JP4105254B2 - 送信経路重みのための装置および方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はアンテナアレイに関する。
【０００２】
【従来の技術】
アンテナアレイは無線通信リンクを通して無線周波（ＲＦ）信号を通信するために使用される複数のアンテナを有する。アンテナアレイはあるカバレージエリアに対し良好なアンテナパターンを提供することによって単一のアンテナに対して改善された性能を提供する。
【０００３】
アンテナアレイにより改善されたアンテナパターンを提供できるものの、通信装置の間で通信される信号は妨害を受けやすい。建物、丘および他の物体がマルチパス波伝搬を生じさせ、かつ通信装置およびエネルギ源はノイズを導入し、結果として通信装置の間で通信される信号にエラーを生じさせる。
【０００４】
これらのエラーを低減するため、アンテナアレイを使用する通信装置の受信経路を最適化するための技術が開発されている。前記アレイにおける個々のアンテナの各々によって検出される信号の重み（ｗｅｉｇｈｔ）を変えることにより、特定の方向からより良好に信号を検出しまたはマルチパス信号の非破壊的（ｎｏｎ−ｄｅｓｔｒｕｃｔｉｖｅ）組合わせを可能にするためにアンテナパターンを変えることが可能になる。これらの技術は受信機の出力を測定することにより受信経路利得を最大にするためにアンテナアレイ信号の重みを調整する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、受信経路から得られる重みは送信経路に対して最適の重みを提供しない。
【０００６】
従って、送信機のための改善されたアンテナアレイ重みを提供することが望ましい。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
通信装置はアンテナアレイのアンテナと送信機との間に接続された重み回路を含む。コントローラが該重み回路に結合されかつ少なくとも１つのアンテナを通して基準信号を送信するために前記送信機を制御しかつ他の通信装置から受信された重み情報に従って前記少なくとも１つのアンテナに関連する重みを調整し、それによって送信経路が前記少なくとも１つのアンテナを通り送信される基準信号に従って変えることができるようになる。
【０００８】
本発明の他の実施形態は送信通信装置における複数のアンテナの各々を通して送信された信号を受信する受信通信装置を含む。回路が各アンテナから受信された前記基準信号から他の通信装置の送信経路に対する少なくとも１つの重みを計算する。該少なくとも１つの重みは他の通信装置に通信される。
【０００９】
前記送信通信装置を動作させる方法もまた開示される。前記受信通信装置を動作させる方法もまた開示される
【００１０】
【発明の実施の形態】
図１の通信装置１００は通信リンク１０４を介して通信する通信装置１０１および通信装置１０２を含む。通信装置１０１は無線モデム（変調器／復調器）、セルラ無線電話、コードレス無線電話、２方向無線機、ページャ、ベースまたはベースステーション、あるいは任意の他の通信装置とすることができる。通信装置１０２は通信装置１０１に対して相補的な（ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ）通信装置であり、かつ無線モデム（変調器／復調器）、セルラ無線電話、コードレス無線電話、２方向無線機、ページャ、ベースまたはベースステーション、あるいは任意の他の通信装置とすることができる。ここで使用されている「通信装置」はこれらの各々およびそれらの等価物に言及している。
【００１１】
通信リンク１０４はマルチパス伝搬を受ける可能性のある無線周波無線リンクである。従って、経路またはパスＰ１およびＰ２は通信装置１０２の第１のアンテナ１０６と通信装置１０１のアンテナ１０８との間の２つの信号経路を表す。通信経路Ｐ３およびＰ４はアンテナ１１０およびアンテナ１１８の間に伸びている。通信経路Ｐ５およびＰ６はアンテナ１１２とアンテナ１０８との間に伸びている。アンテナ１０６，１１０および１１２の内のいずれか１つおよびアンテナ１０８の間の通信経路の実際の数は２より小さくても良くあるいは大きくても良いことは理解されるであろう。
【００１２】
通信装置１０１はアンテナ１０８に接続された送信機１１６および受信機１１８を含む。送信機１１６および受信機１１８はコントローラ１２０によって制御される。送信機１１６は無線通信のための任意の適切な商業的に入手可能な送信機を使用して実施される。受信機１１８は無線通信のための任意の適切な商業的に入手可能な受信機を使用して実施される。コントローラ１２０はマイクロプロセッサ、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）、プログラマブル論理ユニット（ＰＬＵ）、その他を使用して構成される。送信機１１６および受信機１１８はアンテナ１０８に接続され該アンテナを介して信号を送信しかつ受信する。
【００１３】
通信装置１０２は送信機１２２、受信機１２４およびコントローラ１２６を含む。コントローラ１２６はマイクロプロセッサ、デジタル信号プロセッサ、プログラマブル論理ユニット、コンピュータその他を使用して構成できる。コントローラ１２６は送信機１２２および受信機１２４の動作を制御する。送信機１２２は無線通信のための任意の適切な商業的に入手可能な送信機を使用して実施される。受信機１２４は無線通信のための任意の適切な商業的に入手可能な受信機を使用して実施される。
【００１４】
送信機１２２の出力は送信経路重み回路１３１，１３３および１３５に接続されている。該送信経路重み回路の各々は次にデュプレクス回路１１３を介してアンテナ１０６，１１０および１１２の内のそれぞれの１つに接続されている。送信経路重み回路はコントローラ１２６から受信された制御信号に従って送信機により出力される信号を重み付けする。送信機によって出力される信号はそれぞれの導体または線路によって送信経路重み回路１３１，１３３および１３５に接続することができ、それによって各々がそれぞれの信号を受信することができるようにされ、あるいは共通の導体または線路によって接続され、前記送信経路重み回路がすべて同じ信号を受信するようにすることができる。
【００１５】
受信機１２４の入力は前記受信経路重み回路１５０，１５２および１５４の出力に接続されている。受信経路重み回路の各々はデュプレクス回路１１３を介してアンテナ１０６，１１０および１１２の内のそれぞれの１つからそれぞれの信号を受ける。
【００１６】
デュプレクス回路１１３は任意の適切なデュプレクス装置、スイッチ回路、フィルタ、その他を使用して実施できる。デュプレクス回路１１３はアンテナを送信および受信経路に接続してフルデュプレクスまたはハーフデュプレクス動作を提供する。
【００１７】
前記送信経路重み回路１３１，１３３および１３５は図２により詳細に示されている。前記送信経路重み回路１３１は位相シフト回路２３０および可変利得増幅器２３６を含む。前記送信経路重み回路１３３は位相シフト回路２３２および可変利得増幅器２３８を含む。前記送信経路重み回路１３５は位相シフト回路２３４および可変利得増幅器２４０を含む。もし前記重みが信号の位相の変化のみを必要とする場合は前記可変利得増幅器に代えて固定利得増幅器を利用することができる。前記位相シフト回路２３０，２３２および２３４の各々は独立に制御され、従って前記アンテナはそれらに入力される独立の位相信号を有する。前記増幅器の各々はコントローラ１２６によって独立に制御される。信号の利得および位相を調整する他の手段は当業者に理解されるであろう。例えば、信号レベルはソフトウエアの制御の下にデジタル信号プロセッサによって調整されかつ定利得増幅器を通して出力することもできる。
【００１８】
可変利得増幅器２３６，２３８および２４０は各々それぞれのスイッチ２５０，２５２および２５４を通してそれぞれのアンテナ１０６，１１０および１１２へと選択的に接続される。前記スイッチはそこから送信／受信情報を受けるためにコントローラ１２６に接続される。送信モードにおいては、前記スイッチは図２に示されるように接続される。受信モードでは、アンテナ１０６，１１０および１１２が受信経路重み回路１５０，１５２および１５４に接続される。
【００１９】
前記受信経路重み回路１５０，１５２および１５４は各々コントローラ１２６から制御信号を受ける。前記受信経路重み回路の各々は個別に制御される。前記受信経路重み回路１５０，１５２および１５４の出力は受信機１２４に入力される。コントローラ１２６は知られたアルゴリズムに従って重み係数（ｗｅｉｇｈｔｉｎｇ ｆａｃｔｏｒｓ）Ｗ４，Ｗ５およびＷ６を調整する。一般に、コントローラ１２６は受信機１２４の出力に応答し前記係数Ｗ４，Ｗ５およびＷ６の各々をに調整して受信信号品質を最適化する。受信信号経路は典型的には受信振幅または電力を最大にすることにより、あるいはノイズプラス妨害に対する所望の信号の比率の評価または推定値を最大にすることにより最適化される
【００２０】
コントローラ１２６は位相シフト回路２３０，２３２および２３４に対する位相信号を発生し、かつメモリ１６０に記憶された所定の値に従って可変利得増幅器２３６，２３８および２４０の利得を制御する。以下の表、またはここで使用される「コードブック（ｃｏｄｅｂｏｏｋ）」、は３つのアンテナ１０６，１１０および１１２を含む送信経路に対する重みを示す。利得および位相並びに等価複素表記が与えられている。これらの例においては、α＝１／（６）^１／２およびγ＝１／（３）^１／２である。１６のベクトルにより、メモリ１６０は３つのアンテナに対する以下の値を記憶し、インデクスまたはベクトル番号を左の欄に、かつ３つの送信経路重み回路１３１，１３３および１３５に対する重みＷ１，Ｗ２およびＷ３を他の欄に有している。
【００２１】
【表１】

この表は位相シフトのみを表している。これは送信信号の位相が調整されかつ可変利得増幅器２３６，２３８および２４０の利得は調整されないことを意味する。デジタル位相調整の構成に対しては、複素ベースバンドデジタル信号は上の複素数によって乗算される。２^４ベクトルがあるから、ベクトルに対するインデクスを特定するのに４ビットが必要である。
【００２２】
より大きな値の表も使用できる。次の表２は３１の重みの組合わせを与える。
【表２】

この表においては、β＝１／（２）^１／２であり、かつ利得および位相が共に調整されアンテナの幾つかへの送信経路はしばしば完全にディスエーブルされその場合利得値は０である。ベクトルに対するインデクスを特定するために５ビット（２^５の異なるベクトル）が必要とされる。これらの表は例として与えられており、かつ網羅的なものではない。他の大きさを有する表も規定でき、かつ同じ数のエントリを有する異なる表も使用できる。
【００２３】
前記利得および位相の値の各々は異なるアンテナパターンを生じさせる。可変利得増幅器の利得、および位相を変えることにより、アンテナパターンは変更することができる。アンテナパターンを変えることにより、アンテナアレイはベースのカバレージエリア内の異なる地理的ロケーションに位置する遠隔の通信装置に対しより良好な性能を提供でき、あるいは遠隔の通信装置にベースステーションと通信するためのより良好な位置を提供することができる。
【００２４】
動作においては、ブロック３００（図３）に示されるように、コントローラ１２６は通信装置１０１との通信リンクを始めに確立したことに応じて所定の値に従って送信経路Ｗ１，Ｗ２およびＷ３の重みを設定する。例えば、前記初期重みは前の接続からの最後の重みＷ１，Ｗ２およびＷ３とすることができ、前記初期重みは最も広いカバレージエリアを有するアンテナパターンに対応する重みとすることができ、あるいは受信経路に対して計算された重みＷ４，Ｗ５およびＷ６が送信経路に対する初期重みＷ１，Ｗ２およびＷ３として使用できる。前記アンテナ重みは可変利得増幅器２３６，２３８および２４０の利得および位相シフト回路２３０，２３２および２３４の位相を設定することができ、あるいは位相シフト回路の位相のみを設定することができる。
【００２５】
通信の間に、情報パケットは送信機１２２によって、ブロック３０２に示されるように、通信装置１０１に送信される。他の通信装置１０１は送信機１２２から送信された信号を受信しかつアクノレッジメント信号または肯定応答（ＡＣＫ）またはノンアクノレッジメント信号または否定応答（ＮＡＣＫ）を、技術的に知られているように、前記信号が正確に受信されたか否かに応じて送信し戻す。典型的には各々の情報パケットと共に合計検査（ｃｈｅｃｋｓｕｍ）または巡回冗長検査（ＣＲＣ）データが送信される。もしＣＲＣまたは合計検査が実際に受信された情報パケットから生成されなければ、ＮＡＣＫ信号が受信機１２４に送信される。
【００２６】
もしコントローラ１２６が、ブロック３０４に示されるように、肯定応答信号を受信すれば、次の情報パケットが送信される。もしＮＡＣＫのようなエラー信号が、ブロック３０６に示されるように、通信装置１０１から受信されれば、コントローラ１２６はブロック３０８において新しいアンテナ重みＷ１，Ｗ２およびＷ３を選択する。これはアンテナパターンが変えられるように重みＷ１〜Ｗ３を変更する。新しい重みは、前記表１または表２に表される、メモリ１６０に記憶されたコードブックにおける次のベクトル番号に関連する重みとすることができる。
【００２７】
コントローラ１２６は、判断ブロック３１０において、次のアンテナパターンが最近他の通信装置１０１からのエラー信号を経験したものであるか否か（例えば、新しいアンテナ重みが最後にまたは最近に使用された時に他の通信装置からＮＡＣＫが受信されたか否か）を判定する。所定の期間をコントローラ１２６に設定することができる。コントローラ１２６はこの所定の期間内にそれがエラー信号を受けた場合に重みを選択することを許容しないであろう。これはコントローラ１２６が接続品質がいずれの重みもエラーのない接続を提供しないものである場合に各パターンを通して急速に循環する（ｃｙｃｌｉｎｇ ｔｈｒｏｕｇｈ）のを防止する。
【００２８】
もしエラーメッセージが受信されれば、コントローラ１２６は、判断ブロック３１２において、送信機１２２を情報を再送信するよう制御する。コントローラ１２６は次にブロック３０４に戻り他の通信装置からの肯定応答信号またはエラー信号を待機する。
【００２９】
判断ブロック３０４および３０６は通常の送信プロセスの間に生じるエラー信号による割込み開始によって実行できることが理解される。従って、それらの間の符号化およびインタリーブと共に、パケットのバッファリング、ならびに変調および送信は通信装置１０２の継続している（ｏｎｇｏｉｎｇ）プロセスとすることができる。ＮＡＣＫのような、エラー信号の検出に応じて、コントローラ１２６は重みＷ１，Ｗ２およびＷ３を変えるために送信を短時間の間中断する。送信プロセスは次に再開される。
【００３０】
重みＷ４，Ｗ５およびＷ６がコントローラ１２６によって受信機１２４により出力される信号に基づき調整されることも理解されるであろう。そのような重み付けの方法は技術的に良く知られている。
【００３１】
本発明は特にＧＳＭ通信システムのような送信および受信経路が異なる周波数を有する通信システムにおいて有利である。そのような環境では、受信経路重み回路１５０，１５２および１５４による受信経路の重みは必ずしも送信経路重み回路１３１，１３３および１３５による送信経路に対する最適の重みを示していない。これは伝搬遅延、妨害または干渉、および他の周波数に敏感な現象による。
【００３２】
他の重要な考慮事項は通信装置１０１および１０２がお互いに対して移動する速度またはレートである。もし通信装置１０１が高速で進行しており、かつ通信装置１０２が静止していれば、伝搬経路Ｐ１−Ｐ６は急速に変化する。他の時間には、通信装置１０１および１０２はお互いに関して移動していないかもしれない。これは歩行者の状況において当てはまり、その場合はセルラ電話のユーザが静止して立っているかあるいは電話呼の間に歩いている状況である。そのような歩行者の状況では、前記経路Ｐ１−Ｐ６は低いレートで変化しているかあるいは全く変化しない。
【００３３】
通信装置１０１および１０２の一方または双方は好適に該通信装置１０１および１０２がお互いに対して移動している速度を決定することができる。例えば、変化の速度を決定するためにドップラ測定を使用できる。コントローラ１２６は変化の速度の情報を使用して位相および振幅の設定を変えるべきか否かを決定する。より詳細には、本発明は特に通信装置１０１および１０２が低速で移動しているかあるいはお互いに対して移動していない場合に都合がよく、それはこれらの状況ではＮＡＣＫの受信における遅延は性能に対し最も少しの害しか与えないからである。これらの状況では、アンテナパターンの選択は呼の間の電話の性能にかなりの影響を与える可能性がある。これはユーザに最善のサービスを行うアンテナパターンは変化しないという事実による。さらに、悪いアンテナパターンはその呼にわたり望ましくない状態に留まっている傾向にある。
【００３４】
通信装置１０１が高速で進行する車両内にある状況においては、通信装置１０１に最善のサービスを行うアンテナパターンを生成する重みは急速に変化する可能性がある。従って、エラー信号が受信されるたびごとにアンテナパターンを変えることは通信システム１００の性能における実質的な改善を生じる結果とはならない。さらに、ある瞬間にうまく作用しない重みは少しの後に最善の選択となる可能性があり、これは結果として重みＷ１，Ｗ２およびＷ３の急速な切替えを生じさせる。速度の影響はもちろんシステムの設計、特にパケットの送信とＮＡＣＫの受信との間の遅延、に依存する。
【００３５】
利得および位相値を記憶するメモリ１６０は最も最近に使用されたアンテナパターンのテーブルを記憶することができる。エラー指示を生じる結果となったパターンは所定の期間の間使用されないことが好ましい。該所定の期間は好ましくは通信装置１０１および１０２がお互いに対して移動している速度に従って調整可能である。従って、通信装置１０１および１０２が別々に移動していない場合は、前記期間は通信装置１０１および１０２の全接続時間に等しくすることができる。あるいは、受信装置１０１および１０２がお互いに対して急速に移動している場合は、前記期間は非常に短く、あるいはゼロにすることができる。いずれの場合にも、前記所定の期間は前にエラーを生じる結果となったかつチャネルが大きく変化しなければ依然として悪い性能を提供する重みベクトルの再選択を防止するためチャネルの相関時間（ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ ｔｉｍｅ）より大きくすべきである。
【００３６】
上の実施形態の利点は通信装置１００が他の通信装置の助けなしに重みを変えることである。従って、重み調整回路は現存の機器を更新することなく現存のシステムにおいて実施できる。
【００３７】
他の実施形態によれば、通信装置１０２によって信号が送信され送信経路重み回路１３１，１３３および１３５を決定し該決定は通信装置１０１において行われる。この実施形態につき図４および図５を参照して説明する。コントローラ１２６は、ブロック４００に示されるように、アンテナ１０６に供給される基準信号を発生するために送信機１２２を制御する。該基準信号はトーンまたは任意の他の適切な信号とすることができる。
【００３８】
前記基準信号はアンテナ１０６に対し可変利得増幅器２３８および２４０の利得をゼロの利得を有するように制御しかつ可変利得増幅器２３６を非ゼロ利得を持つよう制御することによって供給される。コントローラ１２６は送信機１２２を制御して、ブロック４０４に示されるように、トーン信号をアンテナ１１０に出力させる。該トーンをアンテナ１１０にのみ供給するために、可変利得増幅器２３８の利得のみが非ゼロの値を有する。コントローラ１２６は、ブロック４０６に示されるようにアンテナ１１２にトーン信号を出力するために送信機１２２を制御する。該トーンをアンテナ１１２のみに供給するため、可変利得増幅器２４０の利得のみが非ゼロの値を有する。
【００３９】
従って、所定のトーンが各々のアンテナに異なる時間に入力される。あるいは、異なる周波数の信号が同時に各アンテナ１０６，１１０および１１２に入力されてもよく、または異なるコードを有する信号が同時に各アンテナに入力されてもよい。しかしながら、これら３つの手段のいずれによっても、各アンテナに供給される信号は通信装置１０１によって区別可能でなければならない。
【００４０】
送信機１２２は送信機１２２から送信経路重み回路１３１，１３３および１３５へと伸びているバスの３つのそれぞれの導体を通して送信経路重み回路１３１，１３３および１３５に接続できることが理解されるであろう。これは各々のアンテナに対して送信機１２２によって発生された異なる信号が個々に送信経路重み回路に印加できるようにする。
【００４１】
コントローラ１２６は判断ブロック４０８に示されるように受信機１２４において重み信号を受信するのを待機する。コントローラ１２６はあるいは重み信号が受信された時に標準的な送信動作から割込みを受けることができる。いずれの場合でも、新しい重みが通信装置１０１から受信された時、コントローラ１２６は送信経路重み回路１３１，１３３および１３５の重みを、ブロック４１０に示されるように、通信装置１０１から受信された値に変更する。もし通信装置１０１からインデクスが受信されれば、コントローラ１２６は該インデクスに関連する重みをメモリ１６０内のコードブックから選択しかつそれに従って送信経路重み回路１３１，１３３および１３５を制御する。
【００４２】
通信装置１０１の動作につき図５を参照して説明する。コントローラ１２０はブロック５００，５０２および５０４においてアンテナ１０６，１１０および１１２の各々を介して送信された基準信号を受信する。それぞれのアンテナ１０６，１１０および１１２に関連する信号は、図４に関して前に説明したように、時間的に分離されているが、もしそれらが異なる周波数を有する場合はそれらの周波数によって識別することもでき、あるいはもしそれらが異なる符号を有していればそれらの符号によって識別することもできる。コントローラ１２０はこのようにして各アンテナによって送信された基準信号を識別する。
【００４３】
コントローラ１２０は、ブロック５０６に示されるように、各々のアンテナ１０８，１１０および１１２に対する受信信号レベルに基づき送信経路重み回路１３１，１３３および１３５に対する最適の重みを計算する。最適の重みベクトルが受信された信号利得および位相から計算できる。各々のアンテナからの推定または評価された利得および位相の複素表現の複素共役が各アンテナの重みとして使用できる。各アンテナに対する推定または評価された利得および位相はコントローラ１２０によって受信された基準信号をコントローラ１２０に記憶された前記所定の基準信号の局部的コピー（ｌｏｃａｌ ｃｏｐｙ）と相関することにより得られる。これらの信号の間の相関の結果はアンテナ１０６，１１０および１１２の各々からの送信経路の推定された利得および位相を示す。
【００４４】
あるいは、前記コードブックを使用して候補のリストから好ましい重みベクトルを選択することができる。これは前記推定された受信位相および利得の複素共役から計算される最適の重みベクトルに最も近いベクトルをコードブックから選択することによって行うことができる。あるいは受信通信装置において受信信号電力を最大にするよう好ましい重みベクトルが選択される。
【００４５】
電力を最大にする重みはコードブックから計算できる。すでに述べたように、各々のアンテナから送られる基準信号の利得および位相は受信機において元の送信された基準信号の知られた局部的コピーによる相関によって推定される。重みベクトルは次に以下のようにして選択される。
【表３】

この場合、ｉ番目のアンテナ（アンテナ１，アンテナ２およびアンテナ３）から受信された信号の推定されたまたは計算された利得および位相はｃ_ｉによる複素表記によってかつ全てのアンテナに対する組（ｓｅｔ）はベクトル＿ｃによって表わされ、かつ所定のリストにおけるｋ番目の重みベクトルは＿ｗ_ｋであり通信装置１０２のメモリ１６０内にかつ通信装置１０１のコントローラ１２０内に記憶されたリストにはＫのベクトルがある。｜＊｜は複素数＊の大きさを表わす。また、＊Ｔはベクトルまたはマトリクス＊の転置（ｔｒａｎｓｐｏｓｅ）を表わし、行および列が相互交換される。
【００４６】
なお、各表または数式などにおいて、ベクトルなどを表わすために下線を有するアルファベットが使用されているが、明細書の説明文中ではアルファベットの前に下線記号“＿”を配置したものを使用して表わしている。
【００４７】
この方法はインデクスコードブックの各ベクトルの重み＿ｗ_ｋおよび各々のアンテナｃ_ｉに対する重みおよび利得の計算値または推定値を乗算しかつその結果を加算してその特定の重みに対する一時的な振幅測定値ｔを発生する。これは前記特定の重みが送信機において適用されれば受信されるであろう信号の振幅の推定値または計算値である。最大のｔ（受信機における最も高い推定振幅）に関連するインデクスは通信装置１０２の送信経路に対する最適の重みとして選択される。該最適の重みに関連するインデクスが次に、ブロック５０８に示されるように、通信装置１０２に送信し戻される。
【００４８】
シミュレーションにより前記コードブック手法は適切な正規化および候補ベクトル分布が使用された場合に複素共役受信利得および位相の量子化手法よりもダウンリンクに関して容量オーバヘッドの要求が少ないことが示された。さらに、コードブックのエントリは以下の利点を提供するよう選択できる。信号がアンテナの１つより多くを介して放射されるように重みを選択することにより、単一のアンテナの送信経路が全ての電力を渡すことを要求されない。これは各々の経路における送信回路に対する個々の増幅器のピーク電力要求に対する制限を与え送信経路の１つが全ての電力を渡さなければならない可能性があるシステムに対しコストおよび寸法的な利点を提供する。
【００４９】
さらに、前記ルックアップテーブル、またはコードブック、は合計検査またはＣＲＣ情報のようなエラー保護コーディングを容易に可能にするため使用できる。エラー保護コーディングはインデクス情報と共にセーブされ、かつエラー保護コーディングの計算を要求することなく送信できる。これは送信機のエラー保護符号化の複雑さを低減する。
【００５０】
ルックアップテーブルの他の利点は各々のフレーム時間に評価された候補の重みベクトルが最も最近のフレームに対する重みベクトルに最も近いものとすることが可能なことである。これは低い速度が最適の重みベクトルをゆっくりと変化させる歩行者の環境に対するサーチの複雑さを低減し、それは前の重みが良好な選択を維持する傾向にあるからである。しかしながら、コントローラはまた前の選択の重みに最も近い重みが不満足である場合はコードブックの全ての重みを考慮することができる。
【００５１】
コードブックが使用される場合、通信装置１０１および１０２は同じ値を持たなければならない。これは通信装置の１つからのコードブックを他の通信装置へダウンロードすることにより達成できる。あるいは、ベクトル番号の値が両方の通信装置において同じであることを確認するために他の方法も使用できる。
【００５２】
図６を参照すると、情報パケットおよび基準信号の双方が通信装置１０２から通信装置１０１へ送信されることが分かる。基準信号は各々のアンテナから、代わるがわる、別個に送信される。係数を計算するために通信装置１０１において情報が処理されている時間と通信装置１０１において特定された重みベクトルが通信装置１０２によって使用される時間との間に遅延がある。通信装置１０２は次に通信装置１０１から受信された重みを使用して情報パケットを送信する。
【００５３】
情報パケットが送信される度ごとに、基準信号がアンテナ１０６，１１０および１１２から通信され、かつ通信装置１０１において次のパケットに対する新しい重みが計算される。フィードバック系における遅延の影響を最小にするため、前記基準信号は情報パケットと隣接しないよう配置することができ、この場合前記基準信号は通信装置１０２によって前記係数を使用して送られる情報パケットにより近くなる。あるいは、前記基準信号は情報パケット内に配置することもできる。前記遅延を最小にしまたは除去するためにいずれの方法を使用しても前記基準信号は通信された後に生じるチャネルにおける変動から生じる問題のある通信を避けることができる。
【００５４】
また、コントローラ１２０は２つのパケットの情報と共に送信される基準信号から発生される重みからアンテナに対して重みを補間しまたは差しはさむことができる。２つの引き続く、間隔をあけた基準信号から係数を発生することにより、送信経路の特性の変化を最善の信号パターンを決定する上で考慮に入れることができる。
【００５５】
デジタルセルラ電話システム７００（図７）の送信モードは第１の通信装置７０２および第２の通信装置７０４を含む。通信装置７０２はアンテナアレイ７０６を含みかつ通信装置７０４はアンテナアレイ７０８を含む。これらのアンテナアレイはＰで表わされる複数の信号経路によって相互接続されている。通信装置７０２および７０４は２方向無線機、無線電話およびベースステーション、その他とすることができる。
【００５６】
通信装置７０２はコントローラ７１４を含み、該コントローラ７１４は音声およびデータ信号ならびに送信経路における重みＷ１，Ｗ２およびＷ３を選択するために制御信号を出力する。音声およびデータ信号はコーディングおよび変調回路７１６に入力される。重み制御信号は利得および位相シフト回路７１８に入力され、該利得および位相シフト回路７１８はコントローラ７１４からの振幅および位相制御信号を可変利得増幅器７２０〜７２２および位相シフト回路７２４〜７２６に結合する。送信信号はフレーミングおよび基準発生回路７２３を介して位相シフト回路７２４〜７２６に入力される。
【００５７】
フレーミングおよび基準発生回路７２３はデータおよび音声を送信のためにフレーミングしまたはフレームに構成しかつ基準信号を位相シフト回路７２４〜７２６に結合し、これはアンテナ７２８〜７３０の各々に対し１つずつ結合される。それぞれのベースバンド信号は、各々のアンテナに対し１つずつ、フレーミングおよび基準発生回路７２３によって形成され、かつ位相シフト回路７２４〜７２６によって各々に対し適切な位相シフトが加えられる。
【００５８】
位相シフト回路７２４〜７２６はデジタル的に乗算器によって提供され、したがってコードブックからの複素値が前記フレーミングおよび基準発生回路の出力によって乗算され位相シフトを生成することができる。位相シフト信号はデジタル−アナログ変換回路７３２においてアナログ信号に変換される。該アナログ信号の周波数はアップコンバータ７３４〜７３６において増大され、かつそのより高い周波数の信号は可変利得増幅器７２０〜７２２において増幅される。可変利得増幅器７２０〜７２２の利得は各々のアンテナに対する重みにしたがって選択される。したがって、送信経路における送信経路重み回路は位相シフト回路７２４〜７２６および可変利得増幅器７２０〜７２２を含む。この例では３つの位相シフト回路が示されているが、実際には２つを使用することのみが必要であり、それは絶対位相は重要ではなく、３つの送信経路重み回路の相対位相のみが重要なためである。
【００５９】
通信装置７０２の受信経路は、それぞれ、アンテナ７２８〜７３０から受信された信号の周波数を低減するためのダウンコンバータ７４０〜７４２を含む。ダウンコンバートされた信号はアナログ−デジタル変換回路７４４に入力され、該アナログ−デジタル変換回路７４４はダウンコンバータによって出力された各々の信号からそれぞれのデジタル信号を出力する。該デジタル信号は受信機プロセッサ７５０において復調される。
【００６０】
通信装置７０４は音声およびデータ信号ならびに送信経路における重みＷ１，Ｗ２およびＷ３を選択するための制御信号を出力するコントローラ７５２を含む。前記音声およびデータ信号はコーディングおよび変調回路７５４に入力される。前記重み制御信号は利得および位相シフト回路７５６に入力され、該利得および位相シフト回路７５６はコントローラ７５２からの振幅および位相制御信号を可変利得増幅器７５８〜７６０および位相シフト回路７６２〜７６４に結合する。前記送信信号はフレーミングおよび基準発生回路７６６を介して位相シフト回路７６２に対し７６４に入力される。前記フレーミングおよび基準発生回路７６６はデータおよび音声を送信のためにフレーミングしかつ基準信号を、各々のアンテナ７６８〜７７０に対し１つずつ、位相シフト回路７６２〜７６４に結合する。それぞれのベースバンド信号は、各々のアンテナに対し１つずつ、形成され、かつ位相シフト回路７６２〜７６４によって各々に対し適切な位相シフトが加えられる。位相シフトされた信号はデジタル−アナログ変換回路７７２においてアナログ信号に変換される。該アナログ信号の周波数はアップコンバータ７７４〜７７６において増大されかつそのより高い周波数の信号は可変利得増幅器７５８〜７６０において増幅される。前記可変利得増幅器の利得は各アンテナに対する重みにしたがって選択される。
【００６１】
通信装置７０４の受信経路は、それぞれ、アンテナ７６８〜７７０からの信号に対するダウンコンバータ７８０〜７８２を含む。ダウンコンバートされた信号はアナログ−デジタル変換回路７８４に入力され、該アナログ−デジタル変換回路７８４はダウンコンバータによって出力される信号の各々からそれぞれのデジタル信号を出力する。該デジタル信号は受信機プロセッサ７９０において復調される。
【００６２】
通信装置７０２および７０４は送信経路が通信装置７０２から通信装置７０４へまたは通信装置７０４から通信装置７０２へとすることができるため同じであるものとして示されている。しかしながら、通信装置７０２および７０４は異なるものとすることができ、例えば、通信装置７０２はベースステーションでありかつ通信装置７０４は無線電話とすることができる。ベースステーションの場合は、送信経路はまた多数の同時的なユーザに対する信号を結合するためのマルチプレクサを含むであろう。ベースステーションの受信経路はまた異なる同時的なユーザからの信号を分離するために、デマルチプレクサを含むであろう。
【００６３】
送信経路に対する最適の重みの計算につき通信装置７０２から通信装置７０４への送信について説明するが、この説明は通信装置７０４から通信装置７０２への通信についても同様に適用できる。通信装置７０２および７０４は３つのアンテナを有するが、この説明は他の数のアンテナを有するシステムにも同様に適用でき、したがって送信通信装置の送信経路にＩのアンテナを有しかつ受信通信装置の受信経路にＮのアンテナを有するシステムにも一般的に適用できる。通信装置７０２から通信装置７０４への通信に対しては、Ｉは３に等しくＮも３に等しい。
【００６４】
ｉ番目の送信アンテナからｎ番目の受信機アンテナで受信された信号の計算または推定された利得および位相は（複素表記で）ｃ_ｉ，ｎおよびマトリクスＣ（Ｎ行およびＩ列を備えた）による全ての組合わせに対する組で表現される。送信機重みベクトル＿ｗによって生成されるアンテナ７６８〜７８０における推定された利得および位相はしたがってＣ＿ｗによって与えられる。重みベクトルはコードブックから次のようにして選択される。
【表４】

【００６５】
通信装置７０４のコントローラ７５２はこの方法を使用してマトリクスＣを、コードブックにおける第１の重みベクトルである、重みベクトル＿ｗ_０によって乗算することによりベクトル＿ｖを計算する。初期値ｔは＿ｗ_０から得られる前記ベクトル＿ｖから計算される。ｔのこの値は、送信機における重みベクトル＿ｗ_０および受信機における信号の最大比結合によって受信機において得られる信号の振幅の推定値を表わす。最大比結合（Ｍａｘｉｍｕｍ ｒａｔｉｏ ｃｏｍｂｉｎｉｎｇ）は複数のアンテナからの信号を組合わせるよく知られた技術である。ベクトル＿ｖはＣおよび重みの各ベクトル＿ｗ_ｋから得られる。コードブックからの各々の重みに対する推定された大きさｐはその重みベクトルに対し＿ｖおよび＿ｖのエルミート変換（Ｈｅｒｍｉｔｉａｎ ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）を乗算することによって計算される。コントローラ７５２においてこのようにして測定された最も高い値のｐに関連するインデクスｋが送信通信装置７０２に送り戻される。コントローラ７１４は可変利得増幅器７２０〜７２２および位相シフト回路７２４〜７２６を制御して送信されたインデクス番号に対応する重みを持つようにする。
【００６６】
コントローラ７５２はこのようにして受信機プロセッサ７９０の出力における性能を推定または評価する。受信機プロセッサ７９０の出力はアンテナアレイ７０８のアンテナ７６８〜７７０の組合わされた出力から得られる。この推定はまたコントローラ７５２によって決定される受信経路の重みに基づく。
【００６７】
上で述べたように、受信機に対して最大比結合器が使用される。最適結合（ｏｐｔｉｍｕｍ ｃｏｍｂｉｎｉｎｇ）のような他の最適化技術も特に妨害の影響を低減することが望ましい場合にはこれに代えて使用することができる。最適結合は知られた技術である。受信振幅または電力を最大にする代わりに、コントローラ７５２の比率は妨害プラスノイズに対する所望の信号の比率を最大にすることができる。
【００６８】
受信通信装置がイコライザ８２０を含む場合の実施形態につき説明する。これらの実施形態では、図１および図２に示されるように、単一のアンテナを含む受信通信装置および複数のアンテナを有する送信通信装置について説明が行なわれる。
【００６９】
これらの実施形態では、重みを決定するためにかつ受信経路におけるイコライザ８２０に対する設定を計算するために基準信号が使用される。受信通信装置に対してイコライザ８２０を設定する上で受信通信装置によって使用されるべき基準信号を送信することが知られている。現存のシステムでは、該基準信号は係数の設定を単純化するよう選択される。
【００７０】
しかしながら、発明者は送信装置がアンテナアレイを含みかつ受信装置がイコライザを含む場合には、送信される基準信号はアンテナアレイによって大きな利得を維持しながら基準信号に対する送信オーバヘッドを低減するよう選択できることを発見した。
【００７１】
本発明は、アレイにおける各アンテナに対し１つずつ、複数の基準信号を送信することを必要とする。通信装置１０１がベースステーションでありかつ通信装置１０２が無線電話である場合は、ベースステーションである通信装置１０１における資源の要求を心配することなく通信装置１０２の送信経路における重みを選択するために送信オーバヘッドを最小にする信号を使用することが都合がよい。ベースまたはベースステーションである通信装置１０１はイコライザ８２０の値を選択する上で困難な計算を行なうための充分な能力を有し、一方バッテリ寿命を延長するために通信装置１０２におけるエネルギ要求を最小にすることが有利である。
【００７２】
これに対し、通信装置１０１が移動ユニットでありかつ通信装置１０２がベースである場合は、通信装置１０１の要求を最小にすることが望ましい。送信要求はベースにとっては重大なことではなくそれはベースはバッテリ寿命を心配することなく信号を放送できるからである。より大きな心配事はその受信経路におけるイコライザ８２０に対する値を計算する間に携帯用通信装置の資源に関しての消耗である。したがって、もし通信装置１０１が携帯用通信装置であれば、基準信号はイコライザの設定の計算を簡単化することが望ましい。そのために、通信装置１０１または１０２の内のどれが無線電話ネットワークのような通信システムにおける携帯用装置であるかに応じて基準信号に対して異なる信号を使用することが考えられる。
【００７３】
もし通信装置１０１が無線電話であれば、イコライザの設定の計算を単純化する基準信号は、例えば、ＧＳＭのようなシステムにおいて使用される変調されたデータの一部である。図１２に基準信号が示されている。図１２に示されるように、該基準信号は時間的に充分な間隔をもって分離されてマルチパス遅延に対処できるようにしている。該基準信号の始めおよび終りはランプ期間（ａ ｐｅｒｉｏｄ ｏｆ ｒａｍｐｉｎｇ）によって特徴付けられ、したがって電力が瞬時的に変化しないよう構成されている。
【００７４】
オーバヘッドを最小にするため、前記基準信号は同期、イコライザ設定のため、および重みベクトル選択の双方のために使用される。さらに、オーバヘッドを低減するため、前記基準信号はＴＤＭＡシステム（例えば、ＴＥＴＲＡおよびＧＳＭ）において通常使用されるものと異なるように設計されかつ使用される。イコライザ設定とともに重みベクトル選択のために、コードブック手法が使用される。
【００７５】
イコライザ設定回路８０２を含むコントローラ回路８００が図８に示されている。このコントローラは通信装置７０２または７０４において、あるいは双方において使用でき、かつ前記通信装置の一方または双方がイコライザを有する場合に使用される。コントローラ回路８００はアンテナアレイを有する他の通信装置におけるアンテナ重みを計算するために受信信号を処理する基準信号プロセッサ回路８０４を含む。重みベクトル選択回路８０６は、表１または表２のような重みのインデクスである、コードブック８０８に格納された重みインデクスを使用する。重みベクトル選択はイコライザ設定回路８０２および２進フォーマットおよび符号化回路８１２に入力される。該２進フォーマットおよび符号化回路は他の通信装置への送信のための情報を出力する。
【００７６】
送信通信装置は図６に示されるように情報信号および基準信号の双方を送信する。基準信号は各アンテナから別個に送信される。フィードバック系における遅延の影響を最小にするため、前記基準信号は好ましくは情報パケットと隣接しないものとされる。さらに、受信通信装置がイコライザを有し、かつ該イコライザおよびアンテナアレイに対する送信経路重みが同じ基準信号を使用して設定される場合は、各アンテナに対する信号は周波数または符号で区別されるものに対して時間により分離されることが好ましい。
【００７７】
重みベクトルがイコライザの設定と独立に見い出されかつ次に受信機のイコライザ設定が該重みベクトルから決定される方法をまず説明する。この方法は基準信号が、通信装置１０１がベースステーションである場合にそうであるように、基準信号がオーバヘッドを最小にするために選択される場合に適用される。この方法は通信装置においてプリセットされた値を使用する。マトリクスＸが通信装置が製造されたとき、作動されたとき、あるいはそれが新しいシステムにおいて使用されている場合に該通信装置内に記憶される。前記マトリクスは次のように計算される。
【数１】

この場合、＿ｒは知られた基準信号波形の列ベクトルであり、かつＹ^ＨはＹのエルミート変換である。
【００７８】
前記基準信号プロセッサ回路８０４（図８）は基準信号の相関マトリクスＲを次のように計算しかつ記憶する。
【数２】

この場合＿ｓ_ｉはｉ番目のアンテナから受信された基準信号であり、かつ＿ｓ_ｉ ^Ｈはｉ番目のアンテナから受信された基準信号のエルミート変換である。
【００７９】
重みベクトル選択回路８０４は次に電力信号ｐを最大にするためにコードブック８０８におけるインデクスの各々に対し計算を行ない、この場合ｐは次のように表わされる。
【数３】

この場合、＿ｗは候補の重みベクトルを表わし、かつ＿ｗ^Ｈは候補の重みベクトルのエルミート変換を表わす。ｐの最大の値を生じる重みのインデクスがこのようにして選択される。選択された重みベクトルのインデクスは次に前記２進フォーマットおよび符号化回路８１２を介してハンドセットに送信される。
【００８０】
次に選択された重みベクトルから係数が計算される。例えば、最尤シーケンスエスティメイタ（Ｍａｘｉｍｕｍ Ｌｉｋｅｌｉｈｏｏｄ Ｓｅｑｕｅｎｃｅ Ｅｓｔｉｍａｔｏｒ：ＭＬＳＥ）イコライザにおいて、イコライザ係数が次のようにしてイコライザ設定回路８０２において得られた設定から発生される。始めに、基準信号が選択された重みによって全てのアンテナから同時に送信されれば受信されるであろう信号の推定値である、ベクトル＿ｖが次のようにして計算される。
【数４】

この場合、ｗ_ｉは選択された重みベクトルのｉ番目のエレメントである。イコライザ設定がそこから抽出されるチャネル推定値＿ｈが次のように計算される。
【数５】

この場合、＿ｍは送信通信装置におけるフィルタ（図示せず）の変調インパルス応答であり、かつ○の中に×を有する記号はコンボリューションを表わす。
【００８１】
このベクトル＿ｈは当業者に知られているように、イコライザ設定がその後に適切な方法で抽出されるシンボルタイミング同期のために使用されている。できるだけ多くの量を予め計算することにより複雑さが最小にされる。
【００８２】
ある情報パケットに対するイコライザ設定は該情報パケットに対する重みベクトルの選択と同時に見い出される。いくつかの状況では、フィードバック経路にかなりの遅延があるかもしれない。これは重みベクトル選択およびイコライザ設定の精度の双方に影響を与える。別の方法では、１つのパケットに対するイコライザ設定は次の情報パケットに対する重みベクトルを得るために使用される基準信号から検出される。これはイコライザ設定の確立の遅延を低減し、かつ重み選択およびイコライザ設定が独立である場合に可能である。
【００８３】
オーバヘッドを最小にする基準信号は上に示されたインバース（Ｙ^ＨＹ）^−１が充分に調整された（ｗｅｌｌ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｅｄ）ような特性を備えた変調データの一部である。図１２に示されるように、基準信号は充分な間隔をもって時間的に分離されマルチパス遅延を可能にする。基準信号の始めおよび終りはランプ期間によって特徴付けられ、したがって、今日のＴＤＭＡシステムのバーストの場合と同様の方法で、電力が瞬時に変化しないよう構成される。
【００８４】
他の実施形態では、前記重みベクトルはイコライザ設定と組合わせて検出される。この方法はまた、通信装置１０１がベースである場合に生じる傾向にあるオーバヘッドを最小にするために基準信号が選択される場合に適用される。この手法はイコライザの長さが該イコライザが全てのマルチパス伝搬を捕えることができないようなものである場合に望ましい。この手法は図９に示されるコントローラ回路９００のアーキテクチャを使用する。コントローラ回路９００はまたＭＬＳＥイコライザと共に使用できる。重みベクトル選択およびイコライザ設定回路９０２は次の量を使用する。
【数６】

この場合＿ｒは知られた基準信号波形の列ベクトルである。
【００８５】
これらの値は前に簡単に説明したように予め計算されかつコントローラ７５２に記憶される。他の知られたインパルスシーケンスは＿ｚであり、これは＿ｚがインパルス応答＿ｍ（累乗コサインフィルタ（ｒａｉｓｅｄ ｃｏｓｉｎｅ ｆｉｌｔｅｒ）のような）を有する変調フィルタ（通信装置１０２の送信経路における、図示しない、フィルタ）によってろ波される場合に、結果として得られる波形が＿ｒであるように規定される。コードブック８０８の値が使用される前に、以下の式が計算されかつ記憶される。
【数７】

この場合＿ｓ_ｉはｉ番目のアンテナから受信される基準信号である。
インデクス＝１、
最小＿エラー（ｍｉｎ＿ｅｒｒｏｒ）＝１，０００，０００．０
ｐ＿しきい値（ｐ＿ｔｈｒｅｓｈｏｌｄ）＝０．７のような０．０および１．０の間の数
また、この場合、＿ｃ_ｉはｉ番目の送信アンテナからの組合わされたフィルタおよびチャネル応答の成分を表わす係数のベクトルであり、＿ｍは送信経路フィルタ（図示せず）の変調インパルス応答であり、かつ○の中に×を含む記号はコンボリューションを表わす。最小エラーに対する初期値は大きくなるよう選択される。前記ｐ＿しきい値の値は行なわなければならない計算の数を制限するよう選択される。したがって、最も高い電力測定値を有する重みのみが考慮される。前記値０．７は上部３０％のみが考慮されることに対応する。発明者は、必ずしも最も強力な場合ではないが、信号が強い場合に最も少ないエラーが生じることを見い出した。前記重みの候補（ｗｅｉｇｈｔ ｃａｎｄｉｄａｔｅｓ）のより大きな、またはより少ない割合を考慮することも可能である。
【００８６】
Ｊの候補の重みベクトルに対するコードブック計算が次に以下のようにして行なわれる。
【表５】

【００８７】
イコライザ設定回路９０２は始めに電力を測定しかつ該電力が前記しきい値より上であるかを判定する。前記しきい値より上の電力測定に対し、前記重みベクトルに対して計算されたイコライザ設定を使用してエラーが計算される。ＭＬＳＥイコライザに対して、該「エラー」は各々の反復の場合に次のようにして計算される。
【数８】

この場合＿ｘは次のような構成要素または成分ｘ_ｉを備えたベクトルである。
【数９】

また、｜．｜はベクトルノルム（ｎｏｒｍ．）を表わし、＿ｈ′はシンボルタイミング同期プロセスの間に＿ｈから抽出される候補のイコライザ設定を表わし、該同期プロセスはすでに述べたようにイコライゼイションの技術に習熟したものには知られており、かつｗ_ｉ＊はｗ_ｉの複素共役である。このプロセスは、受信信号の電力を最大にする重みを検出することに対して、エラーを最小にする＿ｈおよび＿ｗの値を決定することにより品質レベルを最大にする。前記「エラー」はイコライザによって出力される信号の品質推定値（ｑｕａｌｉｔｙ ｅｓｔｉｍａｔｅ）である。
【００８８】
前記選択された重みベクトルのインデクスが次に２進フォーマットおよび符号化回路８１２によってハンドセットに送信するために処理される。前記イコライザ設定はイコライザ８２０における係数を設定するために使用される。
【００８９】
図１０は、４つの送信アンテナを備えた図８のシステムの性能を、２シンボル遅延拡散または広がりチャネルおよび歩行者の速度で、ＧＳＭ形システムに対するアレイのない場合と比較して示す。このグラフはビットエラー率（ＢＥＲ）対デシベル（ｄＢ）でのノイズ電力量に対するビットごとのエネルギの比率（Ｅｂ／Ｎｏ）を示す。カーブ１０００はアレイのないエラー保護コーディングのない性能であり、かつアレイを備えた対応する符号化なしの（ｕｎｃｏｄｅｄ）性能であるカーブ１００２と比較されるべきである。７ｄＢのオーダの利得が達成され、これは移動無線システム内で通話時間または容量の非常に大きな増大を可能にする。カーブ１００１はアレイのないエラー保護コーディングによる性能であり、かつアレイを備えた対応する符号化性能であるカーブ１００３と比較されるべきである。この場合も同様に７ｄＢのオーダの利得が達成される。基準信号および重み特定子（ｗｅｉｇｈｔ ｓｐｅｃｉｆｉｅｒｓ）の双方に関するオーバヘッドの節約は、コードブック、機構に対して、より伝統的な基準信号設計および重みベクトル量子化に対して２０％より大きい。
【００９０】
図１１は、アレイ設定およびイコライザ設定を独立に推定することが適切でない特定の場合における図９のコントローラ方法の性能を図８のものと比較して示す。カーブ１００５は図８の方法に対するエラー保護コーディングなしの性能を表わし、これは図９の方法に対する符号化なしの性能を表わすカーブ１００６と比較されるべきである。カーブ１００７は図８の方法に対するエラー保護コーディングを備えた性能を表わし図９の方法に対する符号化された性能を表わすカーブ１００８と比較されるべきである。この場合、図９の回路は良好な信号状態で性能上の利点を提供する。
【００９１】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、アンテナアレイに対する送信経路重みが送信経路の利得を改善するために調整されることがわかる。送信経路重みは受信通信装置と独立に設定できる。あるいは、受信通信装置は送信通信装置から受信された基準信号に基づき重みを選択できる。コードブックを使用して重みを選択するプロセスを容易に可能とすることができる。受信通信装置がイコライザを含む場合は、イコライザの設定および重みは同じ基準信号から計算でき、それによって送信オーバヘッドを最小にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】アンテナアレイを有する通信装置を含む通信システムを示すブロック回路図である。
【図２】図１と同様の、しかしながら図１の送信経路に対する送信経路重み回路をより詳細に示すブロック回路図である。
【図３】アンテナアレイを有する通信装置における送信経路利得を設定する方法を示すフローチャートである。
【図４】アンテナアレイを有する通信装置における送信経路利得を設定する方法を示すフローチャートである。
【図５】図４にしたがって動作する通信装置と通信している通信装置の動作方法を示すフローチャートである。
【図６】通信装置間で送信される信号説明図である。
【図７】アンテナアレイを有する２つの通信装置を含む通信システムを示すブロック回路図である。
【図８】受信経路にイコライザを有する通信装置において使用するためのコントローラを示す電気回路図である。
【図９】受信経路にイコライザを有する通信装置において使用するための別のコントローラを示す電気回路図である。
【図１０】ＧＳＭ形式のシステムに対しアレイのない場合と比較して４つの送信アンテナを備えた図８のシステムの性能を示すグラフである。
【図１１】図８のものと比較して図９のコントローラの方法の性能を示すグラフである。
【図１２】イコライザが受信経路において使用される場合の基準信号を示す信号説明図である。
【符号の説明】
１００ 通信システム
１０１，１０２ 通信装置
１０８，１０６，１１０，１１２ アンテナ
１１３ デュプレクス回路
１１６ 送信機
１１８ 受信機
１２０ コントローラ
１２２ 送信機
１２４ 受信機
１２６ コントローラ
１３１，１３３，１３５ 送信経路重み回路
１５０，１５２，１５４ 受信経路重み経路
１６０ メモリ
２３０，２３２，２３４ 位相シフト回路
２３６，２３８，２４０ 可変利得増幅器
２５０，２５２，２５４ スイッチ

Claims (29)

1. 第１の通信装置から第２の通信装置への第２の送信経路のための、第１の通信装置における重みの発生方法であって、前記第１の通信装置はまた複数のアンテナを有するアンテナアレイを含む第１の送信経路を含み、前記方法は、
   前記第１の通信装置において所定の重みを記憶する段階であって、該重み情報は前記アンテナアレイの少なくとも１つの前記アンテナに関連するインデクス番号に対応する、段階、
   前記アンテナアレイのアンテナの内の少なくとも１つを介して送信された基準信号を前記第２の通信装置において受信する段階、
   前記第２の通信装置において、前記第１の通信装置の前記アンテナアレイの前記少なくとも１つのアンテナから第１の送信経路において受信された前記基準信号に対する、少なくとも１つの重みおよび該重みに対する対応するインデクス番号を計算する段階、
   前記計算された少なくとも１つの重みの前記対応するインデクスを前記第２の通信装置から前記第１の通信装置に送信する段階、そして
   前記記憶された所定の重みからのインデクスに対応する重みを選択するために前記第１の通信装置に前記インデクスを使用させることにより、前記第１の通信装置によって前記第２の通信装置において計算された前記少なくとも１つの重みのインデクスに従って前記第２の送信経路を変える段階、
   を具備する重みの発生方法。
2. 前記計算する段階は前記第２の通信装置において受信された前記基準信号の振幅および位相の複素共役を計算する段階を含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 前記計算する段階は前記所定の重みから前記少なくとも１つの重みを選択する段階を含み、前記選択される少なくとも１つの重みは前記複素共役に最も近い重みであることを特徴とする請求項２に記載の方法。
4. 前記所定の重みは前記アンテナアレイに対して前に計算されかつ記憶された重みに基づき選択されることを特徴とする請求項３に記載の方法。
5. 前記選択する段階は前記第１の通信装置におけるアンテナアレイの組合わされた出力において送信性能を推定する段階を含むことを特徴とする請求項３または４に記載の方法。
6. 前記少なくとも１つの重みは前記第１の通信装置の受信機において決定されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
7. 前記１組の重みにおけるインデクスは記憶されたエラー保護コーディングを含み、かつ前記送信する段階はエラー保護コーディングされたインデクスを送信する段階を含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
8. 前記第２の通信装置からの前記重み情報は位相情報を含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
9. 前記第２の通信装置からの前記重み情報は振幅情報を含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
10. 前記計算する段階は前記第２の通信装置に記憶された１組の所定の重みから前記複素共役に最も近い少なくとも１つの重みを選択する段階を含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
11. 前記基準信号は前記アンテナの各々を介して個々に送信されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
12. 前記基準信号は前記アンテナアレイの各アンテナを通して送信され、かつ前記アンテナの各々に対する基準信号は区別可能であることを特徴とする請求項１に記載の方法。
13. 前記アンテナの各々に対する基準信号はそれらの周波数によって区別可能であることを特徴とする請求項１２に記載の方法。
14. 前記アンテナの各々に対する基準信号は時間によって区別可能であり、前記基準信号は異なる時間にそれぞれのアンテナに入力されることを特徴とする請求項１２に記載の方法。
15. 前記所定の重みが前記第１の通信装置から前記第２の通信装置に転送されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
16. さらに前の重みを決定する段階を含みかつ前記計算する段階は前記所定の重みにおける重みの部分集合から選択を行ない、該重みの部分集合は前記前の重みにおける重みから決定されることを特徴とする請求項１５に記載の方法。
17. 前記計算する段階は前記第１の通信装置においてアンテナアレイの組合わされた出力における送信性能を推定する段階を含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
18. さらに、前記第１の通信装置の受信機において少なくとも１つの重みを決定する段階を含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
19. 通信装置であって、
    送信機、
    複数のアンテナ、
    前記アンテナの各々と前記送信機との間に接続された重み回路、そして
    前記重み回路に結合されたコントローラであって、該コントローラは前記アンテナの少なくとも１つを介して基準信号を送信するよう前記送信機を制御しかつ第２の通信装置から受信された重み情報にしたがって前記アンテナの少なくとも１つに関連する重みを調整するよう前記重み回路の内の少なくとも１つを制御することによって、前記重み回路を含む送信経路が前記少なくとも１つのアンテナを通して送信された基準信号にしたがって変えることができるようにするもの、そして
    所定の重みを記憶するためのメモリであって、前記重み情報は前記少なくとも１つのアンテナに関連する重みに関連するインデクス番号を含み、かつ前記コントローラは前記インデクス番号に応じて前記重み回路の少なくとも１つを制御するもの、
    を具備することを特徴とする通信装置。
20. 前記重み情報は位相情報を含み、前記コントローラは前記重み情報に含まれる位相情報にしたがって前記重み回路の少なくとも１つを制御するよう動作可能であることを特徴とする請求項１９に記載の通信装置。
21. 前記重み情報は振幅情報を含み、前記コントローラは前記重み情報に含まれる振幅情報にしたがって前記重み回路の少なくとも１つを制御するよう動作可能であることを特徴とする請求項１９に記載の通信装置。
22. さらに、
    送信通信装置における複数のアンテナの各々を介して送信された基準信号を受信する受信機、
    各々のアンテナから受信された前記基準信号から前記送信通信装置の送信経路に対する少なくとも１つの重みおよび対応するインデクス番号を計算するための回路、そして
    前記送信通信装置に対し前記計算された少なくとも１つの重みの対応するインデクス番号を送信するための送信機、
    を備えた受信通信装置、を具備することを特徴とする請求項１９に記載の通信装置。
23. 前記受信機はコードブックを格納するメモリを含み、該コードブックは前記送信通信装置の送信経路に対するコードブック重みを含むことを特徴とする請求項２２に記載の通信装置。
24. 前記コードブックはエラー訂正コーディングを含むコードブックインデクスに関連したコードブック重みを含むことを特徴とする請求項２３に記載の通信装置。
25. 前記メモリは前の選択の重みを記憶するよう動作可能であり、かつ前記回路は前記コードブックおよび前記前の重みを使用して前記少なくとも１つの重みを計算するよう動作可能であることを特徴とする請求項２３に記載の通信装置。
26. 前記計算するための回路は前記送信経路におけるピーク電力が制限されるよう前記重みを選択するよう動作可能であることを特徴とする請求項２３または２４に記載の通信装置。
27. 前記計算するための回路は前記コードブックが送信通信装置におけるコードブックと同じであるかを調べるため前記コードブックを検査するよう動作可能であることを特徴とする請求項２４に記載の通信装置。
28. 前記計算するための回路は前記コードブックを前記受信通信装置から前記送信通信装置に送信するか、あるいは送信通信装置からコードブックを受信することにより前記コードブックを検査するよう動作可能であることを特徴とする請求項２７に記載の通信装置。
29. 前記計算するための回路は重みおよび位相値を受信された基準信号からおよび前記受信通信装置における基準信号の写しから計算された情報から計算することを特徴とする請求項２２に記載の通信装置。

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