JPH07183840A - 双方向無線通信システム - Google Patents
双方向無線通信システムInfo
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- JPH07183840A JPH07183840A JP6278559A JP27855994A JPH07183840A JP H07183840 A JPH07183840 A JP H07183840A JP 6278559 A JP6278559 A JP 6278559A JP 27855994 A JP27855994 A JP 27855994A JP H07183840 A JPH07183840 A JP H07183840A
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- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
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- H04B7/00—Radio transmission systems, i.e. using radiation field
- H04B7/02—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas
- H04B7/04—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas
- H04B7/08—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas at the receiving station
- H04B7/0837—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas at the receiving station using pre-detection combining
- H04B7/0842—Weighted combining
- H04B7/0845—Weighted combining per branch equalization, e.g. by an FIR-filter or RAKE receiver per antenna branch
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
- Signal Processing (AREA)
- Radio Transmission System (AREA)
- Mobile Radio Communication Systems (AREA)
- Variable-Direction Aerials And Aerial Arrays (AREA)
Abstract
線システムを提供することである。 【構成】 本発明によれば、ブロック無線受信信号処理
は、周波数領域内で実行される適用型のアンテナのアレ
イの処理と組み合わされる。ベース局の複数のアンテナ
の各々は、少なくとも一つのワイドバンドのRF受信機
と、A/D変換器とを有する。受信機のバンド幅は、同
調される特定のバンド幅内の多数の移動無線チャネルの
全てを受信できるように選択される。さらに、信号を受
信するために、必要な残りのタスクには、チャネル分
離、ろ波、復調、搬送波とタイミングの再生、等価処理
と、適用型アンテナアレイの処理が含まれ、これらは、
プログラム可能なデジタル信号プロセッサにより実行さ
れる。
Description
関し、特に、適用型のアンテナのアレイを用いたシステ
ムに関する。
アナログシステム、北米デジタル移動無線標準(IS−
54)と、クェルコム社(Qualcomm)のCDMAシステ
ムのような、様々な互換性のない信号送信システムが存
在する。このようなシステムは、専用の特定応用向けハ
ードウェアを必要とし、また、その多くのハードウェア
は、一つのシステムについてのみ有効で、他のシステム
には無効となっている。さらに、様々な技術が、これら
の各システムに提案され、信号干渉を減少し、フェージ
ング問題を減少させることにより、性能、および、容量
を増加させている。しかし、これらの技術の適用に当た
っては、必要なハードウェアを追加したり、置換したり
することにより、余分な費用がしばしばかかってくる。
解決するために、ベース局で空間ダイバシティ受信を用
いることが提案されている。この空間ダイバシティ無線
システムにおいては、複数のアンテナにより受信される
複数の信号を処理して、他のユーザに起因するフェージ
ングと干渉の問題を解決している。これについては、
“IEEE Journal on Selected Areas in Communication
s”SAC-2巻、4号(1984年7月)の“Optimum Com
bining in Digital Mobile Radio with CochannelInter
ference”(J.H.Winters著)を参照のこと。このような
信号処理には、信号の位相と振幅を調整するために、各
アンテナからの信号と、可変の重み係数とを乗算し、そ
の後、出力信号を訂正するために、これらの信号を結合
している。この適用型のアンテナのアレイのパターンを
変更して、干渉信号のパワーを減衰させ、所望の信号受
信を最適化し、移動無線システムの容量と性能を実質的
に増加させている。同様に、ベース局の多数の送信アン
テナを用いて、移動局の容量と性能を改善することもで
きる。特に、最適な組み合わせを用いて、信号を重み付
けし、組み合わせて、出力信号における2乗平均エラー
を最小化し、M本のアンテナでもって、容量をM倍に増
加させることもできる。これについては、“Proc. of t
he First International Conference on Universal Per
sonal Communications”(1992年9月29日−10
月2日、テキサス州ダラス)28〜32頁の“The capa
city of wireless communication systems can be subs
tantially increased by the use of antenna diversit
y”(R.D.Gitlin、J.Salz、J.H.winters共著)を参照の
こと。このようにして、モジュールによる成長が、アン
テナをベース局に追加するだけで達成し得る。このよう
な改善の主なコストは、現在は、ベース局で発生するも
のであるが、(本来は、ユーザでこの費用を負担すべき
であるが)、ベース局に追加されたアンテナの信号を処
理するために、ハードウェアを追加し、修正するのに必
要な投資額は大きく、特に、ベース局が処理し得るよう
な多数のチャネル、例えば、AMPSシステムにおいて
は、330チャネル/ユーザまでの、あるいは、IS−
54システムの330周波数チャネルの1000人のユ
ーザを考慮するとそうである。このような投資は、ハー
ドウェアを各システムの変更によって置換しなければな
らないときには、少なくなる可能性さえある。
は、大幅に投資することなく、フェージングと干渉の問
題を解決する移動無線システムを提供することである。
ば、ブロック無線受信信号処理は、周波数領域内で実行
される適用型のアンテナのアレイの処理と組み合わされ
る。ベース局の複数のアンテナの各々は、少なくとも一
つのワイドバンドのRF受信機(特定のバンド幅をIF
周波数に移行させる)と、A/D変換器とを有する。受
信機のバンド幅は、同調される特定のバンド幅内の多数
の移動無線チャネルの全てを受信できるように選択され
る。さらに、信号を受信するために、必要な残りのタス
クには、チャネル分離、ろ波、復調、搬送波とタイミン
グの再生、等価処理と、適用型アンテナアレイの処理が
含まれ、これらは、プログラム可能なデジタル信号プロ
セッサにより実行される。例えば、各アンテナのA/D
変換器から受信されたサンプルのブロックは、ろ波処理
と等価処理が行われる周波数領域内に変換される。その
後、複数のアンテナから得られた周波数領域データは、
チャネル分離用に結合され、復調用に時間領域に変換さ
れる。同様に、送信に際しては、多重チャネルの信号を
表すデジタル信号は、アナログに変換され、このアナロ
グ信号は、複数のワイドバンドの送信器とアンテナを用
いて送信される。
ンテナアレイ101−0から101−M(各アンテナ
は、それぞれワイドバンド同調受信機102−1から1
02−Mに関連している)と、A/Dコンバータ103
−1から103−Mと、デジタル処理回路104−1か
ら104−Mとを有する。ワイドバンド同調受信機10
2−1から102−Mは、ローカル発振器(図示せず)
を有するミキサを用いて、特定のバンド幅(例えば、受
信機が現在同調されているバンド内に割り当てられた複
数の無線ラジオチャネルを送受信できるバンド幅)をI
F周波数に変換し、不要な周波数を取り除く。ワイドバ
ンド同調受信機102−1から102−Mは、例えば、
IS−54、または、AMPSにおいて、900MHz
において10MHzの移動バンド幅の全て、あるいは一
部をカバーするように同調してもよい。この受信機を他
のバンドに同調させて、同一の装置が、他の周波数、例
えば、1.8GHzで用いるよう、変更してもよい。各
受信機からの信号は、受信信号の再生ができるようなサ
ンプリングレート(例えば、バンド幅の2倍)でA/D
変換される。
理回路104−1から104−Mに送られ、そこで、デ
ジタル信号プロセッサを用いて、システムの残りの全て
の要素を実行する。このデジタル回路においては、2N
個のサンプルのブロックが、FFTモジュール110−
1から110−Mを用いて周波数領域に変換される。こ
の周波数領域データブロックは、受信信号短期スペクト
ル Xi(n) i=1,...,M n=1,...,2N を表し、この受信信号短期スペクトルは、その後、乗算
器111−1から111−Mに入力される。これらの乗
算器は、周波数領域データと、H1(n)からHM(n)
とを乗算して、周波数領域フィルタ処理を実行し、重み
付け周波数スペクトル、Y1(n)からYM(n)を生成
する。 Yi(n)=Xi(n)Hi(n) i=1,...,M n=1,...2N このH1(n)は、受信フィルタ等価器と、適合型アレ
イ結合重み係数の組み合わせに対応する周波数応答を表
す。このH1(n)の生成は以下のようにして行われ
る。周波数領域処理を用いると、受信機フィルタは、時
間領域の畳込み関数ではなく、乗算器として実行され
る。これにより、処理時間が短縮される。さらに、等価
処理と結合重み付けを余分な処理無しに実行できる。
タのフィルタ処理と等価処理を表す。図2のAは、K個
のチャネル用に受信された信号Xi(n)の周波数スペ
クトルを表し、図2のBは、フィルタと等価器の係数を
表し、この得られた重み付け周波数スペクトルY
i(n)は、図2のCに示されている。この図におい
て、点(・)は、周波数スペクトルサンプルを表し、K
個のチャネルの各々に対し、L個のサンプルが存在す
る。
1,...,Mは、デジタル信号処理回路に入力され、
この回路内の総和器112内で加算される。この総和器
112の出力Z(n)は、出力信号の短期周波数スペク
トルである。個々のチャネルの分離と時間領域への変換
は、そのチャネルに対応するNにわたる総和器112の
出力Z(n)内に現れるということを利用している。す
なわち、Z(1)からZ(L)は、チャネル1の周波数
スペクトルを表し、Z(L+1)からZ(2L)は、チ
ャネル2の周波数スペクトルを表すことである。かくし
て、各チャネルを分離し、時間領域に変換するために、
分配器113は、Z(n)、n=1,...,2Nを、
逆FFTモジュール114−1から114−Kのバンク
に分散して、K個のチャネルの各々に対し、出力信号サ
ンプルb1(m)からbk(m)を生成する。すなわち、
Z(1)からZ(L)は、逆FFTモジュール114ー
1に送られ、Z(L+1)からZ(2L)は、逆FFT
モジュール114−2に送られ、以下同様である。デー
タ検知器115−1から115−Kは、受信信号サンプ
ルに対応する受信データ記号a1(m)からak(m)を
決定する。これらのデータ記号は、ライン116−1か
ら116−Mを介して、電話ネットワークに送信され
る。このFFTは、信号を変換するために、線形畳み込
み関数ではなく、環状畳み込み関数を用いているので、
処理装置は、A/Dコンバータから2N個のサンプルを
用いて1チャネルあたり、N/Kの記号を重み係数生成
回路117−1から117−Kに生成しなければならな
い。これについては、C.F.N.CowanとP.M.Grantの共著
“Adaptive Filters”(1985年、Prentice-Hall社
刊)の177〜179ページを参照のこと。
生成について説明する。これらの重み係数は、受信機フ
ィルタの重み係数HR(n)と、適用型のアレイの等価
器の重み係数HEQi(n)、i=1,...,Mの積で
ある。この受信機フィルタの重み係数は、一定で、この
受信機フィルタの重み係数は、各チャネルに対し繰り返
されるので、周期的(K倍)である。等価器の重み係数
は、時間領域、あるいは、周波数領域の何れかで計算で
きる。例えば、時間領域の処理は、LMS、あるいは、
DMIアルゴリズムを用いて行われる。これについて
は、R.A.MonzingoとT.W.Millerの共著“Introduction t
o Adaptive Arrays”(1980年John Wiley and Sons
社(ニューヨーク)刊)の162〜166ページに記載さ
れている。そして、この重み係数は、FFTを用いて周
波数領域に変換される。しかし、周波数領域の重み係数
の生成が好ましい理由は、受信機用の周波数領域のスペ
クトルと結合器の出力信号が得られ、この計算された重
み係数は、周波数領域になければならないからである。
この周波数領域の重み付けの計算技術は、前述の“Adap
tive Filters”の152〜157ページに記載されてい
る。この技術は、周波数領域で受信されたデータ、Xi
(n)、i=1,...,Mと、時間領域の出力デー
タ、bj(n)、j=1,...,Kの両方を必要とす
る。これらを用いた好ましい実施例は、図1に示されて
おり、同図においては、重み係数生成回路117は、入
力ライン118−1から118−Mの周波数領域の受信
データと、ライン119−1からライン119−Kの時
間領域の出力データを用いて、それぞれ乗算器111−
1から111−M用に出力ライン120−1から120
−Mで用いられる重み係数を生成する。
(frequency division multiplexing:FDM)(例え
ば、IS−54で用いられる)でのデジタルシステムに
最適なものである。しかし、ソフトウェアを修正するだ
けで、周波数領域サンプルからアナログFM信号を生成
する検知器を用いることにより、アナログFM信号、例
えば、AMPSで用いられる同一の回路を用いることが
できる。CDMAにたいしては、周波数領域にRAKE
受信機を用いることにより、本発明の技術を適用でき
る。時間領域のRAKE受信機では、この受信信号は、
拡散スペクトルコードの時間オフセットバージョンと相
関がとられる。本発明においては、この相関は、周波数
領域における乗算により実行され、それにより、デジタ
ル信号処理の複雑さが解消される。また、本発明は、受
信機のみならず送信器にも適用できる。送信器に適用す
る場合には、図1の処理は、逆となる。多重チャネルか
らのデータは、デジタル信号処理回路により処理され、
そこで、符号化されて、周波数領域に変換され、全ての
チャネルの周波数領域データは結合されて、各アンテナ
に対し重み付けされて、時間領域に変換される。この時
間領域データは、D/Aコンバータにより変換されて、
アナログ信号が、ワイドバンド送信器を用いて、適応型
アンテナアレイ101−1から101−Mにより送信さ
れる。さらに、本発明は、ポイントトゥマルチポイント
ワイヤレスシステム(point-tomultipointwireless sys
tem)、例えば、個人通信システムにも適用可能であ
る。
ェージングと干渉の問題を解決する移動無線システムを
提供することができる。
行うブロック無線受信システムのブロック図。
軸がK個のチャネルを表し、縦軸Xi(n)は受信信号
スペクトルを表し、縦軸Hi(n)は受信機フィルタ等
価器アンテナアレイ結合係数の組み合わせに応答する周
波数応答の係数を表し、縦軸Yi(n)は重み付け周波
数スペクトルを表す。そして、順番に、グラフA,B,
Cと称する。
Claims (4)
- 【請求項1】 複数の空間ダイバシティアンテナを有す
るマスタ局と、複数のリモート局との間で、双方向の無
線送信を行うシステムにおいて、 前記マスタ局は、各空間ダイバシティアンテナに対応し
て、 (A)前記複数のリモート局から、信号を受信するワイ
ドバンド受信機(102)と、 (B)前記受信信号をデジタルサンプルに変換するアナ
ログ−デジタル(A/D)変換器(103)と、 (C)デジタル信号処理モジュールと、を有し、 前記デジタル信号処理モジュールは、(i)前記デジタ
ルサンプルを、周波数領域信号に変換する変換モジュー
ル(110)と、(ii)前記周波数領域信号のそれぞ
れの一つを重み付けする重み付けモジュール(111,
117)と、前記重み付けされた周波数領域信号を加算
する手段(112)と、逆変換モジュールのアレイ(1
14)と、前記加算された周波数領域信号に応答して、
前記周波数領域信号をチャネル信号に分離し、前記チャ
ネル信号を逆変換信号のアレイに分配する手段(11
3)と、を有することを特徴とする双方向無線通信シス
テム。 - 【請求項2】 前記変換モジュールは、フーリエ変換モ
ジュールであり前記逆変換モジュールは、逆フーリエ変
換モジュールであることを特徴とする請求項1のシステ
ム。 - 【請求項3】 前記重み付けモジュールは、前記周波数
領域信号をろ波することを特徴とする請求項2のシステ
ム。 - 【請求項4】 前記逆変換モジュールの出力に応答し
て、前記重み付けモジュールを調整する手段をさらに有
することを特徴とする請求項2のシステム。
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