JPWO2002047289A1 - 合成受信方法および合成受信装置 - Google Patents

Abstract

複数のアンテナＡ１〜Ａｎが受信した信号の合成比を複数のアルゴリズム部３１〜３３により算出し、算出された合成比で合成して得られる合成信号のＳＩＲ値をそれぞれ算出し（ＳＩＲ算出部４１〜４３）、いずれのアルゴリズム部による合成信号が最も高品質であるかを判定し（判定部４４）、最も高品質の合成信号を受信信号として選択する（選択部４５）。このように、別々のアルゴリズムによって得られた合成信号のうち、品質の高い方を受信信号として選択するので、何らかの理由によっていずれかのアルゴリズムによるウェイト算出が不安定になったり、誤収束したりする場合でも、このアルゴリズムによる合成信号は選択されず、別のアルゴリズムによる合成信号が選択される。よって、ウェイト算出を安定に持続でき、誤収束を回避することができる。

Description

技術分野
この発明は、複数のアンテナから受信した信号を合成比可変に合成する合成受信方法および合成受信装置に関するものである。
背景技術
移動体通信システムにおいて、アダプティブアレーアンテナの適用が検討されており、ＰＨＳ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ　Ｈａｎｄｙｐｈｏｎｅ　Ｓｙｓｔｅｍ）用基地局装置では既に実用に供されている。アダプティブアレーアンテナでは、アレーの各アンテナ素子からの出力にウェイト（合成比）を掛け合わせて合成することにより、干渉波を除去して所望の出力を得る。この時、受信環境に応じて適切なウェイトを求める事が重要であるが、フェージングなどが起こるような受信レベル変動の激しい通信環境下や、所望波と干渉波との到来方向が接近している場合には、ウェイト算出が不安定であったり、誤収束する事が知られている。
これに関連した先行技術として、特開平９−２６０９４１、特開平１０−５１２２１、特開平６−１２０８５６、特開平１１−２３４０３５等がある。
特に、アダプティブアレーアンテナを適用したＷ−ＣＤＭＡ（Ｗｉｄｅｂａｎｄ　Ｃｏｄｅ　Ｄｉｖｉｓｉｏｎ　Ｍｕｌｔｉｐｌｅ　Ａｃｃｅｓｓ）合成受信装置の一例として、”Ｐｉｌｏｔ　Ｓｙｍｂｏｌ−Ａｓｓｉｓｔｅｄ　Ｄｅｃｉｓｉｏｎ−Ｄｉｒｅｃｔｅｄ　Ｃｏｈｅｒｅｎｔ　Ａｄａｐｔｉｖｅ　Ａｒｒａｙ　Ｄｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｆｏｒ　ＤＳ−ＣＤＭＡ　Ｍｏｂｉｌｅ　Ｒａｄｉｏ　Ｒｅｖｅｒｓｅ　Ｌｉｎｋ”（ＩＥＩＣＥ　ＴＲＡＮＳ，Ｖｏｌ．Ｅ８０−Ａ，Ｎｏ．１２，ＤＥＣ．１９９７）があり、その構成を図５に示す。
図５の合成受信装置１は、共通部２およびディジタル信号処理部（ＤＳＰ）５を備えている。共通部２は、到来した受信波を受信するアンテナａ１〜ａｎ、高周波信号をベースバンド信号に変換する周波数変換部３、およびアナログからディジタルに信号変換するＡ／Ｄ変換部４を備える。ディジタル信号処理部５は、マルチパス毎に復調処理を行うフィンガ部ｆ１〜ｆｎ、および各フィンガ部ｆ１〜ｆｎから出力された信号を多重化する多重部６を備える。
合成受信装置１に到来した受信波は、アンテナａ１で受信され、周波数変換部３にてベースバンド信号に変換され、Ａ／Ｄ変換部４にてディジタル信号に変換されてディジタル信号処理部５に入力される。入力された信号は、フィンガ部ｆ１〜ｆｎにてパス毎に復調処理される。各フィンガ部ｆ１〜ｆｎからの信号は、多重部６にて多重化されて外部のチャネルデコーディング処理部に出力される。
図６は、図５のフィンガ部ｆ１の詳細な構成を示すブロック図である。フィンガ部ｆ１は、各アンテナからの信号に対し逆拡散処理を施す逆拡散部７、逆拡散処理を受けた信号からウェイトを算出するウェイト算出部８、算出されたウェイトを逆拡散を受けた信号に乗算する乗算器、および乗算された信号を合成する合成器９を備える。ウェイト算出部８によるウェイト算出は、ＬＭＳ（Ｌｅａｓｔ　Ｍｅａｎ　Ｓｑｕａｒｅ）等の干渉除去に優れた干渉除去アルゴリズムを用いて行われる。他のフィンガ部も、全てフィンガ部ｆ１と同一構成をなす。
このウェイト算出部８では、干渉除去アルゴリズムを使用することによって、干渉波の方向にヌル点を向けた指向特性のウェイトを算出することができる。よってフィンガ部ｆ１〜ｆｎは、干渉波を排除した合成信号を出力することができる。
しかしながら、ＬＭＳアルゴリズムを使うと、干渉波の除去能力は十分であるが、受信レベル変動の激しい通信環境下や、所望波と干渉波の到来方向が接近している場合には、収束が極端に遅くなり、ウェイト算出が不安定であったり、誤収束したりする問題がある。なお、ウェイト算出部８において、ＦＦＴ（高速フーリエ変換）アルゴリズムや収束が速い最大比合成アルゴリズムを使うと、当然ながら干渉波の除去が十分に行われない。
発明の開示
この発明の目的は、受信レベル変動の激しい通信環境下や所望波と干渉波の到来方向が接近している場合でも、ウェイト算出を安定に持続でき、誤収束を解消できる合成受信方法および合成受信装置を提供することである。
この発明は、複数のアンテナが受信した信号を合成比可変に合成する合成受信方法であって、
前記合成比を複数のアルゴリズムにより算出し、算出された合成比で合成して得られる合成信号の品質をそれぞれ評価し、いずれのアルゴリズムによる合成信号が最も高品質であるかを判定し、最も高品質の合成信号を受信信号として選択することを特徴とする合成受信方法である。
この発明に従えば、別々のアルゴリズムによって得られた合成信号のうち、品質の高い方を受信信号として選択するので、何らかの理由によりいずれかのアルゴリズムによるウェイト算出が不安定になったり、誤収束したりする場合でも、このアルゴリズムによる合成信号は選択されず、別のアルゴリズムによる合成信号が選択される。このように、常に高品質の合成信号を受信信号として選択するので、ウェイト算出を安定に持続でき、誤収束を回避することができる。
また本発明は、所望波と干渉波との電界強度比であるＳＩＲを用いて、前記合成信号の品質を評価することを特徴とする。
この発明に従えば、合成信号の品質評価のためにＳＩＲ（Ｓｉｇｎａｌ−Ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ　Ｒａｔｉｏ）を用いるため、干渉波を除去できないアルゴリズムは選択されず、干渉波を除去できたアルゴリズムが選択される。よって、良好な干渉波除去特性を得ることができる。
また本発明は、前記アルゴリズムは適応的に合成比を変化させるものであり、収束速度の速いアルゴリズムが算出した合成比を、収束速度の遅いアルゴリズムの初期値とすることを特徴とする。
この発明に従えば、ある特性に関して（たとえば干渉波除去特性など）劣るアルゴリズムでも、収束速度が速ければ、このアルゴリズムが算出した合成比を、別のアルゴリズムの初期値として使用することによって、後者のアルゴリズムの収束速度を向上することができる。特に、移動体端末が一時的にビル影や橋の下に入った場合に起こるシャドウイングの後に行う捕捉時に極めて有効である。
また本発明は、前記アルゴリズムは適応的に合成比を変化させるものであり、収束速度の速いアルゴリズムによる合成信号が最も高品質である場合に、収束速度の速いアルゴリズムが算出した合成比を、収束速度の遅いアルゴリズムの初期値とすることを特徴とする。
この発明に従えば、収束速度の速いアルゴリズムによる合成信号が最も高品質である場合に、本来高品質であるはずのアルゴリズムが誤収束しているとみなして、後者のアルゴリズムの初期値設定を行うため、アルゴリズムの誤収束を回避でき、同時に、高品質の合成信号を作出すアルゴリズムの収束を加速できる。
また本発明は、受信された信号を予め定められた複数の固定ビーム方向毎に空間的に分離し、分離された信号を用いて受信波のパス方向を検出し、検出されたパス方向に指向特性のある合成比を前記アルゴリズムの初期値として用い、以後の合成比を適応的に算出することを特徴とする。
この発明に従えば、空間的に分離された信号を用いて独立にパス方向を検出することで、分離された信号内において周波数を独占的に使用できるため、各固定ビーム方向毎に全ての周波数帯域をユーザに割当てることができる。また、限定された方向においてパス検出を行うので、干渉量を抑えることができ、受信レベルの低いパスをも見つけ出すことが可能である。
また本発明は、複数のアンテナが受信した信号を合成比可変に合成する合成受信装置であって、
前記合成比を複数のアルゴリズムにより算出する合成比算出手段と、
算出された合成比で合成して得られる合成信号の品質をそれぞれ評価する評価手段と、
いずれのアルゴリズムによる合成信号が最も高品質であるかを判定する判定手段と、
最も高品質の合成信号を受信信号として選択する選択手段とを備えたことを特徴とする合成受信装置である。
この発明に従えば、別々のアルゴリズムによって得られた合成信号のうち、品質の高い方を受信信号として選択するので、何らかの理由によりいずれかのアルゴリズムによるウェイト算出が不安定になったり、誤収束したりする場合でも、このアルゴリズムによる合成信号は選択されず、別のアルゴリズムによる合成信号が選択される。よって、ウェイト算出を安定に持続でき、誤収束を回避することができる。
発明を実施するための最良の形態
以下、本発明の実施の形態を図に基づいて説明する。
図１は、この発明の一実施形態として合成受信装置の電気的構成を示すブロック図である。合成受信装置１０は、共通部１２およびディジタル信号処理部（ＤＳＰ）１５を備えている。共通部１２は、到来した受信波を受信するアンテナＡ１〜Ａｎ、高周波信号をベースバンド信号に変換する周波数変換部１３、および適当な信号レベルまでゲイン可変に増幅しアナログからディジタルに信号変換するＡ／Ｄ変換部１４を備える。
ディジタル信号処理部１５は、ＦＦＴ（高速フーリエ変換）により固定ビームを生成するマルチビーム生成部１７、固定ビーム毎に復調すべき到来波の遅延時間を測定するパス検出部１８、パス検出部１８からの情報に基づいて検出されたパス毎に復調処理を行うフィンガ部Ｆ１〜Ｆｎ、各フィンガ部Ｆ１〜Ｆｎから出力された信号を多重化する多重部１６、を備える。なお、図１には単一のディジタル信号処理部１５しか描かれていないが、合成受信装置１０は復調するチャネル数分のディジタル信号処理部を並列に具備している。また、マルチビーム生成部１７が生成するビーム数は、アンテナ素子の数に依存して決定されるものであり、アンテナ素子数が多いほどビーム数も多くなる。
図２は、図１のパス検出部の詳細な電気的構成を示すブロック図である。パス検出部１８は、マルチビーム生成部１７によって生成される各ビームについて遅延時間を測定するサーチ部Ｓ１〜Ｓｎ、およびサーチ部Ｓ１〜Ｓｎから得られた情報により受信波が到来したパスとして適当なものを選択するパス選択部２４を備えている。サーチ部Ｓ１は、生成されたビームを拡散符号により逆拡散して相関検出を行う相関検出部２１、拡散符号を生成する拡散符号生成部２２および遅延時間を測定する遅延プロファイル部２３を備えている。他のサーチ部も全てフィンガ部Ｆ１と同一構成をなす。
このように本実施形態では、マルチビーム生成部１７によって空間的に分離された各ビーム毎に到来波の検出および到来時間の測定を行うので、分離された信号内において周波数を独占的に使用でき、各固定ビーム方向毎に全ての周波数帯域をユーザに割当てることができる。また、限定されたビーム方向においてパス検出を行うので、干渉量を抑えることができ、受信レベルの低いパスをも見つけ出すことが可能である。
図３は、図１のフィンガ部の詳細な電気的構成を示すブロック図である。フィンガ部Ｆ１は、各アンテナからの信号に対し逆拡散処理を施す逆拡散部３０、逆拡散処理を受けた信号を加工するアルゴリズム部３１〜３３、およびアルゴリズム部３１〜３３からの出力のうちのいずれかを選択するアルゴリズム選択部３４を備えている。他のフィンガ部も、全てフィンガ部Ｆ１と同一構成をなす。
アルゴリズム部（＃１）３１は、図１のパス検出部１８より通知される到来方向に従った係数をテーブルから引き出すフーリエ変換ウェイト（＃１）３５、引き出されたウェイトを逆拡散を受けた信号に乗算する乗算器、および乗算された信号を合成する合成器３６を備え、固定ビームに対して復調処理を行う。フーリエ変換ウェイト部（＃１）３５でのウェイトは、パス検出の結果から一意に決定される。
アルゴリズム部（＃２）３２は、逆拡散処理された信号からウエイトを算出するウエイト算出部（＃２）３７、算出されたウエイトを逆拡散を受けた信号に乗算する乗算器、および乗算された信号を合成する合成器３８を備えている。ウェイト算出部（＃２）３７のウェイト算出は、所望波電力と熱雑音との比であるＳＮＲ（Ｓｉｇｎａｌ−Ｎｏｉｓｅ　Ｒａｔｉｏ）を最大にする最大比合成アルゴリズムを用いて適応的に行われる。
アルゴリズム部（＃３）３３も、アルゴリズム部（＃２）３２と同様に構成され、ウェイト算出部（＃３）３９、乗算器、合成器４０を備えている。ただし、ウェイト算出部（＃３）３９のウェイト算出は、ＬＭＳ（Ｌｅａｓｔ　Ｍｅａｎ　Ｓｑｕａｒｅ）、ＲＬＳ（Ｒｅｃｕｒｓｉｖｅ　Ｌｅａｓｔ　ｍｅａｎ　Ｓｑｕａｒｅ）等の干渉除去に優れた干渉除去アルゴリズムを用いて適応的に行われ、既知の参照信号を利用して所望波に指向し干渉波を除去する。
アルゴリズム選択部３４は、アルゴリズム部３１〜３３からの出力に対しＳＩＲ（Ｓｉｇｎａｌ　Ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ　Ｒａｔｉｏ）を算出するＳＩＲ算出部４１〜４３、算出されたＳＩＲの中で最大のものを判定し判定結果に基づきウェイト算出部３７，３９にウェイトロードの指示を与える判定部４４、判定部４４の判定結果に基づき最大ＳＩＲを出したアルゴリズム部の出力を選択する信号選択部４５を備える。なお、ＳＩＲ算出部４１〜４３はＳＩＲを算出することで合成信号の品質を評価しており、判定部４４は最大ＳＩＲのものを判定することで最高品質の合成信号を判定している。
このように本実施形態では、独立に処理を行う別々のアルゴリズム部によって得られた合成信号のうち、品質の高い方を受信信号として選択するので、アルゴリズム部（＃３）３３によるウェイト算出が不安定になったり、誤収束したりする場合でも、アルゴリズム部（＃３）３３による合成信号は選択されず、別のアルゴリズム部（＃１または＃２）による合成信号が選択される。よって、フィンガ部全体としては、ウェイト算出を安定に持続でき、誤収束を回避することができる。
また本実施形態では、合成信号の品質評価のためにＳＩＲを用いるため、干渉波を除去できないアルゴリズム部は選択されず、干渉波を除去できたアルゴリズム部が選択される。よって、良好な干渉波除去特性を得ることができる。
なお本実施形態では、３つのアルゴリズム部を用いているが、２つ又は４つ以上のアルゴリズム部を並列させてもよい。
図４は、図１の合成受信装置による処理流れを示すフローチャートである。合成受信の処理流れは、大まかにパス検出Ｔ１、フィンガ復調Ｔ２、出力選択およびウェイト管理Ｔ３に分けられる。パス検出Ｔ１はパス検出部１８（図２）にて実行され、フィンガ復調Ｔ２、出力選択およびウェイト管理Ｔ３は、フィンガ部Ｆ１〜Ｆｎ（図３）にて実行される。
ステップｔ０で合成受信処理を開始すると、次のステップｔ１にてビーム毎にパス検出および遅延時間の測定を行う。次にステップｔ２において、割当パスを決定し遅延時間を設定する。次にステップｔ３において、パスの割当てが初回であるか否かを判断する。初回割当てである場合、ステップｔ５にて当該ビームのウェイトをフーリエ変換ウエイト部３５、ウェイト算出部３７，３９にコピーする。初回割当てではない場合、ステップｔ４にて当該ビームのウェイトをフーリエ変換ウエイト部（＃１）３５にのみコピーする。
ステップｔ６およびステップｔ７を順次繰返すことにより、アルゴリズム部＃１の復調処理とＳＩＲ算出とを繰返し実行する。同様に、ステップｔ８およびステップｔ９を順次繰返すことにより、アルゴリズム部＃２の復調処理とＳＩＲ算出とを繰返し実行し、ステップｔ１０およびステップｔ１１を順次繰返すことにより、アルゴリズム部＃３の復調処理とＳＩＲ算出とを繰返し実行する。
ステップｔ１２では、アルゴリズム部＃１〜＃３から出力された合成信号の品質比較、すなわちＳＩＲ値の比較を行う。次にステップｔ１３において、アルゴリズム部＃３からの合成信号が最も高品質、すなわち最大ＳＩＲであるか否かを判定する。アルゴリズム部＃３が最高品質の場合、ステップｔ１４にてアルゴリズム部＃３からの合成信号を復調結果として選択出力する。アルゴリズム部＃３からの合成信号が最高品質でない場合、次のステップｔ１５に進む。
ステップｔ１５では、アルゴリズム部＃２からの合成信号が最も高品質、すなわち最大ＳＩＲであるか否かを判定する。アルゴリズム部＃２が最高品質の場合、ステップｔ１６にてアルゴリズム部＃２からの合成信号を復調結果として選択出力し、同時にステップｔ１７にてアルゴリズム部＃２のウェイトをアルゴリズム部＃３にコピーする。アルゴリズム部＃２からの合成信号が最高品質でない場合、すなわち、アルゴリズム部＃１からの合成信号が最高品質である場合、次のステップｔ１８にてアルゴリズム部＃１からの合成信号を復調結果として選択出力し、同時にステップｔ１９にてアルゴリズム部＃１のウェイトをアルゴリズム部＃２、＃３にコピーする。
以上の合成受信の処理動作をまとめると、初期動作時に、パス検出部にて、マルチビーム（ＦＦＴビーム）出力毎に遅延プロファイルを測定する。次に、検出されたパスを各フィンガ部に割り当てる。このとき、アルゴリズム部＃２、＃３の初期値としてＦＦＴビームのウェイトを与え、ビームの収束を高速化させる。これ以後、復調処理を並列させて行い、ＳＩＲを指標として最もよい結果を選択する。
なお、ステップｔ１７、ｔ１９のウェイトコピーは判定部４４のウェイトロード指示に従って行われる。また、図４ではアルゴリズム部＃２の収束後、アルゴリズム部＃３にウェイトをコピーしているが、最初からＦＦＴビームのウェイトを用いてもよい。
続いて、初期動作時と同様に各アルゴリズム部の復調結果を元に算出したＳＩＲ値を用いて、最も受信品質のよい結果を選択し、その結果によって、チャネルデコーディング等の後段に渡すデータを決定する。
このように本実施形態では、干渉波除去特性で劣るものの収束速度の速いアルゴリズム部＃１によって算出されたウェイトを、別のアルゴリズム部（＃２または＃３）の初期値として使用することによって、アルゴリズム部（＃２または＃３）の収束速度を向上することができる。
また本実施形態では、収束速度の速いアルゴリズム部＃１による合成信号が最も高品質である場合に、本来高品質であるはずのアルゴリズム部＃３が誤収束しているとみなして、アルゴリズム部＃３の初期値設定を行うため、アルゴリズム部＃３の誤収束を回避でき、復調不可能な状況に陥ることを回避する事が可能になる。また同時に、高品質の合成信号を作出すアルゴリズム部＃３の収束を加速できる。
産業上の利用可能性
以上のような本発明の通信装置は、ＣＤＭＡ方式等の無線通信システムに適用可能である。
【図面の簡単な説明】
図１は、この発明の一実施形態として合成受信装置の電気的構成を示すブロック図である。
図２は、図１のパス検出部の詳細な電気的構成を示すブロック図である。
図３は、図１のフィンガ部の詳細な電気的構成を示すブロック図である。
図４は、図１の合成受信装置による処理流れを示すフローチャートである。
図５は、従来の合成受信装置の電気的構成を示すブロック図である。
図６は、図５のフィンガ部の詳細な電気的構成を示すブロック図である。

Claims (6)

1. 複数のアンテナが受信した信号を合成比可変に合成する合成受信方法であって、
   前記合成比を複数のアルゴリズムにより算出し、算出された合成比で合成して得られる合成信号の品質をそれぞれ評価し、いずれのアルゴリズムによる合成信号が最も高品質であるかを判定し、最も高品質の合成信号を受信信号として選択することを特徴とする合成受信方法。
2. 前記請求の範囲１に記載の合成受信方法であって、
   所望波と干渉波との電界強度比であるＳＩＲを用いて、前記合成信号の品質を評価することを特徴とする合成受信方法。
3. 前記請求の範囲１または２に記載の合成受信方法であって、
   前記アルゴリズムは適応的に合成比を変化させるものであり、収束速度の速いアルゴリズムが算出した合成比を、収束速度の遅いアルゴリズムの初期値とすることを特徴とする合成受信方法。
4. 前記請求の範囲１または２に記載の合成受信方法であって、
   前記アルゴリズムは適応的に合成比を変化させるものであり、収束速度の速いアルゴリズムによる合成信号が最も高品質である場合に、収束速度の速いアルゴリズムが算出した合成比を、収束速度の遅いアルゴリズムの初期値とすることを特徴とする合成受信方法。
5. 前記請求の範囲１〜４のいずれかに記載の合成受信方法であって、
   受信された信号を予め定められた複数の固定ビーム方向毎に空間的に分離し、分離された信号を用いて受信波のパス方向を検出し、検出されたパス方向に指向特性のある合成比を前記アルゴリズムの初期値として用い、以後の合成比を適応的に算出することを特徴とする合成受信方法。
6. 複数のアンテナが受信した信号を合成比可変に合成する合成受信装置であって、
   前記合成比を複数のアルゴリズムにより算出する合成比算出手段と、
   算出された合成比で合成して得られる合成信号の品質をそれぞれ評価する評価手段と、
   いずれのアルゴリズムによる合成信号が最も高品質であるかを判定する判定手段と、
   最も高品質の合成信号を受信信号として選択する選択手段とを備えたことを特徴とする合成受信装置。

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