WO2005001992A1

WO2005001992A1 - 適応アンテナ受信方法および装置

Info

Publication number: WO2005001992A1
Application number: PCT/JP2004/008801
Authority: WO
Inventors: Shousei Yoshida
Original assignee: Nec Corporation
Priority date: 2003-06-26
Filing date: 2004-06-23
Publication date: 2005-01-06
Also published as: CN1802771B; US20060286955A1; CN1802771A; US7565172B2; JP4618126B2; JPWO2005001992A1

Abstract

　希望信号の到来方向の角度変化に対する追従性を向上した適応アンテナ受信装置を提供する。　アンテナ重み適応更新手段１１−１は、各アンテナ素子で受信した信号と伝送路推定に基づいて補正された希望信号とを用いて求められた誤差信号とからアンテナ重みを適応的に更新する。アンテナ重み方向拘束手段１２−１は、希望信号の到来方向にビーム利得が一定となるように、アンテナ重み適応更新手段１１−１で求めたアンテナ重みに拘束処理を施す。ビームフォーマー２−１は、アンテナ重み方向拘束手段１２−１において拘束処理が施されたアンテナ重みを用いてアレーアンテナで希望信号を受信する。伝送路推定手段３−１は、ビームフォーマー２−１で受信された希望信号の伝送路推定を行い、推定結果を用いて希望信号を補正する。

Description

明細書

適応アンテナ受信方法および装置

技術分野

[0001] 本発明は、適応アンテナ受信装置に関し、特に、 CDMA通信においてアンテナ指向性ビームを適応的に形成し、所定のユーザからの希望信号を受信すると共に他ュ一ザ力の干渉信号を抑圧する適応アンテナ受信装置に関する。

背景技術

[0002] 符号分割多重アクセス（CDMA)通信は、無線周波数に対する加入者容量の増大が可能と言われており、移動通信セルラーシステムの無線アクセス方式として注目されている。

[0003] しかし、 CDMA通信では、所定のユーザからの希望信号を基地局で受信するとき、同時に基地局にアクセスする他ユーザからの信号が干渉となるという問題がある。この干渉信号を除去して希望信号を良好に受信するための手段としてアレーアンテナ力 ^sある。

[0004] アレーアンテナは複数のアンテナ素子からなる。アレーアンテナは、各アンテナ素子に対して複素数の重み付けをすることにより各アンテナ素子の受信信号の振幅および位相を制御して指向性ビームを形成することができる。希望信号の受信に適するように指向性ビームを形成することにより、アレーアンテナは希望信号を良好に受信するとともに他ユーザからの干渉信号を抑圧する。この指向性ビームを適応制御するのが適応アレーアンテナである。

[0005] 希望信号は基地局ではマルチパスで受信される力適応アレーアンテナは、希望信号の各パス方向に高いビーム利得を向けるだけでなぐ干渉信号の方向に利得の極めて低いポイント（ヌル）を向けることにより、受信希望信号対干渉雑音電力比（SI NR)を最大とするよう重み付けを制御する。

従来の適応アンテナ受信装置として非特許文献 1に記載されたものがある。

[0006] 図 1は、従来の適応アンテナ受信装置の構成を示すブロック図である。図 1を参照すると、従来の適応アンテナ受信装置は、パス受信部 101— 1一 101— L (Lは自然数 )、合成器 106、判定器 107、スィッチ 108、減算器 109を有している。

[0007] パス受信部 101— 1一 101— Lは、移動通信環境におけるマルチパスによる複数の伝送路に対応してマルチパス合成を行うために L個が設けられている。

パス受信部 101—1 101—Lは全て同様の構成である。

[0008] パス受信部 101—1は、ビームフォーマー 102—1、伝送路推定部 103— 1、複素共役操作 104-1、乗算器 105—1、 110-1、アンテナ重み適応更新部 111—1を有している。

[0009] ビームフォーマー 102—1には、希望ユーザの拡散符号を用いてパス # 1のタイミングで各アンテナ素子 # 1一 # N (Nはアレーアンテナに含まれるアンテナ素子の数）での受信信号を逆拡散して得られた N個の逆拡散信号が入力として与えられる。ビームフォーマー 102—1は、 N個の逆拡散信号を重み付け合成することでパス # 1用の指向性ビームを形成する。

[0010] 図 2は、従来のビームフォーマーの構成を示すブロック図である。図 2を参照すると、ビームフォーマー 102-1は、複素共役操作部 112-1-1— 112-1_N、乗算器 11 3— 1— 1— 113— 1— N、および合成器 114— 1を有している。他のビームフォーマー 10 2_2— 102—Lも同様の構成である。

[0011] 複素共役操作部 112-1 - 1一 112-1 - Nは、アンテナ重み適応更新部 111一 1からの N個のアンテナ重み (W)の複素共役を各々計算し、乗算器 113-1— 1一 113-1— Nの各々に与える。

[0012] 乗算器 113 - 1一 1一 113 - 1一 Nは、パス # 1の逆拡散信号の各々と、複素共役操作部 112_1_1— 112_1_Nの各々力の与えられたアンテナ重みの複素共役とを乗算して合成器 114一 1に与える。

[0013] 合成器 114_1は、乗算器 113_1_1— 113_1_Nの全ての出力を加算する。

[0014] また、図 1に示した伝送路推定部 103— 1は、ビームフォーマー 102— 1の出力から伝送路推定を行い、伝送路推定値を複素共役操作部 104 - 1および乗算器 110 - 1 に与える。伝送路推定とは、パスの受信状況から電波伝搬状態の変化を推定することである。これにより得られた伝送路推定値は電波伝搬状況の変化を補償 (伝送路補正）するのに用いられる。 [0015] 複素共役操作部 104 - 1は、伝送路推定部 103 - 1からの伝送路推定値の複素共役を計算し、乗算器 105— 1に与える。

[0016] 乗算器 105-1は、ビームフォーマー 102-1の出力に伝送路推定値の複素共役を乗算することにより、位相変動を補正 (伝送路補正）するとともに最大比合成のための重み付けを行う。最大比合成とは、マルチパス合成後の信号の SINRを最大とするような重み付け合成方法である。

[0017] 図 1に示した従来のパス受信部 101-1では、伝送路推定に基づいて位相補正する機能がアンテナ重み制御と分離されている。そのため、アンテナ重み制御において、希望信号のフェージングによる位相変動を補正する必要が無ぐ信号の到来方向のみに依存する位相変動を補正すればよいので、安定したビーム形成が可能となる

[0018] 合成器 106は、パス受信部 101—1 101—Lの各々の乗算器 105—1 105—Lの出力の全てを加算してパス合成を行うことにより復調信号を生成する。

[0019] 判定器 107は、合成器 106で得られた復調信号から、可能性の高い送信シンボルを判定する。

[0020] スィッチ 108は、既知参照信号、または判定器 107からの送信シンボルのいずれかを選択し、参照信号として減算器 109に与える。スィッチ 108は、既知参照信号が与えられていればそれを選択し、既知参照信号が与えられていなければ、判定器 107 力の送信シンボルを選択する。

[0021] 減算器 109は、参照信号から、合成器 106からの復調信号を減算し、全てのパス受信部 101-1— 101-Lの乗算器 110—1— 110-Lに誤差信号として与える。その際、参照信号として、スィッチ 108からの参照信号に後述する参照信号レベルを乗じた値を用いる。

[0022] パス受信部 101-1の乗算器 110-1は、減算器 109からの誤差信号に、伝送路推定部 103—1からの伝送路推定値を乗算してアンテナ重み適応更新部 111-1に与る。

[0023] アンテナ重み適応更新部 111—1は、伝送路推定値が乗じられた誤差信号と、パス

# 1の N個の逆拡散信号とを用いてアンテナ重みを適応的に計算し、ビームフォーマ一 102-1に与えて適応制御を行う。適応制御において、一般に、最小二乗平均誤差制御（MMSE)が用いられる。誤差信号を用いるアンテナ重み係数の適応更新ァルゴリズムには LMS (Least Mean Square) , NLMS (Normalized LMS)、 RL S (Recursive Least Square)アルゴリズムが知られている。

[0024] 例えば、非特許文献 1では、 NLMSアルゴリズムを用いてアンテナ重みを更新することが記載されている。アンテナ重み w (i， m) (ここで、 iはパス番号、 mはシンボル番号である）は以下の更新式 (式（1) )を用いて計算される。

[0025] [数 1] w(i, m + i) = w(i, m) +——— - x i, m)h\i, m)e " (m) ( ι )

P\i, m)

[0026] ここで、 x (i, m)は各アンテナによる受信信号の逆拡散信号である。 p (i， m)は各ァンテナの逆拡散信号の逆拡散信号の総電力である。 h (i, m)は伝送路推定値である。 λはステップサイズである。

誤差信号を e (m)、受信信号を z (m)とすると、誤差信号 e (m)は式 (2)のように表すことができる。なお、 *は共役複素数を示す。

[0027] [数 2] e(m) = A(m) z(m) - z^m ( 2

ここで、 z(m)は参照信号（既知参照信号または判定信号）である。 A(m)は参照信号レベルである。

[0028] 参照信号レベル A (m)は、ビームフォーマー 102—1に入力されるアンテナ素子毎の逆拡散信号に基づいて計算される (例えば、特許文献 1参照）。ビームフォーマー 102—1に入力される逆拡散信号の受信レベルはビーム利得の影響を受けないため参照信号レベル A (m)を算出する基準として望ましい。

[0029] また、適応アンテナ受信の応用形態として、フェージングが互いに独立した複数のアレーアンテナ（サブアレー）で符号分割多重アクセス信号を受信することにより指向性を制御することによる効果とダイバーシチ効果とを得るという形態がある。

[0030] そして、それら複数のサブアレーにおいて指向性形成に用いられるアンテナ重みを共通のものとするとともに、そのアンテナ重み制御に全てのサブアレーの判定誤差信号を用いて適応制御特性を改善した形態が提案されてレ、る (特許文献 2参照)。

[0031] また、他の応用形態として、マルチビームフォーマーによってビーム形成された信号を用いてパス検出するという形態がある。それによりアンテナ数が多くてもパス検出特性が劣化しないという効果が得られる。

[0032] そして、そのマルチビームフォーマーで形成された各ビームの逆拡散出力を重み付け合成して位相変動を補正することにより各パスを検出し、さらにそれらパスを合成して復調信号を得るとともに、位相変動の逆補正を施した判定誤差信号と各ビームの逆拡散出力とを用いて重み付け合成の重みを適応更新するとした形態が提案されている (特許文献 3参照)。これにより優れたパス検出特性に加えて優れた受信復調特

'性をも得ること力 Sできる。

特許文献 1：特開 2002 - 77008号公報

特許文献 2：特開 2002 - 368520号公報

特許文献 3：特開 2002 - 368652号公報

非特許文献 1 :田中、佐和橋、安達他、「Pilot Symbol-Assisted Decision— Dir ectea し oherent Adaptive Array Diversity for DS— CDMA Mobile R adio Reverse Link」（IEICE Trans. , vol. E80— A, pp. 2445—2454, De c. 1997)

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0033] 図 1に示したものに代表されるような従来の適応アンテナ受信装置によれば、希望信号の到来方向に指向性ビームを形成することができる。また、特許文献 2、 3に記載されたような様々な応用形態によれば希望信号をさらに良好に受信することができる。しかし、これは追従性が良いという条件下で得られる効果である。

[0034] 希望信号の到来方向の角度変化が大きい場合、希望信号の到来方向と指向性ビームのビーム方向がずれて希望信号の利得が低下する可能性がある。

[0035] 図 3は、適応アレーアンテナによる指向性ビームと希望信号の到来方向の関係を示す図である。図 3において（a)は従来の場合、（b)は本発明の場合である。従来の適応アレーアンテナでは、希望波の到来方向で最大利得が得られるように指向性ビームの方向が制御されるが追従性に考慮が払われていないため、図 3 (a)に示すように、到来方向の角度が変化した場合、希望信号の到来方向がビーム方向からずれ、希望信号の利得が大きく低下してしまう。その結果、正確な誤差信号が検出されず、追従性が損なわれる。また、ひどい場合には、到来方向の角度変化に追従できずに希望信号を見失い、同期はずれを起こす可能性がある。

[0036] 本発明は、指向性ビームの追従性に着目してなされたものであり、その目的は、希望信号の到来方向の角度変化に対する追従性を向上した適応アンテナ受信装置を提供することである。

課題を解決するための手段

[0037] 上記目的を達成するために、本発明の適応アンテナ受信装置は、複数のアンテナ素子からなるアレーアンテナの指向性ビームを適応的に形成することにより複数の送信装置から送信された多重信号における干渉信号を抑圧して希望信号を受信し、該希望信号を伝送路推定に基づいて補正する適応アンテナ受信装置であって、前記各アンテナ素子で受信した信号と、前記伝送路推定に基づレ、て補正された前記希望信号を用いて求められた誤差信号とからアンテナ重みを適応的に更新するァンテナ重み適応更新手段と、

前記希望信号の到来方向にビーム利得が一定となるように、前記アンテナ重み適応更新手段で求めた前記アンテナ重みに拘束処理を施すアンテナ重み方向拘束手段と、

前記アンテナ重み方向拘束手段において拘束処理が施された前記アンテナ重みを用いて前記アレーアンテナで前記希望信号を受信するビームフォーマーと、前記ビームフォーマーで受信された前記希望信号の伝送路推定を行レ、、推定結果を用いて前記希望信号を補正する伝送路推定手段とを有してレ、る。

[0038] したがって、本発明によれば、伝送路推定手段が伝送路補正を行い、アンテナ重み適応更新手段が各アンテナ素子の受信信号を用いてアンテナ重みを適応制御し、アンテナ方向拘束手段がアンテナ重みを修正するとレ、う伝送路補正がアンテナ重み制御から分離された構成なので、アンテナ重みは、伝送路補正の成分を含まず、信号到来方向のみに依存する位相補正により適応制御され、アンテナ重み方向拘束手段が、希望信号の到来方向のビーム利得を一定に保つようにアンテナ重みを修正すること力 Sできる。

[0039] また、前記アンテナ重み方向拘束手段において、前記希望信号の到来方向を示す方向ベクトルを用いて前記アンテナ重みに拘束処理を施すこととしてもょレ、。

[0040] したがって、アンテナ方向拘束手段が方向べクトノレにより希望信号の到来方向のビーム利得を一定に保つようにアンテナ重みを修正するので、ビーム出力の希望信号成分の利得が一定に保たれる。

[0041] また、隣接する前記アンテナ素子で受信した信号同士の各相関値を求める隣接ァンテナ相関検出手段と、

前記隣接アンテナ相関検出手段で求めた前記各相関値の平均値を求めるアンテナ相関平均手段と、

前記アンテナ相関平均手段で求めた平均値の逆正接を取って位相を求める逆正接計算手段と、

前記逆正接計算手段で求めた位相から前記方向ベクトルを求める方向ベクトル計算手段とをさらに有することとしてもよい。

[0042] したがって、隣接アンテナ相関検出手段が求めた隣接アンテナ素子間の各相関をアンテナ相関平均手段が平均化し、逆正接計算手段および方向ベクトル計算手段がその平均値から方向べクトノレを求めるので、隣接アンテナ素子間の相関に基づいて簡易な処理および構成で希望信号の方向ベクトルを求めることができる。

発明の効果

[0043] 本発明によれば、伝送路推定手段が伝送路補正を行い、アンテナ重み適応更新手段が各アンテナ素子の受信信号を用いてアンテナ重みを適応制御し、アンテナ方向拘束手段がアンテナ重みを修正するという伝送路補正がアンテナ重み制御から分離された構成なので、アンテナ重みは、伝送路補正の成分を含まず、信号到来方向のみに依存する位相補正により適応制御され、アンテナ重み方向拘束手段が、希望信号の到来方向のビーム利得を一定に保つようにアンテナ重みを修正することができ、ビーム出力の希望信号成分の利得が一定に保たれ、指向性ビームの追従性が向上し、同期はずれも防止できる。

[0044] また、アンテナ方向拘束手段が方向ベクトルにより希望信号の到来方向のビーム利得を一定に保つようにアンテナ重みを修正するので、ビーム出力の希望信号成分の利得が一定に保たれる。

[0045] また、隣接アンテナ相関検出手段が求めた隣接アンテナ素子間の各相関をアンテナ相関平均手段が平均化し、逆正接計算手段および方向ベクトル計算手段がその平均値から方向ベクトルを求めるので、隣接アンテナ素子間の相関に基づいて簡易な処理および構成で希望信号の方向ベクトルを求めることができる。

発明を実施するための最良の形態

[0046] 本発明の一実施形態について図面を参照して詳細に説明する。

図 4は、本発明の一実施形態による適応アンテナ受信装置の構成を示すブロック図である。図 4を参照すると、適応アンテナ受信装置は、パス受信部 1一 1一 1_L、合成器 6、判定器 7、スィッチ 8、減算器 9を有している。

[0047] パス受信部 1一 1一 1一 Lは、移動通信環境におけるマルチパス伝播路に対応してマルチパス合成を行うために L個が設けられている。パス受信部 1_1一 1一 Lは全て同様の構成である。

[0048] パス受信部 1一 1は、ビームフォーマー 2— 1、伝送路推定部 3— 1、複素共役操作部 4-1,乗算器 5—1、 10-1,アンテナ重み適応更新部 11—1、アンテナ重み方向拘束部 12— 1、および方向ベクトル生成部 16—1を有している。

[0049] ビームフォーマー 2—1には、希望ユーザの拡散符号を用いてパス # 1のタイミングで各アンテナ素子 # 1一 # N (Nはアレーアンテナに含まれるアンテナ素子の数）での受信信号を逆拡散して得られた N個の逆拡散信号が入力として与えられる。ビームフォーマー 2_1は、 N個の逆拡散信号を重み付け合成することでパス # 1用の指向性ビームを形成する。

[0050] 図 5は、図 4に示したビームフォーマーの構成を示すブロック図である。図 5を参照すると、ビームフォーマー 2-1は、複素共役操作部 13— 1一 1— 13-1_N、乗算器 14 — 1— 1一 14— 1— N、および合成器 15—1を有している。他のビームフォーマー 2— 2— 2— Lも同様の構成である。 [0051] 複素共役操作部 13-1-1— 13-1— Nは、アンテナ重み方向拘束部 12_1からの N 個のアンテナ重み Wの複素共役を各々計算し、乗算器 14一 1-1一 14-1一 Nの各々に与える。

[0052] 乗算器 14一 1一 1一 14一 1一 Nは、パス # 1の逆拡散信号の各々と、複素共役操作部

13—1—1— 13—1— Nの各々力の与えられたアンテナ重みの複素共役とを乗算して合成器 15— 1に与える。

[0053] 合成器 15—1は、乗算器 14一 1一 1一 14一 1一 Nの全ての出力を加算する。

[0054] また、図 4に示した伝送路推定部 3—1は、ビームフォーマー 2—1の出力力、ら伝送路推定を行い、伝送路推定値を複素共役操作部 4 - 1および乗算器 10 - 1に与える。伝送路推定とは、パスの受信状況から電波伝搬状態の変化を推定することである。これにより、得られた伝送路推定値は電波伝搬状況の変化を補償 (伝送路補正)するのに用いられる。

[0055] 複素共役操作部 4 - 1は、伝送路推定部 3 - 1からの伝送路推定値の複素共役を計算し、乗算器 5-1に与える。

[0056] 乗算器 5— 1は、ビームフォーマー 2— 1の出力に伝送路推定値の複素共役を乗算することにより、位相変動を補正 (伝送路補正)するとともに最大比合成のための重み付けを行う。最大比合成とは、マルチパス合成後の信号の SINRを最大とするような重み付け合成方法である。

[0057] パス受信部 1一 1では、伝送路推定に基づいて位相補正する機能がアンテナ重み制御と分離されている。そのため、アンテナ重み制御において、希望信号のフェージングによる位相変動を補正する必要が無いので、信号の到来方向のみに依存する位相変動を補正すればよぐ安定したビーム形成が可能となる。

[0058] 合成器 6は、パス受信部 1_1一 1一 Lの各々の乗算器 5_1 5— Lの出力の全てを加算してパス合成を行うことにより復調信号を生成する。

[0059] 判定器 7は、合成器 6で得られた復調信号から、可能性の高い送信シンボルを判定し、スィッチ 8に与える。

[0060] スィッチ 8は、既知参照信号、または判定器 7からの送信シンボルのいずれかを選択し、参照信号として減算器 9に与える。スィッチ 8は、既知参照信号が与えられていればそれを選択し、既知参照信号が与えられていなければ、判定器 7からの送信シンボルを選択する。

[0061] 減算器 9は、参照信号から、合成器 6からの復調信号を減算し、全てのパス受信部

1-1一 1-Lの乗算器 10-1 10-Lに誤差信号として与える。その際、参照信号として、スィッチ 8からの参照信号に後述する参照信号レベルを乗じた値を用いる。

[0062] パス受信部 1-1の乗算器 10-1は、減算器 9からの誤差信号に、伝送路推定部 3_

1からの伝送路推定値を乗算してアンテナ重み適応更新部 11一 1に与える。

[0063] アンテナ重み適応更新部 11一 1は、伝送路推定値が乗じられた誤差信号と、パス

# 1の N個の逆拡散信号とを用いてアンテナ重み W'を適応的に計算し、アンテナ重み方向拘束部 12_1に与える。

[0064] ここでアンテナ重み W'の算出には、一般に、最小二乗平均誤差制御（MMSE)が用いられる。誤差信号を用いるアンテナ重み係数の適応更新アルゴリズムには LMS

(Least Mean square)、 NLMS (Normalized LMS)、 RLS (Recursive Lea st Square)アルゴリズムが知られている。

[0065] 上述したように、例えば、アンテナ重み w (i, m) (ここで、 iはパス番号、 mはシンポル番号である）は以下の更新式 (式（1) )を用いて計算される。

[0066] また、誤差信号を e (m)、参照信号をレベル A (m)とすると、誤差信号 e (m)は式（2

)のように表すことができる。

[0067] 参照信号レベル A (m)は、ビームフォーマー 2— 1に入力されるアンテナ素子毎の逆拡散信号に基づいて計算される。ビームフォーマー 2 - 1に入力される逆拡散信号の受信レベルはビーム利得の影響を受けないため参照信号レベル A (m)を算出する基準として望ましい。

[0068] ここまでは図 1に示した従来のものと同様の構成である力アンテナ重み方向拘束部 12—1および方向べクトノレ生成部 16—1は本発明に特有のものである。

[0069] 方向ベクトル生成部 16—1は、希望信号の到来方向から方向ベクトルを求める。この方向ベクトルは、アンテナ重みの方向拘束処理に用いられる。ここで方向べクトノレは、方向が希望信号の到来方向で、大きさが Nのべクトノレである。

[0070] 図 6は、アレーアンテナと希望信号の到来方向の関係を示す図である。図 6において秦はアンテナ素子を示し、矢印は希望信号を示す。アンテナ素子は間隔 dで配列されている。アンテナ素子の配列方向に対して鉛直方向の直線との角度によって示すと希望信号到来方向は Φと示すことができる。これらを用いると、方向ベクトル c= ( c , c , ··, c , ··, c )における、各アンテナ素子に対応する成分 c (nは #1一 #N

1 2 n N n

のアンテナ番号）は式（3)によって求めることができる。

[0071] [数 3] c_n = exp[ ]2π{η - \){d / A)sim φ)λ (3)

[0072] ここで λはキャリア波長である。

[0073] このように表される方向ベクトル cは、 Special Signatureとも呼ばれ、希望信号を代表する信号である。方向ベクトル cは、変調やレベル変動などによる影響が取り払われ、上述したように希望信号の到来方向のみを表している。

[0074] アンテナ重み方向拘束部 12— 1は、方向ベクトル cを用いて、希望信号の到来方向における、希望信号のビーム利得を一定に保つようアンテナ重みを補正する処理（方向拘束処理）を行う。

[0075] パス番号 iのパスにおいてシンボル番号が mのときの、方向ベクトルを c(i, m)、アンテナ重み更新部 11-1からのアンテナ重みを w' (i, m)とすると、方向拘束処理が施されたアンテナ重み w' (i, m)は式 (4)によって求めることができる。

[0076] [数 4]

W ，（ ,m + 1) = (4)

[0077] ここで Iは単位行列である。 Hはエルミート共役操作を示す。

[0078] 図 7は、アンテナ重み方向拘束部による方向拘束処理を説明するための図である。

方向拘束処理とは、 N次元のアンテナ重みベクトル空間においてアンテナ重み適応更新部 11-1からのアンテナ重みベクトル Wを拘束平面に投影したアンテナ重みべタトル W'を求める処理である。これは図 7においてアンテナ重み w(m+l)力、らアンテナ重み w' (m+1)を求めることを示す。 [0079] この拘束平面は式（5)のように示すことができる。

[0080] [数 5]

W C = 1 ( 5 )

[0081] これにより、アンテナ重み w'と方向ベクトル cとの相関が一定に調整されることとなる

[0082] アンテナ重み w'を用いて受信される希望信号の利得は、アンテナ重み w'と方向ベクトル cとの相関によって表すことができる。そして、その相関を一定にするように、すなわち式（5)の条件を満たすようにアンテナ重み w'の大きさを調整すれば、アンテナ重み w'を用いて受信される希望信号の利得は一定となる。なお、アンテナ重み w'の方向は、干渉が無ければ、方向ベクトル cの方向と一致し、干渉があれば、方向ベクトル cの方向からずれる。

[0083] 図 7の拘束平面上を動くアンテナ重みベクトル w' (i, m)は式（5)の条件を満たすので、希望信号の到来方向のビーム利得が常に一定となり、ビーム出力の希望信号成分の利得が一定となる。

[0084] 図 8は、アンテナ重み方向拘束部の構成を示すブロック図である。図 8を参照すると、アンテナ重み方向拘束部 12-1は、相関器 16-1、除算器 17-1、乗算器 18-1、減算器 19-1、および加算器 20-1を有している。

[0085] 相関器 16-1は、アンテナ重み適応更新部 11-1からのアンテナ重み w (i, m+ 1) と、方向ベクトル生成部 16-1からの方向ベクトル c (i, m)との相関値（スカラー）を求める。

[0086] 除算器 17-1は、方向ベクトル c (i, m)を Nで除算する。

[0087] 乗算器 18-1は、相関器 16-1からの相関値と、除算器 17_1で求められた c (i, m) /Nとを乗算し、ベクトル c (i, m) [c^H (i, m) w (i, m+ l) ] /Nを求める。

[0088] 減算器 19—1は、アンテナ重み w (i, m)から、乗算器 18—1で求まったベクトル c (i， m) [c^H (i, m) w (i, m+ l) ] ZNを減算する。

[0089] 加算器 20—1は、減算器 19_1の出力に、除算器 17_1からの c (i， m) /Nを加算して方向拘束されたアンテナ重み w' (i, m+ 1)を求める。 [0090] 以上説明したように、本実施形態の適応アンテナ受信装置によれば、アンテナ重み適応更新部 11 1が各アンテナ素子の逆拡散信号を用いてアンテナ重みを適応制御し、アンテナ方向拘束部 12— 1が希望信号の到来方向のビーム利得を一定に保つようにアンテナ重みに対して方向拘束処理を施し、ビームフォーマー 2—1が適応制御および方向拘束処理されたアンテナ重みを用いて各アンテナ素子の逆拡散信号を重み付け合成し、伝送路推定部 3— 1がビームフォーマー 2—1の出力から求めた伝送路推定値の複素共役を複素共役操作部 4一 1が求めてビームフォーマー 2— 1の出力に乗算することにより伝送路補正を行った各パスの受信信号を加算器 6がマルチパス合成することにより復調信号を求めるという、伝送路補正がアンテナ重み制御力分離された構成である。

[0091] そのため、アンテナ重みは伝送路補正の成分を含まず、信号到来方向に依存する位相補正、すなわち方向ベクトルによる位相補正により適応制御されているので、ァンテナ重み方向拘束部 12— 1による方向拘束処理が可能となってレ、る。

[0092] その結果、本実施形態では、方向拘束処理により図 3 (b)に示すように希望信号の到来方向のビーム利得を一定に保つことができ、ビーム出力の希望信号成分の利得が一定に保たれるので正確な誤差信号の抽出が可能となり、指向性ビームの追従性が向上し、同期はずれも防止できる。

[0093] 本発明の他の実施形態について図面を参照して説明する。

[0094] 図 9は、本発明の他の実施形態の適応アンテナ受信装置の構成を示すブロック図である。図 9を参照すると、適応アンテナ受信部 1 1は図 4のものと同様の構成である力方向ベクトル生成部 16-1の代わりに方向ベクトル生成部 30-1を有する点で異なる。

[0095] 方向ベクトル生成部 30— 1は、アンテナ毎信号同相平均部 31— 1、隣接アンテナ相関検出部 32— 1、アンテナ相関平均部 33— 1、逆正接計算部 34— 1、および方向べクトル計算部 35—1を有している。

[0096] アンテナ毎信号同相平均部 31_1は、アンテナ素子毎に、逆拡散信号の複数のシンボルを位相を合わせてベクトル加算することにより受信信号の SINRを改善する。その際、既知のパイロット信号を用いれば、既知シンボル (既知参照信号)で変調を除去することにより同相加算が可能となる。また、同相平均シンボル数が大きいほど S INRの改善効果が大きいが、フェージングなどによる位相変動がある場合には平均シンボル数は限られる。

[0097] 隣接アンテナ相関検出部 32— 1は、 P接するアンテナ素子の受信信号同士の相関を検出する。具体的には、アンテナ番号 n— 1のアンテナ素子の受信信号の複素共役信号を、アンテナ番号 nのアンテナ素子の受信信号に乗算することにより相関が求まる。したがって、 P接アンテナ相関検出部 32— 1の出力（R(i， n， 1))は式 (6)で表される。

[0098] [数 6]

R(i,n,l) = Z_EL(i,n,l)Z *_EL ( ，"一 1，/) (6)

[0099] ここで、 iはパス番号、 nはアンテナ番号、 1はアンテナ毎信号同相平均部 32-1からの出力番号である。 Z (i, n, 1)は、パス番号 i、アンテナ番号 n、アンテナ毎信号同

EL

相平均部 32— 1からの出力番号 1の受信信号の値である。 *はその共役複素数を示す。

[0100] アンテナ相関平均部 33— 1は、隣接アンテナ相関検出部 33—1の出力（R(i， n， 1) ) を式 (7)に従って平均する。

[0101] [数 7]

R AV (/，/) =丄 ∑/?(/，"，/) ( 7)

N -

[0102] さらに必要であれば式（7)の出力（R (i, 1))を時間平均してもよい。例えば、忘却

AV

係数 λによる加重平均を行うと、 R (i, 1)は式（8)で表される _c

AV

[0103] 園

R_AV (/， /) = (1 - )R_AV (i, /) + R_AV (8)

[0104] 逆正接計算部 34— 1は、式（9)に従って R (i， 1)の位相 Θ (i, 1)を計算する。

AV

[0105] [数 9]

[0106] 方向ベクトル計算部 35-1は、式（10)に従って方向ベクトル c , 1)を計算する。

[0107] [数 10] c _n ) = exp[ j ( n 一 1 )0 ( 1 , 1 )] ( ι o )

[0108] ここで、 nはアンテナ番号である。

[0109] なお、逆正接計算 34— 1および方向ベクトル計算部 35— 1は、入力に対する出力の対応を予めテーブルの記録しておき、計算の代わりにテーブルを参照することとすれば演算量を削減できる。

[0110] 以上説明したように、本実施形態によれば、アンテナ毎信号同相平均部 31— 1が各逆拡散信号の SINRを改善し、隣接アンテナ相関検出部 32— 1が隣接アンテナ素子間の各相関を求め、アンテナ相関平均部 33— 1がそれらの相関の平均を求め、逆正接計算部 34— 1が相関の平均の位相を求め、方向ベクトル計算部 35-1がその位相力方向ベクトルを求めるので、隣接アンテナ素子間の相関に基づいて簡易な処理および構成で希望信号の方向ベクトルを求めることができる。

図面の簡単な説明

[0111] [図 1]従来の適応アンテナ受信装置の構成を示すブロック図である。

[図 2]従来のビームフォーマーの構成を示すブロック図である。

[図 3]適応アレーアンテナによる指向性ビームと希望信号の到来方向の関係を示す図である。

[図 4]本発明の一実施形態による適応アンテナ受信装置の構成を示すブロック図でめる。

[図 5]図 1に示したビームフォーマーの構成を示すブロック図である。

[図 6]アレーアンテナと希望信号の到来方向の関係を示す図である。

[図 7]アンテナ重み方向拘束部による方向拘束処理を説明するための図である。 [図 8]アンテナ重み方向拘束部の構成を示すブロック図である _c

[図 9]本発明の他の実施形態の適応アンテナ受信装置の構成図である。

符号の説明

1-1- 1-L パス受信部

2— 1— 2—L ビームフォーマー

3 - 1一 3 - L 伝送路推定部

4一 1一 4一 L 複素共役操作部

5-1— 5-L, 10— 1一 10—： L, 14一 1— 14-L-N, 18- 18-L

6, 15 - 1一 15-L 合成器

7 判定器

8 スィッチ

9, 19-1-19-L 減算器

11-1- 11-L アンテナ重み適応更新部

12_1— 12—L アンテナ重み方向拘束部

13-1-1 -13-L-N 複素共役操作部

16— 1— 16—L 方向ベクトル生成部

17- 1 - 17-L 除算器

20—1— 20—L 加算器

30— 1— 30—L ベクトル生成部

31— 1 -31-L アンテナ毎信号同相平均部

32— 1一 32— L 隣接アンテナ相関検出部

33— 1— 33— L アンテナ相関平均部

₃₄— 1一 ₃₄ - L 逆正接計算部

35— 1一 35— L 方向ベクトル計算部

Claims

請求の範囲

[1] 複数のアンテナ素子からなるアレーアンテナの指向性ビームを適応的に形成することにより複数の送信装置から送信された多重信号における干渉信号を抑圧して希望信号を受信し、該希望信号を伝送路推定に基づいて補正する適応アンテナ受信方法であって、

前記各アンテナ素子で受信した信号と、前記伝送路推定に基づレ、て補正された前記希望信号を用いて求められた誤差信号とからアンテナ重みを適応的に更新する第前記希望信号の到来方向にビーム利得が一定となるように、前記第 1のステップで求めた前記アンテナ重みに拘束処理を施す第 2のステップと、

前記第 2のステップにおいて拘束処理が施された前記アンテナ重みを用いて前記アレーアンテナで前記希望信号を受信する第 3のステップと、

前記第 3のステップで受信された前記希望信号の伝送路推定を行レ、、推定結果を用レ、て前記希望信号を補正する第 4のステップとを有する適応アンテナ受信方法。

[2] 前記第 2のステップにおいて、前記希望信号の到来方向を示す方向ベクトルを用いて前記アンテナ重みに拘束処理を施す、請求項 1記載の適応アンテナ受信方法。

[3] 隣接する前記アンテナ素子で受信した信号同士の各相関値を求める第 5のステツプと、

前記第 5のステップで求めた前記各相関値の平均値を求める第 6のステップと、前記第 6のステップで求めた平均値の逆正接を取って位相を求める第 7のステップと、

前記第 7のステップで求めた位相から前記方向ベクトルを求める第 8のステップとを有する、請求項 2記載の適応アンテナ受信方法。

[4] 前記第 1一第 4のステップを少なくとも 1つのパス毎に行レ、、前記第 4のステップにおいて補正された前記希望信号を合成してマルチパス合成された復調信号を生成する、請求項 1記載の適応アンテナ受信方法。

[5] 複数のアンテナ素子からなるアレーアンテナの指向性ビームを適応的に形成することにより複数の送信装置から送信された多重信号における干渉信号を抑圧して希望信号を受信し、該希望信号を伝送路推定に基づいて補正する適応アンテナ受信装置であって、

前記各アンテナ素子で受信した信号と、前記伝送路推定に基づレ、て補正された前記希望信号を用いて求められた誤差信号とからアンテナ重みを適応的に更新するァンテナ重み適応更新手段と、

前記アンテナ重み方向拘束手段において拘束処理が施された前記アンテナ重みを用いて前記アレーアンテナで前記希望信号を受信するビームフォーマーと、前記ビームフォーマーで受信された前記希望信号の伝送路推定を行レ、、推定結果を用いて前記希望信号を補正する伝送路推定手段とを有する適応アンテナ受信

[6] 前記アンテナ重み方向拘束手段において、前記希望信号の到来方向を示す方向ベクトルを用いて前記アンテナ重みに拘束処理を施す、請求項 5記載の適応アンテ

[7] 隣接する前記アンテナ素子で受信した信号同士の各相関値を求める隣接：

相関検出手段と、

前記逆正接計算手段で求めた位相から前記方向ベクトルを求める方向ベクトル計算手段とをさらに有する、請求項 6記載の適応アンテナ受信装置。

[8] パス毎に受信した少なくとも 1つの前記希望信号をマルチパス合成して復調信号を生成する合成手段をさらに有する、請求項 5記載の適応アンテナ受信装置。