JP5140090B2 - 複数の同時送信機が受信機における信号分離をサポートするための波動伝送パターン - Google Patents

Description

本発明は、信号処理の分野に関し、より詳細には、信号分離技法を使用してソース信号の混合から所望のソース信号を分離することに関する。

ソース信号分離は、複合信号からソース信号を回復することを伴い、複合信号はソース信号の混合を含む。ソース信号分離は、例えば、ブラインド信号分離（ＢＳＳ）を含む。多くの場合、分離は、信号、信号の送信源、および伝搬チャネルが信号に及ぼす影響に関する限られた情報で実行されるので、「ブラインド」である。

１つの例は、パーティで人が室内のあらゆる音声の組合せから単一の音声を分離することができるという場合の、よく知られている「カクテルパーティ」効果である。ブラインド信号源分離は特に、携帯電話およびパーソナル無線通信装置に適用することができるが、そこでは多くの周波数帯域が、往々にして同一のスペクトルに共存するおびただしい数の無線周波数エミッタが散乱した状態になっている。同一チャネルエミッタの問題は、ブルートゥースおよびその他のパーソナルエリアネットワークなど、低電力の無認可の無線技術の開発と共に、長年悪化の一途をたどるものと予想される。

３つの一般に使用されるブラインド信号分離技法は、主成分分析（ＰＣＡ）、独立成分分析（ＩＣＡ）、および特異値分解（ＳＶＤ）である。ＰＣＡは、ソース信号の１次および２次モーメント統計を伴い、ソース信号の信号対雑音比が高い場合に使用される。それ以外の場合、ソース信号の３次および４次モーメント統計が後に続くＰＣＡ処理を伴うＩＣＡが使用される。代替として、それらの固有値に基づいてソース信号の混合からソース信号を分離するために、ＳＶＤを使用することができる。

適用されるブラインド信号分離技法には関わりなく、様々な信号源からソース信号の様々な混合を受信するために複数のセンサーが使用される。各センサーは、ソース信号の混合を出力するが、これはソース信号の固有の和である。一般に、チャネル係数および原ソース信号はいずれも、受信機には不明である。信号の固有の和は、混合行列を取り込むために使用される。次いで、適切なブラインド信号分離技法は、ソース信号の混合から所望のソース信号を分離するために混合行列に適用される。

一例として、ＩＣＡを使用してソース信号の混合から独立ソース信号を分離する方法が開示されている（特許文献１参照）。複数のセンサーはソース信号の混合を受信し、プロセッサは、時間の経過に伴いソース信号の混合のサンプルを取り、データセットを作成するためのデータベクトルとして各サンプルを格納する。各センサーは、ソース信号の混合を出力するが、これはソース信号の固有の和である。ＩＣＡモジュールは、データベクトルの独立成分分析を実行して、ソース信号の混合内のその他の信号から独立ソース信号を分離する。

センサーは相互に空間的に分離され、プロセッサは、データセットを作成するためにそれぞれセンサーごとに１つのデータベクトルのみを生成する。また、データセットを取り込むために、センサーの数Ｎが信号源の数Ｍと等しいかまたはＭよりも大きい、つまりＮ≧Ｍであることも開示されている（例えば、特許文献１参照）。そのような実施態様の問題は、信号源の数Ｍが増大するにつれ、センサーの数Ｎも増大することである。小型のポータブル通信装置には、多数のセンサーＮに使用可能な容積はほんのわずかしかなく、センサーを通信装置の外部に取り付けることは、ユーザにとって問題である。

ブラインド信号分離を使用して信号を分離するもう１つの方法が開示されている（特許文献２参照）。開示されているブラインド信号分離技法は、干渉エミッタおよびガウス雑音によって平均２乗誤差を最小にするハイブリッド型行列−束（matrix-pencil）適応アレイ重みで混合行列を形成する。ハイブリッド重みは、信号対干渉雑音比を最大にする。特許文献１の場合のように、センサーはまた相互に空間的に分離され、混合行列を取り込むために、センサーの数Ｎは信号源の数Ｍと等しいかまたはＭよりも大きい。さらに、各センサーは、結果としてポータブル通信装置により大きい容積領域をもたらす混合行列への単一入力を提供する。

このように、混合行列の階数は、実際に分離することができる信号の数を決定する。階数が大きくなれば、それに応じて、分離できる信号の数は多くなる。一部の測定可能な特徴でマルチパス信号が独立している限り、マルチパス信号は混合行列を取り込むために使用することができるという点において有利である。マルチパスは、単一のデータ伝送が、意図された受信機への異なるパスを各々取る複数のバージョンに分割させられるような障害に遭遇したときに生じる。

しかし、マルチパス信号内のシンボルは、意図された受信機に到達したとき、その他の受信されたシンボルを取り消すかまたは干渉できるように、タイムシフトされる場合もある。代替として、マルチパスは、信号源と意図された受信機との間に存在しない場合もある。結果として、これらの場合の両方の意図された受信機によって受信された１次独立（linearly independent）の信号和の数は、信号分離のために混合行列を取り込むには十分ではないこともある。

米国特許第６，７９９，１７０号明細書 米国特許第６，９３１，３６２号明細書 米国特許出願第１１／０６５７５２号明細書 米国特許第６，４７３，０３６号明細書

それゆえに、前述の背景技術に照らして、意図された受信機が信号分離処理に十分な階数のサイズまで混合行列を取り込むことができるように、１次独立信号和を生成することは、本発明の目的である。

本発明による様々な目的、特徴、および利点は、同時に伝送している少なくともＪ個の移動体無線通信装置を備える通信システムによって提供される（ただし、Ｊ≧２）。各移動体無線通信装置は、複数のシンボルを備えるそれぞれの文字セットによって定義されたソース信号を伝送する。それぞれの文字セット内のシンボルのうちの少なくとも１つは、少なくともＪ個の移動体無線通信装置から伝送されたソース信号が少なくともＬ₁からＬ_jの１次独立電力レベル時間周期で出現するように（ただし、少なくとも１つはＬ_j＞１として、Ｌ_j≧１、）、異なる電力レベルで伝送される。

このようにして、本明細書において使用されるように「波動（undulation）」という用語は、対称性の度合いを呈示することもしないこともある、様々なゲインによる伝送パターン輪郭を示す。これは、伝送されたソース信号がＬ個の１次独立電力レベル時間周期で出現するように、異なる電力レベルで伝送されている文字セット内のシンボルの少なくとも１つによって達成される。

固定の通信装置は、Ｍ個の信号源によって提供されるソース信号を分離することができる（ただし、Ｍ≧２）。Ｊ個の移動体無線通信装置は、最大（Ｌ₁＊．．．＊Ｌ_J）の１次独立電力レベル時間周期を含むＭ個のソース信号のうちのＪ個を提供することができる。固定の通信装置は、Ｍ個のソース信号のうちの少なくともＮ個の異なる和信号を受信するためのＮ個のアンテナ素子を備えるアンテナアレイを備えることができる（ただし、Ｎ≧１）。受信機は、Ｍ個のソース信号のうちの少なくともＮ個の異なる和信号を受信するためにアンテナアレイに結合することができる。

信号分離プロセッサは、Ｍ個のソース信号のうちの少なくともＮ個の異なる和信号を備える混合行列を形成するために受信機に結合することができる。混合行列は、少なくとも（Ｌ₁＊．．．＊Ｌ_J）までと等しい階数を有することができる。信号分離プロセッサは、混合行列から所望のソース信号を分離する。

各移動体無線通信装置が単一のソース信号からＬ個の１次独立電力レベル時間周期を生成した結果として、固定の通信装置で受信される複数の信号和の対応する数が信号分離のための混合行列を取り込むために使用されうるように、信号の複数の電力レベルバージョンが作成される。

移動体無線通信装置は、ソース信号を伝送するために時間整合スロットを使用することができる。各移動体無線通信装置は、時間整合スロットと一致するように各自のタイミングを設定するための内部クロックを備えることができる。代替として、固定の通信装置は、移動体無線通信装置が時間整合スロットと一致するように各自のタイミングを設定することができるように、同期信号を伝送するための送信機を備えることができる。

１次独立電力レベル時間周期を作成する際、文字セット内の各シンボルの振幅は一定であってもよく、シンボルのうちの少なくとも２つは異なる電力レベルで伝送される。

通信システムがセルラーネットワークとして構成されるように、固定の通信装置は基地局の一部をなすことができる。

通信システムは、少なくとも１つの固定の送信機に関連付けられている少なくとも１つの固定の受信機をさらに備えることができ、無線通信装置は、異なる電力レベルで文字セット内の少なくとも１つのシンボルを伝送する際に少なくとも１つの固定の受信機を介してフィードバックを少なくとも１つの固定の送信機に提供するための移動体送信機をさらに備えることができる。フィードバックは、電力レベルの調整を備えることができ、文字セット内のシンボルのシーケンスは異なる電力レベルで伝送される。

信号分離プロセッサは、ブラインド信号分離プロセッサを備えることができ、主成分分析（ＰＣＡ）、独立成分分析（ＩＣＡ）、および特異値分解（ＳＶＤ）のうちの少なくとも１つに基づいて、混合行列から所望のソース信号を分離することができる。代替として、信号分離プロセッサは、知識ベース処理信号抽出プロセスに基づいて、混合行列から所望のソース信号を分離することができる。

受信機におけるアンテナアレイは、様々なアンテナ構成で構成することができる。アンテナ素子は、相関および／または無相関のアンテナ素子を備えることができ、各素子は単一の入力を混合行列に提供する。代替として、アンテナ素子の一部は、混合行列を取り込むために異なる偏波を有することができる。

ソース信号の追加または置換の和信号が収集されて混合行列をさらに取り込むように、アンテナ構成の機能強化を行うことができる。ソース信号の追加の和信号を受信するためにアンテナパターンの仰角が変更される配列偏向を使用することができる。

パス選択は、混合行列Ａを取り込むために使用されるソース信号のすべての和信号が適切な相関（１次および２次モーメント）および／または統計的に（３次および４次モーメント）独立した値を有するように実行することができる。言い換えれば、ソース信号の新しい和信号を受信して、適切な方法で相関および／または統計的に独立ではない和信号を置換するために、入射信号は選択的に選ばれる。

信号分割は、混合行列をさらに取り込むために実行することができる。様々な和信号は、拡散符号を使用して分割することができる。和信号がｋ個の拡散符号を有する場合、その特定の和信号は、そこに関連付けられているｋ個の和信号を提供するように処理することができる。異なる和信号はまた、混合行列をさらに取り込むために、同相（Ｉ）および直交（Ｑ）成分に分割することができる。したがって、Ｉ成分およびＱ成分は、混合行列に対して２の乗数としての役割を果たす。

本発明のもう１つの態様は、上記で定義されているような通信システムを操作する方法を対象としている。

本発明による通信装置がそれぞれ各自の信号ソースから所望および不要の信号を受信する標準的な動作シナリオを示すブロック図である。 図１に示される通信装置を示すさらに詳細なブロック図である。 本発明による混合行列に対してソース信号の１次独立和信号を作成するための様々な手法を示すロードマップである。 本発明による切り替えビームアンテナとして構成されたアンテナアレイを示すブロック図である。 本発明によるフェーズドアレイとして構成されたアンテナアレイを示すブロック図である。 本発明による偏波アンテナ素子で構成されたアンテナアレイを示すブロック図である。 本発明による３偏波の使用を示す３次元グラフである。 本発明によるブラインド信号分離処理のための信号の異なる和信号を提供する相関および無相関のアンテナ素子を備えるアンテナアレイを有する通信装置を示すブロック図である。 本発明によるブラインド信号分離処理のための信号の異なる和信号を提供する配列偏向に基づいて動作する通信装置を示すブロック図である。 本発明によるアンテナパターンの仰角を選択的に変更するための仰角コントローラを有する切り替えビームアンテナを示すブロック図である。 図９に示される仰角コントローラに応答して方位角方向、次いで仰角方向に回転するアンテナパターンを示すアンテナのグラフである。 本発明によるアンテナパターンを仰角方向に回転するために基平面に形成されたＲＦチョークを有するアンテナ素子を示すブロック図である。 本発明によるブラインド信号分離処理のための信号の異なる和信号を提供するパス選択に基づいて動作する通信装置を示すブロック図である。 本発明によるブラインド信号分離処理のための信号の追加の和信号を提供する拡散符号に基づいて動作する通信装置を示すブロック図である。 本発明によるブラインド信号分離処理のための信号の追加の和信号を提供する同相および直交信号成分に基づいて動作する通信装置を示すブロック図である。 図１５に示されるアンテナ素子に接続された同相および直交モジュールを示すさらに詳細なブロック図である。 本発明による波動伝送パターンを受信する受信機を示す図である。 本発明による拡大縮小されるが回転されない波動伝送パターンを受信する受信機を示す図である。 本発明による拡大縮小されて回転される波動伝送パターン、および拡大縮小されずに回転される波動伝送パターンを受信する受信機を示す図である。 本発明による１次独立電力レベル時間周期がインフラストラクチャサイトにおいて固定の伝送ポイントから受信機によって受信される通信システムを示す図である。 受信機に既知のタイミングシーケンスで波動されている図２０に示される伝送パターン輪郭を示すグラフである。 本発明による同じアクセスポイントに伝送している複数の送信機をサポートするために波動パターンが使用される通信システムを示すブロック図である。 本発明によるシンボル周期が１２の変動（つまり、１２のチップ）を有するが、変更されるパラメータは４つの連続するチップにわたり一定に保持されるタイムラインを示す図である。

本発明は、これ以降、本発明の好ましい実施形態が示される添付の図面を参照して、さらに詳細に説明される。しかし、本発明は、多くの様々な形態で具現することができ、本明細書に示される実施形態に限定されるものと解釈すべきではない。むしろ、これらの実施形態は、本開示が詳細かつ完璧なものとなるよう、また当業者に本発明の範囲を完全に伝達できるようにするために提供される。全体を通じて同種の番号は類似する要素を示し、代替の実施形態において類似する要素を指示するためにプライム符号表記が使用される。

通信ネットワークにおいては、特定の通信装置に向けられたソース信号があり、同じ周波数帯域内で動作するその他の通信装置に向けられるソース信号がある。ソース信号が、意図された受信機への異なるパスを各々取る複数のバージョンに分割させられるような障害に遭遇したとき、マルチパスは生じる。通信には使用されないが、通信装置によって受信される信号を生成する雑音源もある。

対象となるソース信号の復号化を容易にするため、ブラインド信号分離が使用され、通信装置によって受信された信号を分離する。前述のように、「ブラインド（blind）」という用語は、理想的な場合に、信号の特性に関する知識または信号と通信チャネル間の対話により生じる変形に関する知識がなくても信号は分離することができるという事実を示す。実際的な実施態様において、多くの場合、使用可能な任意の知識が活用される。この場合には、信号分離は半ブラインドである。

ブラインド信号分離に該当する３つの一般に使用される技法は、主成分分析（ＰＣＡ）、独立成分分析（ＩＣＡ）、および特異値分解（ＳＶＤ）である。信号が何らかの測定可能な特性で独立している限り、そしてそれらの信号の和が相互に１次独立である場合、これらのブラインド信号分離技法のうちの１つまたは複数を使用して、独立または所望のソース信号をソース信号の混合から分離することができる。測定可能な特性は、多くの場合、信号の１次、２次、３次、または４次モーメントの一部の組合せである。

ＰＣＡは、信号を白色化し、１次および２次モーメントを使用して、相関特性に基づいてデータセットを回転させる。ソース信号の信号対雑音比が高い場合、信号分離プロセスはＰＣＡにより停止することができる。

ソース信号の信号対雑音比が低い場合、ＩＣＡは、ソース信号の３次および４次モーメントを伴う統計的属性に基づいてソース信号を分離する。ソース信号がガウス形であり、それらの３次および４次モーメントが１次および２次モーメントに依存し、ＩＣＡが１つのガウス信号を分離することができる場合、ＩＣＡおよびＰＣＡの代替として、ＳＶＤは、それらの固有値に基づいてソース信号の混合からソース信号を分離する。

ブラインド信号分離処理の代替として、信号分離処理は、知識ベースの処理信号抽出プロセスに基づくことができる。知識ベースの信号分離プロセスは、例えば、ゼロフォーシング（ＺＦ；zero forcing）プロセスおよび最小平均２乗誤差（ＭＭＳＥ）推定プロセスのうちの少なくとも１つに基づいて、混合行列から所望のソース信号を分離する。

標準的なシナリオは図１に示され、ここでは複数の信号源２０がソース信号２２を伝送する。ソース信号２２は、それぞれ各自の信号源２０に関連付けられている生成アンテナビーム２４に基づく方向に伝送される。複数の信号源２０は、第１の信号源２０（１）からＭ番目の信号源２０（Ｍ）を含む。同様に、それぞれのソース信号は２２（１）〜２２（Ｍ）と示され、対応するアンテナビームは２４（１）〜２４（Ｍ）と示される。より単純な実施態様は、全方向性アンテナパターンまたは指向性アンテナパターンの形態で通信ネットワークに使用されることが多い。

通信装置３０のアンテナアレイ３２は、信号源２０からソース信号２２の１次結合（混合）を受信する。ソース信号２２が２つ以上のパスによりアンテナアレイ３２に到達する場合、ソース信号はマルチパス信号として認識されるようになる。マルチパスの原因は、大気のダクティング（ducting）、電離層の反射および屈折、ならびに山や建物など地上の物体からの反射および屈折を含む。

アンテナアレイ３２は、複数のアンテナ素子３４を備え、各アンテナ素子は信号源２０からソース信号２２の少なくとも１つの１次結合（混合）を提供する。アンテナ素子３４は、第１のアンテナ素子３４（１）からＮ番目のアンテナ素子３４（Ｎ）を含む。

受信されたソース信号２２（１）〜２２（Ｍ）は最初に、混合行列３６に形成される。通信装置３０は、ブラインド信号分離技法を使用して、混合行列内のソース信号を分離するために分離行列３８を決定する。分離された信号は、参照番号３９によって表される。

通信装置３０は、受信したソース信号の総和または複合をそれらの特性に関する知識を伴わずにサンプリングすることにより、アンテナアレイ３２によって受信されたソース信号の混合を一緒に抽出する。各アンテナ素子３４の出力は、チャネル、つまり信号源２０の出力とアンテナ素子３４の出力との間の伝播パスのインパルス応答で畳み込まれた後のソース信号２２および付加ガウス雑音の和信号としてモデル化される。

これ以降、Ｍ個の信号源２０（１）〜２０（Ｍ）によって提供されたソース信号を分離するための通信装置３０について、図２を参照してさらに詳細に説明する。アンテナアレイ３４は、Ｍ個のソース信号の少なくともＮ個までの異なる和信号を受信するためのＮ個のアンテナ素子３４（１）〜３４（Ｎ）を含む（ただし、ＮおよびＭは１よりも大きい）。アンテナアレイ３２は、いかなる特定の構成にも限定されることはない。アンテナアレイ３２は、１つまたは複数のアンテナ素子３４を含むことができる。アンテナ素子３４は、例えば、以下で詳細に説明するように、アンテナアレイ３２がフェーズドアレイまたは交換ビームアンテナを形成するように構成することができる。

送受信機４０は、Ｍ個のソース信号２２の少なくともＮ個までの異なる和信号を受信するためにアンテナアレイ３２の下流に接続される。プロセッサ４２は、送受信機４０の下流にある。たとえプロセッサ４２が送受信機４０とは別に示されている場合であっても、プロセッサはまた送受信機内に含めることができる。送受信機４０によって受信されたＭ個のソース信号２２の異なる和信号は、混合行列３６を取り込むために使用される。次いで、混合行列３６は、プロセッサ４２内の１つまたは複数のブラインド信号分離処理モジュール４４、４６、および４８によって処理される。

ブラインド信号分離処理モジュールは、ＰＣＡモジュール４４、ＩＣＡモジュール４６、およびＳＶＤモジュール４８を含む。これらのモジュール４４、４６、および４８は、ブラインド信号分離プロセッサ４９の一部として構成することができる。ＰＣＡモジュール４４は、受信したソース信号の異なる和信号の１次および２次モーメントに基づいて動作するが、ＩＣＡモジュール４６は同じ信号の３次および４次モーメントに基づいて動作する。ＳＶＤモジュール４８は、受信したソース信号の様々な和信号の固有値に基づいて信号分離を実行する。

ＰＣＡモジュール４４によって最初に実行された相関処理は、ソース信号の異なる和信号の初期分離行列３８（１）を決定し、次いで、ＩＣＡモジュール４６は、混合行列３６のソース信号を分離するための拡張分離行列３８（２）を決定する。信号がＳＶＤモジュール４８によって分離される場合、分離行列３８（３）もまた、混合行列３６の受信ソース信号の異なる和信号を分離するために決定される。

それぞれ各分離行列３８（１）〜３８（３）から、分離された信号は参照番号３９によって表される。次いで、分離された信号３９は、対象となる信号およびインターフェアラである信号を決定するために、信号分析モジュール５０による信号分析を受ける。アプリケーション依存の処理モジュール５２は、信号分析モジュール５０からの信号出力を処理する。

どの信号が対象となるかに関する決定は、必ずしも最終信号が復号化されることを伴うわけではない。例えば、アプリケーションは、インターフェアラを識別し、それらを受信ソース信号の異なる和信号から差し引いて、縮小した信号を波形復号器に供給するよう要求することができる。この場合、対象となる信号は、最終的には拒否されることになる信号である。

ＰＣＡモジュール４４に供給される情報は、信号の固有の和ｘ_jである。Ｍ個の独立成分のＮ個の１次混合ｘ₁、．．．、ｘ_Nが観察されるものと仮定する。
ｘ₁（ｔ）＝ａ₁₁ｓ₁（ｔ）＋．．．ａ_1kｓ_k（ｔ）＋．．．ａ_1Mｓ_M（ｔ）
ｘ_j（ｔ）＝ａ_j1ｓ₁（ｔ）＋．．．ａ_jkｓ_k（ｔ）＋．．．ａ_jMｓ_M（ｔ）
ｘ_N（ｔ）＝ａ_N1ｓ₁（ｔ）＋．．．ａ_Nkｓ_k（ｔ）＋．．．ａ_NMｓ_M（ｔ）

一般に、チャネル係数ａ_jkおよび原信号ｓ_kはいずれも、送受信機４０には不明である。行列表記において、上記の式のセットは簡潔に、ｘ＝Ａｓとすることができる（ただし、Ａは混合行列）。統計モデルｘ＝Ａｓはまた、ＩＣＡモデルとして認識される。従来の技法では、チャネルの反転ｓ＝Ａ^-1ｘを見いだそうと試みる。

ＩＣＡモジュール４６は、分離行列Ｗを決定し、ｙ＝Ｗ（Ａｓ）＝Ｗｘである。ベクトルｙは、拡大縮小変更による不明の次数のｓのサブセットである。すべての信号が分離可能ではない場合、さらに一般的な形態はｙ＝Ｗ（Ａｓ）＋Ｗｎ＝Ｗｘ＋Ｗｎとなり、ここで追加のｎ項は未確認の信号源による残余雑音である。

ＩＣＡモデルは生成モデルである、つまり成分ｓ_kを混合するプロセスによって観察データがどのように生成されるかをモデルが説明することを意味する。独立成分は潜在変数である、つまり、直接には観察できないことを意味する。また、混合行列Ａは不明であると仮定される。観察されるのは乱数ベクトルｘだけであり、Ａおよびｓはｘに基づいて推定されるものとする。

ＩＣＡの開始点は、成分ｓ_kが統計的に独立であるという仮定である。さらに、独立成分ｓ_kが多くともガウス分布によるものを１つ有すると仮定する。ガウス分布の制限を伴う１つの信号は、ガウス信号の３次モーメントが０であり、４次モーメントはガウス信号間で区別がつかないという事実によるものである。

簡単にするため、不明の混合行列Ａは平方行列であると仮定する。したがって、独立成分の数は、観察される混合の数と等しい。しかし、この仮定は、場合によっては緩和されてもよい。信号ｓ_kが一部の測定可能な特性において統計的に独立である限り、分離行列Ｗは決定することができる。

混合行列Ａの階数は、実際に分離することができる信号の数を決定する。例えば、４の階数を持つ混合行列とは、４つのソース信号を分離できることを意味している。理想的には、混合行列Ａの階数は、少なくとも信号源の数Ｍと等しい必要がある。階数が大きくなれば、それに応じて、分離できる信号の数は多くなる。信号源の数Ｍが増大するにつれ、必要とされるアンテナ素子の数Ｎも増大する。背景技術の節において説明した特許文献１および特許文献２はいずれも、アンテナ素子の数Ｎが信号源の数Ｍと等しいかまたはそれよりも大きい、つまりＮ≧Ｍであり、それ以外の場合、信号を分離するためにブラインド信号分離以外の技法が使用されることを開示している。

信号の１次独立の和を作成するための業界標準は、Ｎ個の無相関のセンサー、つまり相互に少なくとも１波長だけ間隔をあけてあるセンサーを使用することである。波長は、通信装置３０の動作周波数に基づく。Ｎ個のセンサーは空間において無相関であるが、偏波および角度において相関している。Ｎ個の無相関のセンサーは、Ｎ個の１次独立信号の和を提供するが、各センサーは混合行列Ａへの単一のエントリを提供する。

混合行列Ａに対してソース信号の１次独立和信号を作成するための様々な手法を示すロードマップまたは概要について、最初に図３を参照して説明する。簡単な導入部の後、それぞれの手法について以下でさらに詳細に説明する。

ロードマップの第１のセクションでは、意図された受信機が信号分離処理に十分な階数のサイズまで混合行列を取り込むことができるよう、１次独立信号和を生成するために通信リンクの送信機側で行うことができる機能拡張を扱う。ブロック９０は、移動体通信装置を示し、ブロック９２は、インフラストラクチャサイトにおける送信機を示す。これらのブロックはいずれもＲＦチャネル（ブロック９４）に流れており、そしてこれがＲＦ信号をロードマップの次のセクション、つまりアンテナ受信機構成に提供する。

ロードマップの第２のセクションにおいて、ブロック１００は、無相関のセンサーを示し、各センサーは単一の入力を混合行列Ａに提供する。ブロック１０２は、相関のアンテナアレイを示し、その列は、混合行列Ａに取り込むように複数の入力を提供する。ブロック１０４はまた、アンテナアレイを示し、アンテナ素子の一部は相関し、アンテナ素子は混合行列Ａを取り込むために異なる偏波を有する。ブロック１００、１０２、および１０４によって扱われるセンサーおよびアンテナアレイの様々な組合せは、ブロック１０６で結合されて、ブロック１１６でさらに混合行列を取り込むことができる。

ロードマップの第３のセクションでは、第２のセクションで提供されたアンテナ受信機の構成への機能強化を扱う。機能強化は、ソース信号の追加または置換の和信号が収集されて混合行列Ａをさらに取り込むように行うことができる。ブロック１０８は、ソース信号の追加の和信号を受信するためにアンテナパターンの仰角が変更される配列偏向を伴う。ブロック１０６における組合せはいずれも、配列偏向（array deflection）のブロック１０８において使用することができる。

ブロック１１０において、パス選択は、混合行列Ａを取り込むために使用されるソース信号のすべての和信号が相関（１次および２次モーメント）および／または統計的に（３次および４次モーメント）独立するように実行される。言い換えれば、ソース信号の新しい和信号を受信して、相関および／または統計的に独立ではない和信号を置換するために、入射信号は選択的に選ばれる。ブロック１１０は、ブロック１０６および１０８における組合せのいずれかによって供給することができる。ブロック１０８および１１０は、混合行列のブロック１１６に直接供給することができる。

ロードマップの第４のセクションでは、ブロック１１６において混合行列をさらに取り込むための信号分割を扱う。例えば、ブロック１１２は、拡散符号を使用して様々な和信号を分割する。和信号がｋ個の拡散符号を有する場合、その特定の和信号は、そこに関連付けられているｋ個の和信号を提供するように処理することができる。拡散符号は、ブロック１０６、１０８、および１１０の出力と組み合わせて適用されてもよい。ブロック１１４は、様々な和信号を同相（Ｉ）成分および直交（Ｑ）成分に分割して、混合行列をさらに取り込む。このようにして、Ｉ成分およびＱ成分は、混合行列に対して２の乗数としての役割を果たし、ブロック１０６、１０８、１１０、および１１２の出力と組み合わせて適用することができる。

ロードマップの最後のセクションは、ブロック１１６において形成された混合行列Ａである。ロードマップに示すように、混合行列Ａは、前述のブロックのいずれかに基づいてソース信号の異なる和信号を取り込むことができる。第２のセクションにおけるアンテナアレイ構成の利点は、混合行列Ａに取り込むためにコンパクトなアンテナアレイが形成されうるという点である。第３および第４セクションにおけるアンテナアレイ構成の利点は、Ｍまたはそれ以上のソース信号の和信号を混合行列に取り込むためにＮ個のアンテナ素子（ただし、Ｎはソース信号の数Ｍよりも小さい）を使用することができるという点である。

ロードマップにおいて説明されているアンテナ構成に照らして、Ｍ個のソース信号の少なくともＮ個の異なる和信号を受信するためのＮ個の相関するアンテナ素子を備えるアンテナアレイについて説明する（ただし、ＮおよびＭは１よりも大きい）。１つの実施形態において、アンテナアレイは、図４に示されるような切り替えビームアンテナ１４０である。

切り替えビームアンテナアレイ１４０は、指向性アンテナパターンおよび全方向性アンテナパターンを含む、複数のアンテナパターンを生成する。切り替えビームアンテナ１４０は、１つの能動アンテナ素子１４２および１対の受動アンテナ素子１４４を含む。能動アンテナ素子１４２および受動アンテナ素子１４４の実際の数は、意図される用途に応じて異なる。切り替えビームアンテナアレイについてのさらに詳細な説明は、特許文献３を参照されたい。この特許出願は、本発明の現在の譲受人に譲渡されており、その内容は全体として参照によって本明細書に援用する。

各受動アンテナ素子１４４は、上半分１４４ａおよび下半分１４４ｂを含む。受動アンテナ素子１４４の上半分１４４ａは、無効負荷１４８を通じて基平面１４６に接続される。無効負荷１４８は可変リアクタンスであり、バラクタ、伝送回線、または切り替えを使用することによりインダクタンスに静電容量が変化可能である。無効負荷１４８を変えることにより、アンテナ指向性パターンを変更することができる。２つの受動アンテナ素子１４４があるので、４つの異なるアンテナパターンを形成することができる。

アンテナパターンのうちの３つは、信号の固有の和ｘ_jを受信するために使用することができる。第４のパターンは、他の３つのパターンの１次結合であるため、混合行列Ａのエントリとして使用することはできない。したがって、３つのアンテナ素子を使用することで、３つの信号の固有の和ｘ_jが混合行列Ａに入力される。切り替えビームアンテナの利点は、３つの素子１４２および１４４を使用することにより、階数３の混合行列をサポートすることができる点である。

もう１つの実施形態において、図５に示されるように、アンテナアレイは、アンテナアレイがフェーズドアレイ１６０を形成するように、Ｎ個の相関する能動アンテナ素子を備える。フェーズドアレイ１６０は、複数の能動アンテナ素子１６２、および能動アンテナ素子に結合された複数の重み制御コンポーネント１６４を備える。重み制御コンポーネント１６４は、受信した信号の振幅および／または位相を調整して、複合ビームを形成する。

スプリッタ／コンバイナ１６６およびコントローラ１６８は、重み制御コンポーネント１６４に接続される。能動アレイ（active array）１６０についてのさらに詳細な説明は、特許文献４を参照されたい。この特許は、本発明の現在の譲受人に譲渡されており、その内容は全体として参照によって本明細書に援用する。

能動素子１６２の数は、同じ階数を有する混合行列Ａをサポートする。たとえ信号源の数Ｍが能動素子の数Ｎと等しい、つまりＭ＝Ｎである場合であっても、能動アレイ１６０は、能動素子１６２が空間および偏波において相関しているので、１波長以上間隔があけられた無相関のアンテナ素子を使用する従来の手法と比較するとコンパクトである。

他の実施形態において、ブラインド信号分離プロセッサ４９がＭ個のソース信号のうちのＫ個を混合行列から分離するように、混合行列の階数はＫであってもよい（ただし、Ｋ＜Ｎ）。以下でさらに詳細に説明するように、Ｎはまた、Ｍよりも大きくてもよい。

切り替えビームアンテナ１４０およびフェーズドアレイ１６０のいずれにおいても、それらの各々のアンテナ素子１４２、１４４、および１６２の間の距離は、好ましい前対後の比率（back to front ratio）を許容するように設定される。これは、これらのアンテナアレイの伝統的な使用が、不要な信号を拒否して（つまり、バックアプローチ）、必要な信号を強化する（つまり、フロントアプローチ）ことにあるからである。

しかし、混合行列を構築するため、目的は信号の異なる和を作成することである。対象となる信号は実際には、この用途のインターフェアラよりも常に低く、引き続き分離することができる。目的のこの重要な相違点により、アンテナ素子間の距離は、特定の分離のものである必要はない。

アンテナ素子は、相互にさらに遠いか、または近くてもよく、伝統的に「悪い」前対後比率のパターンを生成することもあり、依然として混合行列の使用に非常に適している場合もある。実際、そのようなパターンは多くの場合、ブラインド信号源分離の用途において優れている。理由は、望ましい信号において指示されるフロントおよび／またはインターフェアラにおけるバックを保持するために、良好な前対後比率の使用には信号方向のトラッキングが必要になるためである。様々な方向の相違を有するが、依然として大きなゲインを有するパターンを使用することにより、信号のそのようなトラッキングが必要となる。

アンテナビームは、信号アプローチの少なくとも１つの方向における信号拒否を前提として、その最大ゲインポイントから３ｄｂポイント下回るものと定義することができる。同様に、アンテナパターンは、実質的にその最大ゲインポイントから３ｄＢポイント下回ることはなく、信号アプローチのいずれの方向においても信号拒否がないものと定義することができる。

多くの用途において、素子間の特定の距離からのこのずれは、全体のアンテナアレイのサイズを大幅に減少させることができる。その他の用途において実際に、素子間の距離を増大させてトラッキングの問題を緩和し、しかもある程度の追加の信号相関解除を得ることが望ましいことがある。

もう１つの実施形態において、アンテナアレイ１８０は、図６に示すように、Ｍ個のソース信号の少なくともＮ個の異なる和信号を受信するためのＮ個のアンテナ素子を備える。Ｎ個のアンテナ素子のうちの少なくとも２つ１８２ａ、１８２ｂは相関関係にあり、Ｍ個のソース信号のＮ個の異なる和信号のうちの少なくとも２つを受信するために異なる偏波を有する（ただし、ＮおよびＭは１よりも大きい）。

列１８０内のその他のアンテナ素子１８４ａ、１８４ｂは、アンテナ素子１８２ａ、１８２ｂに関して相関であっても、無相関であってもよい。たとえ偏波アンテナ素子１８４ａ、１８４ｂのもう１つの組が示されている場合であっても、これらの素子は、代わりに同じ偏波を有することができる。さらに、これらの素子はまた、相互に無相関であってもよい。

アンテナ素子１８２ａ、１８２ｂの異なる偏波は、相互に直交であってもよい。もう１つの構成において、アンテナ素子１８２ａ、１８２ｂは、Ｍ個のソース信号の３つの異なる和信号を受信するために３つの偏波がサポートされるように、第３の素子１８２ｃを含む。

以下の説明は、混合行列Ａに取り込むために偏波の使用をサポートする。３つの異なる偏波アンテナ素子１８２ａ、１８２ｂ、１８２ｃは、３つの１次および独立の信号和を受信する。図７に示されるような、ｘ軸、ｙ軸、およびｚ軸の定義および関係を使用する。例えば、以下の関係が存在する。
ｘ＝Ｓｃｏｓ（θ）ｓｉｎ（φ）
ｙ＝Ｓｓｉｎ（θ）ｓｉｎ（φ）
ｚ＝Ｓｃｏｓ（φ）

簡略化した仮定は、信号が１次偏波を有し、信号が１次独立であり、直交軸上に各々３つの１次アンテナ素子があるというものである。例えば、アンテナ素子１８２ａはｘ軸上にあり、アンテナ素子１８２ｂはｙ軸上にあり、アンテナ素子１８２ｃはｚ軸上にある。

３つの１次アンテナ素子１８２ａ、１８２ｂ、１８２ｃを各々直交軸上に配置することにより、数学的処理が簡略化される。実際の配置において、アンテナ素子１８２ａ、１８２ｂ、１８２ｃは、厳密に直交である必要はなく、また共有点において交わる必要もない。この仮定を除去することで、一般的結論を無効にすることはないが、むしろ階数の欠損が発生する事例を変えることになる。

以下の定義が適用され、数字の添字は、信号１、２、３との関連付けを示す。
Ｓ₁，Ｓ₂，Ｓ₃：アンテナ素子への信号入射
θ₁，θ₂，θ₃：信号のＸ、Ｙ面Ｅ画角（field angle）
φ₁，φ₂，φ₃：信号のＺ軸Ｅ画角
Ｘ_x，Ｘ_y，Ｘ_z：アンテナ素子への信号入射の和の内積（dot product）

したがって、ベクトル成分は以下のとおりである。

各アンテナ素子および信号の内積を取ることで、（Ｘ・Ｙ＝ｘ₁ｘ₂＋ｙ₁ｙ₂＋ｚ₁ｚ₂）は、素子内の合計された相対Ｅフィールド成分を決定する。これらの値は、混合行列を作成するために使用される。

ここで、

ここで、階数欠損の状況について説明する。行列式が０と等しい場合、混合行列は階数欠損である。これは、以下の場合に生じる。
１）θ₁＝θ₂＝θ₃

「ｘ」および「ｙ」要素は、すべての３つの信号から同じ寄与（contribution）を受ける。

もう１つの階数欠損の事例について、テーブルエントリの任意の組合せに１８０度を加える。これらは、信号が、アンテナ素子の十分な組合せによって独立に合計されていない場合の出現である。

３）すべての個別の和は、１または２について０と等しくはないが、
ｓｉｎ（φ₁）ｓｉｎ（φ₂）ｃｏｓ（φ₃）ｓｉｎ（θ₂−θ₁）
＋ｃｏｓ（φ₁）ｓｉｎ（φ₂）ｓｉｎ（φ₃）ｓｉｎ（θ₃−θ₂）
＋ｓｉｎ（φ₁）ｃｏｓ（φ₂）ｓｉｎ（φ₃）ｓｉｎ（θ₁−θ₃）＝０
である。

これは、信号間の分離の小さい立体角、信号のほぼ等しい偏波、整合されているが列の対向する側から送出される信号、または両方の素子の同じエネルギーレベルをもたらす信号出現の何らかの他の極めてまれな偶発事態を意味する。

上記で説明されているように、ロードマップのセクションは、アンテナ構成を扱う。無相関のセンサーを含む前述のアンテナ構成は、Ｍ個のソース信号の和信号を混合行列に提供するために様々な異なる構成で組み合わせることができる。

ここで図８を参照して、Ｍ個の信号源によって提供されるソース信号を分離するための通信装置２００について説明する。アンテナアレイ２０２は、Ｍ個のソース信号の少なくともＮ個の異なる和信号を受信するためのＮ個のアンテナ素子を備える（ただし、ＮおよびＭは１よりも大きい）。

Ｎ個のアンテナ素子は、Ｍ個のソース信号のＮ個の異なる和信号のうちの少なくとも１つを受信するための少なくとも１つのアンテナ素子２０４、およびＭ個のソース信号のＮ個の異なる和信号のうちの少なくとも２つを受信するための少なくとも２つの相関するアンテナ素子２０６を備える。２つの相関するアンテナ素子２０６は、アンテナ素子２０４とは無相関である。アンテナアレイは、素子が相関、無相関、および偏向である様々な組合せで追加のアンテナ素子を含むことができる。

受信機２１０は、Ｍ個のソース信号の少なくともＮ個の異なる和信号を受信するためにアンテナアレイ２０２に接続される。ブラインド信号分離プロセッサ２１２は、Ｍ個のソース信号の少なくともＮ個の異なる和信号を備える混合行列２１４を形成するために受信機に接続される。混合行列は少なくともＮまでと等しい階数を持ち、ブラインド信号分離プロセッサ２１２は所望のソース信号２１６を混合行列Ａから分離する。

ロードマップの第３のセクションでは、第２のセクションで提供されたアンテナ構成への機能強化を扱う。機能強化は、追加または置換のソース信号の和信号が収集されて混合行列Ａにさらに取り込むように行うことができる。

１つの機能強化は、追加のアンテナ素子を加える必要なく、混合行列Ａによって使用される追加の信号の和を受信するための配列偏向を伴う。配列偏向は、方位角方向および／または仰角方向にアンテナパターンを制御することを伴う。

ここで、配列偏向を使用してＭ個の信号源によって提供されるソース信号を分離するための通信装置２４０について、図９を参照して説明する。アンテナアレイ２４２は、Ｍ個のソース信号のＮ個の異なる和信号を受信するためのＮ個の初期アンテナパターンを生成するＮ個のアンテナ素子２４４を備える。アンテナアレイ２４２はまた、Ｍ個のソース信号の少なくとも１つの追加の異なる和信号が受信されるように、少なくとも１つの追加のアンテナパターンを生成するためにＮ個の初期アンテナパターンのうちの少なくとも１つの仰角を選択的に変更するための仰角コントローラ２４６を備える。

受信機２４８は、アンテナアレイ２４２に接続され、Ｎ個の初期アンテナパターンを使用してＭ個のソース信号のＮ個の異なる和信号を受信し、さらに少なくとも１つの追加のアンテナパターンを使用してＭ個のソース信号の少なくとも１つの追加の異なる和信号を受信する。

ブラインド信号分離プロセッサ２５０は、Ｍ個のソース信号のＮ個の異なる和信号と、Ｍ個のソース信号の少なくとも１つの追加の異なる和信号とを備える混合行列２５２を形成するために受信機２４８に接続される。混合行列は、追加のアンテナパターンを使用して受信したＭ個のソース信号の追加の異なる和信号の数にＮを加えたものと等しい階数を有する。プロセッサ２５０は、混合行列から所望の信号２５４を分離する。

一般に、混合行列の階数の増大に適切な信号の和を提供する任意のアンテナアレイ手段は、偏向機構で使用することができる。偏向は、各々のアンテナアレイ手段ごとに２つの異なった混合行列に使用可能な信号の和を生成する。それゆえに、この技法を使用することにより２倍の乗数効果がある。

配列偏向が、アンテナに関連付けられているＫ個の異なる領域に分割される場合、Ｋ個の領域の各々は、２つの独立した偏向領域と混合行列へのエントリを設けることができる。例えば、アンテナアレイが単独でＮ個の和信号を提供することができ、Ｋ個の異なる偏向領域がある場合、混合行列の信号和の数は２＊Ｋ＊Ｎであってもよい。

例示のために、アンテナパターンが仰角方向の上方または下方に傾けられるように、図４に示された切り替えビームアンテナ１００’が変更されている図１０を参照されたい。特に、受動アンテナ素子１０４’の各上半分１０４ａ’は、無効負荷１０８’を通じて基平面１０６’に接続される。受動アンテナ素子１０４’の各下半分１０４ｂ’もまた、無効負荷１０８’を通じて基平面１０６’に接続される。受動アンテナ素子１０４’のリアクタンスは、受動アンテナ素子を延長または短縮する効果を有する。誘導負荷は、受動アンテナ素子１０４’の電気的長さを延長し、容量性負荷は、受動アンテナ素子１０４’の電気的長さを短縮する。

アンテナビームは、上半分１０４ａ’の無効負荷１０８’と下半分１０４ｂ’の無効負荷１１８’の比率に従って、仰角の上方または下方に傾けられる。比率を調整することにより、アンテナパターンは、図１１に示されるように、上方９７または下方９９を指し示すことができる。アンテナパターンの仰角が混合信号を受信するように調整されるとき、少なくとも１つの追加の階数が混合行列Ａに追加される。配列偏向を使用して、アンテナ素子の数Ｎを増大する必要なく、さらに多くの信号を混合行列Ａのために受信することができる。

この特定の実施態様は、リアクタンス１１８’によって個別に制御される２つの異なる偏向領域を有する。列のパターン生成容量は３つの独立のパターンであり、したがって混合行列を作成するために使用することができる信号和の数は１２（２＊２＊３）である。

仰角でアンテナビームを調整する方法をさらに詳細に開示する、上記で参照された特許文献３を参照されたい。配列偏向技法は、上記で説明されているアンテナアレイの実施形態のいずれか、または基平面の相互関係に敏感な任意の他のアンテナアレイに適用することができる。

仰角コントローラのもう１つの実施形態は、図１２に示されるように、アンテナ素子２７４の基平面２７２に結合された制御可能ＲＦチョーク２７０に基づく。アンテナ素子２７４に関連付けられているアンテナパターンは、当業者には容易に理解されるように、ＲＦチョーク２７０を制御することによって仰角方向に移動される。

パス選択に基づいてＭ個の信号源によって提供されるソース信号を分離するための通信装置３００について、図１３を参照して説明する。これは、ロードマップの第２のセクションで提供されたアンテナ構成に対するもう１つの機能強化、および上記で説明されている配列偏向への機能強化である。通信装置３００は、Ｍ個のソース信号の少なくともＮ個の異なる和信号を受信するための少なくともＮ個のアンテナビームを形成するＮ個の素子３０４を備えるアンテナアレイ３０２を備える（ただし、ＮおよびＭは２よりも大きい）。

コントローラ３０６は、少なくともＮ個のアンテナビームを選択的に形成するためにアンテナアレイに接続される。受信機アセンブリ３０８は、Ｍ個のソース信号の少なくともＮ個の異なる和信号を受信するためにアンテナアレイ３０２に接続される。ブラインド信号分離プロセッサ３１０は、Ｍ個のソース信号の少なくともＮ個までの異なる和信号を備える混合行列３１２を形成するために受信機アセンブリ３０８に接続される。

ブラインド信号分離プロセッサ３１０はまた、Ｍ個のソース信号の異なる和信号が相関しているかまたは統計的に独立しているかどうかを判別し、相関または統計的に独立していない場合は、Ｍ個のソース信号の新しい異なる和信号を受信するために様々なビームを形成するコントローラ３０６と連係し、混合行列３１２の相関または統計的に独立していないＭ個のソース信号の異なる和信号を置き換える。次いで、所望のソース信号３１４は、混合行列３１２から分離される。

レーキ受信機は、マルチパスフェージングの影響に対処するために設計された無線受信機である。これは、個々のマルチパス成分にチューニングを合わせるため、各々わずかに遅らせた複数の独立した受信機を使用することにより、マルチパスフェージングの影響に対処する。レーキ受信機は、ほとんどのタイプの無線アクセスネットワークに使用することができる。これは、拡散符号タイプの変調にとって特に有益であることが明らかとなっている。特定の入射信号パスを選択する機能により、レーキ受信機は、ブラインド信号分離処理に供給されるパスを変更する手段として適したものになっている。

前述のようにＮ個のアンテナビームを選択的に形成することは、当業者には容易に理解されるように、すべての無線アクセスネットワークに適用することができる。ＣＤＭＡシステムの場合、受信機アセンブリ３０８は、Ｎ個のレーキ受信機３１６を備える。各レーキ受信機３１６は、接続されているそれぞれのアンテナ素子によって受信されるＭ個のソース信号のＮ個の異なる和信号の各々に対してｋ個の異なるマルチパス成分を選択するためのｋ個のフィンガーを備える。この構成において、ブラインド信号分離プロセッサ３１０は、混合行列３１２を形成するためにＮ個のレーキ受信機３１６に接続される。混合行列３１２は、Ｍ個のソース信号の少なくともＮ個の異なる和信号の少なくともｋＮ個までの異なるマルチパス成分を備え、混合行列は最大ｋＮまでと等しい階数を有する。

特に、ＣＤＭＡ波形が伝搬するとき、これらは送信源から宛先までの多重のパスに遭遇することが多い。レーキ受信機３１６は、多くのこれらの個々のインスタンスを取り込み、それらを組み合わせてさらに堅牢な信号復号化になるよう特別に設計されている。原信号は各パスに沿って伝搬するが、その特性は、パスの固有の特性によって変更される。場合によっては、受信信号の相関および／または統計的な特性が、分離可能な信号ストリームとして処理できるように、その特性への変更が十分に大きくなる。変更されたレーキ受信機３１６は、各々変更されたストリームを抽出して、それを混合行列３１２への固有のエントリとして供給するために使用することができる。階数を増大させるこの手段は常に使用可能ではないが、必要とされる可能性が最も高い場合に高マルチパスの環境において使用可能になる傾向がある。

レーキ受信機３１６は様々なパスを使用することができるが、図１３を参照して説明するように、あらゆる変調技法に適用可能なより一般的な手法はビーム形成である。ビーム形成は、望ましい信号増強および望ましい信号拒否に使用されるので、これはレーキ受信機３１６とは異なる。しかし、相違点は、拒否された信号が実際は、受信機側に向けられた信号の別のバージョンとなりうることである。しかし、受信機アセンブリ３０８は、混合行列３１２を十分な階数まで構築するため、同じ信号のこれらの固有の伝搬パスのバージョンの多くを検出する必要がある。

ロードマップの第４のセクションでは、混合行列Ａにさらに取り込むための信号分割を扱う。１つの手法において、和信号は、拡散符号を使用して分割される。もう１つの手法において、和信号は、同相（Ｉ）および直交（Ｑ）モジュールを使用して分割される。

拡散符号を使用して分割される信号について、図１４を参照して説明する。示されている通信装置４００は、Ｍ個のソース信号の少なくともＮ個の異なる和信号を受信するためのＮ個のアンテナ素子４０４を備えるアンテナアレイ４０２を備える。符号デスプレッダ４０６は、Ｍ個のソース信号の少なくともＮ個の異なる和信号を復号化するためにＮ個のアンテナ素子４０４に接続される。Ｎ個の異なる和信号の各々は、それに関連付けられているＭ個のソース信号のｋ個の異なる和信号を提供するためにｋ個の符号を含む。

受信機アセンブリ４０８は、Ｍ個のソース信号の少なくともｋＮ個の異なる和信号を受信するために符号デスプレッダ４０６に接続される。ブラインド信号分離プロセッサ４１０は、Ｍ個のソース信号の少なくともｋＮ個の異なる和信号を備える混合行列４１２を形成するために受信機アセンブリ４０８に接続される。混合行列４１２は、ｋＮまでと等しい階数を有する。ブラインド信号分離プロセッサ４１０は、混合行列４１２から所望のソース信号４１４を分離する。

受信信号の変調に応じて、前述の信号分割は、アンテナ素子の数Ｎを増大させることなく混合行列Ａの階数を増加させるために使用することができる。ＣＤＭＡ ＩＳ−９５、ＣＤＭＡ２０００、およびＷＣＤＭＡは、拡散符号が使用されるスペクトル拡散通信システムの例である。共通の特徴は、固有の符号が各信号で処理されて、データをより大きい周波数帯域に拡散させることである。

同じ拡散符号が受信された信号の和（所望の信号、不要な信号、および不明の雑音源）で処理される。これにより、所望の信号はその元の周波数帯域幅に戻されて再構築されるが、インターフェアラは広周波数帯域にわたり拡散される。

上記で一覧したＣＤＭＡの実施態様は実際に、同じ周波数帯域を同時に使用する多数の信号ストリームを有する。各信号ストリームは、他のすべての符号に対して理想的に直交する符号を使用する。この条件が復号器において満たされる場合、対象となる信号のみが逆拡散されることを意味する。和のＫ番目の信号の符号が逆拡散に使用される場合、結果として得られる受信信号和ｘ_kは主として、増大した振幅ｓ_k項と、未変更またはより低い値のｋ−１項で構成されることになる。

多くの場合、ＣＤＭＡ信号の間に何らかの相関があり、そのため干渉信号は所望の信号と共に若干再構築される。これは、個々の信号に生じた遅延によることが多く、また信号のマルチパス発生によることもある。不要な信号の一部、特にＣＤＭＡの信号は、値が増大する。この増大は、所望の信号に関してはさほど重大とはならないが、それでも全体の雑音値を上昇させ、そのため信号対雑音比を減少させる。

逆拡散信号の式の形および信号自体は、ブラインド信号分離処理の基準を満たす。実際に、逆拡散符号の１つが、通信装置４００によって受信された既知の各信号に個別に適用される場合、ＩＣＡモデル要件を満たす個別の和信号が得られる。

それゆえに、混合行列に使用可能な行エントリが既知の符号と同様に数多くあるが、もちろん各々が１次独立の有効数値を生成することを前提としている。適正な状態の下で、これは符号の数を上回る値まで混合行列を増大させることができるようにする。例えば、Ｎ個のアンテナ素子およびＭ個の符号は、ＮＭ個の行列の行を提供することができる。

説明のため、３つの符号を既知であると仮定し、３つの既知の符号信号がそれらの直交性を保持しているものとする。符号デスプレッダ４０６において、混合行列Ａは、各ストリームが３つの既知の符号によって逆拡散された後のアンテナストリームにより各々上部３行および下部３行を有する。非対角の０値は、符号の直交性に起因する。列エントリ４、５、および６は、同じインデックスの不明の信号の一般的な事例に対するものである。

列エントリ４、５、および６に対応する信号は、既知の符号の他のパスのバージョンであっても、あるいは不明の符号の他のセルの信号であってもよい。さらに、１つの信号はガウス形であってもよく、他の信号は、例えばリリース４チャネルの単一ガウス信号として現れるように中心極限定理に従ういずれかのＣＤＭＡ信号グループである。言い換えれば、十分な量の不規則信号の合計がガウス信号になる。インターフェアラは、非ガウス信号源であるか、またはネットワークに不明の多くとも１つのガウス信号であってもよい。

符号デスプレッダ４０６において既知の符号を逆拡散した後、ブラインド信号分離プロセッサ４１０は階数６の混合行列４１２を受信する。６の階数は、３つの符号が既知なので３の係数を掛け合わせた２つのアンテナ素子に基づいて導かれる。

６つの信号は、ブラインド信号分離プロセッサ４１０に適用され、６の階数を持つ混合行列４１２が形成される。ブラインド信号分離プロセッサ４１０は、チャネルによって変更された受信信号ｘ＝Ａｓのみから分離行列Ｗを決定する。示されている例において、６つの信号は分離可能である。

ブラインド信号分離プロセッサ４１０は、復号化される信号を選択する。例えば、インターフェアラ信号はドロップすることができ、所望の信号のすべてのバージョンが選択される。選択された信号は、復調のために復調器モジュールに適用される。復調器は、同じ信号のマルチパスバージョンを組み合わせるよく知られた等化技術を使用する。

さらに一般的な事例において、簡単にするために上記で０として示されている非対角値は、実際にはゼロ以外であってもよい。これは、符号化信号間の相関特性が完全ではない場合に、さらによくある事例であろう。これは、分離された各信号への追加の雑音を表す。しかし、先に示されているように、行列の階数はこれらの信号を分離するのに十分であり、そのためそれらの値はブラインド信号分離処理後に大幅に減少することになる。このことは、雑音の低減、信号対雑音比の増大、およびシャノンの法則によって示されるようにチャネル容量の増大につながる。

ここで図１５を参照すると、アンテナ素子の数Ｎを増やすことなく混合行列Ａの階数を増加させるその他の手法は、受信した混合信号をその同相（Ｉ）と直交（Ｑ）成分に分割することである。コヒーレントＲＦ信号のＩおよびＱ成分は、振幅が同じであるが、その位相は９０度隔てられている成分である。

通信装置５００は、Ｍ個のソース信号の少なくともＮ個の異なる和信号を受信するためのＮ個のアンテナ素子５０４を備えるアンテナアレイ５０２を備える。各々の同相および直交モジュール５０６は、それによって受信したＭ個のソース信号のＮ個の異なる和信号の各々を同相および直交成分セットに分割するために各アンテナ素子５０４の下流にある。

受信機アセンブリ５０８は、Ｍ個のソース信号の少なくともＮ個の異なる和信号に対する少なくともＮ個の同相および直交成分セットを受信するために各々の同相および直交モジュール５０６の下流にある。ブラインド信号分離プロセッサ５１０は、Ｍ個のソース信号の少なくとも２Ｎ個の異なる和信号を備える混合行列５１２を形成するために受信機アセンブリ５０８の下流にある。各同相および直交成分セットは、混合行列５１２への２つの入力を提供する。混合行列５１２は２Ｎまでと等しい階数を持ち、ブラインド信号分離プロセッサ５１０は所望のソース信号５１４を混合行列５１２から分離する。

アンテナ素子５０２から下流のそれぞれのＩおよびＱモジュール５０６のうちの１つを、図１６に示す。アンテナ素子５０２において受信された混合信号は、１対のミキサー５２０によって分割される。ＩおよびＱ成分は一般に、中間周波数（ＩＦ）信号を、９０度位相がずれた同一の参照信号が適用される２つの同期検出器で、別の周波数帯域に変換することにより生成される。同時に、ＩおよびＱ信号は、ＩＦ信号に含まれる位相情報を保持し、それにより、正の周波数を持つ信号が負の周波数を持つ信号と区別されるようにする。

受信した混合信号をＩおよびＱ成分に分離することにより、混合行列のサイズは２倍に増える。ＩおよびＱ成分が異なるデータストリームで符号化されている限り、任意のアンテナ素子で受信した混合信号は２つの異なる混合信号に分割することができる。

差分符号化の場合、ＩおよびＱが線形性の要件を満たすかどうか判別するために、変調の特性が分析される必要がある。例えば、適切なフィルタリングと共に使用された場合にＧＭＳＫ符号化は線形であると仮定され、受信機においてあたかもＢＰＳＫ符号化であるかのように処理することができるということがＧＳＭに関して示されている。ＢＰＳＫはブラインド信号分離処理の要件を満たすので、前述のＩおよびＱプロセスを使用することができる。

ＩおよびＱ成分は、前述のアンテナアレイの実施形態のいずれかと共に使用して、混合行列Ａに取り込むことができる。ＩおよびＱが使用される場合、混合行列Ａは、あたかもアンテナ素子数が２倍使用されたかのように取り込むことができる。もう１つの例は、不等偏波（２＊２倍）と無相関の２つのアンテナ素子（２倍）の使用、および８つの独立の混合信号の和が生成されるようにＩおよびＱ成分（２＊２＊２倍）と組み合わせた使用であってもよい。

この機構はまた、アンテナアレイ偏向技法と共に使用されて、信号のさらに多くの和を作り出すことができる。そしてこれらの和は各々、ＩおよびＱ成分に分割することもできる。

本発明のもう１つの態様は、効果的な対象地域の網羅をサポートするための波動伝送パターンを対象としている。図３に戻って参照すると、本発明のこの態様は、示されているロードマップの送信機処理セクションのブロック９２に対応する。外部送信機からの信号は、装置が通信を試みているサイトからの信号にとってインターフェアラである。この問題はほとんどの場合、外部信号をランダム雑音として処理することによって対処される。信号対雑音比が特定のしきい値を上回る限り、所望の信号は復号化することができる。問題となるのは、通信リンクの有効性およびシステムの全体的能力を最大化するために複数通信パスの利点を使用しながら、これらの問題を過小評価する通信システムを設計することである。

本明細書において使用されるように「undulation（波動）」という用語は、図１７に示すように、対称性の度合いを示すことも示さないこともある、様々なゲインによるパターン輪郭６００、６０２、６０４を示す。受信機６１０は、空間をあけて配置された３つの固定の送信機６２０、６３０、６４０に囲まれている。重要な点は、パターン輪郭６００、６０２、６０４が、図１８のパターン輪郭６５０、６５２、６５４によって示されるような相互の拡大縮小のバージョンの回転を伴わない変化であってはならないことである。

形状が類似した輪郭は、それらが相互の輪郭の回転である限り、使用することができる。図１９に示す３つのパターン輪郭６６０、６６２、６６４は、すべて形状が類似しており、それぞれの方向に異なるゲインを有するのですべて使用可能である。類似するパターンの使用が説明され、一部の実施態様においてはパターンを実施する最も容易な方法となるが、パターンのセットは類似している必要はない。必要とされるのは、セットのメンバーが、通信リンクのもう一方の端部または複数の端部へのチャネルパスとしての役割を果たす信号の送信または受信のそれぞれの方向にゲインが異なっていることだけである。

概して、信号ゲインの輪郭の１つの平面は、視覚化を容易にするために本明細書において示される。参照される波動は、方位角方向、仰角方向、または両方の方向に発生することができる、つまり、アンテナを囲む３次元形状の表面上に発生することができる。それぞれの次元方向がどの程度まで実際に変形されて使用されるかの度合いは、予測される利点と物理的実施の制限との関係による。

基本的な概念は、インフラストラクチャサイトにおいてセクターに区切られたサービス範囲のパターンを使用することである。使用されるセクターの実際の数は、容量の必要性および関連するコストの要因によって変化する。例えば、基地局は、３つのセクターに分割され、各セクターが送信機によってサポートされてもよい。

実施態様は、単一のセクターから、適宜に多くの数まで変えることができる。セクター自体は、方位角方向または仰角方向、あるいは方位角および仰角平面にさらに分割することができる。セクター区切りを使用することの主な利点は、ビーム形成の方法に従ってリンクのもう一方の端部において装置をトラッキングする必要を軽減することである。したがって、１つのセクターのサービス範囲の領域を別のセクターのために残しておくことは、従来のハンドオフの状況まで縮小される。

受信機は通常、ＢＳＳ処理に適切なパターン変更を生成する。対照的に、送信機は、適切なＢＳＳ復号器環境が少なくとも部分的に存在するような技法を使用する。一部の実施態様において、これは、受信機がいかなる波動パターンも生成する必要がないことを意味する。その他の実施態様において、これは、波動パターンの数が大幅に減少されることを意味する。

１つの実施形態は、図２０に示すように、インフラストラクチャサイトにおいて１つの固定の伝送ポイント６７０が無線移動体通信装置６８０に伝送するものである。この実施形態は、領域内の他の伝送ソースも動作しているかどうかが不明である状況に対処する。伝送パターン輪郭６８２、６８４、６８６は、図２１に示すように、受信機６８０に既知のタイミングシーケンスで波動することができる。

伝送パターンの変化は、伝送シンボルの分割と一致するようにタイミング調節することができる。ボアサイト（bore sight）の動きの代わりに、タイムスロットごとにパターンの輪郭は変更されて一定に保持される。したがって、サービス対象地域は大幅に変わることはなく、取り組むべき今後のトラッキングの問題もない。

受信機は、伝送の輪郭が変化するので、波面電力レベルの変化を経験する。したがって、ＢＳＳ行列には、異なる相対ゲイン値における様々な信号ストリームの差が取り込まれる。

さらに詳細には、固定の送信機６７０は、複数のシンボルを備える文字セットによって定義されたソース信号を伝送し、文字セット内のシンボルのうちの少なくとも１つは、伝送されるソース信号がＬ個の１次独立電力レベル時間周期で出現するように、異なる電力レベルで伝送される（ただし、Ｌ≧２）。例えば、文字セット内の各シンボルの振幅は一定であってもよく、シンボルのうちの少なくとも２つが異なる電力レベルで伝送される。

波動は、セクターの電力輪郭へのすべての変動を網羅するが、簡略化された実施態様は、セクターの変化の全体的な電力レベルを有する。したがって、放射パターンは、類似する語の数学的な意味で変わることはない。

特定の基地局のすべてのセクターは、上記で説明されているように、送信機の波動を適用することができるが、一部の状況において、ほんの一部のサブセットにそのように行わせるか、またはセクター間で波動の度合いを配分したほうがよい。例えば、受信機がセクターＡから堅固な信号を受信したが、セクターＢからは弱い信号を受信した場合、セクターＡからの堅固な信号を波動させて、Ｂからの弱い信号をそのより高いレベルにしておくことが好ましい。この実施態様は実際に、信号が所望の信号であること、およびインターフェアラであることからはいくぶん独立している。例えば、インターフェアラは実際に堅固な信号であってもよいが、一部の他の装置と通信するために最小レベルが必要であるということから、そのレベルは大幅に低下させることはできない。

受信した主要な信号がすべて、波動信号伝達を使用する１つまたは複数の送信機から送出されたものである場合、受信機は各々のパターン変化の間に単にサンプルを取り、結果として得られたデータを使用してＢＳＳ処理のために行列に取り込む。

波動信号伝達を使用している送信機の混用があり、他の送信機は波動信号伝達を使用していない場合、受信機は、従来の信号分離技法を使用してそれらを明らかにすることができる。例えば、ビーム形成およびマルチユーザ検出などの方法を使用することができる。しかし、ＢＳＳ方法は通常、より堅固である。実際的な場合は、受信機は、パターン変形を実施することができ、ＢＳＳ行列の階数を分割される信号の数以上に増大させるのに十分な追加のパターンを生成することができる。

例えば、ＢＳＳ復号器の実施態様について、３つの信号と共に３つの伝送パターン輪郭６８２、６８４、６８６が送信機６７０によって送信され、受信されている２つの他の信号がある場合、受信機６８０は、相互に対するインターフェアラを分離するために少なくとも２つの輪郭を生成する必要がある。これは、送信機６７０が本来の自身のセットを生成しなかった場合に必要とされたであろう輪郭の数よりも３つ少ないことになり、受信機６８０の実施の負荷が常に軽減される。

送信機６７０が信号パスに沿って一つのストリームを送信している場合、パターン輪郭のセットは回転されるかまたは異なっている必要はない。これは、受信機６８０において検出される信号が、他のすべての受信される信号と相対的に変更されているためである。したがって、送信機６７０は、輪郭の形状の変更を必要とするのではなく、パターン全体に対する単純な電力変更を使用することができる。受信機６８０において他のストリームが１つだけ加算される場合、ＢＳＳ処理は、１つがたとえ振幅が一定であったとしても分離することができる。これは、電力ディザリングソースがその動作に必要な変更を提供するからである。複数の他のストリームが受信される場合、受信機６８０自身が他の分離手段を使用していない限り、または独自の波動パターン生成能力を備えていない限り、これらはＢＳＳ処理にとって単一のグループ化されたインターフェアラとして出現する。このシナリオは時折発生するが、常に実際的というわけではなく、最も信頼性が高いわけでもない。

受信モードのパターン送信機を使用することができる。複数パターン輪郭のＢＳＳ処理は信号分離の優れた方法であるので、伝送パターンを生成するために使用される同様の技法はまた、複数の受信機の値を生成するためにも使用することができる。したがって、伝送がすでにサポートされている場合のＢＳＳ受信の唯一のコスト要因は、ＢＳＳ処理のオーバーヘッドである。

送信機６７０へのユーザ機器受信機６８０のフィードバック６９０もまた使用することができる。厳密に必須ではないが、ユーザ機器受信機６８０からのフィードバック情報は、リンクの全般的な動作を向上させるために使用することができる。例えば、受信機６８０は、パターン輪郭の各々の変更が有用なデータを提供する程度を決定することができる。この情報は、送信機６７０にフィードバックされる。次いで、送信機６７０は、リンクを向上させ、使用電力を低減するか、または他の通信リンクに生じる干渉を減らすようにその動作を調整することができる。調整のいくつかは、各パターンが使用されるシーケンス、シンボル伝送の過程で行われる変更の数（つまり、Ｍ個からＮ個の輪郭への変更）であってもよい。シンボルあたりの輪郭変更の調整は、最善のパフォーマンスを得るために受信機に伝達される必要がある。

当業者には容易に理解されるように、送信機６７０によって伝送されるソース信号は、複数のシンボルを備える文字セットによって定義され、文字セット内のシンボルのうちの少なくとも１つは、伝送されるソース信号がＬ個の１次独立電力レベル時間周期で出現するように、異なる電力レベルで伝送される（ただし、Ｌ≧２）。

シンボルごとに変更することが一部の用途では実際的であるが、多くの場合、１つまたは複数のシンボルベースで変更を行うほうがより堅固である。これは、シンボル中の電力レベルを変更することが、シンボル自体の許容不可能な変更をもたらすことがあるからである。信号分離行列は通常、多数のシンボルから導かれるので、これは受信機処理の観点から許容可能な実施態様である。

もう１つの実施形態は、前述の手法を使用することが知られている複数の伝送ポイントを伴う。各送信機は、異なる伝送電力レベルが可能である。一例として、送信機Ｌ₁および送信機Ｌ₂は、Ｌ＝３の電力レベルが可能である。電力レベルは、すべての可能な相対電力レベルの組合せが混合行列への入力として固有であるようなものである。したがって、１次独立の和の最大数は、Ｌ₁＊Ｌ₂＝３＊３＝９となる。これは、固有の相対電力レベルの最大数＝Ｌ₁＊．．．＊Ｌ_JとしてＪ個の送信機にまで及ぶ。

混合行列の階数は、和に実際受信機が関心を示す数よりも多くのソースがある場合、分離されるソースの数を超えることができる。そうではない場合、行列は退化性になり、階数は実際のソースの数まで縮小する。

複数送信機サイトの実施態様についての受信機の動作は、基本的に、単一サイトの場合と同様である。相違点は、各送信機によって生成されるパターンがＢＳＳ処理用の受信機においてカウントできることである。

しかし、さらに堅固な動作は、整合された伝送パラメータの特性に関してネットワークから情報を受信することによって得ることができる。例えば、行列の階数は、同様に必要なパターンの数を決定づけるが、調整することができる。したがって、受信機のパターンの生成は、使用可能な場合に、この情報に従って調整される。ネットワーク全体の無線リソース管理は、ユーザ機器にフィードバックされる情報を使用して、ネットワーク全体のパターン使用、配向性、電力レベル、およびタイミングを確立することができる。

上記で説明されている混合行列を構築するための方法はすべて、この実施態様の一部として使用することができる。

本発明のもう１つの態様は、複数の同時伝送をサポートするための波動伝送パターンを対象としている。再び図３に戻って参照すると、本発明のこの態様は、示されているロードマップの送信機処理セクションのブロック９０に対応する。通信容量は、ＲＦ無線ネットワークにおいて進行中の問題である。問題は、基本的に、ＲＦ周波数帯域が制限されたリソースであることに起因する。これらの制限された割り振りを最大容量まで活用するために使用される様々な技法があるが、輻輳する地域の需要は使用可能な容量を超えることも多い。

ここで図２２を参照すると、固定のアクセスポイント７４０に伝送している複数の移動体無線通信装置７１０、７２０、７３０は、それらのＲＦパターンを変調する。したがって、意図されたアクセスポイント７４０および意図されていないアクセスポイントは、伝送される信号の異なる電力レベルバージョンを受信する。これは、信号分離技法に対して意図されたアクセスポイント７４０が混合行列に取り込むために必要な情報を提供する。

引き続き図２２を参照すると、同時に伝送している少なくともＪ個の移動体無線通信装置７１０、７２０、７３０がある（ただし、Ｊ≧１）。各移動体無線通信装置は、複数のシンボルを備えるそれぞれの文字セットによって定義されたソース信号を伝送する。それぞれの文字セット内のシンボルのうちの少なくとも１つは、Ｊ個の移動体無線通信装置から伝送されたソース信号が少なくともＬ₁からＬ_jの１次独立電力レベル時間周期で出現するように（ただし、Ｌ_j≧１、および少なくとも１つはＬ_j＞１）、異なる電力レベルで伝送される。

固定の通信装置であってもよい意図されたアクセスポイント７４０は、Ｍ個の信号源によって提供されるソース信号を分離する（ただし、Ｍ≧２）。Ｊ個の移動体無線通信装置７１０、７２０、７３０は、最大（Ｌ₁＊．．．＊Ｌ_J）の１次独立電力レベル時間周期を含むＭ個のソース信号のうちのＪ個を提供する。

前述のように、（Ｌ₁＊．．．＊Ｌ_J）の１次独立電力レベル時間周期は、電力レベルがＪ個の移動体無線通信装置７１０、７２０、７３０について異なる場合に生じる。固有の相対電力レベルの最大数は（Ｌ₁＊．．．＊Ｌ_J）であり、そのため混合行列の階数は、和に実際受信機が関心を示す数よりも多くのソースがある場合、分離されるソースの数を超えることができる。そうではない場合、行列は退化性になり、階数は実際のソースの数まで縮小する。

変調は、伝送される電力の変更と同様に単純にすることができる。これは、パターンの輪郭とは無関係に行うことができるので、全方向性、セクター区切り、またはビーム形成パターンを使用することができる。伝送ビームのボアサイトを変更するなど、その他の技法も使用することができる。

特に効果的な手法は、前述のように、整合されたタイムスロットを送信機に使用させることである。タイミングは、装置の内部クロックを使用するか、または意図されたアクセスポイント７４０によって送信される共通タイムマークまで同期化することによって設定することができる。信号が受信機に到着するタイミングに関して不整合がある場合、信号を分離できるＢＳＳ処理能力の低下がある。整合は、装置までの距離を決定することにより、または時間遅延を測定することにより調整することができる。次いで、タイミング加速または減速の技法は、アクセスする装置によって使用されてもよい。

信号受信のゲイン変化はいずれも、それらをターゲットとみなし、他の場合にはインターフェアラとみなすＢＳＳ処理装備のアクセスポイントによって使用されていることを考慮すると、整合すべき適切な受信機は異なる可能性がある。全体的なネットワーク協調がない場合、意図された受信機は整合されるべきである。全体的なネットワーク協調がある場合、最善の手法は、信号をインターフェアラとしてより除去しやすくしながら、引き続き、意図された受信機において分離のために十分な整合を提供することであることを測定値が示してもよい。

ＲＦ電力レベル変調の技法を使用しないその他の信号源がある場合、従来の信号拒否の技法を使用することができる。代替として、受信機は、ＢＳＳの適切な行列の階数を増大させるためにパターンまたはその他の手段を使用してもよい。たとえ後者の手段が使用されたとしても、導かれる行列情報の劣化は、アクセスポイント受信機において実施するためのオーバーヘッドを大幅に減少する。

上記で説明されている意図されたアクセスポイント７４０において混合行列を構築するための方法はすべて、この実施態様の一部として使用することができる。

本発明のもう１つの態様は、ＣＤＭＡ信号分離を支援するためのＢＳＳ処理およびパターン波動を対象としている。送信機処理へのこの機能強化は、図３に示すロードマップのブロック９０および９２のいずれにも適用可能である。符号分割多重アクセスシステム（例えば、ＣＤＭＡ ＩＳ−９５、ＣＤＭＡ２０００、ＷＣＤＭＡ）は、複数ユーザの間で同じ割り振りＲＦスペクトルを共用する。これは、各チップ（つまり、使用の時間周期）出現において様々な伝送信号を選択するために疑似乱数符号を使用することによって行われる。理想的な状況において、各リンクによって使用される符号はすべての他の符号に対して直交であり、それが同じ周波数を使用する複数リンクを容易にする。次いで、これらの個々の信号は、直交性が受信信号で保持されると仮定して、個々のリンクに割り当てられた直交符号の知識を通じて受信機において回復される。

送信機によって伝送される信号は、シンボルによって定義されたスペクトル拡散ソース信号であり、各シンボルは拡散符号に基づく複数のチップを備える。各シンボル内のチップの一部は、伝送されたソース信号がＬ個の１次独立電力レベル時間周期で出現するように（ただし、Ｌ≧２）、異なる電力レベルで伝送される。移動体無線通信装置を使用して、Ｍ個の信号源によって提供されたソース信号を分離し（ただし、Ｍ≧２）、前述のように、送信機がＬ個の１次独立電力レベル時間周期でＭ個のソース信号のうちの１つを提供する。

信号分離プロセッサによって形成された混合行列は、Ｍ個のソース信号の少なくともＮ個の異なる和信号を備える混合行列を形成する。混合行列は、少なくともＬ＊Ｎまでと等しい階数を有する。各シンボル内の異なる電力レベルで伝送されているチップの部分の数は、混合行列の階数と等しくすることができる。各シンボル内の異なる電力レベルで伝送されているチップの各々の部分は、連続するチップのセットを備えることができる。

しかし、理想的な状況は、３つのシナリオに分解される。１つのシナリオは、受信機によって受信される個々の線の異なるパス遅延により、直交性が失われるか、または縮小される場合である。第２のシナリオは、ユーザ機器が、２つの隣接するセルまたはセクター間のソフトハンドオフ領域にある場合である。第３のシナリオは、タイムスロットリンクが、ＦＤＤ ＨＳＤＰＡおよびＣＤＭＡ２０００ １ｘＥＶ−ＤＶなど、他のユーザデータチャネルとリソースを共有している場合である。これらの状況では、符号の直交性は多くの場合、不十分であり減少する。これは結果として、データ転送速度の大幅な低下をもたらし、ドロップリンクをまねく可能性さえある。

ＢＳＳアルゴリズムが効果的に信号を分離するためには、ｘ_i受信信号は、それぞれ個々の信号に関連付けられている相対的に異なる重み係数でアンテナにおいて受信された信号の総和である必要がある。これは、送信機、受信機、または両方の位置において行うことができる。重み係数が伝送終了または受信終了のいずれにおいて変更されても、これらはチップごと、または連続するチップのセットごとに変更することができる。基本的な要件は、総和の信号が、少なくとも分離する信号の数と同じ回数だけシンボルごとに調整されることである。

図２３は、周波数でシンボルが１２回（１２チップ）変更される場合を示す。変更されるパラメータは、４チップにわたり一定に保持される。シンボルごとの３つの変動は、３つの別個の信号が総和の受信信号から分離されうることを意味する。

送信機が信号パスに沿って一つのストリームを送信している場合、パターン輪郭のセットは回転されるかまたは異なっている必要はない。これは、受信機において検出される信号が、他のすべての受信される信号と相対的に変更されているためである。したがって、送信機は、輪郭の形状の変更を必要とするのではなく、パターン全体に対する単純な電力変更を使用することができる。受信機において他のストリームが１つだけ加算される場合、ＢＳＳ処理は、１つがたとえ振幅が一定であったとしても分離することができる。これは、電力ディザリングソースがその操作に必要な変更を提供するからである。複数の他のストリームが受信される場合、受信機自身が他の分離手段を使用していない限り、または独自の波動パターン生成能力を備えていない限り、これらはＢＳＳプロセッサにとって単一のグループ化されたインターフェアラとして出現する。

厳密に必須ではないが、ユーザ機器受信機からのフィードバック情報は、リンクの全般的な動作を向上させるために使用することができる。例えば、受信機は、パターン輪郭の各々の変更が有用なデータを提供する程度を決定することができる。この情報は、送信機にフィードバックされる。次いで、送信機は、リンクを向上させ、使用電力を低減するか、または他の通信リンクに生じる干渉を減らすようにその動作を調整することができる。電力プロファイルを変更する方法は数多くあるが、調整のいくつかは、各パターンが使用されるシーケンス、シンボル伝送の過程で行われる変更の数、および個々のリンクへの電力の変調またはディザリングの方法であってもよい。シンボルあたりの輪郭変更の調整は、最善のパフォーマンスを得るために受信機に伝達される必要がある。

実際的な電力増幅は、それらの線形動作範囲で最もよく使用される。平均電力比までの大きなピークと共に、線形動作の動作範囲は減少し、その結果ＰＡの縮小線形動的制御範囲、ひいては送信機と受信機との間の縮小動作距離をもたらす。電力が、使用されている伝送パラメータである場合、この懸念事項は、いくつかの手法によって緩和することができる。

これらの手法は、複数のシンクが同じ増幅器によって電力供給されている場合に、すべての信号の電力の和が一定に保持されるような方法でＢＳＳ処理の変更を同期化できることを含む。言い換えれば、一部の伝送の増加は、その他の伝送の減少によってオフセットされる。電力がチップレートに近似の値で変調される場合、余剰電力は多くの場合、小さいリップルを誘導して減結合記憶素子により吸収することができる。余剰電力は、損失負荷に転用することができる。

２次元または３次元のパターンは、フェーズドアレイアンテナの遅延および電力レベルの調整、切り替え可能負荷による無給電アンテナ素子、偏波の変更、パターンの偏向を引き起こす電力平面負荷の変更、素子または反射器の機械的な動き、および上記のいずれかの組合せを含む、伝送および受信アンテナの両方に対する多くの手段により作成することができる。

上記で説明されている混合行列を構築するための方法はすべて、この実施態様の一部として使用することができる。

本発明の多くの変更およびその他の実施形態は、前述の説明および関連する図面に提示される教示を利用できる当業者に発想をもたらすことになろう。それゆえに、本発明は、開示されている特定の実施形態に限定されるべきではなく、また変更および実施形態は以下の特許請求の範囲に含まれるべく意図されていることを理解されたい。

Claims (36)

1. 同時に伝送している少なくともＪ個のモバイル無線通信装置であって（ただし、Ｊ≧２）、各モバイル無線通信装置は、複数のシンボルを備えるそれぞれの文字セットによって定義されるソース信号を伝送し、前記それぞれの文字セット内の前記シンボルの少なくとも１つは、前記少なくともＪ個のモバイル無線通信装置からの前記伝送されるソース信号が少なくともＬ₁からＬ_Jの１次独立電力レベル時間周期で出現するように異なる電力レベルで伝送される、モバイル無線通信装置（ただし、少なくとも１つはＬ_j＞１として、Ｌ_j≧１）と、
   Ｍ個の信号源によって提供されるソース信号を分離するための固定通信装置であって（ただし、Ｍ≧２）、前記Ｊ個のモバイル無線通信装置は、最大（Ｌ₁＊．．．＊Ｌ_J）の１次独立電力レベル時間周期を含む前記Ｍ個のソース信号のＪ個を提供する、固定通信装置と
   を備える通信システムであって、
   前記固定通信装置は、
   前記Ｍ個のソース信号の少なくともＮ個の異なる総和を受信するためのＮ個のアンテナ素子を備えるアンテナアレイと（ただし、Ｎ≧１）、
   前記Ｍ個のソース信号の前記少なくともＮ個の異なる総和を受信するために前記アンテナアレイに結合された受信機と、
   前記Ｍ個のソース信号の前記少なくともＮ個の異なる総和を備える混合行列を形成するために前記受信機に結合された信号分離プロセッサであって、前記混合行列は少なくとも（Ｌ₁＊．．．＊Ｌ_J）＊Ｎまでと等しい階数を有し、前記信号分離プロセッサは前記混合行列から所望のソース信号を分離するためのものである、信号分離プロセッサと
   を備えることを特徴とする通信システム。
2. 前記少なくともＪ個のモバイル無線通信装置は、前記ソース信号を伝送するために時間整合スロットを使用することを特徴とする請求項１に記載の通信システム。
3. 前記少なくともＪ個のモバイル無線通信装置は各々、時間整合スロットと一致するように各自のタイミングを設定するための内部クロックを備えることを特徴とする請求項２に記載の通信システム。
4. 前記固定通信装置は、前記少なくともＪ個のモバイル無線通信装置が前記時間整合スロットと一致するように各自のタイミングを設定することができるように、同期信号を伝送するための送信機を備えることを特徴とする請求項２に記載の通信システム。
5. 各モバイル無線通信装置に対して、前記文字セット内の各シンボルの振幅は一定であり、前記シンボルの少なくとも２つは異なる電力レベルであることを特徴とする請求項１に記載の通信システム。
6. 前記通信システムがセルラーネットワークとして構成されるように、前記固定通信装置は基地局の一部であることを特徴とする請求項１に記載の通信システム。
7. 各モバイル無線通信装置は受信機を備え、前記固定通信装置は、前記異なる電力レベルで前記それぞれの文字セット内の前記少なくとも１つのシンボルを伝送する際に前記受信機を介してフィードバックを各モバイル無線通信装置に提供するための固定送信機をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の通信システム。
8. 前記フィードバックは前記電力レベルの調整の少なくとも１つを備え、文字セット内の前記シンボルのシーケンスは前記異なる電力レベルで伝送されることを特徴とする請求項７に記載の通信システム。
9. 前記Ｎ個のアンテナ素子はＮ個の相関アンテナ素子を備えることを特徴とする請求項１に記載の通信システム。
10. 前記Ｎ個の相関アンテナ素子は、前記アンテナアレイがフェーズドアレイを形成するようにＮ個の能動アンテナ素子を備えることを特徴とする請求項９に記載の通信システム。
11. 前記Ｎ個の相関アンテナ素子は、前記アンテナアレイが入射信号の独立和を形成するように、少なくとも１つの能動アンテナ素子と、Ｎ−１個までの受動アンテナ素子とを備えることを特徴とする請求項９に記載の通信システム。
12. 前記Ｎ個のアンテナ素子の少なくとも２つは、相関関係にあり、前記Ｍ個のソース信号の前記Ｎ個の異なる総和の少なくとも２つを受信するために異なる偏波を有することを特徴とする請求項１に記載の通信システム。
13. 前記固定通信装置は、受信した前記Ｍ個のソース信号の前記Ｎ個の異なる総和の各々を同相および直交成分セットに分離するために各アンテナ素子と前記受信機の間に結合されたそれぞれの同相および直交モジュールをさらに備え、
    前記受信機は、前記Ｍ個のソース信号の前記少なくともＮ個の異なる総和に対する前記少なくともＮ個の同相および直交成分セットを受信し、
    前記信号分離プロセッサは、前記Ｍ個のソース信号の少なくとも２＊Ｌ＊Ｎ個の異なる総和を備える前記混合行列を形成し、各位相および直交成分セットは前記Ｌ個の１次独立電力レベル時間周期の各々について２つの入力を前記混合行列に提供し、前記混合行列は少なくとも２＊Ｌ＊Ｎまでと等しい階数を有することを特徴とする請求項１に記載の通信システム。
14. 前記無線通信装置は、前記Ｍ個のソース信号の前記少なくともＮ個の異なる総和を復号するために前記Ｎ個のアンテナ素子と前記受信機との間に結合された符号デスプレッダをさらに備え、前記Ｎ個の異なる総和の各々は関連付けられるＬ個の１次独立電力レベル時間周期で前記Ｍ個のソース信号のｋ個の異なる総和を提供するためにｋ個の符号を含み、
    前記受信機は前記Ｍ個のソース信号の少なくともｋ＊Ｌ＊Ｎ個の異なる総和を受信し、
    前記信号分離プロセッサは、前記Ｍ個のソース信号の前記少なくともｋ＊Ｌ＊Ｎ個の異なる総和を備える前記混合行列を形成し、前記混合行列は少なくともｋ＊Ｌ＊Ｎまでと等しい階数を有することを特徴とする請求項１に記載の通信システム。
15. 前記アンテナアレイはＮ個の初期アンテナパターンを生成し、前記アンテナアレイは、前記Ｍ個のソース信号の少なくとも１つの追加の異なる総和が受信されるように、少なくとも１つの追加のアンテナパターンを生成するために前記Ｎ個の初期アンテナパターンの少なくとも１つの仰角を選択的に変更するための仰角コントローラを備え、
    前記受信機は、前記Ｎ個の初期アンテナパターンを使用して前記Ｍ個のソース信号の前記Ｎ個の異なる総和を受信し、前記少なくとも１つの追加のアンテナパターンを使用して前記Ｍ個のソース信号の前記少なくとも１つの追加の異なる総和を受信し、
    前記信号分離プロセッサは、前記Ｍ個のソース信号の前記Ｎ個の異なる総和と、前記Ｍ個のソース信号の前記少なくとも１つの追加の異なる総和とを備える前記混合行列を形成し、前記Ｌ個の１次独立電力レベル時間周期の各々について、前記混合行列は、少なくともＬ＊Ｎに、前記追加のアンテナパターンを使用する前記Ｍ個のソース信号の追加の異なる総和の数と前記Ｌ個の１次独立電力レベル時間周期の積を加えた数までと等しい階数を有することを特徴とする請求項１に記載の通信システム。
16. 前記信号分離プロセッサは、ブラインド信号分離プロセッサを備え、主成分分析（ＰＣＡ）、独立成分分析（ＩＣＡ）、および特異値分解（ＳＶＤ）の少なくとも１つに基づいて前記混合行列から前記所望のソース信号を分離することを特徴とする請求項１に記載の通信システム。
17. 前記信号分離プロセッサは、知識ベース処理信号抽出プロセスに基づいて前記混合行列から前記所望のソース信号を分離することを特徴とする請求項１に記載の通信システム。
18. 前記信号分離プロセッサは、知識ベース信号抽出プロセスおよびブラインド信号分離プロセスの組合せに基づいて前記混合行列から前記所望のソース信号を分離することを特徴とする請求項１に記載の通信システム。
19. 通信システムを操作するための方法であって、
    少なくともＪ個のモバイル無線通信装置から少なくともＪ個のソース信号を同時に伝送するステップであって（ただし、Ｊ≧２）、各モバイル無線通信装置は、複数のシンボルを備えるそれぞれの文字セットによって定義されるソース信号を伝送し、前記それぞれの文字セット内の前記シンボルの少なくとも１つは、前記Ｊ個のモバイル無線通信装置からの前記伝送されるソース信号が少なくともＬ₁からＬ_Jの１次独立電力レベル時間周期で出現するように異なる電力レベルで伝送される、ステップ（ただし、少なくとも１つはＬ_j＞１として、Ｌ_j≧１）と、
    Ｍ個の信号源によって提供されるソース信号を固定通信装置において分離するステップであって（ただし、Ｍ≧２）、前記Ｊ個のモバイル無線通信装置は、最大（Ｌ₁＊．．．＊Ｌ_J）の１次独立電力レベル時間周期を含む前記Ｍ個のソース信号のＪ個を提供する、ステップと
    を備え、
    前記分離するステップは、
    アンテナアレイにおいて前記Ｍ個のソース信号の少なくともＮ個の異なる総和を受信するステップ（ただし、Ｎ≧１）と、
    前記Ｍ個のソース信号の前記少なくともＮ個の異なる総和を前記アンテナアレイに結合された受信機に提供するステップと、
    前記Ｍ個のソース信号の前記少なくともＮ個の異なる総和を備える混合行列を形成するステップであって、前記混合行列は少なくとも（Ｌ₁＊．．．＊Ｌ_J）＊Ｎまでと等しい階数を有し、前記混合行列から所望のソース信号を分離するための信号分離プロセッサを使用する、ステップと
    を備えることを特徴とする方法。
20. 前記少なくともＪ個のモバイル無線通信装置は、前記ソース信号を伝送するために時間整合スロットを使用することを特徴とする請求項１９に記載の方法。
21. 前記少なくともＪ個のモバイル無線通信装置は各々、前記時間整合スロットと一致するように各自のタイミングを設定するための内部クロックを備えることを特徴とする請求項２０に記載の方法。
22. 前記固定通信装置は、前記少なくともＪ個のモバイル無線通信装置が前記時間整合スロットと一致するように各自のタイミングを設定することができるように、同期信号を伝送するための送信機を備えることを特徴とする請求項２０に記載の方法。
23. 各モバイル無線通信装置に対して、前記文字セット内の各シンボルの振幅は一定であり、前記シンボルの少なくとも２つは異なる電力レベルであることを特徴とする請求項１９に記載の方法。
24. 前記通信システムがセルラーネットワークとして構成されるように、前記固定通信装置は基地局の一部であることを特徴とする請求項１９に記載の方法。
25. 各モバイル無線通信装置は受信機を備え、前記固定通信装置は、前記異なる電力レベルで前記それぞれの文字セット内の前記少なくとも１つのシンボルを伝送する際に前記受信機を介してフィードバックを各モバイル無線通信装置に提供するための固定送信機をさらに備えることを特徴とする請求項１９に記載の方法。
26. 前記フィードバックは前記電力レベルの調整の少なくとも１つを備え、文字セット内の前記シンボルのシーケンスは前記異なる電力レベルで伝送されることを特徴とする請求項２５に記載の方法。
27. 前記Ｎ個のアンテナ素子はＮ個の相関アンテナ素子を備えることを特徴とする請求項１９に記載の方法。
28. 前記Ｎ個の相関アンテナ素子は、前記アンテナアレイがフェーズドアレイを形成するようにＮ個の能動アンテナ素子を備えることを特徴とする請求項２７に記載の方法。
29. 前記Ｎ個の相関アンテナ素子は、前記アンテナアレイが入射信号の独立和を形成するように、少なくとも１つの能動アンテナ素子と、Ｎ−１個までの受動アンテナ素子とを備えることを特徴とする請求項２７に記載の方法。
30. 前記Ｎ個のアンテナ素子の少なくとも２つは、相関関係にあり、前記Ｍ個のソース信号の前記Ｎ個の異なる総和の少なくとも２つを受信するために異なる偏波を有することを特徴とする請求項１９に記載の方法。
31. 前記固定通信装置は、受信した前記Ｍ個のソース信号の前記Ｎ個の異なる総和の各々を同相および直交成分セットに分離するために各アンテナ素子と前記受信機の間に結合されたそれぞれの同相および直交モジュールをさらに備え、
    前記受信機は、前記Ｍ個のソース信号の前記少なくともＮ個の異なる総和に対する前記少なくともＮ個の同相および直交成分セットを受信し、
    前記信号分離プロセッサは、前記Ｍ個のソース信号の少なくとも２＊Ｌ＊Ｎ個の異なる総和を備える前記混合行列を形成し、各位相および直交成分セットは、前記Ｌ個の１次独立電力レベル時間周期の各々について２つの入力を前記混合行列に提供し、前記混合行列は少なくとも２＊Ｌ＊Ｎまでと等しい階数を有することを特徴とする請求項１９に記載の方法。
32. 前記無線通信装置は、前記Ｍ個のソース信号の前記少なくともＮ個の異なる総和を復号するために前記Ｎ個のアンテナ素子と前記受信機との間に結合された符号デスプレッダをさらに備え、前記Ｎ個の異なる総和の各々は関連付けられるＬ個の１次独立電力レベル時間周期で前記Ｍ個のソース信号のｋ個の異なる総和を提供するためにｋ個の符号を含み、
    前記受信機は前記Ｍ個のソース信号の少なくともｋ＊Ｌ＊Ｎ個の異なる総和を受信し、
    前記信号分離プロセッサは、前記Ｍ個のソース信号の前記少なくともｋ＊Ｌ＊Ｎ個の異なる総和を備える前記混合行列を形成し、前記混合行列は少なくともｋ＊Ｌ＊Ｎまでと等しい階数を有することを特徴とする請求項１９に記載の方法。
33. 前記アンテナアレイはＮ個の初期アンテナパターンを生成し、前記アンテナアレイは、前記Ｍ個のソース信号の少なくとも１つの追加の異なる総和が受信されるように、少なくとも１つの追加のアンテナパターンを生成するために前記Ｎ個の初期アンテナパターンの少なくとも１つの仰角を選択的に変更するための仰角コントローラを備え、
    前記受信機は、前記Ｎ個の初期アンテナパターンを使用して前記Ｍ個のソース信号の前記Ｎ個の異なる総和を受信し、前記少なくとも１つの追加のアンテナパターンを使用して前記Ｍ個のソース信号の前記少なくとも１つの追加の異なる総和を受信し、
    前記信号分離プロセッサは、前記Ｍ個のソース信号の前記Ｎ個の異なる総和と、前記Ｍ個のソース信号の前記少なくとも１つの追加の異なる総和とを備える前記混合行列を形成し、前記Ｌ個の１次独立電力レベル時間周期の各々について、前記混合行列は、少なくともＬ＊Ｎに、前記追加のアンテナパターンを使用する前記Ｍ個のソース信号の追加の異なる総和の数と前記Ｌ個の１次独立電力レベル時間周期の積を加えた数までと等しい階数を有することを特徴とする請求項１９に記載の方法。
34. 前記信号分離プロセッサは、ブラインド信号分離プロセッサを備え、主成分分析（ＰＣＡ）、独立成分分析（ＩＣＡ）、および特異値分解（ＳＶＤ）の少なくとも１つに基づいて前記混合行列から前記所望のソース信号を分離することを特徴とする請求項１９に記載の方法。
35. 前記信号分離プロセッサは、知識ベース処理信号抽出プロセスに基づいて前記混合行列から前記所望のソース信号を分離することを特徴とする請求項１９に記載の方法。
36. 前記信号分離プロセッサは、知識ベース信号抽出プロセスおよびブラインド信号分離プロセスの組合せに基づいて前記混合行列から前記所望のソース信号を分離することを特徴とする請求項１９に記載の方法。

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