JP3999000B2

JP3999000B2 - Array antenna device

Info

Publication number: JP3999000B2
Application number: JP2002062517A
Authority: JP
Inventors: 一成紀平; 高志関口; 勇千葉
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2002-03-07
Filing date: 2002-03-07
Publication date: 2007-10-31
Anticipated expiration: 2022-03-07
Also published as: JP2003264491A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、アレーアンテナを用いてビーム選択や到来方向推定を行う送受信装置に関し、信号の受信レベル変動に伴う特性の劣化を低減するアレーアンテナ装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
アレーアンテナを用いてマルチビーム形成を行い、あるビームを選択する際の従来方法としては、各ビームの出力信号電力を求め、最も大きな出力電力を有するビームを選択、あるいは電力値が上位の複数ビームを選択するというものが一般的である。
図５は従来のフレームフォーマットを示す説明図であり、このフレームフォーマットのように、既知シンボルが挿入されている場合には、この既知シンボルを用いて受信信号に逆変調を施す方法もある。前者は最も単純である反面、干渉信号が存在する場合には誤選択の確率が大きい。したがって、移動体通信システムのようなマルチユーザ環境においては適用に制限がある。後者は既知シンボルが送信データに挿入されているシステムにおいて有効であり、Ｓ／Ｎの改善が期待できる。現在ではほとんどの通信システムに適用可能である。しかしながら、移動体通信システムのように、周囲の構造物での電波の反射・回折・散乱に伴うマルチパスフェージングによる信号の受信レベル変動がある場合には、時々刻々と信号電力が変化する。このような環境下では、所望信号の受信レベルが低下しているタイミングで処理を行うと、既知シンボル列を用いたとしてもＳ／Ｎを十分に改善できずに誤制御を行う可能性が高くなる。また、到来方向推定を行う際にも同様の問題が生じる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
従来のアレーアンテナ装置は以上のように構成されているので、移動通信におけるマルチパスフェージング環境下では所望信号の受信電力が低下したタイミングで、ビーム選択や到来方向推定を行う場合には、誤制御の確率が高くなるなどの課題があった。
【０００４】
この発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、移動通信システムでのマルチパスフェージング環境下等でも、マルチビーム受信時のビーム選択、あるいは複数のアンテナ素子を用いた到来方向推定を精度良く実行し、通信品質を改善するアレーアンテナ装置を得ることを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
この発明に係るアレーアンテナ装置は、複数のアンテナ素子の受信信号を用いてマルチビーム形成を行い、一つあるいは複数のビームを選択して通信を行う際に、各ビームの出力信号に既知シンボル列を用いてそれぞれ逆変調を行う逆変調手段と、逆変調された各信号に応じた所望信号と干渉成分との電力比を一定の時間間隔毎にそれぞれ推定する電力比推定手段と、電力比推定手段により新たな電力比推定値が算出される度に、その新たに算出された電力比推定値を含めて所定数過去に算出された電力比推定値のうちの最大値を各信号毎に逐次決定すると共に、それら各信号毎の最大値の中で最も大きな電力比推定値を得た信号に対応するビームを選択、あるいは上位の電力比推定値を有する信号に対応する複数のビームを逐次選択する電力比比較手段とを備えたものである。
【０００６】
この発明に係るアレーアンテナ装置は、ＣＤＭＡ通信システムであって、複数のアンテナ素子の受信信号を用いてマルチビーム形成を行い、一つあるいは複数のビームを選択して通信を行う際に、各ビームの出力信号に送信機で拡散した符号と同じ符号でそれぞれ逆拡散を行う逆拡散手段と、逆拡散手段からの各出力信号に既知シンボル列を用いてそれぞれ逆変調を行う逆変調手段と、逆変調手段により逆変調された各信号に応じた所望信号と干渉成分との電力比を一定の時間間隔毎にそれぞれ推定する電力比推定手段と、電力比推定手段により新たな電力比推定値が算出される度に、その新たに算出された電力比推定値を含めて所定数過去に算出された電力比推定値のうちの最大値を各信号毎に逐次決定すると共に、それら各信号毎の最大値の中で最も大きな電力比推定値を得た信号に対応するビームを選択、あるいは上位の電力比推定値を有する信号に対応する複数のビームを逐次選択する電力比比較手段とを備えたものである。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の一形態を説明する。
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１によるアレーアンテナ装置を示すブロック図であり、図において、１はＡ１〜ＡＫのＫ個のアンテナ素子から構成されるアレーアンテナ、２はアンテナ素子Ａ１〜ＡＫの受信信号を用いてマルチビーム形成を行うマルチビーム形成部、３は一つあるいは複数のビームを選択して通信を行う際に、各ビームの出力信号に既知シンボル列を用いて逆変調を行う逆変調部（逆変調手段）、４は逆変調部３により逆変調された信号から所望信号と干渉成分との電力比を推定する電力比推定部（電力比推定手段）、５は電力比推定部４による電力比推定を一定の時間間隔毎に複数回計算させ、その中で最も大きな電力比推定値、あるいは上位の電力比推定値を演算する電力比比較部（電力比比較手段）、６は電力比比較部５により演算されたビームを選択するビーム選択部（電力比比較手段）である。
【０００８】
次に動作について説明する。
アレーアンテナ１において、ｋ番目のアンテナ素子ＡＫの受信信号をｘ_k、受信機雑音をｎ_kとし、ｌ番目の到来信号波形をｓ_l、到来方向をθ_lとする。この時、アレーアンテナの受信信号列ベクトルは式（１）のように表される。
【数１】

上式のａ（θ_l）は到来方向θ_lに対応した方向ベクトルである。式（１）の左辺の受信信号ベクトルをＸ、方向ベクトルからなる行列をＡ、到来信号波形ベクトルをＳ、雑音ベクトルをＮとすると、式（２）のようなベクトル表記となる。
Ｘ＝ＡＳ＋Ｎ（２）
マルチビーム形成部２では、予め複数の固定ビームパターンに対応する重み係数（ウエイト）を用意しておく。例えば、ＦＦＴやＤＦＴを用いた直交ビームを形成しても良いし、ある角度範囲内の任意の方向にピークを向けたビームを複数個設定しても良い。ｊ番目のビーム出力信号ｂ_jは対応するウエイトをｗ_jとすると式（３）で表される。
【数２】

【０００９】
ここで、通信を行いたいユーザの信号をｓ_l（所望信号）とし、その他の信号ｓ_l（ｌ＝２，・・・，Ｌ）を干渉信号とする。図５に示したように、送信信号には既知のシンボル列が挿入されているので、各ビームの出力信号に対して既知シンボル列を用いて逆変調を行う。これにより、式（４）の右辺第１項に示されるように、逆変調後のビーム出力信号ｃ_jからは所望信号の変調成分を除去できるので、異なったシンボル間の加算処理が可能となる。なお、既知シンボルとしてはパイロットシンボル等が利用できる。
【数３】

すなわち、所望信号の電力は加算したシンボル分増加するが、その他の信号（干渉成分）や受信機雑音については既知シンボル列とは無相関であるので、電力は増加しない。よって、Ｓ／Ｎを良くすることが可能である。
【００１０】
したがって、逆変調された各ビーム出力信号ｃ₁〜ｃ_jは、電力比推定部４において、既知シンボル数分を利用して積算した平均値から所望信号電力を、その平均値からの分散を干渉電力として演算することで、所望信号と干渉成分との電力比が推定可能となる。
【００１１】
さらに、上述の電力比推定を一定の時間間隔毎に複数回実行し、それらの結果を比較して電力比比較部５では、最も電力比の大きいビームを最適なビームとして決定する。例えば、あるビームｊの出力信号の電力比推定値をＰ_i ^j（ｉ＝１，２，３，・・・）とし、比較回数を３回とした場合には、Ｐ₁ ^j，Ｐ₂ ^j，Ｐ₃ ^jの３値で最大のものを選択し、このビームの最終的な電力比推定値を決定する。他のビームについても同様の処理をした後にそれら決定された各ビームの電力比推定値の中で最大の値をもつビームを選択する。次に、Ｐ₂ ^j，Ｐ₃ ^j，Ｐ₄ ^jの中で最大値を選択するようにして上記の処理を行う。このようにして、逐次的に電力比の比較を行うことでビーム選択を実行していく。
【００１２】
このような処理を行うことで、マルチパスフェージングの影響により所望信号の受信レベルが低下している場合や、干渉電力が大きい場合における誤制御を低減することが可能となる。電力比を推定する時間間隔や比較回数については、端末の移動により信号の到来方向が変化しない程度の時間長で処理する必要がある。また、比較回数については許容される演算量により適宜決定する。フェージングの一周期以上の時間長で比較を行うことで効果的な電力比の推定・比較が可能となる。その後、ビーム選択部６において決定したビームを選択し、通信を行う。
【００１３】
以上のように、この実施の形態１によれば、移動通信システムでのマルチパスフェージング環境下等でも、マルチビーム受信時のビーム選択を精度良く実行し、通信品質を改善することができる。
【００１４】
実施の形態２．
図２はこの発明の実施の形態２によるアレーアンテナ装置を示すブロック図であり、図において、７は電力比推定値が最も大きな値となったタイミングの各ビームの出力信号を用いて信号の到来方向推定を行う到来方向推定部（到来方向推定手段）、８は到来方向推定結果に基づいて、受信および送信の指向性制御を行う指向性制御部（指向性制御手段）である。その他の構成については、図１と同一である。
【００１５】
次に動作について説明する。
実施の形態１で述べたように、アレーアンテナ１の受信信号は、マルチビーム形成部２に入力され、その後、逆変調部３において既知シンボル列を用いて逆変調を行う。逆変調された各ビーム出力信号は、電力比推定部４において所望信号と干渉成分との電力比が推定され、さらに、電力比推定を一定の時間間隔毎に複数回実行し、それらの結果に基づいて電力比比較部５では、上位の値を有する複数のビームを選択する。また、最も電力比推定値が大きいタイミングのデータサンプルを用いて到来方向推定を到来方向推定部７にて行う。これにより、Ｓ／Ｎの最も良い状態のサンプルを用いた到来方向推定が可能となり、その推定精度の向上が可能となる。
【００１６】
指向性制御部８では、受信時には、その到来方向推定値の方向に最大利得を向けるよう、ビーム選択部６で選択された各ビームを合成する。送信時には、到来方向推定値の方向に最大利得を向けるよう、各アンテナ素子Ａ１〜ＡＫへのウエイトを制御する。
【００１７】
以上のように、この実施の形態２によれば、到来方向推定部７により、Ｓ／Ｎの最も良い状態のサンプルを用いた到来方向推定が可能となり、その推定精度を向上させることができる。
また、指向性制御部８により、効率的な送受信ビームの制御を行うことができる。
【００１８】
実施の形態３．
図３はこの発明の実施の形態３によるアレーアンテナ装置を示すブロック図であり、この実施の形態３では、ＣＤＭＡ通信方式を適用した移動体通信システムに適用されるものである。図において、９−１〜９−Ｊは各ビームの出力信号に送信機で拡散した符号と同じ符号で逆拡散を行う逆拡散部（逆拡散手段）である。その他の構成については、図１と同一である。
【００１９】
次に動作について説明する。
アレーアンテナ１の受信信号はマルチビーム形成部２に入力され、複数のビーム出力信号が得られる。各ビーム出力信号に対しては、逆拡散部９−１〜９−Ｊにおいて送信に用いた拡散符号と同一の符号で逆拡散を行う。この逆拡散による処理利得によりＳ／Ｎを改善することができる。
【００２０】
逆拡散後の各ビーム出力信号には、上記実施の形態１の図１で示したように、送信信号には既知のシンボル列が挿入されているので、各ビームの出力信号に対して既知シンボル列を用いて逆変調を行う。逆変調された各ビーム出力信号は電力比推定部４において、所望信号と干渉成分との電力比を推定する。
さらに、上述の電力比推定を一定の時間間隔毎に複数回実行し、それらの結果に基づいて電力比比較部５では、最も電力比の大きいビームを最適なビームとして決定する。
このような処理を行うことで、マルチパスフェージングの影響により所望信号の受信レベルが低下している場合や、干渉電力が大きい場合における誤選択を低減することが可能となる。その後、ビーム選択部６において決定したビームを選択し、通信を行う。
【００２１】
以上のように、この実施の形態３によれば、ＣＤＭＡ通信システムでのマルチパスフェージング環境下等でも、マルチビーム受信時のビーム選択を精度良く実行し、通信品質を改善することができる。
【００２２】
実施の形態４．
図４はこの発明の実施の形態４によるアレーアンテナ装置を示すブロック図であり、マルチビーム形成部２およびビーム選択部６を削除したものである。その他の構成については、図２と同一である。
【００２３】
次に動作について説明する。
アレーアンテナ１の受信信号は、逆変調部３において既知シンボル列を用いて逆変調を行う。逆変調された各アンテナ素子の出力信号は、電力比推定部４において所望信号と干渉成分との電力比が推定され、さらに、電力比推定を一定の時間間隔毎に複数回実行し、それらの結果に基づいて電力比比較部５では、最も電力比推定値が大きいタイミングのデータサンプルを選択する。その後、このサンプルを用いた到来方向推定を到来方向推定部７にて行う。これにより、Ｓ／Ｎの最も良い状態のサンプルを用いた到来方向推定が可能となり、その推定精度の向上が可能となる。
指向性制御部８では、到来方向推定値の方向に最大利得を向けるよう、各アンテナ素子Ａ１〜ＡＫへのウエイトを制御する。
【００２４】
以上のように、この実施の形態４によれば、移動通信システムでのマルチパスフェージング環境下等でも、複数のアンテナ素子を用いた到来方向推定を精度良く実行し、通信品質を改善することができる。
【００２５】
【発明の効果】
以上のように、この発明によれば、複数のアンテナ素子の受信信号を用いてマルチビーム形成を行い、一つあるいは複数のビームを選択して通信を行う際に、各ビームの出力信号に既知シンボル列を用いてそれぞれ逆変調を行う逆変調手段と、逆変調された各信号に応じた所望信号と干渉成分との電力比を一定の時間間隔毎にそれぞれ推定する電力比推定手段と、電力比推定手段により新たな電力比推定値が算出される度に、その新たに算出された電力比推定値を含めて所定数過去に算出された電力比推定値のうちの最大値を各信号毎に逐次決定すると共に、それら各信号毎の最大値の中で最も大きな電力比推定値を得た信号に対応するビームを選択、あるいは上位の電力比推定値を有する信号に対応する複数のビームを逐次選択する電力比比較手段とを備えるように構成したので、移動通信システムでのマルチパスフェージング環境下等でも、マルチビーム受信時のビーム選択を精度良く実行し、通信品質を改善することができる効果がある。
【００２６】
この発明によれば、ＣＤＭＡ通信システムであって、複数のアンテナ素子の受信信号を用いてマルチビーム形成を行い、一つあるいは複数のビームを選択して通信を行う際に、各ビームの出力信号に送信機で拡散した符号と同じ符号でそれぞれ逆拡散を行う逆拡散手段と、逆拡散手段からの各出力信号に既知シンボル列を用いてそれぞれ逆変調を行う逆変調手段と、逆変調手段により逆変調された各信号に応じた所望信号と干渉成分との電力比を一定の時間間隔毎にそれぞれ推定する電力比推定手段と、電力比推定手段により新たな電力比推定値が算出される度に、その新たに算出された電力比推定値を含めて所定数過去に算出された電力比推定値のうちの最大値を各信号毎に逐次決定すると共に、それら各信号毎の最大値の中で最も大きな電力比推定値を得た信号に対応するビームを選択、あるいは上位の電力比推定値を有する信号に対応する複数のビームを逐次選択する電力比比較手段とを備えるように構成したので、移動通信システムでのマルチパスフェージング環境下等でも、マルチビーム受信時のビーム選択を精度良く実行し、通信品質を改善することができる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態１によるアレーアンテナ装置を示すブロック図である。
【図２】この発明の実施の形態２によるアレーアンテナ装置を示すブロック図である。
【図３】この発明の実施の形態３によるアレーアンテナ装置を示すブロック図である。
【図４】この発明の実施の形態４によるアレーアンテナ装置を示すブロック図である。
【図５】従来のフレームフォーマットを示す説明図である。
【符号の説明】
１アレーアンテナ、２マルチビーム形成部、３逆変調部（逆変調手段）、４電力比推定部（電力比推定手段）、５電力比比較部（電力比比較手段）、６ビーム選択部（電力比比較手段）、７到来方向推定部（到来方向推定手段）、８指向性制御部（指向性制御手段）、９−１〜９−Ｊ逆拡散部（逆拡散手段）、Ａ１〜ＡＫアンテナ素子。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a transmission / reception apparatus that performs beam selection and direction-of-arrival estimation using an array antenna, and relates to an array antenna apparatus that reduces deterioration of characteristics due to signal reception level fluctuations.
[0002]
[Prior art]
The conventional method for selecting a beam by performing multi-beam formation using an array antenna is to determine the output signal power of each beam and select the beam with the largest output power, or multiple beams with higher power values. It is common to select.
FIG. 5 is an explanatory diagram showing a conventional frame format. When a known symbol is inserted as in this frame format, there is a method of performing inverse modulation on the received signal using this known symbol. The former is the simplest, but the probability of erroneous selection is high when an interference signal exists. Therefore, application is limited in a multi-user environment such as a mobile communication system. The latter is effective in a system in which a known symbol is inserted into transmission data, and an improvement in S / N can be expected. Currently applicable to most communication systems. However, when there is a signal reception level fluctuation due to multipath fading accompanying reflection, diffraction, and scattering of radio waves in surrounding structures as in a mobile communication system, the signal power changes every moment. In such an environment, if processing is performed at a timing when the reception level of the desired signal is lowered, even if a known symbol string is used, the S / N cannot be sufficiently improved, and there is a high possibility of erroneous control. Become. The same problem occurs when estimating the direction of arrival.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
Since the conventional array antenna apparatus is configured as described above, erroneous control is performed when beam selection or direction-of-arrival estimation is performed at a timing when the received power of a desired signal decreases in a multipath fading environment in mobile communication. There was a problem such as the probability of.
[0004]
The present invention has been made to solve the above-described problems. Even in a multipath fading environment in a mobile communication system, etc., beam selection at the time of multibeam reception or direction of arrival estimation using a plurality of antenna elements is provided. It is an object of the present invention to obtain an array antenna apparatus that performs the above accurately and improves the communication quality.
[0005]
[Means for Solving the Problems]
The array antenna apparatus according to the present invention performs multi-beam formation using received signals from a plurality of antenna elements, and when one or a plurality of beams are selected for communication, a known symbol string is included in the output signal of each beam. a power ratio estimating means for estimating each power ratio at every predetermined time interval and the inverse modulation means for performing an inverse modulation respectively, a desired signal and an interference component corresponding to each signal inverse modulation using a power ratio estimation Each time a new power ratio estimated value is calculated by the means, a maximum value of the power ratio estimated values calculated in a predetermined number of times including the newly calculated power ratio estimated value is sequentially determined for each signal. Select the beam corresponding to the signal with the largest power ratio estimate among the maximum values for each signal , or select multiple beams corresponding to the signals with the higher power ratio estimate sequentially To do Those having a ratio comparing means.
[ 0006 ]
An array antenna apparatus according to the present invention is a CDMA communication system, performs multi-beam formation using received signals of a plurality of antenna elements, and selects one or a plurality of beams for communication. despreading means for performing despreading respectively by the same reference numerals as diffuse codes at the transmitter on the output signal of the inverse modulating means for performing inverse modulation respectively using known symbol sequence to each output signal from the despreading means, reverse a power ratio estimating means for estimating respective power ratio between the desired signal and an interference component for each predetermined time interval in response to each signal which is the inverse modulation by the modulation means, a new power ratio estimates Ri by the power ratio estimation means Each time, the maximum value of the power ratio estimated values calculated in the past including the newly calculated power ratio estimated value is sequentially determined for each signal, and for each signal. maximal In which the largest power ratio select the beam corresponding to the signal obtained estimates, or with a power ratio comparing means for sequentially selecting a plurality of beams corresponding to a signal having a power ratio estimation value higher in the is there.
[ 0007 ]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
An embodiment of the present invention will be described below.
Embodiment 1 FIG.
FIG. 1 is a block diagram showing an array antenna apparatus according to Embodiment 1 of the present invention. In the figure, 1 is an array antenna composed of K antenna elements A1 to AK, and 2 is an antenna element A1 to AK. A multi-beam forming unit 3 that performs multi-beam formation using a received signal, 3 performs reverse modulation using a known symbol sequence as an output signal of each beam when performing communication by selecting one or a plurality of beams. A modulation unit (inverse modulation unit) 4 is a power ratio estimation unit (power ratio estimation unit) that estimates a power ratio between a desired signal and an interference component from a signal inversely modulated by the

inverse modulation unit

3, and 5 is a power ratio estimation unit A power ratio comparison unit (power ratio comparison means) 6 for calculating the power ratio estimation by 4 several times at regular time intervals and calculating the largest power ratio estimation value or the upper power ratio estimation value among them Power ratio comparison unit A beam selector for selecting the computed beam (power ratio comparing means) by.
[ 0008 ]
Next, the operation will be described.
In the array antenna 1, a reception signal of the k-th antenna element AK x _k, the receiver noise and n _k, the l-th incoming signal waveform s _l, the direction of arrival and theta _l. At this time, the received signal sequence vector of the array antenna is expressed as shown in Equation (1).
[Expression 1]

In the above equation, a (θ _l ) is a direction vector corresponding to the arrival direction θ _l . When the received signal vector on the left side of Equation (1) is X, the matrix of direction vectors is A, the incoming signal waveform vector is S, and the noise vector is N, the vector notation is as in Equation (2).
X = AS + N (2)
The multi-beam forming unit 2 prepares weight coefficients (weights) corresponding to a plurality of fixed beam patterns in advance. For example, an orthogonal beam using FFT or DFT may be formed, or a plurality of beams having peaks directed in an arbitrary direction within a certain angle range may be set. The j-th beam output signal b _j is expressed by Equation (3), where w _j is the corresponding weight.
[Expression 2]

[ 0009 ]
Here, it is assumed that a signal of a user who wants to communicate is _sl (desired signal) and other signals _sl (l = 2,..., L) are interference signals. As shown in FIG. 5, since a known symbol sequence is inserted in the transmission signal, the output signal of each beam is inversely modulated using the known symbol sequence. As a result, as indicated by the first term on the right side of equation (4), the modulation component of the desired signal can be removed from the beam output signal c _j after inverse modulation, so that addition processing between different symbols becomes possible. . A pilot symbol or the like can be used as the known symbol.
[Equation 3]

That is, the power of the desired signal increases by the added symbol, but the other signals (interference components) and receiver noise are uncorrelated with the known symbol sequence, and thus the power does not increase. Therefore, S / N can be improved.
[ 0010 ]
Therefore, each of the inversely modulated beam output signals c _{1 to} c _j interferes with the desired signal power from the average value accumulated using the number of known symbols in the power ratio estimation unit 4 and the dispersion from the average value. By calculating as power, the power ratio between the desired signal and the interference component can be estimated.
[ 0011 ]
Further, the above power ratio estimation is executed a plurality of times at regular time intervals, and the results are compared, and the power ratio comparison unit 5 determines the beam having the largest power ratio as the optimum beam. For example, when the estimated power ratio of the output signal of a certain beam j is P _i ^j (i = 1, 2, 3,...) And the number of comparisons is 3, P ₁ ^j , P ₂ ^j , P ₃ ^j is selected to be the largest of the three values and the final power ratio estimate for this beam is determined. The same processing is performed for the other beams, and then the beam having the maximum value among the determined power ratio estimates of the beams is selected. Next, the above processing is performed by selecting the maximum value among P ₂ ^j , P ₃ ^j , and P ₄ ^j . In this way, beam selection is performed by sequentially comparing the power ratio.
[ 0012 ]
By performing such processing, it is possible to reduce erroneous control when the reception level of the desired signal is lowered due to the influence of multipath fading or when the interference power is large. The time interval for estimating the power ratio and the number of comparisons need to be processed with a time length that does not change the arrival direction of the signal due to movement of the terminal. In addition, the number of comparisons is appropriately determined according to an allowable calculation amount. An effective power ratio can be estimated and compared by performing the comparison with a time length longer than one period of fading. Thereafter, the beam selected by the beam selector 6 is selected and communication is performed.
[ 0013 ]
As described above, according to the first embodiment, it is possible to accurately perform beam selection at the time of multi-beam reception and improve communication quality even in a multipath fading environment in a mobile communication system.
[ 0014 ]
Embodiment 2. FIG.
FIG. 2 is a block diagram showing an array antenna apparatus according to Embodiment 2 of the present invention. In FIG. 2, reference numeral 7 indicates the arrival of a signal using the output signal of each beam at the timing when the estimated power ratio is the largest value. An arrival direction estimation unit (arrival direction estimation unit) that performs direction estimation, and a directivity control unit (directivity control unit) 8 that performs reception and transmission directivity control based on the arrival direction estimation result. Other configurations are the same as those in FIG.
[ 0015 ]
Next, the operation will be described.
As described in the first embodiment, the received signal of the array antenna 1 is input to the multi-beam forming unit 2, and then inverse modulation is performed in the inverse modulation unit 3 using a known symbol sequence. For each beam output signal subjected to inverse modulation, the power ratio between the desired signal and the interference component is estimated by the power ratio estimation unit 4, and the power ratio estimation is executed a plurality of times at regular time intervals. Based on this, the power ratio comparison unit 5 selects a plurality of beams having higher values. In addition, the arrival direction estimation unit 7 performs the arrival direction estimation using the data sample at the timing with the largest power ratio estimation value. This makes it possible to estimate the direction of arrival using the sample with the best S / N and to improve the estimation accuracy.
[ 0016 ]
At the time of reception, the directivity control unit 8 combines the beams selected by the beam selection unit 6 so as to direct the maximum gain in the direction of the estimated arrival direction. At the time of transmission, the weights to the antenna elements A1 to AK are controlled so that the maximum gain is directed in the direction of the arrival direction estimated value.
[ 0017 ]
As described above, according to the second embodiment, the arrival direction estimation unit 7 can perform the arrival direction estimation using the sample with the best S / N, and the estimation accuracy can be improved.
In addition, the directivity control unit 8 can perform efficient transmission / reception beam control.
[ 0018 ]
Embodiment 3 FIG.
FIG. 3 is a block diagram showing an array antenna apparatus according to Embodiment 3 of the present invention. In Embodiment 3, the present invention is applied to a mobile communication system to which a CDMA communication system is applied. In the figure, reference numerals 9-1 to 9-J denote despreading units (despreading means) for performing despreading with the same codes as the codes spread by the transmitter on the output signals of the respective beams. Other configurations are the same as those in FIG.
[ 0019 ]
Next, the operation will be described.
Received signals from the array antenna 1 are input to the multi-beam forming unit 2 to obtain a plurality of beam output signals. Each beam output signal is despread with the same code as the spreading code used for transmission in the despreading sections 9-1 to 9-J. The S / N can be improved by the processing gain due to the despreading.
[ 0020 ]
Since each beam output signal after despreading has a known symbol string inserted in the transmission signal as shown in FIG. 1 of the first embodiment, a known symbol is added to the output signal of each beam. Inverse modulation is performed using a sequence. Each beam output signal subjected to inverse modulation estimates the power ratio between the desired signal and the interference component in the power ratio estimation unit 4.
Further, the above power ratio estimation is executed a plurality of times at regular time intervals, and based on the results, the power ratio comparison unit 5 determines the beam having the largest power ratio as the optimum beam.
By performing such processing, it is possible to reduce erroneous selection when the reception level of the desired signal is reduced due to the influence of multipath fading or when the interference power is large. Thereafter, the beam selected by the beam selector 6 is selected and communication is performed.
[ 0021 ]
As described above, according to the third embodiment, it is possible to accurately perform beam selection at the time of multibeam reception and improve communication quality even in a multipath fading environment in a CDMA communication system.
[ 0022 ]
Embodiment 4 FIG.
4 is a block diagram showing an array antenna apparatus according to Embodiment 4 of the present invention, in which the multi-beam forming unit 2 and the beam selecting unit 6 are omitted. Other configurations are the same as those in FIG.
[ 0023 ]
Next, the operation will be described.
The received signal of the array antenna 1 is subjected to inverse modulation using a known symbol sequence in the inverse modulation unit 3. For the output signal of each antenna element subjected to inverse modulation, the power ratio between the desired signal and the interference component is estimated by the power ratio estimator 4, and the power ratio estimation is executed a plurality of times at regular time intervals. Based on the result, the power ratio comparison unit 5 selects the data sample at the timing with the largest power ratio estimation value. Thereafter, the arrival direction estimation unit 7 performs arrival direction estimation using this sample. This makes it possible to estimate the direction of arrival using the sample with the best S / N and to improve the estimation accuracy.
The directivity control unit 8 controls the weights to the antenna elements A1 to AK so that the maximum gain is directed in the direction of the arrival direction estimated value.
[ 0024 ]
As described above, according to the fourth embodiment, it is possible to accurately perform arrival direction estimation using a plurality of antenna elements and improve communication quality even in a multipath fading environment in a mobile communication system. it can.
[ 0025 ]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, when the multi-beam formation is performed using the reception signals of the plurality of antenna elements and communication is performed by selecting one or a plurality of beams, the output signal of each beam is known. A demodulator that performs demodulation using each symbol sequence, a power ratio estimator that estimates a power ratio between a desired signal and an interference component corresponding to each demodulated signal at fixed time intervals, and a power each time a new power ratio estimates Ri by the ratio estimation means is calculated, the maximum value of the power ratio estimation value calculated in the predetermined number of past, including the newly calculated power ratio estimates each Each signal is sequentially determined, and a beam corresponding to a signal that has obtained the largest power ratio estimation value among the maximum values for each signal is selected, or a plurality of signals corresponding to signals having higher power ratio estimation values are selected. power ratio for sequentially selecting the beam Since it is configured to include a compare means, even in a multipath fading environment such as in a mobile communication system, the beam selection of the multi-beam receiver accurately executed, there is an effect capable of improving the communication quality.
[ 0026 ]
According to the present invention, in a CDMA communication system, multi-beam forming is performed using reception signals of a plurality of antenna elements, and when one or a plurality of beams are selected and communication is performed, an output signal of each beam a despreading means for performing despreading respectively by the same reference numerals as diffuse codes at the transmitter, a reverse modulation means for performing inverse modulation respectively using known symbol sequence to each output signal from the despreading means, by inverse modulation means a power ratio estimating means for estimating respective power ratio between the desired signal and an interference component corresponding to the reverse modulated signals were at every predetermined time interval, a new power ratio estimates Ri by the power ratio estimation means is calculated every time that, while sequentially determines the maximum value of the power ratio estimation value calculated in the predetermined number of past, including the newly calculated power ratio estimates for each signal, the maximum value of each thereof the signal most large in Select the beam corresponding to the signal to obtain a power ratio estimates, or since it is configured to include a power ratio comparing means for sequentially selecting a plurality of beams corresponding to a signal having a power ratio estimation value of the upper, mobile communication Even under a multipath fading environment in the system, etc., there is an effect that beam selection at the time of multibeam reception can be executed with high accuracy and communication quality can be improved.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram showing an array antenna apparatus according to Embodiment 1 of the present invention.
FIG. 2 is a block diagram showing an array antenna apparatus according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a block diagram showing an array antenna apparatus according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a block diagram showing an array antenna apparatus according to Embodiment 4 of the present invention.
FIG. 5 is an explanatory diagram showing a conventional frame format.
[Explanation of symbols]
1 array antenna, 2 multi-beam forming unit, 3 inverse modulation unit (inverse modulation unit), 4 power ratio estimation unit (power ratio estimation unit), 5 power ratio comparison unit (power ratio comparison unit), 6 beam selection unit (power Ratio comparison means), 7 arrival direction estimation section (arrival direction estimation means), 8 directivity control section (directivity control means), 9-1 to 9-J despreading section (despreading means), A1 to AK antenna elements .

Claims

Performs multi-beamforming using the received signals of a plurality of antenna elements, when performing communication by selecting one or more beams, reverse performing inverse modulation respectively using known symbol sequence to the output signal of each beam Modulation means;
Power ratio estimation means for estimating a power ratio between a desired signal and an interference component corresponding to each signal inversely modulated by the inverse modulation means, for each predetermined time interval ;
Each time a new power ratio estimates Ri by the above power ratio estimation means is calculated, the newly calculated power ratio maximum value of the power ratio estimation value calculated in the predetermined number of past, including an estimate Are sequentially determined for each signal, and the beam corresponding to the signal that has obtained the largest power ratio estimation value among the maximum values for each signal is selected, or the signal having the higher power ratio estimation value is selected. An array antenna apparatus comprising power ratio comparison means for sequentially selecting a plurality of beams.

In a CDMA communication system, multi-beam formation is performed using reception signals of a plurality of antenna elements, and when performing communication by selecting one or a plurality of beams, the output signal of each beam is spread by a transmitter Despreading means for despreading each with the same code as the code;
Reverse modulation means for performing inverse modulation respectively using known symbol sequence to output signals from said despreading means,
Power ratio estimation means for estimating a power ratio between a desired signal and an interference component corresponding to each signal inversely modulated by the inverse modulation means, for each predetermined time interval ;
Each time a new power ratio estimates Ri by the above power ratio estimation means is calculated, the newly calculated power ratio maximum value of the power ratio estimation value calculated in the predetermined number of past, including an estimate Are sequentially determined for each signal, and the beam corresponding to the signal that has obtained the largest power ratio estimation value among the maximum values for each signal is selected, or the signal having the higher power ratio estimation value is selected. An array antenna apparatus comprising power ratio comparison means for sequentially selecting a plurality of beams.