WO2001054312A1 - Procede de determination de la direction d'arrivee et dispositif radiorecepteur - Google Patents

Procede de determination de la direction d'arrivee et dispositif radiorecepteur Download PDF

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WO2001054312A1
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Masayuki Hoshino
Kazuyuki Miya
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Matsushita Electric Industrial Co., Ltd.
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    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S3/00—Direction-finders for determining the direction from which infrasonic, sonic, ultrasonic, or electromagnetic waves, or particle emission, not having a directional significance, are being received
    • G01S3/02—Direction-finders for determining the direction from which infrasonic, sonic, ultrasonic, or electromagnetic waves, or particle emission, not having a directional significance, are being received using radio waves
    • G01S3/14—Systems for determining direction or deviation from predetermined direction
    • G01S3/38—Systems for determining direction or deviation from predetermined direction using adjustment of real or effective orientation of directivity characteristic of an antenna or an antenna system to give a desired condition of signal derived from that antenna or antenna system, e.g. to give a maximum or minimum signal
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q25/00—Antennas or antenna systems providing at least two radiating patterns
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    • H01Q3/26—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system varying the relative phase or relative amplitude of energisation between two or more active radiating elements; varying the distribution of energy across a radiating aperture
    • H01Q3/2605—Array of radiating elements provided with a feedback control over the element weights, e.g. adaptive arrays
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
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    • 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
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    • 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
    • H04B7/084—Equal gain combining, only phase adjustments

Definitions

  • the present invention relates to a direction-of-arrival estimation method using an array antenna and a wireless receiver.
  • FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a conventional radio receiving apparatus using an array antenna.
  • the conventional radio receiving apparatus has receiving units 10-1 to 10-N of the number of channels to be received.
  • Receiving units 1 0— 1 to 10 0—N have the same number of despreading sections 12 2 — :! as the number of antenna elements of array antenna 11.
  • 1 1 2 — M and each despreading unit 1 2 — 1 1 1 2 Estimated by the direction of arrival estimator 13, which estimates the direction of arrival of the signal based on the output of 1 M, and estimated by the direction of arrival estimator 13 Directivity is formed in the direction of arrival, and each despreading section 1 2— :! It mainly comprises a beamformer 14 for passing the output of ⁇ 12-M, and a channel receiving unit 15 for extracting a channel signal from the output of the beamformer 14.
  • the array antenna has a configuration in which a plurality of antenna elements are linearly arranged at intervals of a half wavelength of the carrier frequency.
  • a beam search method will be described as an example of an arrival direction estimation method.
  • the input signal vector X (t) of the antenna is represented by the following equation (1).
  • X (t) [[ ⁇ (t), xl (t), ⁇ , xn (t)] T... (1) Also, a vector having a peak in the ⁇ direction (called a steering vector) a (Is represented by equation (2).
  • Beamforming in an array antenna is obtained by multiplying the received signal from each antenna element of the array antenna by the complex amplitude, and giving the desired direction using the result.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating an example of beamforming.
  • base station apparatus 21 has four antenna elements, and forms directivity to communicate with mobile station 22 and mobile station 23.
  • the input signal vectors of the four antenna elements are expressed by Expression (4) using Expression (1).
  • the array antenna of the base station apparatus 21 forms a directivity having a large gain in the ⁇ direction.
  • an array antenna in which four antenna elements are linearly arranged has the maximum gain in the 0 direction, and the gain is less than half of the maximum gain at an angle of 22.5 ° or more from the 0 direction.
  • beamforming is performed via each antenna element of the array antenna.
  • the signals received through each antenna element are phase-rotated at an arbitrary angle and combined to form directivity.
  • the signal received via each antenna element is split into a plurality of signals, and different combining is performed.
  • Directivity having a large gain can be formed in a plurality of different directions. As a result, it is possible to form appropriate directivity for performing communication with a plurality of communication partners.
  • the beam 24 in the 0 direction is used for communication with the mobile station 22 in the 0 direction
  • the beam 25 in the ⁇ direction is used for communication with the mobile station 23 in the ⁇ direction. It is possible to do.
  • the base station apparatus 21 can receive the signals of a plurality of communication partners individually by performing the processing by providing the receiving unit for each communication partner with the signal output from the beamformer.
  • An object of the present invention is to reduce the circuit scale and to prevent the reception quality from deteriorating even when a large number of mobile stations are adjacent to each other and the accuracy of signal arrival direction estimation is degraded.
  • An object of the present invention is to provide an estimation method and a wireless receiving device. The purpose of this is to determine how the signal arrives from the received signal before separation for each channel. The intensity distribution of the received signal with respect to the direction is determined, the direction of arrival of the signal is assumed for each band from this intensity distribution, and the directivity of the antenna is determined and received.
  • FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a conventional wireless receiving apparatus
  • FIG. 2 is a diagram showing an example of beam forming
  • FIG. 3 is a block diagram illustrating a configuration of a wireless reception device according to one embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a diagram illustrating an operation of the wireless reception device according to one embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a diagram showing a spatial spectrum of the entire reception signal before despreading in the wireless reception device according to one embodiment of the present invention
  • FIG. 6 is a diagram showing a spatial spectrum of ch 2 after despreading in the wireless receiver according to one embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a diagram showing a beam pattern in the wireless reception device according to one embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a block diagram showing a configuration of the wireless reception device according to one embodiment of the present invention.
  • the radio receiving apparatus 100 includes a plurality of antenna elements 101 1 to 100, a spatial profile creation unit 102, an arrival direction estimation unit 103, and a plurality of reception units 104 ::! ⁇ 104-4 and consists mainly of.
  • the radio receiver 100 can form the directivity of the number of the beam formers 111.
  • radio receiving apparatus 100 of the present embodiment sets the maximum value of the number of channels that can be handled to 20 and performs demodulation on receiving units 104-1 to 104-4.
  • a case will be described in which signals are allocated to five channels, and the number of beams formed from the antenna elements 101-1 to 101-4 is four.
  • the number of antenna elements, the number of despreading units, and the number of channel receiving units are not particularly limited.
  • Each of the receiving units 104-1 to 104-4 has a beamformer 111 and a plurality of despreading units 111-:! ⁇ 1 1 2-m and a plurality of channel receivers 1 1 3 _ 1 ⁇ : 1 1 3-m.
  • the antenna elements 101_1 to 1004-1-4 use the received wireless signal as a received signal, and the spatial profile creation unit 102 and the reception unit 104-- ;! Output to 110 4—4.
  • the spatial profile creation unit 102 uses the received signal before despreading received via the antenna elements 101-1 to 101-4 to determine the intensity distribution of the received signal in the direction of arrival of the signal, that is, Create a spatial profile or spatial information.
  • the direction-of-arrival estimating unit 103 based on the spatial information created by the spatial profile creating unit 102, assumes the direction of arrival of the signal transmitted from the communication partner, and receives the information on the direction of arrival. — 1 to 10 4— Outputs by sorting to each direction of arrival.
  • Receiving unit 1 0 4— :! 1104-4-4 generate the antenna directivity, that is, the beam, from the information of the direction of arrival, receive the radio signal, and multiply the received signal by the spreading code corresponding to the signal in the direction of arrival. Separate the signals of each channel.
  • the beamformer 111 combines the reception signals output from the antenna elements 101-1 to 101-4 based on the information on the direction of arrival by rotating the phases at predetermined angles, and combining the signals transmitted from the direction of arrival. Increase the reception level. As a result, the beamformer 111 generates a beam in the arrival direction of the signal estimated by the arrival direction estimation unit 103.
  • the despreading units 1 12-:! to 1 12 -m despread the signal synthesized by the beamformer 111 and output the signals to the channel receiving units 113-1 to 113-m.
  • the spreading code used for despreading is the spreading code used for spreading the signal transmitted from the arrival direction.
  • the channel receiving unit 1 13—1 to 1 13—m is the despreading unit 1 12— :! Demodulates the signal output from 1 to 12 m.
  • the reception units 104-1 to 104-4 can receive signals arriving from substantially the same direction by an antenna forming the same directivity, and obtain a desired signal by separating the signals. it can.
  • FIG. 4 is a schematic diagram showing the direction of a communication partner with which the wireless reception device according to the present embodiment communicates.
  • the wireless receiving apparatus communicates with a communication partner using 16 channels.
  • the communication partners that communicate on the channels chl, ch3, chhl0, and ch19 exist in adjacent directions when viewed from the wireless receiving device.
  • the direction-of-arrival estimating unit 103 estimates the direction of arrival as a group G1 with the communication partners communicating on these chl, ch3, chl0, and ch19 channels, performs the same beamform processing, and converts the signals. After extracting, the signal of each channel is extracted by multiplying by the spreading code and despreading.
  • the direction-of-arrival estimating unit 103 estimates the direction of arrival as a group G2 with a communication partner that communicates on the channels ch2, ch5, ch9, chl2, and ch17, and performs the same beamform processing. Then, after extracting the signal, the spread code is multiplied to perform despreading, and the signal of each channel is extracted.
  • Arrival direction estimating section 103 estimates the direction of arrival as one group G3 with the communication partner that performs communication on these ch0, ch4, and ch7 channels, performs the same beamform processing, and outputs the signal. After extracting, the signal of each channel is extracted by despreading by multiplying by each spreading code.
  • the communication partners that communicate on the channels ch6, ch5, ch16, and ch20 exist in adjacent directions when viewed from the wireless receiving device.
  • the direction-of-arrival estimating unit 103 estimates the direction of arrival as one group G4 with the communication partners that communicate on the channels ch6, chl5, chl6, and ch20, performs the same beamform processing, and performs signal processing. Then, despreading is performed by multiplying by the spreading code, and the signal of each channel is extracted.
  • the radio receiving apparatus of the present embodiment obtains the intensity distribution of the received signal in the direction of arrival of the signal using the received signal before performing the despreading process, and obtains the intensity distribution for each band having a peak.
  • the direction of arrival it is possible to estimate the direction of arrival by grouping communication partners present in adjacent directions into one group.
  • FIG. 5 is a diagram illustrating an example of a spatial spectrum in which the direction of arrival is estimated using a received signal before despreading processing is performed.
  • the vertical axis indicates the square value of the absolute value of the received power value
  • the horizontal axis indicates the angle of arrival as viewed from the wireless receiver of the present embodiment.
  • Figure 5 Spatial Spectrum In the ram, peaks G1, G2, G3, and G4 appearing in which signals transmitted from adjacent communication partners are combined.
  • the radio receiving apparatus measures the arrival directions of these peaks Gl, G2, G3, and G4 to form the directivity of the antenna.
  • a beam for band B1 shown in FIG. 5 is generated at the reception unit 104-1
  • a beam for band B2 is generated at the reception unit 104-2
  • a beam for band B3 is generated at the reception unit 104-2.
  • a control means controls m despreading units 121-1 to 121-1 of receiving unit 104-1.
  • the spreading code for each of the users chl, ch3, chl9, and ch10 is given to m
  • ch2, ch9, and chl2 are given to the five despreading units 12 of the reception unit 22-2.
  • the chunk 6, chl 5, and The spreading code is given to each of the users chhl6 and ch20.
  • the directivity to be formed may be such that the reception sensitivity becomes zero in the direction of the peak existing in a direction other than the desired arrival direction, that is, the directivity becomes null. This method is also described in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 9-261008.
  • the receiving apparatus of the present invention reduces the reception intensity of the interference component by forming the directivity of the antenna such that the reception sensitivity becomes zero with respect to the direction of the peak existing in a direction other than the desired arrival direction.
  • the SIR Signal to Interference Ratio
  • FIG. 6 is a diagram illustrating an example of a beam pattern that is the directivity of an antenna.
  • the vertical axis indicates the antenna gain
  • the horizontal axis indicates the direction of directivity.
  • Figure 6 shows the antenna directivity when receiving a signal coming from peak G2. Is formed.
  • the gain is large in the direction of the peak G2.
  • the gain is small in the direction of the peaks Gl, G3, and G4, which is a so-called null.
  • the gain increases in the direction of the peak G2, and a radio signal arriving from the direction of the peak G2 can be received with a high intensity.
  • the radio signal arriving from the directions of the peaks G1, G3, and G4, which is a thousand-dimensional component is By receiving at a weak intensity, a signal from band B2 including a plurality of signals arriving from the direction of peak G2 is received, and a band B1 including a plurality of signals arriving from the direction of peak G1 and a peak G3.
  • Signals arriving from band B3 including a plurality of signals arriving from the direction and band B4 including a plurality of signals arriving from the peak G4 direction, that is, interference components can be reduced.
  • the signal arriving from the direction of the peak G2, that is, ch2 The ch2 signal can be extracted from the ch5, ch9, chl2, and ch17 channel signals.
  • FIG. 7 is a diagram showing an example of a beam pattern after despreading.
  • the vertical axis indicates the square value of the absolute value of the received power value
  • the horizontal axis indicates the angle of arrival as viewed from the wireless reception device of the present embodiment.
  • the spatial spectrum in FIG. 7 is the spectrum after multiplying the received signal by the spreading code corresponding to ch2.
  • the peaks G 2 ′ and B 2 ′ including the signal of ch 2 have a high received power value, and the received power values in the other directions are low.
  • the intensity distribution of the received signal is generated with respect to the direction of arrival of the signal, and the direction of arrival of the signal is assumed in band units from the intensity distribution.
  • the signal required for signal separation is obtained by forming the antenna directivity in units of multiple signals arriving from the receiver and separating the signals. Since it is sufficient that the number of grouped signals is smaller than the number of channels, the circuit scale can be reduced and the cost can be reduced.
  • the circuit scale can be reduced and the cost can be reduced.
  • the receiving apparatus of the present invention when a large number of mobile stations are adjacent to each other and the accuracy of the direction of arrival estimation is deteriorated, a beam capable of strongly receiving a signal in the direction in which the mobile station exists is generated. By processing a large number of signals at once, it is possible to prevent deterioration in accuracy.
  • the present embodiment can be used as a preceding process of a multi-user interference canceller.
  • the despreading unit 1 1 2— :! 1 to 11 2 m can be realized by providing an interference component removing unit that separates a desired signal and an interference component from a received signal and subtracts the interference component from the received signal output from the beamformer 11. .
  • the case of the code multiplexing method has been described.
  • the present invention is not limited to this. Also, by creating a spatial profile with the signal before despreading, the effect of the process gain obtained when performing the steps of spreading and despreading cannot be obtained. Therefore, noise can be removed by averaging the values of the spatial profile over time.
  • the intensity distribution of the received signal is generated for the direction of arrival of the signal, the direction of arrival of the signal is assumed in band units from the intensity distribution, and a plurality of signals arriving from substantially the same direction are obtained.
  • the circuit size can be reduced by forming and receiving the antenna directivity for each signal unit and separating the signals. Also, many mobile stations Even in the case where it is adjacent and the accuracy of signal arrival direction estimation deteriorates, it is possible to prevent reception quality from deteriorating.

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Description

明 細 書 到来方向推定方法及び無線受信装置 技術分野
本発明は、 アレイアンテナを用いた到来方向推定方法及び無線受信装置に関 する。 背景技術
図 1は、 アレイアンテナを用いた従来の無線受信装置の構成を示すブロック 図である。 図 1において、 従来の無線受信装置は、 受信するチャネル数の受信 ュニット 1 0— 1〜 1 0—Nを有する。
受信ュニット 1 0— 1〜 1 0— Nは、 それぞれアレイアンテナ 1 1のアンテ ナ素子数と同数の逆拡散部 1 2—：！〜 1 2— Mと、 各逆拡散部 1 2 — 1〜 1 2 一 Mの出力に基づいて信号の到来方向を推定する到来方向推定部 1 3と、 到来 方向推定部 1 3で推定された到来方向に指向性を形成し、 形成した指向性に対 応して各逆拡散部 1 2—：！〜 1 2—Mの出力を通過させるビームフォーマ 1 4 と、 ビームフォーマ 1 4の出力よりチャネル信号を取り出すチャネル受信部 1 5とから主に構成される。 なお、 アレイアンテナは、 複数のアンテナ素子を直 線状に、 搬送波周波数の半波長の間隔で配置した構成を有するものである。 ここで、 到来方向推定方法の一例として、 ビームサーチ手法について説明す る。 アンテナの入力信号ベクトル X ( t ) は、 以下の式 （1 ) で表される。
X ( t ) = [ χ θ ( t ) ， x l ( t ) , · · · , x n ( t ) ]T … ( 1 ) また、 Θ方向にピークを持つべクトル（スティアリングべクトルと呼ばれる） a ( は、 式 （2 ) で表される。
a ( Θ ) = [ 1 ,exp(-j π sin θ ),... ,exp(-jn κ sin Θ )]T … ( 2 ) を用いて受信することで、 X (t) に含まれる S方向の電力を観測することが できる。 つまり、 空間プロファイル H (Θ) は、 以下の式 （3) より求めるこ とができる。
H (θ) =Ά (θ) Ύ· X (t) … (3) として前方 180° の区間に亘る X ( t) の空間プロファイルを得ることが可 能である。 ここで、 0は、 — 90° から 90° までの範囲の値をとる。
アレイアンテナにおけるビームフォーミングは、 アレイアンテナの各アンテ ナ素子からの受信信号に対して複素振幅を乗積し、 その結果を用いて任意の指 向性を与えることで得られる。
以下、 アレイアンテナのビームフォーミングの例について説明する。図 2は、 ビームフォーミングの一例を示す図である。図 2において、基地局装置 2 1は、 4本のアンテナ素子を有し、 指向性を形成して、 移動局 22及び移動局 23と 通信を行う。
基地局装置 2 1は、 方向にある移動局 22と通信を行う場合、 4本のアン テナ素子の入力信号ベクトルは、 式 （1) を用いて式 （4) で表される。
X ( t ) = [χθ ( t ) ， xl ( t ) , x2 ( t ) ， x3 ( t ) ]T ··· (4) そして、 基地局装置 2 1から 0方向にある移動局 22にアレイアンテナの指 向性を向けた場合、 スティアリングベクトル a (Θ) は、 式 （5) で表される。
a ( Θ ) = [ 1 ,exp(-j π sin Θ ),exp(-j2 π sin Θ ),exp(-j3 π sin θ )]T
… (5) 受信信号に対して式 （4) と式 （5) をベクトル乗算することにより、 基地 局装置 2 1のアレイアンテナは、 Θ方向に利得の大きい指向性を形成する。 例 えば、 4本のアンテナ素子を直線状に配置したアレイアンテナでは、 0方向に 最大利得を持ち、 0方向から 22. 5° 以上離れた角度では、 利得が最大利得 の半分以下となる。
このように、 ビームフォーミングは、 アレイアンテナの各アンテナ素子を介 して受信した信号をそれぞれ任意の角度で位相回転させて合成することにより 指向性を形成するので、 各アンテナ素子を介して受信した信号を複数に分岐し て、 それぞれ異なる合成を行うことにより、 異なる複数の方向に利得の大きい 指向性を形成することができる。 この結果、 複数の通信相手と通信を行うに適 切な指向性を形成することができる。
例えば、 0方向の移動局 2 2との通信には 0方向へのビーム 2 4を用い、 φ 方向の移動局 2 3との通信には φ方向へのビーム 2 5を用いる、 という処理を 同時に行うことが可能である。
このように、 基地局装置 2 1は、 ビームフォーマから出力された信号を通信 相手毎に受信ユニットを備えて処理を行うことにより、 複数の通信相手の信号 を個々に受信することができる。
しかしながら、 従来の無線受信装置においては、 各チャネルに対して個別に 信号の到来方向を推定しているので、 多数の移動局が隣接して存在する状況で は他局から受ける干渉によって、 到来方向の推定に十分な精度が得られず、 受 信に最適なアンテナの指向性を形成できないという問題がある。
また、 チャネル毎に無線信号の到来方向を推定するため、 各チャネル毎に受 信ユニット 1 0— 1、 1 0— 2、 ···、 1 0—Nを設ける必要があり、 各受信ュ ニット 1 0— 1、 1 0— 2、 ···、 1 0—Nに受信するチャネルの数の到来方向 推定部および受信するチャネル数 Xアンテナ数の逆拡散部が必要になることか ら、 回路規模が大きくなり、 コストが高くなるという問題もある。 発明の開示
本発明の目的は、 回路規模の低減、 及び多数の移動局が隣接して存在し、 信 号の到来方向推定の精度が悪化する場合でも、 受信品質が悪化することを防ぐ ことができる到来方向推定方法及び無線受信装置を提供することである。 この目的は、 各チャネル毎に分離する前の状態の受信信号から信号の到来方 向に対する受信信号の強度分布を求め、 この強度分布からバンド毎に信号の到 来方向を仮定し、 アンテナの指向性を決定して受信することにより、 略同じ方 向から到来したの信号をグループ化して到来方向を推定し、 グループ単位で推 定した到来方向にァンテナの指向性を形成して無線信号を受信することにより、 グループ単位で信号を受信して希望する信号の分離または抽出を行うことによ り達成される。 図面の簡単な説明
図 1は、 従来の無線受信装置の構成を示すブロック図、
図 2は、 ビームフォーミングの一例を示す図、
図 3は、本発明の一実施の形態に係る無線受信装置の構成を示すプロック図、 図 4は、 本発明の一実施の形態に係る無線受信装置の動作を説明するための 図、
図 5は、 本発明の一実施の形態に係る無線受信装置における逆拡散前の受信 信号全体の空間スペクトラムを示す図、
図 6は、 本発明の一実施の形態に係る無線受信装置における逆拡散後の c h 2の空間スペクトラムを示す図、 及び、
図 7は、 本発明の一実施の形態に係る無線受信装置におけるビームパターン を示す図である。 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について、 図面を用いて説明する。
(実施の形態 1 )
以下、 本発明の一実施の形態について、 図面を参照して詳細に説明する。 図 3は、 本発明の一実施の形態に係る無線受信装置の構成を示すプロック図 である。 図 3において、 無線受信装置 1 0 0は、 複数のアンテナ素子 1 0 1— 1〜1 0 1— 4と、 空間プロファイル作成部 1 0 2と、 到来方向推定部 1 0 3 と、 複数の受信ユニット 1 0 4—：！〜 1 0 4— 4と、 から主に構成される。 無 線受信装置 1 0 0は、 ビームフォーマ 1 1 1の数の指向性を形成することがで さる。
ここでは、 本実施の形態の無線受信装置 1 0 0が、 扱うことができるチヤネ ル数の最大値を 2 0として、 受信ュニット 1 0 4— 1〜1 0 4— 4に対して復 調する信号を 5チャネルずつ割り当てて、 アンテナ素子 1 0 1— 1〜1 0 1— 4から形成するビーム数を 4である場合について説明する。 なお、 本実施の形 態の無線受信装置 1 0 0においてアンテナ素子の数、 逆拡散部、 チャネル受信 部の数は特に限定されない。
また、 受信ユニット 1 0 4— 1〜 1 0 4— 4は、 それぞれビームフォ一マ 1 1 1と、 複数の逆拡散部 1 1 2—：！〜 1 1 2— mと、 複数のチャネル受信部 1 1 3 _ 1〜： 1 1 3— mと、 から主に構成される。
アンテナ素子 1 0 1 _ 1〜1 0 1— 4は、 受信した無線信号を受信信号とし て空間プロファイル作成部 1 0 2と受信ュニッ卜 1 0 4—；！〜 1 0 4— 4とに 出力する。
空間プロファイル作成部 1 0 2は、 アンテナ素子 1 0 1— 1〜 1 0 1— 4を 介して受信した逆拡散前の受信信号を用いて信号の到来方向に対して受信信号 の強度分布、 すなわち空間プロファイルまたは空間情報を作成する。
到来方向推定部 1 0 3は、 空間プロファイル作成部 1 0 2において作成され た空間情報から、 通信相手から送信された信号の到来方向を仮定して、 到来方 向の情報を受信ュニット 1 0 4— 1〜1 0 4— 4に到来方向毎で振り分けて出 力する。
受信ュニット 1 0 4—：！〜 1 0 4— 4は、 それぞれ到来方向の情報からアン テナの指向性すなわちビームを生成して無線信号を受信し、 受信した信号に到 来方向にある信号に対応する拡散符号を乗算して各チャネルの信号を分離する。 以下、 受信ュニット 104— 1〜104— 4の内部構成について説明する。 ビームフォーマ 1 1 1は、 到来方向の情報に基づいてアンテナ素子 101 - 1〜101— 4から出力された受信信号をそれぞれ所定の角度で位相回転させ て合成し、 到来方向から送信された信号の受信レベルが高くなるようにする。 この結果、 ビームフォーマ 1 1 1は、 到来方向推定部 103にて推定された信 号の到来方向にビームを生成する。
逆拡散部 1 12—：!〜 1 12— mは、 ビームフォーマ 1 1 1において合成さ れた信号を逆拡散してチャネル受信部 1 13— 1~1 13— mに出力する。 こ こで、 逆拡散に使用する拡散符号は、 到来方向から送信された信号が拡散時に 使用した拡散符号である。
チャネル受信部 1 13— 1〜1 13— mは、 逆拡散部 1 12—：！〜 1 12— mから出力された信号を復調する。
このような構成を採ることにより受信ュニッ卜 104— 1〜104— 4は、 略同一方向から到来する信号を同じ指向性を形成するァンテナで受信し、 分離 することにより所望の信号を得ることができる。
次に、 本実施の形態に係る無線受信装置 100の動作について説明する。 図 4は、 本実施の形態に係る無線受信装置が通信する通信相手の方向を示す模式 図である。
図 4において、 無線受信装置は、 16チャネルを用いて通信相手と通信を行 う。 ここで、 c h l、 c h 3、 c h l 0、 及び c h 19のチャネルで通信を行 う通信相手は、 無線受信装置から見て隣接した方向に存在する。 到来方向推定 部 103は、 これら c h l、 c h 3、 c h l 0、 及び c h 19のチャネルで通 信を行う通信相手を一つのグループ G 1として到来方向を推定し、 同じビーム フォーム処理を行って信号を取り出した後、 それぞれ拡散符号を乗算して逆拡 散を行い、 各チャネルの信号を取り出す。
また、 c h 2、 c h 5、 c h 9、 c h l 2、 及び c h 17のチャネルで通信 を行う通信相手は、 無線受信装置から見て隣接した方向に存在する。 到来方向 推定部 103は、 これら c h 2、 c h 5、 c h 9、 c h l 2、 及び c h 17の チャネルで通信を行う通信相手を一つのグループ G 2として到来方向を推定し、 同じビームフォーム処理を行つて信号を取り出した後、 それぞれ拡散符号を乗 算して逆拡散を行い、 各チャネルの信号を取り出す。
同様に、 c h 0、 c h4、 及び c h 7のチャネルで通信を行う通信相手は、 無線受信装置から見て隣接した方向に存在する。 到来方向推定部 103は、 こ れら c h 0、 c h4、 及び c h 7のチャネルで通信を行う通信相手を一つのグ ループ G 3として到来方向を推定し、 同じビームフォーム処理を行って信号を 取り出した後、 それぞれ拡散符号を乗算して逆拡散を行い、 各チャネルの信号 を取り出す。
そして、 c h 6、 c h l 5、 c h 16、 及び c h 20のチャネルで通信を行 う通信相手は、 無線受信装置から見て隣接した方向に存在する。 到来方向推定 部 103は、 これら c h 6、 c h l 5、 c h l 6、 及び c h 20のチャネルで 通信を行う通信相手を一つのグループ G 4として到来方向を推定し、 同じビ一 ムフオーム処理を行つて信号を取り出した後、 それぞれ拡散符号を乗算して逆 拡散を行い、 各チャネルの信号を取り出す。
このように、 本実施の形態の無線受信装置は、 逆拡散処理を行う前の受信信 号を用いて、 信号の到来方向に対して受信信号の強度分布を求め、 ピークをも つバンド毎に到来方向の推定を行うことにより、 隣接した方向に存在する通信 相手を一つのグループとしてまとめて到来方向を推定することができる。
次に、 信号の到来方向に対する受信信号の強度分布について説明する。 図 5 は、 逆拡散処理を行う前の受信信号を用いて到来方向の推定した空間スぺクト ラムの一例を示す図である。
図 5において、 縦軸は、 受信電力値の絶対値の二乗値を示し、 横軸は、 本実 施の形態の無線受信装置から見た到来方向の角度を示す。 図 5の空間スぺクト ラムには、 互いに隣接する通信相手から送信された信号を一つにまとめたピー ク G 1、 G 2、 G 3、 及び G 4が現れる。 本実施の形態の無線受信装置は、 こ れらピーク Gl、 G2、 G3、 及び G 4の到来方向を測定してアンテナの指向 性を形成する。
例えば、 図 5に示すバンド B 1に対するビームが受信ュニット 104— 1に て生成され、 バンド B 2に対するビームが受信ュニット 104— 2にて生成さ れ、 バンド B3に対するビームが受信ユニット 104— 3にて生成され、 バン ド B4に対するビームが受信ュニッ卜 104— 4にて生成されたとすると、 図 示せぬ制御手段が、 受信ュニット 104 - 1の m個の逆拡散部 121— 1〜 1 2 1— mに対して c h l、 c h 3、 c h l 9、 c h 10の各ュ一ザに対する拡 散符号を与え、 また受信ュニット 22— 2の 5つの逆拡散部 12に対して c h 2、 c h 9、 c h l 2、 c h l 5、 c h 17の各ユーザに対する拡散符号を与 え、 また受信ュニット 22— 3の 3つの逆拡散部 12に対して c h 0、 c h 4、 c h 7の各ユーザに対する拡散符号を与え、 また受信ュニット 22— 4の 4つ の逆拡散部 12に対して c h 6、 c h l 5、 c h l 6、 c h 20の各ユーザに 対する拡散符号を与える。
また、 形成する指向性は、 所望の到来方向以外に存在するピークの方向に対 して受信感度がゼロになる、 つまりヌルとなる指向性を形成しても良い。 この 方法は、 例えば特開平 9一 261008号公報にも記載されている。
この場合、 本発明の受信装置は、 所望の到来方向以外に存在するピークの方 向に対して受信感度がゼロになるアンテナの指向性を形成することにより、 干 渉成分の受信強度を低減することができ、 所望の信号の S I R (Signal to Interference Ratio) を良くすることができる。
図 6は、 アンテナの指向性であるビームパターンの一例を示す図である。 図 6において、 縦軸は、 アンテナの利得を示し、 横軸は、 指向性の方向をを示す。 図 6では、 ピーク G 2から到来する信号を受信する場合のアンテナの指向性 を形成している。 図 6のビームパターンでは、 ピーク G 2の方向に、 利得が大 きい。 また、 図 6のビームパターンでは、 ピーク G l 、 G 3、 及び G 4の方向 には、 利得が少なく、 いわゆるヌルとなっている。
ビームパターンに図 6の指向性を形成することにより、 ピーク G 2方向に利 得が大きくなり、 ピーク G 2の方向から到来する無線信号を強い強度で受信す ることができる。 また、 図 6のビームパターンは、 ピーク G l 、 G 3、 及び G 4の方向に利得が小さいので、 千涉成分となるピーク G 1 、 G 3、 及び G 4の 方向から到来する無線信号を弱い強度で受信することにより、 ピーク G 2方向 から到来する複数の信号を含むバンド B 2からの信号を受信し、 ピーク G 1方 向から到来する複数の信号を含むバンド B 1、 ピーク G 3方向から到来する複 数の信号を含むバンド B 3、 及びピーク G 4方向から到来する複数の信号を含 むバンド B 4から到来する信号、 すなわち干渉成分を低減することができる。 図 6に示す指向性を形成したアンテナから受信した信号に受信処理を施し、 c h 2の拡散符号を乗算することにより、 ピーク G 2方向から到来した信号、 つまりバンド B 2に含まれる c h 2、 c h 5 、 c h 9 、 c h l 2、 及び c h 1 7のチャネルの信号から c h 2の信号を取り出すことができる。
図 7は、 逆拡散後のビームパターンの一例を示す図である。 図 7において、 縦軸は、 受信電力値の絶対値の二乗値を示し、 横軸は、 本実施の形態の無線受 信装置から見た到来方向の角度を示す。 図 7の空間スペクトラムには、 受信信 号に c h 2に対応する拡散符号を乗算した後のスぺクトラムである。
c h 2の信号を含むピーク G 2 '及び B 2 'は、 受信電力値が高く、 他の方 向の受信電力値は、 低い。
このように、 本発明の受信装置によれば、 信号の到来方向に対して受信信号 の強度分布を生成して、 前記強度分布からバンド単位で信号の到来方向を仮定 することにより、 略同一方向から到来する複数の信号単位でアンテナの指向性 を形成して受信し、 信号の分離を行うので、 信号の分離に必要な回路は、 チヤ ネルの数より少なく、 グループ化した信号の数があればよいので、 回路規模を 小さくすることができ、 またコストダウンを図ることができる。
また、 到来方向推定手段をチャネル毎に必要とせず、 グループ単位の到来方 向の推定を行うので、 回路規模を小さくすることができ、 またコストダウンを 図ることができる。
また、 本発明の受信装置によれば、 多数の移動局が隣接して存在し、 到来方 向推定の精度が悪化する場合において、 移動局が存在する方向で信号を強く受 信できるビームを生成して多数の信号を一括して処理することにより、 精度劣 化を防ぐことが可能である。
なお、 本実施の形態をマルチユーザ型干渉キャンセラの前段の処理として用 いることも可能である。 マルチュ一ザ型干渉キヤンセラとアレイアンテナを組 み合わせる際には、 ビームパターン毎に他チヤネルの伝搬路推定を行う必要が あるため、 ビームパターンの共有化で回路規模の大幅な削減が可能となる。 この場合、 図 3の逆拡散部 1 1 2—：！〜 1 1 2— mにおいて受信信号から所 望の信号と干渉成分とを分離し、 ビームフォーマ 1 1 1から出力された受信信 号から干渉成分を減算する干渉成分除去部を備えることにより実現できる。 また、 本実施の形態では、 符号多重化方式の場合について説明したがこれに 限らず、 多重化通信であれば良く、 時分割方式等を用いることもできる。 また、 逆拡散する前の信号で空間プロファイルを作成することで、 拡散 .逆 拡散の手順を踏んだときに得られるプロセスゲインの効果が得られない。 そこ で、 空間プロファイルの値を時間的に平均化することでノィズを除去すること ができる。
以上の説明から明らかなように、 信号の到来方向に対して受信信号の強度分 布を生成して、 前記強度分布からバンド単位で信号の到来方向を仮定し、 略同 —方向から到来する複数の信号単位でアンテナの指向性を形成して受信し、 信 号の分離を行うことにより、 回路規模の低減ができる。 また、 多数の移動局が 隣接して存在し、 信号の到来方向推定の精度が悪化する場合でも、 受信品質が 悪化することを防ぐこともできる。
本明細書は、 2000年 1月 17日出願の特願 2000— 008292に基 づくものである。 この内容をここに含めておく。

Claims

請 求 の 範 囲
1 . 信号の到来方向に対して受信信号の強度分布を生成するスぺク卜ラム生成 手段と、 前記強度分布からバンド単位で信号の到来方向を仮定する到来方向仮 定手段と、仮定した到来方向にアンテナの指向性を形成する指向性形成手段と、 前記指向性で前記バンド単位毎に信号を受信し、 受信した信号から所望の信号 を分離する信号分離手段と、 を具備することを特徴とする無線受信装置。
2 . 到来方向仮定手段は、 強度分布のピークを到来方向として仮定することを 特徴とする請求の範囲第 1項に記載の無線受信装置。
3 . 指向性形成手段は、 所望の信号を含む到来方向以外の仮定された到来方向 に受信感度が低い指向性を形成することを特徴とする請求の範囲第 1項に記載 の無線受信装置。
4 . スペクトラム生成手段は、 逆拡散前の受信信号を用いて信号の到来方向に 対する強度分布を生成し、 信号分離手段は、 所望の信号に対応する拡散符号を 乗算して受信した信号から所望の信号を分離することを特徴とする請求の範囲 第 1項に記載の無線受信装置。
5 . 信号分離手段は、 受信信号から所望の信号と干渉成分とを分離し、 前記受 信信号から前記干渉成分を減算する干渉除去手段を具備することを特徴とする 請求の範囲第 1項に記載の無線受信装置。
6 . 信号分離手段は、 受信信号に各チャネルの拡散符号をそれぞれ乗算して前 記各チャネルの拡散復調信号を分離し、 干渉除去手段は、 前記受信信号から所 望の信号以外の拡散復調信号を減算することを特徴とする請求の範囲第 1項に 記載の無線受信装置。
7 . 請求の範囲第 1項に記載の無線受信装置を具備することを特徴とする基地
8 . 請求の範囲第 1項に記載の無線受信装置を具備することを特徴とする通信 端末装置。
9 . 信号の到来方向に対して受信信号の強度分布を生成し、 前記強度分布から バンド単位で信号の到来方向を仮定し、 仮定した到来方向にアンテナの指向性 を形成し、 前記指向性で前記バンド単位毎に信号を受信し、 受信した信号から 所望の信号を分離することを特徴とする到来方向推定方法。
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