JP4071872B2 - Ｃｄｍａ基地局用の適応受信機 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、請求項１の前文に記載のＩＳ規格９５に対応して操作されるＣＤＭＡ移動無線システムにおける基地局用の受信機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
上記のような受信機はレーキ受信機と呼ばれ、ＩＳ規格９５に対応するＣＤＭＡ移動無線システムの基地局との情報接続において、可能な限り優れた受信を保証するとともに、１つの基地局から可能な限り大きな面積及び／又は可能な限り多数の加入者が利用できるために使用されている。特に、送信する移動局と基地局との間の可視接続が存在しないことが多く、発信された信号の十分に考慮された割り当て分のみが受信されるような都市領域などでは、一般に異なる方向から、時間的に食い違って受信機のアンテナアレイに到着する異なる伝播路を介して受信機に達する送信信号成分を個別に処理し、その後に含まれる情報を評価するために構造的に統合する可能性が生じる。
【０００３】
このような受信機は、例えば、ＩＥＥＥ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｎ Ｓｅｌｅｃｔｅｄ Ａｒｅａｓ ｉｎ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ、第１４巻、第９号、１９９６年１２月、１７７０〜１７８３ページにおける「Ｍ−ａｒｙ直交変調及びセル・サイト・アンテナアレイによるワイヤレスＣＤＭＡの性能」と題したＡ．Ｆ．ＮａｇｕｉｂとＡ．Ｐａｕｌｒａｊの論文に記載されている。この受信機では、拡散前後にそのつどアンテナ構成要素のＨＦ復調受信信号からの個別レーキ処理パスのための信号成分の入射方向を考慮に入れる制御値（チャンネルベクトル、重量ベクトル）を評価するために、上記の論文の１７７３ページ、左欄に記載されているような、アンテナ相関マトリックスの予測が必要である。特にまだ拡散していない信号からの相関マトリックスの予測には、処理すべき情報量が多いため、多くの時間と計算能力が要求される。さらに、周知の回路においては、変わらない受信の質に関してこのような装置において要求される丈夫さが、個別の誤って決定されたワルシュ記号により必要な相関マトリックスの計算のための拡散した受信信号の選択が誤る場合にも保証されているかどうかは不明である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、ＩＳ規格９５により公示された移動無線システムのＣＤＭＡ基地局におけるアンテナアレイ用の適応受信機を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記の課題は請求項１に記載した特徴により解決される。本発明による受信機では、まだ拡散していない受信信号からのアンテナ相関マトリックスの計算には特に費用がかからない。
【０００６】
本発明による受信機の別の実施態様は以下のように従属クレームに記載されている。
【０００７】
例えば、請求項２は、到着する受信信号とすでに決定したワルシュ記号の再変調により再構成される送信信号との間の時間のずれを調整するとともに、インパルス応答係数のさらに優れた相関評価を可能にする処置に関するものである。
【０００８】
請求項３はインパルス応答係数の相関評価の数学的実施例に関するものである。使用される方法は迅速に作動し、必要な計算上の費用は少ない。
【０００９】
請求項４の対象は相関の長さの測定である。
【００１０】
最後に、請求項５により、個別に誤って決定したワルシュ記号のフィードバックに対して十分な評価精度及び必要な受信機の丈夫さを保証する平均化パラメータの値が得られる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、図１に基づき、本発明による受信機の実施例を詳細に説明する。
【００１２】
図１は本発明による受信機のブロック回路図を示す図である。アンテナアレイ１０には、復調器部２と、方向記号及び走行時間を評価するための回路３が平行して追加接続されている。
【００１３】
アンテナアレイは、例えばＭ＝８のそれぞれ半分の搬送波長の距離で水平に延在する基礎に沿って互いに平行して配置されたアンテナ構成要素１１．．．１８を含み、これにより空間のシャノンの定理の条件を満たしている。個々のアンテナ構成要素には図には示されていないＩ／Ｑ復調器が追加接続され、これらがアンテナ信号を基礎周波帯に復調し、下位の構造成分に対応する同相信号及び平方信号ｘｉが使用可能となる。
【００１４】
適切な信号入口と出口を有する実質的に計算器で形成される復調器部２は、非干渉のレーキ（Ｒａｋｅ）受信機として作動し、例えばＬ＝４の処理パスを示し、評価すべき信号のそのつど４つの最も強く入射する多路成分が互いに独立して処理される。互いに独立した相関ベンチ２３ａ．．．２３ｄにおいて、処理すべき信号が拡散し、ＦＨＴ変換（高速ハダマード変換）が実行される。その際、潜在的ワルシュ記号のすべてが検出されたのち、周知の方法で回路２４ａ．．．２４ｄにおける量の平方形成及びすべての処理パスへの追加及び最大値調査により共通の回路２５及び２６が決定される。決定したワルシュ（Ｗａｌｓｈ）記号は、その後の処理のために詳細には述べられていないＩＳ規格９５の規則に対応する後続の評価回路４に誘導される。
【００１５】
すべての処理パスにおいては、ここでは復調器部の処理パスの入口に配置されているベクトルカンバイナー２１ａ．．．２１ｄにおいて、アンテナ指向性ダイアグラムの形成のために、個別の複合価Ｉ／Ｑ復調アンテナ信号のベクトル乗法が、受信信号の一定の入射方向に有利であり、別の入射方向を可能な限り抑制する空間的フィルタ値で実施される。さらに、空間的フィルタ値として、例えば規則的な時間間隔で評価により得られた方向記号ベクトル＾ａ₁の構成要素の結合複合値が使用される。その入射方向に対応する異なるＩ／Ｑ復調アンテナ信号の追加後に生じるそれぞれのベクトルカンバイナーのスカラー複合出力信号ｒ（ｉ）は、追加接続される相関ベンチへの入力前に、遅延回路２２ａ．．．２２ｄにおいて、そのつどの処理パスから把握すべき信号路に特徴的な信号走行時間τ１を遅延し、これが測定されることにより、異なる時間で把握された信号路を介して入る信号成分が同期化される。特徴的な信号走行時間τ１は、方向記号ベクトル＾ａ１もそうであるようように、方向記号及び走行時間評価のための回路３の個別に評価すべき信号路に使用可能となる。
【００１６】
方向記号及び走行時間評価のための回路３の課題は、１つの処理パスから把握されるそれぞれの信号路について、方向記号ベクトル＾ａ₁及び付属する特徴的な走行時間τ₁を確認し、その価をＣＤＭＡシステムの無線区分の変化する状態に追加誘導することである。そこで、例えばＬ＝４で把握される最も強い信号成分のアンテナアレイのチャンネル特性は短い時間間隔で次々に確認する必要があり、これらの信号成分が実際に性能が最大の信号成分であることも確実にする必要がある。移動送信機の場所の変化により信号成分が弱まり、高性能の別の信号成分が入射する場合は、それまでに把握された信号成分の代わりに、高性能の信号成分を評価し、処理パスに関係づける必要がある。
【００１７】
方向記号及び走行時間評価のための回路３は、相関回路３２において、アンテナアレイ１０のすべてのＭアンテナ構成要素１１．．．１８に対する複合値インパルス応答の相関評価を行う。このために、すべてのＭアンテナ構成要素のＩ／Ｑ復調受信信号xiは時間遅延後に相関回路に予め接続した時間部３１において信号ｓ_iと相関される。信号ｓ_iは復調器部２の出口で待機するすでに決定したワルシュ記号から、ワルシュ復調器３３における再変調により得られ、そのつど移動局から送信される信号に対応する。こうして時間部は測定され、時間遅延はワルシュ記号の復調、決定及び再変調のために必要な処理時間に対応するとともに、送信信号の再構成により制約される時間のずれを調整する。相関は、周波数範囲におけるFFTアルゴリズムを使用した迅速な畳み込みにより費用の点で有利に行われ、インパルス応答ベクトルが提供され、その係数ｚ₁（ｋ）は、連続する可能な信号走行時間１の予め決められた数に対するアンテナ構成要素のそのつど送信される情報から解放された純粋なインパルス応答を表す。この場合の相関の長さは、例えばＩＳ規格９５の出力調節群の長さに対応し、１．２５ｍｓに選択される。
【００１８】
インパルス応答ベクトルの係数から、後続の回路３４、例えば対応するプログラム化計算器において、可能なすべての信号走行時間１のために、アンテナ相関マトリックスＲ_zz、1が帰納的に構成され、そのマトリックス成分は式
【数１】

を有する。式中、指数１は走行時間依存性を示し、ｋは例えば１．２５ｍｓのインパルス応答の時間変動を表し、ηは平均化パラメータを示し、これを介して評価精度及び追加誘導速度を調節することができる。選択η＝０．１により、追加誘導速度が十分である場合に、フィードバックされる誤った情報（誤って決定されたワルシュ記号）の十分な抑制が確実となる。
【００１９】
次にアンテナ相関マトリックスから、計算器のプログラムによっても実現が可能である平行回路３５、３６において、方向記号ベクトル＾ａ₁が計算され、Ｌの最も重要な、すなわち性能が最大の信号路の選択ための平均の受信性能（パス性能）が決定される。この場合の方向記号ベクトルの計算は相乗化による既知の方法で、式
【数２】

により行われ、式中ｃ（ｋ）は固定値、例えば＝１でベクトル＾ａ₁（ｋ）の長さを標準化するために用いられる。パス性能ｐ₁（ｋ）はそのつど軌道（Ｓｐｕｒ）すなわちそのつどのアンテナ相関マトリックスの主対角線の構成要素の合計から次式で得られ、
【数３】

式中、Ｍはアンテナ構成要素の数を再現している。その後、選択回路３７において、計算されたパス性能に基づき、４つの最大の信号成分が決定され、付属する信号走行時間τ₁及び方向記号ベクトル＾ａ₁が復調器部に伝達される。
【００２０】
【発明の効果】
きわめて効率的で適応制御可能なアンテナ指向特性を有し、この特性により異なる信号路及び一般に異なる時間でアンテナアレイに達する同じ信号の多くの成分の有効部分が強化され、障害信号が最大限に弱まり、またこうした特性を有することにより、個別のワルシュ記号の復調に際しての誤った決定に対して十分な丈夫さを示すとともに、可能な限り必要な実行費用が少ない受信機が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明による受信機のブロック回路図である。
【符号の説明】
２ 復調器部
３ 方向記号及び走行時間を評価するための回路
４ 評価回路
１０ アンテナアレイ
１１、１８ アンテナ構成要素
２１ａ、ｄ ベクトルカンバイナー
２２ａ、ｄ 遅延回路
２３ａ、ｄ 相関ベンチ
２４ａ、ｄ 量の平方形成のための回路
２５ パス結果の追加のための回路
２６ 最大値選択のための回路
３１ 時間部
３２ アンテナインパルス応答のための回路
３３ ワルシュ復調器
３４ アンテナ相関マトリックスの帰納的構成のための回路
３５ 方向記号ベクトルの反復計算のための回路
３６ 平均受信性能を決定するための回路
３７ 選択回路
Ｍ アンテナ構成要素の数
Ｌ レーキ処理パスの数
ｘ（ｉ） ＨＦ復調複合価アンテナ信号
γ₁（ｉ）、γ_L（ｉ） ベクトルカンバイナーのスカラー出力信号
＾ａ₁ 個別の処理パスのための方向記号ベクトル
τ₁ 把握された信号路の信号走行時間
ｘ（ｉ） ＨＦ復調アンテナ信号
ｓ（ｉ） 再変調され決定されたワルシュ記号
ｚ₁（ｋ） インパルス応答係数
Ｒ_zz、1（ｋ） アンテナ相関マトリックス
ｐ₁（ｋ） 個別信号路のパス性能

Claims (5)

1. ＩＳ規格９５に対応して操作されるＣＤＭＡ移動無線システムにおける基地局用の受信機であって、多数のアンテナ構成要素（１１．．．１８）及び該アンテナ構成要素に追加接続したＩ／Ｑ復調器を有するアンテナアレイ（１０）と、多数の処理パス（２１ａ−２４ｂ、２１ｄ−２４ｄ）を有する復調器部（２）であって、該復調器部においてそのつど多数の異なる信号路上で移動局から発信された信号の個々の前記アンテナアレイに到達した成分から、追加接続した非干渉レーキカンバイナー（２５、２６）における組み合わせの前に、該カンバイナーの出口でさらに処理するための有効信号を含む重要なワルシュ記号を取り出し可能であり、互いに独立し処理され、個々の処理パスはそのつど受信チャンネルを形成し、該受信チャンネルは最も重要な信号路に対して空間的及び時間的に最適に設定されるとともに、前記信号路の変化は、個々の処理パスにおいて前記アンテナ構成要素から受信され、Ｉ／Ｑ復調された同相信号及び平方信号（ｘ（ｉ））の複合ベクトルの組み合わせが個々の解析されるべき信号路のために評価される方向記号ベクトル（＾ａ₁）とともに得られるように、追加誘導される前記復調器部と、連続する可能な信号走行時間の多数に提供されるアンテナ相関マトリックス（Ｒ_zz、1（ｋ））を使用して必要な方向記号を評価するための回路配置（３）とを含む受信機において、前記アンテナアレイのインパルス応答ベクトルを得るための可能な信号走行時間をマークする連続する時点で前記方向記号を評価するための回路配置（３）は、前記アンテナ構成要素から受信されるＩ／Ｑ復調信号（ｘ_i）を再変調によりすでに決定したワルシュ記号から得られる送信信号と相関し、そのために相関回路（３２）及び再変調回路を含み、該相関回路には前記インパルス応答ベクトルの係数（ｚ１（ｋ））からアンテナ相関マトリックスの帰納的構成のための回路（３４）が追加接続され、平均化パラメータ（η）の選択を介して評価の精度及び追加誘導速度が調節され、前記アンテナ相関マトリックスからの別の回路（３５、３６、３７）において、一方では累乗により前記方向記号ベクトル（＾ａ₁）を計算し、他方では前記アンテナ相関マトリックスの軌道を計算することにより、最大のパス性能をもたらす信号路のための平均パス性能（ｐ１（ｋ））及び成分走行時間（τ１）が規定され、最大の信号性能をもたらす信号路の予め設定された数に対して、そのつど評価される方向記号ベクトルには、そのつどの信号路に決定的な成分走行時間とともにそのつどの信号路に適応させた処理パスが使用可能であることを特徴とする受信機。
2. 前記相関回路には遅延回路（３１）が予め接続され、遅延時間はワルシュ記号の復調、決定及び再変調のために必要な処理時間にほぼ対応するように調節されていることを特徴とする請求項１に記載の受信機。
3. 前記Ｉ／Ｑ復調受信信号の再変調された決定的なワルシュ記号との相関は高速フーリエアルゴリズムを利用した迅速な畳み込みにより生じることを特徴とする請求項１又は２のいずれか１つに記載の受信機。
4. 相関の長さはＩＳ基準９５の出力調節群の長さに対応して１．２５ｍｓに選択されることを特徴とする請求項３に記載の受信機。
5. 前記インパルス応答係数から前記アンテナ相関マトリックスを帰納的に構成する際に、η＝０．１の範囲の平均化パラメータが利用されることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１つに記載の受信機。

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