JP2004282472A - アダプティブアレイアンテナ受信装置 - Google Patents

Abstract

【課題】アダプティブアレイアンテナ受信装置においてサーチャー部でもフィンガー部と同様なビーム形成の実現を容易なものにすると同時に、サーチャー部の受信品質を改善しアダプティブアレイアンテナのメリットを最大限生かす。
【解決手段】ｎ個の無線受信部１０２はｎ個のアンテナ素子１０１からのＲＦ信号をディジタルベースバンド信号に変換する。サーチャー部１０３はビーム毎にパスの位置を検出する。フィンガー部１０４はサーチャー部１０３が検出したタイミングで逆拡散を行い、ＭＭＳＥ等の適応アルゴリズムを用いてビームを形成し、最大比合成を行う。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はアダプティブアレイアンテナ受信装置に関し、特に直接拡散ＣＤＭＡ（Ｃｏｄｅ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ａｃｃｅｓｓ）方式を用いた移動体通信システムの無線基地局に、複数のアンテナ素子を有するアレイアンテナを設け、受信した複数の信号を乗算して合成することで所望のビームパターンを等価的に形成するアダプティブアレイアンテナ受信装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、ＤＳ−ＣＤＭＡ方式（Ｄｉｒｅｃｔ Ｓｅｑｕｅｎｃｅ−Ｃｏｄｅ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ａｃｃｅｓｓ：直接拡散符号分割多重方式）は複数の通信者が同一の周波数帯を用いて多重通信を行う方式であり、各通信者は拡散符号によって分離識別される。移動通信では多重波伝搬の各受信波の伝搬路長にばらつきがあるため、伝搬遅延時間が異なる多重波が複数受信機に入力することになる。
【０００３】
また移動局は基地局に対して変動するため、この遅延プロファイル（遅延時間に対する信号電力分布）も時間変動する。ＤＳ−ＣＤＭＡ通信においては、この時間分離した伝搬遅延時間の異なる複数のマルチパス信号をかき集め合成（ＲＡＫ Ｅ合成）することで、パスダイバーシティ効果が得られて受信特性が向上する。
【０００４】
あるいは、一定の受信品質に対してはＲＡＫＥ合成に伴うダイバーシティ効果によって送信電力を低減することができる。
【０００５】
一方、ＤＳ−ＣＤＭＡ方式を用いた移動体通信システムの基地局アンテナでは現在セクターアンテナが用いられている。セクターアンテナとは、３６０度の全周（セル）を複数のセクターに分割したとき各セクターを担当するアンテナである。このセルのセクター化はセクター外からの移動局から到来する干渉波を除去することができ、またセクター外の移動局への干渉を減らすことができるが、同一セクター内の他ユーザーからの到来波は干渉波となる。他ユーザーからの干渉はチャネル容量の低下や伝送品質を劣化させる主な要因となっている。
【０００６】
この干渉を低減して伝送品質を向上する技術として、アダプティブアレイアンテナシステムの研究・開発が行われている。アダプティブアレイアンテナシステムは、各アンテナ出力にビームウェイト（振幅ウェイトおよび位相ウェイト）を乗算することで、アンテナの指向性パターン（ビーム）を等価的に形成し、そのビームを希望波到来方向に向ける、あるいは干渉波到来方向にヌルを向けることで、希望波利得の向上とエリア内の干渉を抑制することを可能にするものである。
【０００７】
図４は、従来のアダプティブアレイアンテナ受信装置を示すブロック図である。
【０００８】
図４を参照すると、アンテナ素子１０１にて受信した信号は無線受信部１０２において中間周波数に周波数変換された後、自動利得増幅器（図示せず）で増幅され、Ｉ／Ｑチャネルのベースバンド信号に直交検波された後、Ａ／Ｄ変換器（図示せず）でディジタル信号に変換される。この無線受信部１０２の出力のうち一つはサーチャー部４０１へ送られ、複数の無線受信部１０２の出力全てがフィンガー部４０２に送られる。
【０００９】
サーチャー部４０１ではまず相関器４０５にて受信信号に含まれる所望波信号の符号相関を算出し、その結果より遅延プロファイル推定部４０７にて遅延プロファイル（遅延時間に対する信号電力分布）を生成する。パス検出回路４０８はこの遅延プロファイルよりマルチパス信号の受信タイミングをサーチして、フィンガー部４０２の各Ｆｉｎｇｅｒに割り当てる。
【００１０】
一方、フィンガー部４０２は無線受信部１０２より得た信号を、パス検出回路４０８が出力する受信タイミング通知信号４０９を用いて逆拡散を行う。各Ｆｉｎｇｅｒは復調器１１０（各Ｆｉｎｇｅｒ内に全アンテナ素子数分の復調器を持つ）で、サーチャー部４０１が割り当てたパスの逆拡散を各々行う。逆拡散後の信号は、フィンガー部ビーム形成器１１１に入力されて、ウェイト制御部１１３内の適応アルゴリズムで算出されたビームウェイトを乗算されて、等価的にビームを形成する。フィンガー部ビーム形成器１１１の出力は、チャネル推定部１１２においてチャネル推定演算を施され、ＲＡＫＥ合成回路１１４に出力される。
【００１１】
ＲＡＫＥ合成回路１１４は、各Ｆｉｎｇｅｒ出力をＲＡＫＥ合成したのちに復号回路（図示せず）へ送出する。
【００１２】
また、ウェイト制御部１１３内の適応制御アルゴリズムで必要とされる誤差信号は、参照信号１１５をチャネル推定部１１２でてチャネル推定値と乗算した後に、フィンガー部ビーム形成器１１１の出力との差分をとることで生成される。ウェイト制御部１１３は、この誤差信号が最小になるようビームウェイトを更新していくことで等価的にビームパターンを形成し、割り当てられたパスにビームを追従させる。
【００１３】
ウェイト制御部１１３内でのウェイトを決定するアルゴリズムについては、ＭＭＳＥ（Ｍｉｎｉｍｕｍ Ｍｅａｎ Ｓｑｕａｒｅｄ Ｅｒｒｏｒ）などの適応アルゴリズムが用いられる。
【００１４】
この従来のアダプティブアレイアンテナ受信装置では、フィンガー部４０２でのビーム形成により、同期補足がなされているパスに対してはその受信品質を向上させることが可能であったが、パスを検出するサーチャー部４０１においてはビームが形成されないため、環境の一時的な悪化などがあった場合、サーチャー部４０１がいくつかのパスを失う恐れがある。サーチャー部４０１がパスを失えば、フィンガー部４０２でのＲＡＫＥ合成の効果が減少し、通話品質という点でセクターアンテナシステムの大きな向上が期待できなくなる。
【００１５】
つまりこのような受信装置では、フィンガー部４０２は等価的にビーム形成を行い、その復調精度をセクターアンテナシステムにより改善することが可能であったが、サーチャー部４０１はビームを形成することができないため、パスの検出精度という点ではセクターアンテナシステムと同等のものとならざるを得ない。サーチャー部４０１がパスを失えば、フィンガー部４０２でのＲＡＫＥ合成後の受信品質も悪化することになる。
【００１６】
このように、従来のアダプティブアレイアンテナシステムの受信品質は、大きな問題を抱えたものであった。
【００１７】
なお、上述以外に従来のアダプティブアレイアンテナ受信装置は、各パスのフェージングによる変動の平均化処理を行い遅延プロファイル部に格納し、複数のアンテナ素子の遅延プロファイルを加算合成し平均化を行うことで、サーチャー部のパス検出率を改善している（例えば、特許文献１参照。）。
【００１８】
また、サーチャー部およびフィンガー部でマルチビーム（パスに追従しない複数の固定ビーム）を生成することでセクタ内を分割しているものもある（例えば、特許文献２参照。）。
【００１９】
【特許文献１】
特開２００２−８４２１６号公報（第２−４頁、図１、図２）
【特許文献２】
特開２００１−３４５７４７号公報（第３−５頁、図１、図５）
【００２０】
【発明が解決しようとする課題】
上述した従来のアダプティブアレイアンテナ受信装置は、複数のアンテナ素子の遅延プロファイルを加算合成して平均化を行うことでサーチャー部のパス検出率を改善しているが、このような方法での検出率の改善はアンテナ素子数が多い場合、フィンガー部でのビーム形成による受信品質の改善率にはおよばず、ビーム形成による受信品質改善のメリットを最大限生かすことは、やはり不可能であること、セクター内の複数のビームに対してビームを移動するユーザーに追従させる適応制御を行わないので、受信品質が低下するという欠点を有している。
【００２１】
また、サーチャー部で独自に適応アルゴリズムを用いビームウェイトを生成することは膨大な計算量を必要とし実現することが困難であるという欠点を有している。
【００２２】
本発明の目的は、アダプティブアレイアンテナ受信装置においてサーチャー部でもフィンガー部と同様なパス検出過程におけるビーム生成の実現を容易なものにすると同時に、従来ボトルネックとなっていたサーチャー部のパス検出精度を改善することで、ＲＡＫＥ合成後の受信品質を改善しアダプティブアレイアンテナのメリットを最大限生かすことを可能とするアダプティブアレイアンテナ受信装置を提供することにある。
【００２３】
【課題を解決するための手段】
本発明の第１のアダプティブアレイアンテナ受信装置は、
直接拡散ＣＤＭＡ（Ｃｏｄｅ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ａｃｃｅｓｓ）方式を用いた移動体通信システムの無線基地局に複数のアンテナ素子を有するアレイアンテナを設け、受信した信号に任意の振幅ウェイト、位相ウェイトを乗算して合成することで所望のビームパターンを等価的に形成することを特徴としている。
【００２４】
本発明の第２のアダプティブアレイアンテナ受信装置は、
アダプティブアレイアンテナ受信装置において、
ｎ（ｎは１以上の整数）個のアンテナ素子と；
各々の前記アンテナ素子からのＲＦ（Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）信号をディジタルベースバンド信号に変換するｎ個の無線受信部と；
これらの無線受信部と接続し、ビーム毎に受信タイミングとしてのパスの位置を検出するサーチャー部と；
このサーチャー部が検出したタイミングで逆拡散を行い、ＭＭＳＥ（Ｍｉｎｉｍｕｍ Ｍｅａｎ Ｓｑｕａｒｅｄ Ｅｒｒｏｒ：最小平均二乗誤差）適応アルゴリズムを用いてビームを形成し、最大比合成を行うフィンガー部と；
を備えたことを特徴としている。
【００２５】
本発明の第３のアダプティブアレイアンテナ受信装置は、前記第２のアダプティブアレイアンテナ受信装置において、
前記サーチャー部は、
ｎ個の前記アンテナ素子に対応した数の相関器と、生成するビームの数に対応したサーチャー部ビーム形成器と、前記ビームの数に対応した遅延プロファイルを生成する遅延プロファイル推定部と、前記遅延プロファイルから各々のパスを検出するパス検出回路とを有していることを特徴としている。
【００２６】
本発明の第４のアダプティブアレイアンテナ受信装置は、前記第２または第３のアダプティブアレイアンテナ受信装置において、
前記フィンガー部は、
複数のＦｉｎｇｅｒを持ち、各Ｆｉｎｇｅｒ内には前記アンテナ素子の数に対応した復調器と、フィンガー部ビーム形成器と、チャネル推定部と、ウェイト制御部と、ＲＡＫＥ合成回路とを有し、
前記ウェイト制御部は、前記チャネル推定部で参照信号との差分により前記ＭＭＳＥ適応アルゴリズムを用いて求められた最適な振幅ウェイト・位相ウェイトを前記ウェイト情報として、前記フィンガー部ビーム形成器だけでなく、前記サーチャー部ビーム形成器にも通知することを特徴としている。
【００２７】
本発明の第５のアダプティブアレイアンテナ受信装置は、前記第３または第４のアダプティブアレイアンテナ受信装置において、
前記サーチャー部ビーム形成器は、
前記相関器から入力された全ての前記アンテナ素子の入力信号の相関値に前記ウェイト制御部より通知された振幅ウェイト・位相ウェイトの前記ウェイト情報を乗算し合成することで、パスの存在する方向に等価的にビームを形成することを特徴としている。
【００２８】
本発明の第６のアダプティブアレイアンテナ受信装置は、前記第３のアダプティブアレイアンテナ受信装置において、
前記遅延プロファイル推定部は、
前記サーチャー部ビーム形成器の出力よりビーム毎の遅延プロファイルを生成し、前記パス検出回路は前記遅延プロファイルよりマルチパス信号の受信タイミングをサーチして、受信タイミング通知信号を前記フィンガー部に通知することを特徴としている。
【００２９】
本発明の第７のアダプティブアレイアンテナ受信装置は、前記第２または第３のアダプティブアレイアンテナ受信装置において、
前記フィンガー部は、
複数のＦｉｎｇｅｒを持ち、各Ｆｉｎｇｅｒ内には前記アンテナ素子の数に対応した復調器と、フィンガー部ビーム形成器と、チャネル推定部と、ウェイト制御部と、ＲＡＫＥ合成回路とを有し、
前記パス検出回路が出力する受信タイミング通知信号を用いて前記無線受信部より得た信号のパスの逆拡散を前記復調器でそれぞれ行い、逆拡散後の信号は前記フィンガー部ビーム形成器に入力し、前記ウェイト制御部内の前記ＭＭＳＥ適応アルゴリズムで算出したビームウェイトを乗算することで等価的にビームを形成することを特徴としている。
【００３０】
本発明の第８のアダプティブアレイアンテナ受信装置は、前記第４または第７のアダプティブアレイアンテナ受信装置において、
前記フィンガー部ビーム形成器の出力は、前記チャネル推定部においてチャネル推定演算が施され前記ＲＡＫＥ合成回路に出力され、同相合成されることを特徴としている。
【００３１】
本発明の第９のアダプティブアレイアンテナ受信装置は、前記第４のアダプティブアレイアンテナ受信装置において、
前記ウェイト制御部は、
前記適応制御アルゴリズムで必要な誤差信号を、前記チャネル推定部で前記参照信号とチャネル推定値に乗算した後、前記フィンガー部ビーム形成器の出力との差分をとることで生成し、前記誤差信号が最小になるように前記ビームウェイトを更新していくことで等価的にビームパターンを形成し、割り当てられたパスにビームを追従させることを特徴としている。
【００３２】
本発明の第１０のアダプティブアレイアンテナ受信装置は、前記第２〜４または第７のいずれかのアダプティブアレイアンテナ受信装置において、
前記サーチャー部ビーム形成器でのビームウェイトは、前記フィンガー部内の前記ウェイト制御部からウェイト情報として通知がある場合はその値を用いることでビームを生成し、初回同期補足時に前記フィンガー部から前記ウェイト情報として前記ビームウェイトの通知がない場合は、全ビームウェイトを同一の値とすることで特定のビームを形成せず全方向をサーチすることを特徴としている。
【００３３】
本発明の第１１のアダプティブアレイアンテナ受信装置は、前記第３のアダプティブアレイアンテナ受信装置において、
前記サーチャー部ビーム形成器は、
前記アンテナ素子数ｎ個分の複素積和を行うため、（４×ｎ）個の乗算器と、（２×ｎ）個の加算器と、ｎ個のアンテナ素子ｎＩ出力と、ｎ個のアンテナ素子ｎＱ出力とをそれぞれ加算合成し、Ｉ信号、Ｑ信号を出力するアキュムレータを２個内蔵し、前記ｎＩ出力及び前記ｎＱ出力に前記ビームウェイトが前記乗算器により乗算され、前記アンテナ素子の相関値出力は合成されることで、素子間の位相が補正されてそれぞれ一つのビームを生成し、この生成された出力は補足すべきパスの到来方向を向いたビームの受信相関値出力となることを特徴としている。
【００３４】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
【００３５】
図１は本発明のアダプティブアレイアンテナ受信装置の一つの実施の形態を示すブロック図である。
【００３６】
なお、図１において図４に示す構成要素に対応するものは同一の参照数字または符号を付し、その説明を省略する。
【００３７】
図１に示す本実施の形態は、ｎ個のアンテナ素子１０１と、各々のアンテナ素子１０１からのＲＦ信号をディジタルベースバンド信号に変換するｎ個の無線受信部１０２と、ビーム毎にパスの位置（受信タイミング）を検出するサーチャー部１０３と、サーチャー部１０３が検出したタイミングで逆拡散を行い、ＭＭＳＥ（Ｍｉｎｉｍｕｍ Ｍｅａｎ Ｓｑｕａｒｅｄ Ｅｒｒｏｒ：最小平均二乗誤差）等の適応アルゴリズムを用いてビームを形成し、最大比合成を行うフィンガー部１０４とから構成されている。
【００３８】
なお、サーチャー部１０３は、ｎ個のアンテナ素子１０１に対応した数の相関器１０５と、生成するビームの数に対応したサーチャー部ビーム形成器１０６と、ビームの数に対応した遅延プロファイル推定部１０７と、各々のパスを検出するパス検出回路１０８とを有している。
【００３９】
ここで、遅延プロファイルとは遅延時間に対する信号電力分布を示す。
【００４０】
また、フィンガー部１０４は複数のＦｉｎｇｅｒを持ち、各Ｆｉｎｇｅｒ内にはアンテナ素子１０１の数に対応した復調器１１０と、フィンガー部ビーム形成器１１１と、チャネル推定部１１２と、ウェイト制御部１１３と、ＲＡＫＥ合成回路１１４とを有している。
【００４１】
ここで、Ｆｉｎｇｅｒ数とはＲＡＫＥ合成に用いられるマルチパスの数を示す。
【００４２】
サーチャー部１０３はサーチャー部ビーム形成器１０６を有しており、サーチャー部ビーム形成器１０６はフィンガー部１０４内のウェイト制御部１１３からのウェイト情報１０９を通知される。
【００４３】
従来どおり、フィンガー部１０４内のチャネル推定部１１２で参照信号１１５との差分を求め、ＭＭＳＥ（Ｍｉｎｉｍｕｍ Ｍｅａｎ Ｓｑｕａｒｅｄ Ｅｒｒｏｒ）等の適応アルゴリズムを用いて最適な振幅ウェイト・位相ウェイトを求める。こうして最適な振幅ウェイト及び位相ウェイトを求めたウェイト制御部１１３は、それらのウェイト情報１０９をフィンガー部ビーム形成器１１１だけでなく、サーチャー部ビーム形成器１０６にも通知する。
【００４４】
一方、サーチャー部ビーム形成器１０６は、全てのアンテナ素子１０１の入力信号の相関値が相関器１０５から入力され、この相関値にウェイト制御部１１３より通知された振幅ウェイト・位相ウェイトのウェイト情報１０９を乗算し合成することで、パスの存在する方向に等価的にビームを形成することが可能となる。
【００４５】
図２は図１のビーム形成器の一例を示す詳細ブロック図である。
【００４６】
ビーム形成器は図１のサーチャー部１０３にサーチャー部ビーム形成器１０６として、フィンガー部１０４にフィンガー部ビーム形成器１１１としてそれぞれ含まれている。一つのビーム形成器はアンテナ素子数ｎ個分の複素積和を行うため、（４×ｎ）個の乗算器２０１と、（２×ｎ）個の加算器２０２と、さらにｎ個のアンテナ素子１０１のＩ信号出力であるアンテナ素子１Ｉ、アンテナ素子２Ｉ〜アンテナ素子ｎＩの出力と、ｎ個のアンテナ素子１０１のＱ信号出力であるアンテナ素子１Ｑ、アンテナ素子２Ｑ〜アンテナ素子ｎＱの出力とをそれぞれ加算合成し、Ｉ信号、Ｑ信号を出力するアキュムレータ２０３を２個内蔵している。なお、各アンテナ素子の信号出力にビームウェイト２０４が乗算器２０１により掛け合わされる。
【００４７】
次に、図１および図２を参照して本実施の形態の動作をより詳細に説明する。
【００４８】
ｎ個のアンテナ素子１０１にて受信されたＲＦ信号はアンテナ素子１０１毎にそれぞれ無線受信部１０２に送られる。無線受信部１０２において、このＲＦ信号は中間周波数（ＩＦ帯）に周波数変換された後、自動利得増幅器（図示せず）で増幅され、Ｉ／Ｑチャネルのベースバンド信号に直交検波された後、Ａ／Ｄ変換器（図示せず）でディジタル信号に変換される。この無線受信部１０２の出力はサーチャー部１０３とフィンガー部１０４に送られる。
【００４９】
サーチャー部１０３ではまずｎ個の相関器１０５にて受信信号に含まれる所望波信号の符号相関値をアンテナ素子１０１毎に算出する。相関器１０５のｎ個の出力全てがサーチャー部ビーム形成器１０６に送られ、サーチャー部ビーム形成器１０６内でビームウェイト２０４により重み付けが行われる。
【００５０】
ここで、図２を用いてサーチャー部ビーム形成器１０６の動作について説明を行う。サーチャー部ビーム形成器１０６は、アンテナ素子１０１ごとに入力された所望波信号の符号相関値に乗算器２０１と加算器２０２を用いてビームウェイト２０４を掛け合わせた後に、アンテナ素子１０１ごとの結果をアキュムレータ２０３にて加算合成を行う。各アンテナ素子１０１の相関値出力はサーチャー部ビーム形成器１０６にてビームウェイト２０４を乗算された後に合成されることで、素子間の位相が補正されることになる。これによって、サーチャー部ビーム形成器１０６はそれぞれ一つのビームを生成し、その出力は補足すべきパスの到来方向を向いたビームの受信相関値出力となる。
【００５１】
図１に戻って、遅延プロファイル推定部１０７は、サーチャー部ビーム形成器１０６の出力よりビーム毎の遅延プロファイルを生成する。パス検出回路１０８はこの遅延プロファイルよりマルチパス信号の受信タイミングをサーチして、受信タイミング通知信号１１６をフィンガー部１０４の各Ｆｉｎｇｅｒに通知する。
【００５２】
一方、フィンガー部１０４は無線受信部１０２より得た信号を、パス検出回路１０８が出力する受信タイミング通知信号１１６を用いて逆拡散を行う。各Ｆｉｎｇｅｒは復調器１１０（各Ｆｉｎｇｅｒ内に全アンテナ素子数分の復調器を持つ）で、サーチャー部１０３が割り当てたパスの逆拡散をそれぞれ行う。
【００５３】
逆拡散後の信号はフィンガー部ビーム形成器１１１に入力されて、ウェイト制御部１１３内の適応アルゴリズムで算出されたビームウェイト２０４を乗算されて等価的にビームを形成する。
【００５４】
フィンガー部ビーム形成器１１１の出力はチャネル推定部１１２においてチャネル推定演算を施され、ＲＡＫＥ合成回路１１４に出力される。ＲＡＫＥ合成回路１１４では各Ｆｉｎｇｅｒ出力をかき集め同相合成（ＲＡＫＥ合成）したのちに復号回路（図示せず）へ送る。
【００５５】
また、ウェイト制御部１１３内の適応制御アルゴリズムで必要である誤差信号は、参照信号１１５をチャネル推定部１１２においてチャネル推定値に乗算した後、フィンガー部ビーム形成器１１１の出力との差分をとることで生成する。
【００５６】
ウェイト制御部１１３ではこの誤差信号が最小になるようビームウェイト２０４を更新していくことで等価的にビームパターンを形成し、割り当てられたパスにビームを追従させる。ウェイト制御部１１３内でのウェイトを決定するアルゴリズムについてはＭＭＳＥなどの適応アルゴリズムが用いられる。
【００５７】
なお上述の実施の形態では、サーチャー部ビーム形成器１０６でのビームウェイト２０４は、フィンガー部１０４内のウェイト制御部１１３からウェイト情報１０９として通知がある場合は、その値を用いることでビームを生成することができるが、初回同期補足時のようにフィンガー部１０４からウェイト情報１０９としてビームウェイト２０４の通知がない場合（例えば、サーチャー部１０３がパスの受信タイミング情報１１６を１度もフィンガー部１０４に通知していない場合）などは、全ビームウェイトを同一の値とすることで特定のビームを形成せず全方向をサーチするものとする。
【００５８】
あるいは、以下の式（１）で求められるビームウェイト２０４を使用することで、マルチビームを形成することも可能である。マルチビームは、セクター内を複数の固定ビームで分けたもので、各ビームのピーク位置に他のビームのヌル点がくるように構成されたものである。
【００５９】
【数１】

【００６０】
ただし、
ｍ：ビームナンバー（ビーム形成器の数）
ｎ：アンテナ素子ナンバー
ｓ：ビーム数
ｔ：アンテナ素子数
とする。
【００６１】
上述の通り本発明は、直接拡散ＣＤＭＡ方式を用いた移動体通信システムの無線基地局に複数のアンテナ素子を有するアレイアンテナを設け、受信した信号に任意の振幅ウェイト、位相ウェイトを乗算して合成することで所望のビームパターンを等価的に形成するアダプティブアレイアンテナシステムの受信装置であり、その受信装置内のパス検出過程（サーチャー部）におけるビームパターン生成方法を示すものである。したがって、パス検出過程におけるビーム生成を容易に実現することを可能とし、従来のアダプティブアレイアンテナシステムにおいてボトルネックとなっていたパス検出精度を改善する。これはひいてはアダプティブアレイアンテナシステムの受信品質改善、通信容量の増大へとつながるものである。
【００６２】
本受信装置を用いれば、サーチャー部１０３におけるビーム形成を容易に実現することが可能となり、ダイナミックに変動するマルチパス環境下でもパスの検出精度を改善することができる。
【００６３】
なお本発明はアンテナ素子数、生成するビーム数、Ｆｉｎｇｅｒ数（ＲＡＫＥ合成に用いられるマルチパス数）に限定されるものではない。
【００６４】
図３はビーム指向特性を示す図である。
【００６５】
例として、アンテナ素子数４、ビーム数４のビームパターンを示しており、４ビームを形成した場合のビーム指向特性を示す図である。
【００６６】
横軸はアレイアンテナのビーム放射角度、縦軸はアレイアンテナのアンテナ利得を示す。サーチャー部ビーム形成器１０６の各ビーム出力であるビーム１、ビーム２、ビーム３、ビーム４に対応して、ビーム到来角に対する各ビームの利得を示している。
【００６７】
なお、ＲＡＫＥ合成後のＳＩＲ（信号対干渉電力比）を一定とするように送信電力制御が行われるＣＤＭＡシステムにおいては、本発明は送信電力の低減を可能とし、通信容量の増大をも実現することになる。
【００６８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のアダプティブアレイアンテナ受信装置は、パス検出過程におけるビーム生成を容易に実現することができるので、アダプティブアレイアンテナにおいてボトルネックとなっていたパス検出精度を改善することができるという効果を有している。
【００６９】
また、パス検出精度の改善により、より多くのマルチパスを補足することが可能となるので、ＲＡＫＥ合成後の受信品質を大幅に改善することができるという効果を有している。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のアダプティブアレイアンテナ受信装置の一つの実施の形態を示すブロック図である。
【図２】図１のビーム形成器の一例を示す詳細ブロック図である。
【図３】ビーム指向特性を示す図である。
【図４】従来のアダプティブアレイアンテナ受信装置を示すブロック図である。
【符号の説明】
１０１ アンテナ素子
１０２ 無線受信部
１０３ サーチャー部
１０４ フィンガー部
１０５ 相関器
１０６ サーチャー部ビーム形成器
１０７ 遅延プロファイル推定部
１０８ パス検出回路
１０９ ウェイト情報
１１０ 復調器
１１１ フィンガー部ビーム形成器
１１２ チャネル推定部
１１３ ウェイト制御部
１１４ ＲＡＫＥ合成回路
１１５ 参照信号
１１６ 受信タイミング通知信号
２０１ 乗算器
２０２ 加算器
２０３ アキュムレータ
２０４ ビームウェイト
４０１ サーチャー部
４０２ フィンガー部
４０５ 相関器
４０７ 遅延プロファイル推定部
４０８ パス検出回路
４０９ 受信タイミング通知信号

Claims (11)

1. 直接拡散ＣＤＭＡ（Ｃｏｄｅ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ａｃｃｅｓｓ）方式を用いた移動体通信システムの無線基地局に複数のアンテナ素子を有するアレイアンテナを設け、受信した信号に任意の振幅ウェイト、位相ウェイトを乗算して合成することで所望のビームパターンを等価的に形成することを特徴とするアダプティブアレイアンテナ受信装置。
2. アダプティブアレイアンテナ受信装置において、
   ｎ（ｎは１以上の整数）個のアンテナ素子と；
   各々の前記アンテナ素子からのＲＦ（Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）信号をディジタルベースバンド信号に変換するｎ個の無線受信部と；
   これらの無線受信部と接続し、ビーム毎に受信タイミングとしてのパスの位置を検出するサーチャー部と；
   このサーチャー部が検出したタイミングで逆拡散を行い、ＭＭＳＥ（Ｍｉｎｉｍｕｍ Ｍｅａｎ Ｓｑｕａｒｅｄ Ｅｒｒｏｒ：最小平均二乗誤差）適応アルゴリズムを用いてビームを形成し、最大比合成を行うフィンガー部と；
   を備えたことを特徴とするアダプティブアレイアンテナ受信装置。
3. 前記サーチャー部は、
   ｎ個の前記アンテナ素子に対応した数の相関器と、生成するビームの数に対応したサーチャー部ビーム形成器と、前記ビームの数に対応した遅延プロファイルを生成する遅延プロファイル推定部と、前記遅延プロファイルから各々のパスを検出するパス検出回路とを有していることを特徴とする請求項２記載のアダプティブアレイアンテナ受信装置。
4. 前記フィンガー部は、
   複数のＦｉｎｇｅｒを持ち、各Ｆｉｎｇｅｒ内には前記アンテナ素子の数に対応した復調器と、フィンガー部ビーム形成器と、チャネル推定部と、ウェイト制御部と、ＲＡＫＥ合成回路とを有し、
   前記ウェイト制御部は、前記チャネル推定部で参照信号との差分により前記ＭＭＳＥ適応アルゴリズムを用いて求められた最適な振幅ウェイト・位相ウェイトを前記ウェイト情報として、前記フィンガー部ビーム形成器だけでなく、前記サーチャー部ビーム形成器にも通知することを特徴とする請求項２又は請求項３記載のアダプティブアレイアンテナ受信装置。
5. 前記サーチャー部ビーム形成器は、
   前記相関器から入力された全ての前記アンテナ素子の入力信号の相関値に前記ウェイト制御部より通知された振幅ウェイト・位相ウェイトの前記ウェイト情報を乗算し合成することで、パスの存在する方向に等価的にビームを形成することを特徴とする請求項３又は請求項４記載のアダプティブアレイアンテナ受信装置。
6. 前記遅延プロファイル推定部は、
   前記サーチャー部ビーム形成器の出力よりビーム毎の遅延プロファイルを生成し、前記パス検出回路は前記遅延プロファイルよりマルチパス信号の受信タイミングをサーチして、受信タイミング通知信号を前記フィンガー部に通知することを特徴とする請求項３記載のアダプティブアレイアンテナ受信装置。
7. 前記フィンガー部は、
   複数のＦｉｎｇｅｒを持ち、各Ｆｉｎｇｅｒ内には前記アンテナ素子の数に対応した復調器と、フィンガー部ビーム形成器と、チャネル推定部と、ウェイト制御部と、ＲＡＫＥ合成回路とを有し、
   前記パス検出回路が出力する受信タイミング通知信号を用いて前記無線受信部より得た信号のパスの逆拡散を前記復調器でそれぞれ行い、逆拡散後の信号は前記フィンガー部ビーム形成器に入力し、前記ウェイト制御部内の前記ＭＭＳＥ適応アルゴリズムで算出したビームウェイトを乗算することで等価的にビームを形成することを特徴とする請求項２又は請求項３記載のアダプティブアレイアンテナ受信装置。
8. 前記フィンガー部ビーム形成器の出力は、前記チャネル推定部においてチャネル推定演算が施され前記ＲＡＫＥ合成回路に出力され、同相合成されることを特徴とする請求項４又は請求項７記載のアダプティブアレイアンテナ受信装置。
9. 前記ウェイト制御部は、
   前記適応制御アルゴリズムで必要な誤差信号を、前記チャネル推定部で前記参照信号とチャネル推定値に乗算した後、前記フィンガー部ビーム形成器の出力との差分をとることで生成し、前記誤差信号が最小になるように前記ビームウェイトを更新していくことで等価的にビームパターンを形成し、割り当てられたパスにビームを追従させることを特徴とする請求項４記載のアダプティブアレイアンテナ受信装置。
10. 前記サーチャー部ビーム形成器でのビームウェイトは、前記フィンガー部内の前記ウェイト制御部からウェイト情報として通知がある場合はその値を用いることでビームを生成し、初回同期補足時に前記フィンガー部から前記ウェイト情報として前記ビームウェイトの通知がない場合は、全ビームウェイトを同一の値とすることで特定のビームを形成せず全方向をサーチすることを特徴とする請求項２、３、４又は７記載のアダプティブアレイアンテナ受信装置。
11. 前記サーチャー部ビーム形成器は、
    前記アンテナ素子数ｎ個分の複素積和を行うため、（４×ｎ）個の乗算器と、（２×ｎ）個の加算器と、ｎ個のアンテナ素子ｎＩ出力と、ｎ個のアンテナ素子ｎＱ出力とをそれぞれ加算合成し、Ｉ信号、Ｑ信号を出力するアキュムレータを２個内蔵し、前記ｎＩ出力及び前記ｎＱ出力に前記ビームウェイトが前記乗算器により乗算され、前記アンテナ素子の相関値出力は合成されることで素子間の位相が補正されそれぞれ一つのビームを生成し、この生成された出力は補足すべきパスの到来方向を向いたビームの受信相関値出力となることを特徴とする請求項１０記載のアダプティブアレイアンテナ受信装置。

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