやＳＭＩ（Sample Matrix Inversion）アルゴリズムのようなアダプティブアレイアルゴリズムを使用している。
【００１４】
このようなＲＬＳアルゴリズムやＳＭＩアルゴリズムは、アダプティブアレイ処理の分野では周知の技術であり、たとえば菊間信良著の「アレーアンテナによる適応信号処理」（科学技術出版）の第３５頁〜第４９頁の「第３章 ＭＭＳＥアダプティブアレー」に詳細に説明されているので、ここではその説明を省略する。
【００１５】
さらに、図示しない送信信号源からの送信信号が変調回路１７によって変調され、乗算器ＭＴ１，ＭＴ２，・・・，ＭＴｎのそれぞれの一方入力端子に与えられ、乗算器ＭＴ１，ＭＴ２，・・・，ＭＴｎのそれぞれの他方入力端子には、受信ウェイトベクトル計算機１２で計算されたウェイトベクトルがコピーされて印加される。
【００１６】
このように、ウェイトベクトルとの複素乗算で重み付けされた送信信号は、スイッチ回路Ｓ１，Ｓ２，・・・，Ｓｎで選択されて、アンテナＡ１，Ａ２，・・・，Ａｎを介して送信される。
【００１７】
受信時と同じアンテナＡ１，Ａ２，・・・，Ａｎを介して送信される信号には、受信信号と同様に特定の移動端末装置をターゲットとするウェイトベクトルによる重み付けがされているため、これらのアンテナから送信された電波信号は、この特定の移動端末装置をターゲットとする送信指向性を伴って飛ばされることになる。
【００１８】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、図６の従来の無線基地システムでは、ｎ本のアンテナを用いて信号の送受信を行なっているが、アンテナの本数が多ければ多いほど、アダプティブアレイ処理で抑圧できる干渉が増大し、アンテナ利得が増大して送信電波の到達する範囲が拡大する。すなわち、アンテナの本数が多くなるほど、アダプティブアレイ処理の性能が向上することになる。
【００１９】
しかしながら、上述のＲＬＳ、ＳＭＩのようなアダプティブアレイアルゴリズムでは、ウェイトベクトルを収束させるためには、すなわち特定の移動端末装置からの受信指向性を収束させるためには、アンテナ本数の２倍以上の信号長（シンボル数）の参照信号が必要である。言い換えると、参照信号の信号長が予め決まっている場合、その信号長の１／２を超える本数のアンテナがあるとウェイトベクトルは収束せず、受信指向性も収束しなくなる。
【００２０】
たとえば、ＰＨＳの規格では、前述のプリアンブルおよびユニークワードからなる参照信号は１２シンボルからなり、すなわち信号長は１２である。したがって、最大で信号長１２の１／２である６本のアンテナを用いた場合まではウェイトベクトルの収束は可能である。しかしながら、使用するアンテナ本数が６本を超えるともはやウェイトベクトルを十分に収束できなくなる。
【００２１】
このように、受信指向性を収束させることができるアンテナ本数が参照信号の信号長によって制限される理由については、たとえば電子情報通信学会論文誌、B-II、Vol．J76-B-II、No.４、１９９３年４月の第１８９頁〜第２０１頁の、鈴木 博他による「移動無線伝送用RLS形適応等化器に関する動特性解析」（特にその２．３．２節および図３等）に詳細に説明されているように、アダプティブアレイ処理の技術分野においては周知であるので、ここではその説明を省略する。
【００２２】
前述のように、基本的にアダプティブアレイ処理の性能を上げる（電波が遠くまで届くようにする）ためにはアンテナ本数を増やす必要があるが、そのためには、上述のアダプティブアレイアルゴリズムの制約により参照信号の信号長を長くする必要が生じる。しかしながら、たとえばＰＨＳでは、規格により、参照信号とデータ信号とからなる送信信号の１フレームの情報量は１２０ビットと決められており、参照信号長を長くすれば、送れるユーザデータ量が少なくなり、データのスループットが低下するという問題がある。
【００２３】
それゆえに、この発明の目的は、限られた信号長の参照信号を用いて、より多くのアンテナを用いたアダプティブアレイ処理を行なうことができる無線基地システムを提供することである。
【００２４】
この発明の他の目的は、限られた信号長の参照信号を用いて、無線基地システムにおける受信指向性を収束させることができる指向性制御方法を提供することである。
【００２５】
この発明のさらに他の目的は、限られた信号長の参照信号を用いてアンテナ利得を増大させ、送信電波の到達範囲を拡張することができる無線基地システムおよび指向性制御方法を提供することである。
【００２６】
【課題を解決するための手段】
この発明は、複数のアンテナを用いて複数の移動端末装置との間で信号を送受信する無線基地システムであって、信号は、第１の信号長の既知の参照信号と、第２の信号長のデータ信号とを含む信号区間に区分されている。複数のアンテナは、第１の信号長の既知の参照信号によって受信指向性を収束させることができる本数のアンテナを各々含む、複数のアンテナ群に分割される。無線基地システムは、複数のアダプティブアレイ処理手段と、受信信号生成手段とを備える。複数のアダプティブアレイ処理手段は、複数のアンテナ群のそれぞれに対応して設けられ、各々が、対応するアンテナ群で受信した信号に所定のアダプティブアレイ処理を施して複数の移動端末装置のうち特定の移動端末装置に対応するアレイ出力信号を抽出するとともにアダプティブアレイ処理の精度に基づく重み情報を発生する。受信信号生成手段は、複数のアダプティブアレイ処理手段から供給される、特定の移動端末装置に対応する複数のアレイ出力信号および複数の重み情報に基づいて、特定の移動端末装置からの受信信号を生成する。
【００２７】
好ましくは、受信信号生成手段は、特定の移動端末装置に対応する複数のアレイ出力信号および複数の重み情報を最大比合成することにより特定の移動端末装置からの受信信号を生成する最大比合成手段を含む。
【００２８】
好ましくは、受信信号生成手段は、複数の重み情報を対比して、その結果に基づいて複数のアレイ出力信号のいずれかを選択して特定の移動端末装置からの受信信号として出力する選択手段を含む。
【００２９】
好ましくは、重み情報は、アダプティブアレイ処理手段の各々によって算出されるアレイ出力と参照信号との２乗誤差に基づく情報である。
【００３０】
好ましくは、無線基地システムは、複数のアダプティブアレイ処理手段によるアダプティブアレイ処理の結果に基づいて、特定の移動端末装置に対する送信信号の送信指向性を収束させる手段をさらに備える。
【００３１】
好ましくは、受信指向性を収束させることができるアンテナの本数は、参照信号の第１の信号長の１／２以下の本数である。
【００３２】
この発明の他の局面によれば、複数のアンテナを用いて複数の移動端末装置との間で、第１の信号長の既知の参照信号と、第２の信号長のデータ信号とを含む信号区間に区分された信号を送受信し、複数のアンテナを、第１の信号長の既知の参照信号によって受信指向性を収束させることができる本数のアンテナを各々含む、複数のアンテナ群に分割する無線基地システムにおける指向性制御方法であって、指向性制御方法は、複数のアンテナ群のそれぞれごとに、対応するアンテナ群で受信した信号に所定のアダプティブアレイ処理を施して複数の移動端末装置のうち特定の移動端末装置に対応するアレイ出力信号を抽出するとともにアダプティブアレイ処理の精度に基づく重み情報を発生するステップと、特定の移動端末装置に対応する複数のアレイ出力信号および複数の重み情報に基づいて、特定の移動端末装置からの受信信号を生成するステップとを備える。
【００３３】
好ましくは、受信信号を生成するステップは、特定の移動端末装置に対応する複数のアレイ出力信号および複数の重み情報を最大比合成することにより特定の移動端末装置からの受信信号を生成するステップを含む。
【００３４】
好ましくは、受信信号を生成するステップは、複数の重み情報を対比して、その結果に基づいて複数のアレイ出力信号のいずれかを選択して特定の移動端末装置からの受信信号として出力するステップを含む。
【００３５】
好ましくは、重み情報は、所定のアダプティブアレイ処理によって算出されるアレイ出力と参照信号との２乗誤差に基づく情報である。
【００３６】
好ましくは、指向性制御方法は、アダプティブアレイ処理の結果に基づいて、特定の移動端末装置に対する送信信号の送信指向性を収束させるステップをさらに備える。
【００３７】
好ましくは、受信指向性を収束させることができるアンテナの本数は、参照信号の第１の信号長の１／２以下の本数である。
【００３８】
したがって、この発明によれば、無線基地システム全体のアンテナを、既知の参照信号の信号長によって受信指向性を収束可能な本数のアンテナごとに複数のアンテナ群に分割し、複数のアンテナ群のそれぞれごとにアダプティブアレイ処理を実行して得られたアレイ出力信号を、複数のアンテナ群ごとのアダプティブアレイ処理の精度に基づく重み情報に応じて処理することにより特定の移動端末装置からの受信信号を生成するように構成しているので、既知の参照信号自体の信号長を増大させることなく、より多くのアンテナを用いたアダプティブアレイ処理が可能となる。これにより、データのスループットを低下させることなく、アンテナ利得を増大させて、送信電波の到達範囲を拡張することができる。
【００３９】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態を図面を参照して詳しく説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。
【００４０】
［実施の形態１］
図１は、この発明の実施の形態１の無線基地システムによってソフトウェア的に実行されるアダプティブアレイ処理を機能的に説明する機能ブロック図である。図１に示す構成は、以下の点を除いて、図６に示した従来例の構成と同じであり、共通する部分についての説明は繰返さない。
【００４１】
すなわち、図１に示す構成では、無線基地システムのすべてのアンテナ（２Ｌ本：Ｌは正の整数）を、移動端末装置からの受信信号に含まれる既知の参照信号（たとえばＰＨＳにおける前述のＰＲおよびＵＷ）の所定の信号長で受信指向性の収束が可能な本数であるＬ本のアンテナからなる２つのアンテナ群（Ａ１１，Ａ１２，・・・，Ａ１Ｌ）および（Ａ２１，Ａ２２，・・・，Ａ２Ｌ）に分割し、各アンテナ群ごとに、図６の機能ブロック図に示すアダプティブアレイ処理を実行するように構成したものである。各アンテナ群ごとのアダプティブアレイ処理については、図６を参照して説明したとおりなのでここではその説明を繰返さない。
【００４２】
なお、図１の実施の形態１における受信ウェイトベクトル計算機１１２および２１２は、前述のＲＬＳ、ＳＭＩなどであるＭＭＳＥ（Minimum Mean Square Error）アルゴリズムを使用してウェイトベクトルを計算するものとする。
【００４３】
図１に示した実施の形態１では、一方のアンテナ群Ａ１１，Ａ１２，・・・，Ａ１Ｌで受信された信号と、受信ウェイトベクトル計算機１１２で計算されたウェイトベクトルとの複素乗算和が最大比合成回路１８に与えられ、受信ウェイトベクトル計算機１１２で算出された、後述する重み情報も最大比合成回路１８に与えられる。図６の従来の無線基地システムとは異なり、復調回路１１１の出力が直接外部に供給されることはない。
【００４４】
さらに、他方のアンテナ群Ａ２１，Ａ２２，・・・，Ａ２Ｌで受信された信号と、受信ウェイトベクトル計算機２１２で計算されたウェイトベクトルとの複素乗算和が最大比合成回路１８に与えられ、受信ウェイトベクトル計算機２１２で算出された重み情報も最大比合成回路１８に与えられる。図６の従来の無線基地システムとは異なり、復調回路２１１の出力が直接外部に供給されることはない。
【００４５】
最大比合成回路１８は、加算器１１０および２１０からそれぞれ与えられる、特定の移動端末装置からのアレイ出力信号を、受信ウェイトベクトル計算機１１２および２１２からそれぞれ与えられる重み情報に基づいて最大比合成し、上記特定の移動端末装置からの受信信号を生成して復調回路１９に与える。復調回路１９は、与えられた受信信号をビットデータに復調して外部に供給する。
【００４６】
以下に、最大比合成回路１８の動作について詳細に説明する。
図１の実施の形態１の無線基地システムにおいて、一方のアンテナ群Ａ１１，Ａ１２，・・・，Ａ１Ｌで受信された信号をｘ11（ｔ），・・・，ｘ1L（ｔ）とし、受信ウェイトベクトル計算機１１２で計算されたそれぞれのアンテナに対応するウェイトをｗ11，・・・，ｗ1Lとすると、加算器１１０から出力される一方のアンテナ群に対応するアレイ出力信号ｙ１（ｔ）は、次式で表わされる。
【００４７】
ｙ１（ｔ）＝ｗ11ｘ11（ｔ）＋・・・＋ｗ1Lｘ1L（ｔ）
ここで、参照信号をｄ（ｔ）とすると、受信ウェイトベクトル計算機１１２で計算される２乗誤差ＭＳＥ１（ＭＳＥ：Mean Square Error）は、次式で表わされる。
【００４８】
ＭＳＥ１＝（ｄ（ｔ）−ｙ１（ｔ））2
次に、他方のアンテナ群Ａ２１，Ａ２２，・・・，Ａ２Ｌで受信された信号をｘ21（ｔ），・・・，ｘ2L（ｔ）とし、受信ウェイトベクトル計算機２１２で計算されたそれぞれのアンテナに対応するウェイトをｗ21，・・・，ｗ2Lとすると、加算器２１０から出力される他方のアンテナ群に対応するアレイ出力信号ｙ２（ｔ）は、次式で表わされる。
【００４９】
ｙ２（ｔ）＝ｗ21ｘ21（ｔ）＋・・・＋ｗ2Lｘ2L（ｔ）
ここで、受信ウェイトベクトル計算機２１２で計算される２乗誤差ＭＳＥ２は、次式で表わされる。
【００５０】
ＭＳＥ２＝（ｄ（ｔ）−ｙ２（ｔ））2
ここで、ＭＳＥ１，ＭＳＥ２は、物理的には、それぞれ対応するアンテナ群のアダプティブアレイ処理の結果得られたアレイ出力信号ｙ１（ｔ），ｙ２（ｔ）に含まれる所望波以外の信号成分、すなわち残留干渉波および雑音信号の電力を示している。
【００５１】
受信ウェイトベクトル計算機１１２および２１２からそれぞれ最大比合成回路１８に与えられる重み情報は、それぞれの受信ウェイトベクトル計算機で計算される２乗誤差の逆数、すなわち１／ＭＳＥ１，１／ＭＳＥ２である。
【００５２】
最大比合成回路１８は、アレイ出力信号ｙ１（ｔ），ｙ２（ｔ）、および重み情報１／ＭＳＥ１，１／ＭＳＥ２を受取り、下記の最大比合成式に基づいて、特定の移動端末装置からの受信信号ＭＲＣ（ｔ）を合成する。
【００５３】
ＭＲＣ（ｔ）＝ｙ１（ｔ）／ＭＳＥ１＋ｙ２（ｔ）／ＭＳＥ２
ここで、アダプティブアレイ出力信号に含まれる特定の移動端末装置からの所望波をＳ（ｔ）とし、それ以外の信号成分を仮に雑音信号ｎ１（ｔ），ｎ２（ｔ）とすると、それぞれのアダプティブアレイ出力信号は、次式のように表現される。
【００５４】
ｙ１（ｔ）＝Ｓ（ｔ）＋ｎ１（ｔ）
ｙ２（ｔ）＝Ｓ（ｔ）＋ｎ２（ｔ）
さらに、参照信号期間では、所望波の信号成分Ｓ（ｔ）は参照信号ｄ（ｔ）と等しく、それぞれの受信ウェイトベクトル計算機で計算される２乗誤差ＭＳＥは次のように表わされる。
【００５５】
ＭＳＥ１＝｜ｎ１（ｔ）｜2
ＭＳＥ２＝｜ｎ２（ｔ）｜2
これらのアレイ出力信号ｙ１（ｔ），ｙ２（ｔ）および２乗誤差ＭＳＥ１，ＭＳＥ２を上述の最大比合成式に代入して受信信号ＭＲＣ（ｔ）を求めると、次式（ａ）のようになる。
【００５６】
ＭＲＣ（ｔ）＝（１／｜ｎ１（ｔ）｜2＋１／｜ｎ２（ｔ）｜2）Ｓ（ｔ）＋ｎ１（ｔ）／｜ｎ１（ｔ）｜2＋ｎ２（ｔ）／｜ｎ２（ｔ）｜2・・・（ａ）
次に、最大比合成回路１８による上述の最大比合成演算により、合成される受信信号の信号対雑音比ＳＮＲ（Signal to Noise Ratio）が改善される理由について説明する。
【００５７】
たとえば、ＭＳＥ１＝｜ｎ１（ｔ）｜2＝０．１とすると、アレイ出力信号ｙ１（ｔ）のＳＮＲは次のようになる。
【００５８】
ｙ１（ｔ）のＳＮＲ＝１０log（１０）＝１０ｄＢ
一方、ＭＳＥ２＝｜ｎ２（ｔ）｜2＝０．２とすると、アレイ出力信号ｙ２（ｔ）のＳＮＲは次のようになる。
【００５９】
ｙ２（ｔ）のＳＮＲ＝１０log（５）＝７ｄＢ
上述の最大比合成演算の（ａ）式から理解されるように、最大比合成に際しては、所望波の信号成分Ｓ（ｔ）については振幅合成となり、雑音信号ｎ１（ｔ），ｎ２（ｔ）については電力合成となる。
【００６０】
これらの具体的数値を、上記の（ａ）式に当てはめると、信号成分Ｓ（ｔ）の電力は、１５＊１５＝２２５となる。一方、雑音成分の電力は次のように計算される。
【００６１】
（１０＊sqrt（０．１））2＋（５＊sqrt（０．２））2＝１００＊０．１＋２５＊０．２＝１５
したがって、最大比合成された信号ＭＲＣのＳＮＲは、以下のように計算される。
【００６２】
１０log（２２５／１５）＝１０log（１５）＝１１．８ｄＢ
このことから、最大比合成信号のＳＮＲは、上述のＭＳＥの値と対比して、良好であることが理解される。
【００６３】
なお、受信ウェイトベクトル計算機１１２および２１２で計算されるＭＳＥは、受信信号の当該フレームにおける特定の時間Ｔで平均した平均値であってもよい。この場合のＭＳＥ１およびＭＳＥ２は、次式のように表される。
【００６４】
ＭＳＥ１＝Σ（ｄ（ｔ）−ｙ１（ｔ））2／Ｔ
ＭＳＥ２＝Σ（ｄ（ｔ）−ｙ２（ｔ））2／Ｔ
以上のように、この発明の実施の形態１では、無線基地システムのすべてのアンテナ（２Ｌ本）を、参照信号長でウェイトベクトルの収束が可能な本数（Ｌ本）のアンテナ群に分割し、それぞれのアンテナ群ごとにアダプティブアレイ処理をおこない、その結果得られたアレイ出力信号を、アダプティブアレイ処理の精度を反映した重み情報（たとえば参照信号とアレイ出力信号との２乗誤差の逆数）を用いて最大比合成しているので、限られた参照信号長ですべてのアンテナで受信指向性を収束させることができる。
【００６５】
また、このようにすべてのアンテナを２つのアンテナ群に分割した場合であっても、アダプティブアレイ処理の重み情報を考慮した２つのアレイ出力の最大比合成により、特定の移動端末装置からの受信信号を精度高く合成することができる。
【００６６】
［実施の形態２］
図２は、この発明の実施の形態２の無線基地システムによってソフトウェア的に実行されるアダプティブアレイ処理を機能的に説明する機能ブロック図である。図２に示す構成は、以下の点を除いて、図１に示した実施の形態１の構成と同じであり、共通する部分についての説明は繰返さない。
【００６７】
すなわち、図２に示す構成では、図１の実施の形態１における最大比合成回路１８および復調回路１９に代えて、選択回路２０が設けられている。
【００６８】
図１の実施の形態１の構成では、それぞれのアンテナ群に対応する、ビットデータに復調される前のアレイ出力信号が最大比合成回路で合成され、その合成出力が復調回路１９によりビットデータに復調されていたが、図２の実施の形態２の構成では、それぞれのアンテナ群に対応するアレイ出力の復調されたビットデータが選択回路２０に与えられる。
【００６９】
選択回路２０には、図１の実施の形態１の場合と同様に、受信ウェイトベクトル計算機１１２および２１２からそれぞれ重み情報である１／ＭＳＥ１，１／ＭＳＥ２が与えられる。
【００７０】
図３は、ＤＳＰで実現される選択回路２０の動作を説明するフロー図である。図３を参照して、図２の選択回路２０の動作について以下に説明する。
【００７１】
まず、受信ウェイトベクトル計算機１１２，２１２でそれぞれウェイトベクトルが計算され、それぞれのアンテナ群に対応するアレイ出力ｙ（ｔ）と、重み情報１／ＭＳＥとが選択回路２０に出力される（ステップＳ１）。
【００７２】
次に、選択回路２０は、重み情報が大きい（すなわち２乗誤差ＭＳＥがより小さい）方のアンテナ群に対応するアレイ出力信号を選択して、特定の移動端末装置からの受信信号として外部に出力する（ステップＳ２）。
【００７３】
この実施の形態２の選択回路２０では、それぞれのアンテナ群からのアレイ出力信号の合成はしておらず、重み情報に基づいて、信憑性のより高いいずれかのアレイ出力の選択を行なっている。したがって、この実施の形態２では、アダプティブアレイ処理の簡素化を図ることができる。
【００７４】
なお、上述の実施の形態１および２においては、無線基地システムのすべてのアンテナを２つのアンテナ群に分割した場合について説明したが、この発明は、上述のような２分割に限られるものではなく、各アンテナ群において参照信号長により受信指向性の収束が可能であれば、アンテナの本数に応じて、複数のアンテナ群に分割することによって実現することができる。
【００７５】
次に、図４および図５は、この発明の実施の形態による効果を説明するための部分的な機能ブロック図および送信指向性の模式図である。以下に、図４および図５を参照して、アンテナの本数が増えても、この発明により理想的なウェイトベクトルが計算できれば、十分なアレイ利得を得ることができ、無線基地システムから移動端末装置への送信指向性および電波の到達範囲が改善される原理について具体的に説明する。
【００７６】
図４は、この発明により、すべてのアンテナ（ｎ本）でウェイトベクトルを収束できる無線基地システムの送信系の機能を説明する機能ブロック図であり、送信信号Ｓ（ｔ）は、変調回路１７で変調された後、送信系の乗算器ＭＴ１，ＭＴ２，・・・，ＭＴｎのそれぞれの一方入力に与えられる。これらの乗算器には、受信ウェイトベクトル計算機で計算された、特定の移動端末装置をターゲットとするウェイトベクトルがコピーされて印加され、それぞれの乗算器からは、以下の（１）式〜（４）式で表わされる信号が出力され、アンテナＡ１，Ａ２，・・・，Ａｎに与えられる。
【００７７】
【数１】
この無線基地システムから特定の移動端末装置２０への下りの送信信号は、移動端末装置２０で受信され、受信信号ベクトルを、ｈ11，ｈ12，・・・，ｈ1nで表わすと、移動端末装置２０での受信信号ｙ（ｔ）は、下記の（５）式で表現される。
【００７９】
【数２】
ここで、上述のこの発明の実施の形態により、全体のアンテナ本数ｎを構成する各アンテナ群の本数が所定の参照信号長の１／２以下であって、無線基地システム全体として受信ウェイトベクトルが十分に収束しているものとすると、下記の（６）式が成り立ち、移動端末装置２０に対する下りのアンテナ利得が最大となる。
【００８１】
【数３】
この場合の送信指向性の収束の様子について、図５の（ａ）を参照して説明する。なお、図５において矢印は、移動端末装置から無線基地システムを見た方向を示し、矢印と交差する曲線は、無線基地システムから当該移動端末装置に対する下り方向の指向性を表わしている。
【００８３】
図５の（ａ）において、上記（６）式に示すように無線基地システムからの下り方向のアンテナ利得が最大になれば、指向性のピークが移動端末装置方向に向けられ、送信電波の届く範囲が最大限拡張されることになる。
【００８４】
これに対して、無線基地システムにおける受信ウェイトベクトルが十分に収束していないものとすると、上記の（７）式が成り立ち、移動端末装置２０に対する下りのアンテナ利得が最大とならない。
【００８５】
この場合の送信指向性の収束の様子について、図５の（ｂ）を参照して説明する。図５の（ｂ）において、上記（７）式に示すように無線基地システムからの下り方向のアンテナ利得が最大にならなければ、指向性のピークが移動端末装置方向からずれることになり、（ａ）のように送信電波の届く範囲が最大限拡張されることはない。
【００８６】
このように、この発明の実施の形態によれば、無線基地システム全体のアンテナを、既知の参照信号の信号長によって受信指向性を収束可能な本数のアンテナごとに複数のアンテナ群に分割し、複数のアンテナ群のそれぞれごとにアダプティブアレイ処理を実行することにより、無線基地システムのすべてのアンテナでウェイトベクトルを収束させるように構成しているので、既知の参照信号自体を拡張することなく、受信指向性の収束をより容易なものとし、ひいては送信時のアンテナ利得を増大させることができる。
【００８７】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【００８８】
【発明の効果】
以上のように、この発明によれば、無線基地システム全体のアンテナを、既知の参照信号の信号長によって受信指向性を収束可能な本数のアンテナごとに複数のアンテナ群に分割し、複数のアンテナ群のそれぞれごとにアダプティブアレイ処理を実行している。複数のアンテナ群ごとに得られたアレイ出力信号は、複数のアンテナ群ごとのアダプティブアレイ処理の精度に基づく重み情報に応じて処理されて、特定の移動端末装置からの受信信号が生成される。このため、既知の参照信号自体の信号長を増大させることなく、より多くのアンテナを用いたアダプティブアレイ処理が可能となる。したがって、データのスループットを低下させることなく、アンテナ利得を増大させて、送信電波の到達範囲を拡張することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明の実施の形態１の無線基地システムによってソフトウェア的に実行されるアダプティブアレイ処理を機能的に説明する機能ブロック図である。
【図２】 この発明の実施の形態２の無線基地システムによってソフトウェア的に実行されるアダプティブアレイ処理を機能的に説明する機能ブロック図である。
【図３】 図２に示したこの発明の実施の形態２による無線基地システムのアダプティブアレイ処理を示すフロー図である。
【図４】 この発明による効果を説明するための送信系の機能ブロック図である。
【図５】 この発明による効果を説明するための送信指向性の模式図である。
【図６】 従来の無線基地システムによってソフトウェア的に実行されるアダプティブアレイ処理を機能的に説明する機能ブロック図である。
【符号の説明】
１０，１１０，２１０ 加算器、１１，１９，１１１，２１１ 復調回路、１２，１１２，２１２ 受信ウェイトベクトル計算機、１３，１１３，２１３ スイッチ回路、１４，１１４，２１４ 再変調回路、１５，１１５，２１５ メモリ、１６，１１６，２１６ カウンタ、１７ 変調回路、１８ 最大比合成回路、２０ 選択回路、Ａ１，Ａ２，・・・，Ａｎ，Ａ１１，Ａ１２，・・・，Ａ１Ｌ，Ａ２１，Ａ２２，・・・，Ａ２Ｌ アンテナ、Ｓ１，Ｓ２，・・・，Ｓｎ，Ｓ１１，Ｓ１２，・・・，Ｓ１Ｌ，Ｓ２１，Ｓ２２，・・・，Ｓ２Ｌ スイッチ回路、ＭＲ１，ＭＲ２，・・・，ＭＲｎ，ＭＴ１，ＭＴ２，・・・，ＭＴｎ，ＭＲ１１，ＭＲ１２，・・・，ＭＲ１Ｌ，ＭＲ２１，ＭＲ２２，・・・，ＭＲ２Ｌ，ＭＴ１１，ＭＴ１２，・・・，ＭＴ１Ｌ，ＭＴ２１，ＭＴ２２，・・・，ＭＴ２Ｌ 乗算器。
Claims (10)
- 複数のアンテナを用いて複数の移動端末装置との間で信号を送受信する無線基地システムであって、前記信号は、第１の信号長の既知の参照信号と、第２の信号長のデータ信号とを含む信号区間に区分されており、
前記複数のアンテナは、前記第１の信号長の既知の参照信号によって受信指向性を収束させることができる本数のアンテナを各々含む、複数のアンテナ群に分割され、
前記複数のアンテナ群のそれぞれに対応して設けられ、各々が、対応する前記アンテナ群で受信した信号に所定のアダプティブアレイ処理を施して前記複数の移動端末装置のうち特定の移動端末装置に対応するアレイ出力信号を抽出するとともに前記アダプティブアレイ処理の精度に基づく重み情報を発生する、複数のアダプティブアレイ処理手段と、
前記複数のアダプティブアレイ処理手段から供給される、前記特定の移動端末装置に対応する複数の前記アレイ出力信号および複数の前記重み情報に基づいて、前記特定の移動端末装置からの受信信号を生成する受信信号生成手段とを備え、
前記受信信号生成手段は、前記特定の移動端末装置に対応する複数の前記アレイ出力信号および複数の前記重み情報を最大比合成することにより前記特定の移動端末装置からの受信信号を生成する最大比合成手段を含む、無線基地システム。 - 複数のアンテナを用いて複数の移動端末装置との間で信号を送受信する無線基地システムであって、前記信号は、第１の信号長の既知の参照信号と、第２の信号長のデータ信号とを含む信号区間に区分されており、
前記複数のアンテナは、前記第１の信号長の既知の参照信号によって受信指向性を収束させることができる本数のアンテナを各々含む、複数のアンテナ群に分割され、
前記複数のアンテナ群のそれぞれに対応して設けられ、各々が、対応する前記アンテナ群で受信した信号に所定のアダプティブアレイ処理を施して前記複数の移動端末装置のうち特定の移動端末装置に対応するアレイ出力信号を抽出するとともに前記アダプティブアレイ処理の精度に基づく重み情報を発生する、複数のアダプティブアレイ処理手段と、
前記複数のアダプティブアレイ処理手段から供給される、前記特定の移動端末装置に対応する複数の前記アレイ出力信号および複数の前記重み情報に基づいて、前記特定の移動端末装置からの受信信号を生成する受信信号生成手段とを備え、
前記受信信号生成手段は、複数の前記重み情報を対比して、その結果に基づいて複数の前記アレイ出力信号のいずれかを選択して前記特定の移動端末装置からの受信信号として出力する選択手段を含む、無線基地システム。 - 前記重み情報は、前記アダプティブアレイ処理手段の各々によって算出される前記アレイ出力と前記参照信号との２乗誤差に基づく情報である、請求項１または２に記載の無線基地システム。
- 前記複数のアダプティブアレイ処理手段によるアダプティブアレイ処理の結果に基づいて、前記特定の移動端末装置に対する送信信号の送信指向性を収束させる手段をさらに備えた、請求項１から３のいずれかに記載の無線基地システム。
- 受信指向性を収束させることができるアンテナの本数は、前記参照信号の前記第１の信号長の１／２以下の本数である、請求項１から４のいずれかに記載の無線基地システム。
- 複数のアンテナを用いて複数の移動端末装置との間で、第１の信号長の既知の参照信号と、第２の信号長のデータ信号とを含む信号区間に区分された信号を送受信し、前記複数のアンテナを、前記第１の信号長の既知の参照信号によって受信指向性を収束させることができる本数のアンテナを各々含む、複数のアンテナ群に分割する無線基地システムにおける指向性制御方法であって、
前記複数のアンテナ群のそれぞれごとに、対応する前記アンテナ群で受信した信号に所定のアダプティブアレイ処理を施して前記複数の移動端末装置のうち特定の移動端末装置に対応するアレイ出力信号を抽出するとともに前記アダプティブアレイ処理の精度に基づく重み情報を発生するステップと、
前記特定の移動端末装置に対応する複数の前記アレイ出力信号および複数の前記重み情 報に基づいて、前記特定の移動端末装置からの受信信号を生成するステップとを備え、
前記受信信号を生成するステップは、前記特定の移動端末装置に対応する複数の前記アレイ出力信号および複数の前記重み情報を最大比合成することにより前記特定の移動端末装置からの受信信号を生成するステップを含む、方法。 - 複数のアンテナを用いて複数の移動端末装置との間で、第１の信号長の既知の参照信号と、第２の信号長のデータ信号とを含む信号区間に区分された信号を送受信し、前記複数のアンテナを、前記第１の信号長の既知の参照信号によって受信指向性を収束させることができる本数のアンテナを各々含む、複数のアンテナ群に分割する無線基地システムにおける指向性制御方法であって、
前記複数のアンテナ群のそれぞれごとに、対応する前記アンテナ群で受信した信号に所定のアダプティブアレイ処理を施して前記複数の移動端末装置のうち特定の移動端末装置に対応するアレイ出力信号を抽出するとともに前記アダプティブアレイ処理の精度に基づく重み情報を発生するステップと、
前記特定の移動端末装置に対応する複数の前記アレイ出力信号および複数の前記重み情報に基づいて、前記特定の移動端末装置からの受信信号を生成するステップとを備え、
前記受信信号を生成するステップは、複数の前記重み情報を対比して、その結果に基づいて複数の前記アレイ出力信号のいずれかを選択して前記特定の移動端末装置からの受信信号として出力するステップを含む、方法。 - 前記重み情報は、前記所定のアダプティブアレイ処理によって算出される前記アレイ出力と前記参照信号との２乗誤差に基づく情報である、請求項６または７に記載の方法。
- 前記アダプティブアレイ処理の結果に基づいて、前記特定の移動端末装置に対する送信信号の送信指向性を収束させるステップをさらに備えた、請求項６から８のいずれかに記載の方法。
- 受信指向性を収束させることができるアンテナの本数は、前記参照信号の前記第１の信号長の１／２以下の本数である、請求項６から９のいずれかに記載の方法。
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