JPH07154129A - Ｌｍｓ方式のアダプティブアレイアンテナ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ＬＭＳ方式のアダプティブアレイアンテナ装
置においてフェージングの影響を受けても妨害信号を除
去して希望信号を良好に受信する。 【構成】 所定間隔毎にデータ信号と時分割多重化され
たパイロット信号を含む電波信号が複数のアンテナから
受信され、複数のアンテナ各々で受信された電波信号に
重み付け係数を個別に乗算手段において乗算し、更にそ
れら各出力信号を加算手段により加算した信号から時分
割多重化されたパイロット信号を抽出してその抽出した
パイロット信号に基づいて加算手段の出力信号の位相及
び振幅を補償して基準信号を発生する。 【効果】 パイロット信号が含まれる帯域のうちの一部
帯域がフェージングの影響により失われても受信信号か
らパイロット信号を抽出することができ、希望信号の受
信動作を開始したときにフェージングの影響を受けても
妨害信号を除去して希望信号を良好に受信することがで
きる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、移動通信システム等の
受信装置に用いられるＬＭＳ方式のアダプティブアレイ
アンテナ装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】通信電波に対する干渉信号等の妨害信号
を受信側で除去する装置としてアダプティブアレイアン
テナ装置がある。アダプティブアレイアンテナ装置は図
１に示した指向性パターンから分かるように妨害信号の
到来方向に自動的に零感度点を形成することにより、そ
れら妨害信号を除去する機能を有している。この機能を
用いるためには電波信号のうちの受信すべき希望信号と
除去すべき妨害信号とを区別するために希望信号につい
ての事前情報が必要となる。事前情報として希望信号の
時間波形を用いたＬＭＳ（Least Mean Square）方式、
希望信号の到来方向を用いたＭＳＮ（Maximum Signal t
o Noise Radio）方式、希望信号の放射電力を用いたＰ
Ｉ（Power Inversion）方式とが知られている。

【０００３】従来のＬＭＳ方式のアダプティブアレイア
ンテナ装置は、図２に示すように複数のアンテナ１１₁
〜１１_n（ｎは２以上の整数）各々に係数乗算器１２₁〜
１２_nが接続され、アンテナ１１₁〜１１_nによる受信Ｒ
Ｆ信号に個別に重み付けがされるようになっている。乗
算器１２₁〜１２_nの各出力信号が加算器１３によって合
成され、それが受信機に供給されると共に基準信号発生
回路１４に供給される。基準信号発生回路１４は希望信
号と妨害信号とを区別するために希望信号とは相関が強
くかつ妨害信号とは相関の弱い基準信号を発生する。基
準信号と加算器１３の出力信号との差が減算器１５にお
いて採られ、その差信号が制御回路１６に供給される。
制御回路１６は差信号に応じて乗算器１２₁〜１２_n各々
の乗算係数を設定することにより妨害信号成分を打ち消
すように重み付け制御を行なう。これにより、希望信号
の到来方向に感度が最大となり妨害信号の到来方向に感
度が最小となり、妨害信号を除去しつつ希望信号を受信
ＲＦ信号として得ることができるのである。

【０００４】ところで、基準信号を発生するために希望
信号において図３に示すように伝送すべきデータ信号と
は異なる所定の周波数域にパイロット信号を含ませる周
波数分割多重化が行なわれている。よって、受信信号中
から所定の周波数域のパイロット信号を抽出することに
より希望信号と妨害信号とを区別することができるの
で、適切な基準信号を発生することができるのである。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、希望信
号の所定の周波数域に挿入されたパイロット信号を用い
たＬＭＳ方式のアダプティブアレイアンテナ装置におい
ては、図４に示すように希望信号の所定の周波数域が周
波数選択性のフェージングの影響を希望信号の受信動作
を開始したときに受けると、パイロット信号を抽出する
ことが不可能になる。よって、適切な基準信号を発生す
ることができず、妨害信号を除去して希望信号を良好に
受信することができないことが生じるという問題点があ
った。

【０００６】そこで、本発明の目的は、フェージングの
影響を受けても妨害信号を除去して希望信号を良好に受
信することができるＬＭＳ方式のアダプティブアレイア
ンテナ装置を提供することである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明のＬＭＳ方式のア
ダプティブアレイアンテナ装置は、複数のアンテナと、
複数のアンテナ各々で受信された電波信号に重み付け係
数を個別に乗算する乗算手段と、乗算手段の各出力信号
を加算してアンテナ装置の出力信号とする加算手段と、
加算手段の出力信号から予め定められた内容を示すパイ
ロット信号を抽出する抽出手段と、抽出手段によって抽
出されたパイロット信号に基づいて加算手段の出力信号
を補償して基準信号を発生する基準信号発生手段と、加
算手段の出力信号と基準信号との差信号を算出する減算
手段と、差信号が最小になるように乗算手段の各重み付
け係数を制御する制御手段とからなるＬＭＳ方式のアダ
プティブアレイアンテナ装置であって、電波信号にはパ
ターン信号が所定間隔毎にデータ信号と時分割多重化さ
れて含まれ、抽出手段は時分割多重化されたパイロット
信号を抽出することを特徴としている。

【０００８】

【作用】本発明のＬＭＳ方式のアダプティブアレイアン
テナ装置によれば、所定間隔毎にデータ信号と時分割多
重化されたパイロット信号を含む電波信号が複数のアン
テナから受信されるので、複数のアンテナ各々で受信さ
れた電波信号に重み付け係数を個別に乗算手段において
乗算し、更にそれら各出力信号を加算手段により加算し
た信号から時分割多重化されたパイロット信号を抽出し
てその抽出したパイロット信号に基づいて加算手段の出
力信号の位相及び振幅を補償して基準信号を発生するこ
とが行なわれる。

【０００９】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照しつつ詳
細に説明する。本発明によるアダプティブアレイアンテ
ナ装置を備えた移動通信システムにおいて、送信装置は
例えば、１６ＱＡＭ(16-level Quadrature Amplitude M
odulation)変調部を有し、当該変調方式に準じた変調信
号を伝搬経路を通じて受信装置に送信する。かかる伝搬
経路においては、送信された信号がフェージング（Fadi
ng）歪を受けることとなる。この伝搬経路を経た送信信
号は、受信装置においてアダプティブアレイアンテナ装
置で受信されると１６ＱＡＭ復調部に供給される。１６
ＱＡＭ復調部は受信信号に対して１６ＱＡＭに準じた復
調をなすものであり、更に上記のフェージング歪による
信号の劣化を補償するためにフェージング補償部が設け
られている。

【００１０】変調部でキャリアを変調する伝送データ信
号は１フレームを単位として送信される。伝送データ信
号は、図５に示すように連続するシンボル列すなわち所
定のタイムスロット毎にデータ信号が順に配列されて形
成される。更に、所定数のデータ信号毎にフェージング
歪を検出するためのパイロット信号（パイロットシンボ
ル）が挿入される。例えば１フレーム内には１８個のパ
イロット信号が１０タイムスロットおきに挿入される。
パイロット信号は予め定められた内容を有しており、複
素数で表わすことができる。

【００１１】図６は本発明によるアダプティブアレイア
ンテナ装置を含む移動通信システムの端末の受信装置を
示している。この受信装置においては、複数のアンテナ
２１ ₁〜２１_n各々に係数乗算器２２₁〜２２_nが接続さ
れ、アンテナ２１₁〜２１_nによる受信ＲＦ信号に個別に
重み付けがされる。乗算器２２₁〜２２_nの出力には加算
器２３が接続され、加算器２３によって乗算器２２₁〜
２２_nの各出力信号が合成される。加算器２３の出力信
号が受信機３０に供給されると共に基準信号発生回路２
４に供給される。基準信号発生回路２４は２つの乗算器
２５，２６からなる。乗算器２５は加算器２３の出力信
号と後述のパイロット補間回路から位相補償信号とを乗
算する。乗算器２６は乗算器２５の出力信号とパイロッ
ト補間回路から振幅補償信号とを乗算する。乗算器２６
の出力信号が基準信号であり、減算器２７に供給され
る。減算器２７は基準信号から加算器２３の出力信号を
差し引いて差信号を得てそれを制御回路２８に供給す
る。制御回路２８は差信号に応じて乗算器２２₁〜２２_n
各々の乗算係数を設定することにより重み付け制御を行
なう。

【００１２】加算器２３の出力信号をアンテナの受信Ｒ
Ｆ信号として受け入れる受信機３０においては、１６Ｑ
ＡＭ復調のためのダウンコンバート部３１が設けられ、
そこで受信信号をベースバンドまで落とすための周波数
変換、サンプリング及び量子化の信号処理が施される。
かかる信号処理されたベースバンド信号は、ミキサ３３
に供給される。ミキサ３３の出力信号はパルス整形フィ
ルタ３４を経て、スロット内の各シンボルをサンプリン
グするためのシンボルサンプラ３５に供給される。

【００１３】ダウンコンバート部３１の出力はタイミン
グ抽出部３６に供給される。タイミング抽出部３６は、
該前処理出力に基づいてフレーム及びビットの同期を推
定し、その同期をとるとともに、シンボルサンプラ３５
におけるサンプルタイミングを生成し、これをシンボル
サンプラ３５に与える。シンボルサンプラ３５は、与え
られたサンプルタイミングに基づいてサンプリング処理
を行なう。

【００１４】シンボルサンプラ３５の出力信号はまた、
オフセット周波数を検知するためのＡＦＣ回路３７へ供
給される。ＡＦＣ回路３７は、供給された信号から上記
プリアンブルを取り出し、搬送波の位相偏移（送信時と
受信時における位相ずれ）を検出し、その検出した位相
偏移を周波数偏差に変換し、この変換出力をループフィ
ルタを介してミキサ３３に供給する。ミキサ３３は、供
給された信号をＡＦＣ信号すなわちオフセット周波数に
応じた信号としてベースバンド信号に乗じる。これによ
り、送信装置と受信装置との間のキャリア周波数偏差が
補正されるのである。

【００１５】シンボルサンプラ３５の出力にはパイロッ
ト補間回路４０が接続されている。パイロット補間回路
４０は複素数をなすパイロット信号を抽出してパイロッ
ト信号各々からフェージング波形を推定すべく数値信号
を乗算してそれらの複素共役をとって位相補償信号を発
生すると共に、パイロット信号の各々の絶対値の自乗を
とりそれら絶対値の自乗を加算しかつ逆数をとることに
より振幅補償信号を発生する。

【００１６】パイロット補間回路４０においては、図７
に示すようにシンボルサンプラ３５の出力信号からパイ
ロット信号を抽出するパイロットサンプラ４１が設けら
れている。パイロットサンプラ４１には図示してない
が、タイミング抽出部３６からタイミング信号が供給さ
れる。パイロットサンプラ４１の出力にはパイロット補
間フィルタ４２が接続されている。パイロット補間フィ
ルタ４２は、シフトレジスタ４３、ｍ個（ただしｍは２
以上の整数）の乗算器４５₁〜４５_m、数値発生器４６及
び加算器４７からなる。シフトレジスタ４３はｍ個のパ
イロット信号をサンプル順に保持して各保持パイロット
信号を出力する。乗算器４５₁〜４５_m各々は対応するシ
フトレジスタ４３の保持出力に接続されている。数値発
生器４６はクロック信号に同期してｍ個分の数値信号を
発生して対応する乗算器４５₁〜４５_mに供給する。数値
信号は例えば、ベッセル関数に基づいた係数である。乗
算器４５₁〜４５_m各々は供給される保持パイロット信号
と数値信号とを乗算し、その乗算結果の信号を加算器４
７に供給する。加算器４７の出力に複素共役回路５１が
接続されている。複素共役回路５１の出力信号が位相補
償信号であり、位相補償回路３８と共に上記の基準信号
発生回路２４の乗算器２５に供給される。

【００１７】シフトレジスタ４３には振幅補償信号を発
生する絶対値自乗回路４４が接続されている。絶対値自
乗回路４４はｍ個の乗算器４８₁〜４８_m及び加算器４９
からなる。乗算器４８₁〜４８_m各々は対応するシフトレ
ジスタ４２の保持出力に接続され、供給される保持パイ
ロット信号を自乗し、その自乗結果の信号を加算器４９
に供給する。加算器４９には逆数回路５２が接続されて
いる。逆数回路５２の出力信号は振幅補償信号であり、
振幅補償回路３９と共に上記の基準信号発生回路２４の
乗算器２６に供給される。

【００１８】位相補償回路３８及び振幅補償回路３９は
シンボルサンプラ３５の出力に直列に接続されている。
位相補償回路３８及び振幅補償回路３９は共に乗算器か
らなり、位相補償回路３８はシンボルサンプラ３５から
出力されるデータ信号に位相補償信号を乗算する。振幅
補償回路３９は位相補償回路３８から出力される位相補
償されたデータ信号に振幅補償信号を乗算する。振幅補
償回路３９の出力信号がフェージング補償された信号と
して判定回路５０に供給される。判定回路５０は供給さ
れるデータ信号を基準値と比較してデータ信号が論理０
及び１のいずれであるかを判定し、判定回路５０の出力
信号が復調された信号となる。なお、位相補償回路３
８、振幅補償回路３９及びパイロット補間回路４０がフ
ェージング補償部を構成している。

【００１９】かかる構成の受信装置において、アンテナ
２１₁〜２１_n各々で受信された信号は乗算器２２₁〜２
２_nを介して加算器２３にて加算される。その加算され
た受信信号は受信機３０に供給される。受信機３０に供
給された受信ＲＦ信号はダウンコンバート部３１におい
て周波数変換、サンプリング及び量子化の信号処理が施
されてベースバンド信号としてミキサ３３に供給され
る。ミキサ３３においてＡＦＣ信号と混合された後、パ
ルス整形フィルタ３４に供給される。パルス整形フィル
タ３４の出力信号のスロット内の各シンボルがシンボル
サンプラ３５においてタイミング抽出部３６からのタイ
ミング信号に応じてサンプリングされる。

【００２０】シンボルサンプラ３５から出力されるシン
ボル単位の信号は更にパイロットサンプラ４１において
パイロット信号のみが抽出される。抽出されたパイロッ
ト信号はシフトレジスタ４３に順次保持され、新たにパ
イロット信号が抽出される毎に既に保持されているパイ
ロット信号はシフトする。シフトレジスタ４３に保持さ
れたパイロット信号は対応する乗算器４５₁〜４５_mに供
給され、乗算器４５₁〜４５_mにおいて数値発生器４６か
らの数値信号と乗算される。これら乗算結果は加算器４
７によって全て加算され、その加算結果の複素共役が複
素共役回路５１でとられる。その複素共役が位相補償信
号となる。また、シフトレジスタ４３に保持されたパイ
ロット信号は対応する乗算器４８₁〜４８_mにも供給さ
れ、乗算器４８₁〜４８_mにおいて自乗される。これによ
り、パイロット信号の各々の絶対値の自乗がとられるの
である。これら乗算器４８₁〜４８_mによる自乗結果は加
算器４９によって全て加算され、その加算結果の逆数が
逆数回路５２でとられて振幅補償信号となる。

【００２１】位相補償信号は位相補償回路３８にてデー
タ信号に乗算されることによりデータ信号を位相シフト
させる。位相補償回路３８において位相補償されたデー
タ信号は振幅補償回路３９にて振幅補償信号と乗算され
ることにより振幅補償される。受信信号はフェージング
の影響を受けているのでその位相及び振幅周波数特性が
変動している。受信信号の振幅変動について説明する
と、例えば、送信信号が図８（ａ）に示すように形成さ
れているとすると、伝搬経路においてフェージングの影
響を受けて受信信号の振幅は例えば、図８（ｂ）に示す
ように変動する。よって、受信パイロット信号は図８
（ｃ）に示すように抽出される。この受信パイロット信
号から位相補償回路３８において伝搬経路におけるフェ
ージング波形を図８（ｄ）に示すように推定するのであ
る。受信データ信号は図８（ｅ）に示すように変動して
いるので、振幅補償信号と乗算して図８（ｆ）に示すよ
うにフェージングの影響を除去するように振幅補償され
るのである。

【００２２】更に、位相補償信号及び振幅補償信号は基
準信号発生回路２４の乗算器２５，２６に供給されるの
で、加算器２３から出力された受信ＲＦ信号は位相補償
信号と乗算器２５にて乗算され、その乗算結果は更に振
幅補償信号と乗算器２６にて乗算される。よって、パイ
ロット信号が得られる希望信号に対してはその位相及び
振幅が補償され、乗算器２６の乗算結果は希望信号の基
準信号として得られることになる。この基準信号と加算
器２３から出力された受信ＲＦ信号との差である差信号
が減算器２７から得られるので、制御回路２８は差信号
が最小になるように乗算器２２₁〜２２_n各々の乗算係数
を調整するのである。

【００２３】送信信号中のパイロット信号は図５に示し
たように時間領域で、すなわち時分割多重化により挿入
されているので、パイロット信号の周波数特性は図９に
示すようにデータ信号とほぼ同一の帯域となっている。
これにより、図１０に示すように希望信号の所定の周波
数域が周波数選択性のフェージングの影響を受けてもパ
イロット信号の一部が失われるだけであり、上記のパイ
ロットサンプラ４１は失われなかったパイロット信号を
十分に抽出することができるので、位相補償信号及び振
幅補償信号は基準信号発生回路２４の乗算器２５，２６
に供給される。よって、希望信号がフェージングの影響
を受けた場合でも基準信号発生回路２４は適切な基準信
号を発生することができるのである。

【００２４】なお、上記した実施例においては、受信機
３０内にフェージング補償のためにパイロット補間回路
４０が設けられているので、それをＬＭＳ方式のアダプ
ティブアレイアンテナ装置に用いているが、このパイロ
ット補間回路４０とは別に図１１に示すようにパイロッ
ト補間回路２９を設けても良いのである。この場合にお
いてパイロット補間回路２９はパイロット補間回路４０
と同様に構成される。

【００２５】また、上記した実施例においては、ディジ
タルデータを伝送するための線形変調方式として１６Ｑ
ＡＭ変調を用いた移動通信システムにおけるＬＭＳ方式
のアダプティブアレイアンテナ装置を示したが、この変
調方式に限らず、他のスペクトル拡散変調，ＰＳＫ等の
変調方式の移動通信システムにも本発明を適用すること
ができる。

【００２６】

【発明の効果】以上の如く、ＬＭＳ方式のアダプティブ
アレイアンテナ装置においては、所定間隔毎にデータ信
号と時分割多重化されたパイロット信号を含む電波信号
が複数のアンテナから受信されるので、パイロット信号
が含まれる帯域のうちの一部帯域がフェージングの影響
により失われても受信信号からパイロット信号を抽出す
ることができる。更に、抽出したパイロット信号に基づ
いてフェージングによる位相及び振幅を補償して基準信
号を発生するので、希望信号の受信動作を開始したとき
にフェージングの影響を受けても妨害信号を除去して希
望信号を良好に受信することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】アダプティブアレイアンテナ装置が形成する指
向性パターン例を示す図である。

【図２】従来のＬＭＳ方式のアダプティブアレイアンテ
ナ装置を示すブロック図である。

【図３】周波数分割多重化されたデータ信号とパイロッ
ト信号との関係を示す周波数分布図である。

【図４】パイロット信号に影響を与えるフェージングの
周波数特性を示す図である。

【図５】伝送データ信号の構成を示す図である。

【図６】本発明によるＬＭＳ方式のアダプティブアレイ
アンテナ装置を備えた移動通信システムの端末の受信装
置を示すブロック図である。

【図７】図６の装置中のパイロット補間回路を具体的に
示すブロック図である。

【図８】パイロット補間回路の動作を説明するための図
である。

【図９】時分割多重化されたデータ信号とパイロット信
号との関係を示す周波数分布図である。

【図１０】時分割多重化のパイロット信号に影響を与え
るフェージングの周波数特性を示す図である。

【図１１】本発明の他の実施例を示すブロック図であ
る。

【主要部分の符号の説明】

１４，２４ 基準信号発生回路 ２９，４０ パイロット補間回路 ３０ 受信機 ３１ ダウンコンバート部 ３５ シンボルサンプラ ３８ 位相補償回路 ３９ 振幅補償回路 ４１ パイロットサンプラ ４２ シフトレジスタ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数のアンテナと、 前記複数のアンテナ各々で受信された電波信号に重み付
   け係数を個別に乗算する乗算手段と、 前記乗算手段の各出力信号を加算して前記アンテナ装置
   の出力信号とする加算手段と、 前記加算手段の出力信号から予め定められた内容を示す
   パイロット信号を抽出する抽出手段と、 前記抽出手段によって抽出された前記パイロット信号に
   基づいて前記加算手段の出力信号を補償して基準信号を
   発生する基準信号発生手段と、 前記加算手段の出力信号と前記基準信号との差信号を算
   出する減算手段と、 前記差信号が最小になるように前記乗算手段の各重み付
   け係数を制御する制御手段と、からなるＬＭＳ（最小２
   乗平均化）方式のアダプティブアレイアンテナ装置であ
   って、 前記電波信号には前記パターン信号が所定間隔毎にデー
   タ信号と時分割多重化されて含まれ、 前記抽出手段は時分割多重化された前記パイロット信号
   を抽出することを特徴とするＬＭＳ方式のアダプティブ
   アレイアンテナ装置。
2. 【請求項２】 前記基準信号発生手段は、前記抽出手段
   によって抽出された前記パイロット信号を順次保持する
   シフトレジスタと、前記シフトレジスタの保持パイロッ
   ト信号各々に予め定められた係数を乗算しそれら加算値
   の複素共役をとって位相補償信号を発生する位相補償信
   号発生手段と、前記シフトレジスタの保持パイロット信
   号各々の絶対値の自乗をとりそれら絶対値の自乗を加算
   しかつその逆数をとって振幅補償信号を発生する振幅補
   償信号発生手段と、前記加算手段の出力信号に前記位相
   補償信号を乗算する第１乗算器と、前記第１乗算器の出
   力信号に前記振幅補償信号を乗算して前記基準信号とし
   て出力する第２乗算器とからなることを特徴とする請求
   項１記載のＬＭＳ方式のアダプティブアレイアンテナ装
   置。
3. 【請求項３】 前記抽出手段、前記シフトレジスタ、前
   記位相補償信号発生手段及び前記振幅補償信号発生手段
   は受信装置のフェージング補償部に設けられた構成を兼
   用することを特徴とする請求項２記載のＬＭＳ方式のア
   ダプティブアレイアンテナ装置。