JP3825259B2 - アンテナ・アレイのための適応信号処理の方法およびシステム - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、無線通信システムのアンテナ・アレイのための適応信号処理の方法およびシステムに関する。
【0002】
【従来の技術、及び、発明が解決しようとする課題】
アンテナ・アレイのアップリンク性能、ダウンリンク性能、またはそれら双方を改善するために、適応アルゴリズムを用いることができる。適応アルゴリズムは、1つ以上のアップリンク信号の受信特性を評価し、アンテナ性能に関連して信号処理を変更する際の指標を与える。例えば、アップリンク・ビームを濾波したり、受信アップリンク信号の最良の信号対雑音比が得られる方向に向けたりすることができる。アレイ・アンテナのアンテナ要素の数が増えると、適応アルゴリズムの実行のために必要な処理リソースまたは処理時間も増大する。アンテナ・アレイが精巧な適応アルゴリズムを用いる場合、過度の負担がかかった処理リソースは、反応が遅すぎるために、フェージングまたは無線通信システム内に存在する移動局の移動を補償することができない恐れがある。データ処理リソースが増大すると、より多くのアンテナ要素またはより複雑な適応アルゴリズムを補償することができるが、製造コストが増大するので、かかる広範な設計変更は実行不可能となり得る。このため、アンテナ・アレイのための適応アルゴリズムの実行に関連する処理リソースまたは処理時間を低減させる要望が存在する。
【0003】
本発明の一実施形態によれば、アンテナ・アレイのための適応信号処理の方法およびシステムは、ベースバンド受信信号を結合するかまたはデジタル的に濾波する適応アルゴリズムを実行するために必要な計算を減少させる。このシステムは、移動局が送信した電磁信号の受信の間に、フェーズド・アレイからのM個のアップリンク電磁信号およびダイバーシチ・アレイからのN個のアップリンク電磁信号を受信する。ここで、MおよびNは正の整数値である。M個およびN個のアップリンク信号を、デジタル信号処理のために、ベースバンド信号に変換する。ベースバンド信号は、一連の連続タイム・スロットとして観察可能である。システムは、アップリンク・ベースバンド信号に関連したM個のアップリンク近似的結合重み(粗的結合重み)と、フェーズド・アレイのダウンリンク・ベースバンド信号に関連したM個のダウンリンク近似的結合重みとを決定する。M個の近似的結合重みをM個のアップリンク・ベースバンド信号に適用する間、または適用した後、M個のアップリンク・ベースバンド信号を加算して、1つのベースバンド信号を生成する。システムは、この1つの生成されたベースバンド信号およびN個のアップリンク・ベースバンド信号のためのN+1個の精密結合重み(精密的結合重み)を、シンボルごとに、またはタイム・スロットよりも短いいずれかの持続時間ごとに決定し、シンボル検出のために、N+1個の信号を結合して、単一のエンハンス・ベースバンド信号とする。エンハンス・ベースバンド信号は、ダイバーシチ利得による潜在的なエンハンスメントおよび適応信号処理による干渉の低減のため、復号に十分に適している。
【0004】
【発明の実施の形態】
本発明の一実施形態に従って、図1は、無線アセンブリ17に結合されたアンテナ・アレイ10を示す。アンテナ・アレイ10は、フェーズド・アレイ12と、このフェーズド・アレイ12から離間したダイバーシチ・アレイ14とを含む。無線アセンブリ17は、無線周波数またはマイクロ波周波数の電磁信号と、それより低い周波数のベースバンド信号との間のインタフェースを与える。電磁信号とは、無線周波数信号、マイクロ波周波数信号、またはその他の、ベースバンド信号よりも周波数が高い信号を指す。また、無線アセンブリ17は、別個の送信信号経路および受信信号経路を提供するための二重化ならびに送信信号経路および受信信号経路の増幅を行うことができる。無線アセンブリ17は、信号処理システム15に結合されている。信号処理システム15は、ベースバンド信号を処理して、移動局19と無線アセンブリ17との間のダウンリンクおよびアップリンク信号の性能を高める。
【0005】
図2は、図1よりも詳細に、無線アセンブリ17および信号処理システム15の例を示す。アップリンク信号経路に関して、デュプレクサ・アセンブリ16がプリアンプ18に結合され、プリアンプ18はダウンコンバータ25に結合されている。ダウンリンク信号経路に関して、アップコンバータ22が無線周波数電力増幅器20に結合され、無線周波数電力増幅器20はデュプレクサ・アセンブリ16に結合されている。
【0006】
アップリンク信号経路では、所望の移動局19から受信された受信信号は、アンテナ・アレイ10のフェーズド・アレイ12およびダイバーシチ・アレイ14に入射する。また、受信信号は、他の移動局からの同一チャネル干渉を含む場合がある。アンテナ・アレイ10および信号処理システム15は、所望の移動局19のための受信信号の信号対混信比の改善、または所望の移動局19のためのアップリンク性能の向上を容易にする。フェーズド・アレイ12は、受信信号からM個の電磁アップリンク信号を供給し、ダイバーシチ・アレイ14は、受信信号からN個の電磁アップリンク信号を供給する。ここで、MおよびNは、常にゼロよりも大きく、Mは、好ましくはNよりも大きい。フェーズド・アレイ12からのM個の電磁アップリンク信号は、プリアンプ18と通信するデュプレクサ・アセンブリ16に供給され、一方、ダイバーシチ・アレイ14からのN個のアップリンク信号は、直接プリアンプ18に供給される。プリアンプ18は、信号処理システム15に結合されたダウンコンバータ25に供給する。
【0007】
ダウンリンク信号経路では、信号処理システム15がアップコンバータ22に結合されている。一方、アップコンバータ22は、少なくとも1つの無線周波数電力増幅器20に結合されている。無線周波数電力増幅器20は、デュプレクサ・アセンブリ16に結合されている。デュプレクサ・アセンブリ16は、M個の電磁ダウンリンク信号をフェーズド・アレイ12に供給し、移動局19に送信する。
【0008】
一実施形態では、信号処理システム15は、データ・プロセッサを含み、これが無線アセンブリ17に対するソフトウエア命令および適切なハードウエア・インタフェースを処理して、図2に示す、アップリンク濾波重み管理装置26、加算器28、アップリンク適応ベースバンド信号プロセッサ30、ダウンリンク濾波重み管理装置24、基地局デコーダ32、および基地局エンコーダ34の間の相互接続が、前述のソフトウエア命令間の論理的な通信を表すようになっている。しかしながら、代替的な実施形態では、図2に示す相互接続は、データ処理システムのハードウエア構成要素間の実際の電気的な相互接続を表す場合がある。
【0009】
信号処理システム15は、ダウンリンク濾波重み管理装置24に供給を行う基地局エンコーダ34を含む。ダウンリンク濾波重み管理装置24は、アップコンバータ22に結合されている。信号処理システム15は、更に、アップリンク濾波重み管理装置26、加算器28、およびアップリンク適応ベースバンド信号プロセッサ30を含む。
【0010】
ダウンコンバータ25は、アップリンク濾波重み管理装置26に入力を供給する。アップリンク濾波重み管理装置26は、加算器28と通信を行う。一方、加算器28は、アップリンク適応ベースバンド信号プロセッサ30と通信を行う。アップリンク・ベースバンド信号プロセッサ30は、基地局デコーダ32と通信を行う。基地局デコーダ32は、アップリンク濾波重み管理装置26およびアップリンク適応ベースバンド信号プロセッサ30に、復号したアップリンク・シンボルのフィードバック入力を供給して、適切な近似的結合重みおよび適切な精密結合重みの発生をそれぞれ容易にする。
【0011】
近似的結合重みおよび精密結合重みは、移動局19とアンテナ・アレイ10との間の通信信号の動的状態に対して適応的または応答的である。近似的結合重みとは、タイム・スロットごとに決定されるデジタル濾波重みを指す。近似的結合重みは、実際上、移動局19が送信したアップリンク信号の信号対混信比または信号対雑音比のような、基地局デコーダ32における測定されたアップリンク信号パラメータを考慮して、フェーズド・アレイ12のアップリンク放射パターン、フェーズド・アレイ12のダウンリンク放射パターン、またはそれら双方を整形するために用いられる。これに対して、精密結合重みは、シンボルごと等、タイム・スロットよりも短い持続時間で決定される結合重みを示す。シンボル検出のために、精密結合重みを用いて、N+1個のアップリンク・ベースバンド信号を結合して単一のデータ・ストリームとする。精密結合重みは、アップリンク信号のフェージングを補償するように、またはその他の方法でアップリンク信号の受信を向上させるように選択すると好ましい。結合重みまたは濾波重みは、近似的結合重み、精密結合重み、またはそれら双方を含む場合がある。
【0012】
アンテナ・アレイ10は、フェーズド・アレイ12およびダイバーシチ・アレイ14を含む。フェーズド・アレイ12は、列11に配置されたアンテナ要素(例えばダイポールまたは単極)の行列から成る。隣接するアンテナ列11間の分離によって、移動局19からの受信アップリンク電磁信号の受信の際に、フェーズド・アレイ12のM個のアンテナ・ポート間で一貫した信号応答が得られる。例えば、フェーズド・アレイ12の隣接する列11は、かかる一貫した信号応答を与えるために、水平方向の間隔が1波長未満である場合がある。1つの列11内では、アンテナ要素の垂直方向の間隔は半波長以下である場合があるが、他の適切な垂直方向の間隔も本発明の範囲内に該当する。
【0013】
受信の間、フェーズド・アレイ12のアンテナ列11は相互に作用し、M個のアンテナ・ポート上のM個の電磁アップリンク信号が互いに高い相関性を有するようにする。ここで用いる場合、「高い相関性を有する」ということは、1からゼロまでの段階で1に近づくいかなる相関も含み、更に、M個のアンテナ・ポートにおける同様のフェージング応答またはM個のアンテナ・ポートの制御可能ビーム形成における寄与に関連した、更に低い相関も含む。すなわち、移動局19がアンテナ・アレイ10の有効範囲内を移動すると、M個の電磁アップリンク信号は、同様のフェージング応答を示す。送信の間、フェーズド・アレイ12のアンテナ列11は相互に作用し、M個のアンテナ・ポート上のM個の電磁ダウンリンク信号が互いに高い相関性を有するようにする。フェーズド・アレイ12の列11は上述のように密接な間隔で配置されている(例えば1波長未満)ので、M個のベースバンド信号間で位相または振幅を変化させることによって、またはデジタル信号処理によって、フェーズド・アレイ12は、ビーム形成またはビーム方向操作の用途、および非形成または非操作用途に十分に適している。
【0014】
フェーズド・アレイ12の列11内のアンテナ要素は、直線または垂直の偏波に対応するが、円偏波、交差偏波、またはその他の偏波も、本発明の範囲内に該当する。各列11には、その中央、端部、またはその他において、適切な送信線装置(例えばストリップ線路)が接続されて、単一のアンテナ・ポートが概ね対応する列11に関連するようになっている。
【0015】
ダイバーシチ・アレイ14は、ダイバーシチ受信性能を与えるのに十分な離間距離だけフェーズド・アレイ12から分離している。例えば、フェーズド・アレイ12は、動作周波数において5ないし20波長の範囲内でダイバーシチ・アレイ14から水平方向に離間していると好ましいが、他の適切な波長距離および空間配置も本発明の範囲内に該当する。フェーズド・アレイ12およびダイバーシチ・アレイ14は、水平方向に離間していると好ましいが、フェーズド・アレイ12およびダイバーシチ・アレイ14は、垂直方向に離間するか、または水平方向および垂直方向の双方に離間して、空間−ダイバーシチ利得を与えることも可能である。
【0016】
ダイバーシチ・アレイ14の一形態では、ダイバーシチ・アレイ14のN個の列13内のアンテナ要素は、垂直軸から約45度斜めに向けると好ましい。隣接する列13内のアンテナ要素は、図2に示す十字状の外観を有するように、互いに直交して向けることが好ましい。N個の列13は、N個の対応するアンテナ出力ポートを提供する。ダイバーシチ・アレイ14のアンテナ要素は、好ましくは交差偏波に対応し、ダイバーシチ・アレイ14が、水平偏波信号および垂直偏波信号を同等の方法で受信するようにする。代替的な実施形態では、ダイバーシチ・アレイのアンテナ要素は、垂直偏波、円偏波、またはその他の方法で構成することができる。
【0017】
ダイバーシチ・アレイの別の形態では、ダイバーシチ・アレイのあらゆる隣接する列が、フェーズド・アレイ12の隣接する列11よりも大きく離間していると好ましい。例えば、ダイバーシチ・アレイの隣接する列は、動作周波数において、フェーズド・アレイ12の隣接する列の水平方向の間隔よりも大きな水平方向間隔を有する場合がある。
【0018】
好適な実施形態では、少なくとも1つの移動局19からアップリンク信号を受信するために、フェーズド・アレイ12およびダイバーシチ・アレイ14を共に用いる。更に、移動局10へのダウンリンク送信のために、フェーズド・アレイ12のみを用いると好ましい。
【0019】
この信号処理のシステムおよび方法は、時分割多元接続(TDMA)システム、移動通信用グローバル・システム(GSM)、アナログ・セルラ・システム、符号分割多元接続(CDMA)システム、または他の無線システムに適用することができる。無線システムの変調方式には無関係に、信号処理システム15は、タイム・スロットごとにM個のベースバンド・アップリンク信号を観察し、近似的結合重みによってこれらと相互に作用する。信号処理システム15が観察するタイム・スロットは、無線システムの変調方式と関連した基本タイム・スロットと合致することができる。各タイム・スロットは、特定のエア・インタフェースのタイム・スロット上でシンボル群の送信に割り当てられた時間を表す持続時間を有し、基地局の回路またはソフトウエアとの適合を容易とすることができる。例えば、現在のTIA/EIA(電気通信工業会/電子工業会)IS(国際標準)−136規定によるTDMA無線システムでは、タイム・スロットに約6.66ミリ秒の持続時間を割り当てることができる。
【0020】
ダウンコンバータ25は、信号処理システム15における信号処理のため、1つ以上のアップリンク電磁信号を、対応するベースバンド・アップリンク信号に変換する。アップリンク濾波重み管理装置26は、M個の変換されたベースバンド・アップリンク信号および復号されたアップリンク・シンボルに基づいて、フェーズド・アレイ12のためのM個の近似的結合重みを決定する。
【0021】
アップリンク濾波重み管理装置26は、以前の観察タイム・スロットのM個のアップリンク近似的結合重みを決定して、その後に、基地局デコーダ32が復号する後続のアップリンク・タイム・スロットのためのM個のアップリンク近似的結合重みとして適用する。アップリンク濾波重み管理装置26は、後続のダウンリンク・タイム・スロットのためのM個のダウンリンク近似的結合重みの決定を容易にするために、その観察タイム・スロットを用いることができる。例えば、アップリンク濾波重み管理装置26は、M個のアップリンク近似的結合重みを、ダウンリンク濾波重み管理装置24に送出することができる。一実施形態では、ダウンリンク濾波重み管理装置24は、送出されたM個のアップリンク近似的結合重みを、M個のダウンリンク近似的結合重みとして、現在または後続のダウンリンク・タイム・スロットに適用することができる。あるいは、ダウンリンク濾波重み管理装置24は、M個のアップリンク近似的結合重みを変更し、または追加の信号処理を行って、対応する送出されたM個のアップリンク近似的結合重みに関連した適切なM個のダウンリンク近似的結合重みを決定することができる。
【0022】
加算器28が、フェーズド・アレイ12からのM個のベースバンド信号を加算して、結果として1つのベースバンド信号を得ると好都合である。アップリンク適応ベースバンド信号プロセッサ30は、この1つの生成されたベースバンド信号を、多数(すなわちM個)のベースバンド信号の代わりに用いて、アップリンク適応ベースバンド信号プロセッサ30において必要な計算および関連する必要な処理リソースを少なくすることができる。ベースバンド信号プロセッサ30は、加算器28からの1つの生成されたベースバンド信号およびダウンコンバータ25からのN個の変換されたベースバンド信号に、アップリンク精密結合重みを供給する。ベースバンド信号プロセッサ30は、1つの生成されたベースバンド信号の前のバージョンの信号に対するM個の近似的結合重みの適用後に、1つの生成されたベースバンド信号に対して動作する。
【0023】
ダウンリンク濾波重み管理装置24は、M個のダウンリンク近似的結合重みを、フェーズド・アレイ12に関連するM個のダウンリンク・ベースバンド信号に適用する。M個のダウンリンク近似的結合重みは、前述のように、アップリンク濾波重み管理装置26からのM個のアップリンク近似的結合重みに基づいている。時間的に関連する所与のダウンリンクおよびアップリンク・タイム・スロット対のいずれにおいても、M個のダウンリンク近似的結合重みは、フェーズド・アレイ12のM個のアップリンク近似的結合重みと合致するすなわち同一とすることができる。アップコンバータ22は、ダウンリンク濾波重み管理装置24からの出力を受信する。アップコンバータ22は、1つ以上の処理済みのベースバンド信号を、フェーズド・アレイ12上での送信のため、無線周波数またはマイクロ波周波数に変換する。
【0024】
信号処理システム15は、無線通信システムにおいて用いるために、基地局内に組み込むことができる。信号処理システム15の機能は、1つまたはそれ以上の専用デジタル信号プロセッサによって容易に実行される。例えば、1つのデジタル信号プロセッサが、アップリンク濾波重み管理装置26、加算器28、アップリンク適応ベースバンド信号プロセッサ30、およびダウンリンク濾波重み管理装置24の機能を実行することができる。
【0025】
図3は、図2のアンテナ・アレイ10の適応信号処理のための方法及びシステム15を示す。ステップS100において開始すると、信号処理システム15は、フェーズド・アレイ12からのM個のアップリンク電磁信号およびダイバーシチ・アレイ14からのN個のアップリンク無線周波数信号を受信する。ここで、MおよびNはゼロより大きい。ここで用いる場合、電磁信号とは、無線システムにおいて移動局19から送信される無線周波数信号またはマイクロ波周波数信号を指す。M個のアップリンク電磁信号は、デュプレクサ・アセンブリ16およびプリアンプ18を介して、信号処理システム15に送出することができる。N個のアップリンク電磁信号は、プリアンプ18を介して信号処理システム15に送出することができる。
【0026】
フェーズド・アレイ12のM個のアンテナ・ポート上のM個の信号は、互いに独立して変動しない。なぜなら、隣接する列11間の密接な間隔によって、M個の信号間の高い相関関係を容易とするからである。これに対して、ダイバーシチ・アレイ14のN個のアンテナ・ポート上のN個の信号は、互いに低い相関性で変動する。なぜなら、アンテナ要素のN個の列13は、隣接した列13が相互に概ね直交偏波を有することによって、交差偏波に対応するからである。代替的な構成では、ダイバーシチ・アレイ14のN個のアンテナ・ポート間の低い相関性は、フェーズド・アレイ12の隣接するアンテナ列11間の密接した間隔よりも、ダイバーシチ・アレイの隣接した列間の間隔の方が大きいことによるものである。
【0027】
ステップS102において、ダウンコンバータ25は、デジタル信号処理のために、M個およびN個の受信電磁アップリンク信号を、M個およびN個のアップリンク・ベースバンド信号にそれぞれ変換する。各デジタル・ベースバンド信号は、同相成分および直角成分を含むと好ましい。
【0028】
各ベースバンド信号は、一連の連続観察タイム・スロットとして観察することができる。1つの観察タイム・スロットは、移動局19が送信した変調方式の複数のシンボルを含む。近似的結合重みは、タイム・スロットの間にゆっくりと変動するので、1つのタイム・スロット内の多くのシンボルの各々に対してでなく、観察タイム・スロット当たり1つの濾波重みを計算することから、計算を省くことができる。
【0029】
ステップS104において、信号処理システム15は、M個のアップリンク・ベースバンド信号の以前のタイム・スロットおよび以前のアップリンク・タイム・スロット内の復号シンボルについてのフィードバックに基づいて、M個のダウンリンク・ベースバンド信号の後続のタイム・スロットに適用するため、M個の近似的結合重みを決定する。例えば、アップリンク濾波重み管理装置26は、フェーズド・アレイ12のダウンリンク送信のため、後続のダウンリンク・タイム・スロットのためのM個の近似的結合重みを決定するか、またはこの決定を容易にする。
【0030】
近似的結合重みとは、実際上、フェーズド・アレイ12のM個の列に関連したビームの方向変更または再整形を行うことができる空間−時間フィルタ・パラメータを指す。上述のダウンリンク近似的結合重みは、好ましくは、セクター全体または全方向性のアンテナ放射パターンを必要とするアクセス・チャネルとは対照的に、音声またはデータ・チャネル等のトラヒック・チャネル上で動作する移動局19に基づいている。
【0031】
M個の近似的結合重みは、移動局19からのトラヒック・チャネルを介した次のアップリンク・タイム・スロット集合のような後続のアップリンク・タイム・スロットに適用することができる。M個の近似的結合重みを適用することで、ダウンリンク重みのみを決定するのに必要であるよりも少ない計算量で、ダウンリンクおよびアップリンク性能の双方を改善することができる。従って、ダウンリンク重みをアップリンク重みに変換するために必要な処理の増大は、ごくわずかである。実際、フェーズド・アレイ12は、フェーズド・アレイ12の列11の密着した間隔によって、潜在的に、ダウンリンク上の性能改善をもたらす。
【0032】
ステップS104における結合重みの決定と、決定した結合重みの適用との間に、1つの観察タイム・スロット等の時間のずれが存在し、アップリンク信号、ダウンリンク信号、またはその双方の性能を向上させることができる。この時間のずれは、信号処理システム15に十分な処理時間を可能とする一方、アンテナ・アレイ10に対する移動局19の移動によって生じるフェージングまたは他の伝播変化に対する適切な応答を与える。例えば、前の観察タイム・スロットのアップリンク経路結合重みを、後続のダウンリンク経路結合重みおよび次のタイム・スロットの後続のアップリンク経路結合重みに適用する。この場合、前の観察タイム・スロットは次のタイム・スロットの直前にある。しかしながら、代替的な実施形態では、1タイム・スロットから多数のフレームに及ぶいかなる時間のずれも使用可能である。
【0033】
M個のアップリンク・ベースバンド信号は、デジタル・ドメイン内の一連の連続観察タイム・スロットとして観察可能であり、この連続タイム・スロットに、アップリンク近似的結合重みを割り当てる。フェーズド・アレイ12のためのダウンリンクおよびアップリンク近似的結合重みは、観察タイム・スロット上で各M個のアップリンク・ベースバンド信号を処理することによって見出され、1つの観察タイム・スロット内で一定であり、移動角位置の変化およびシャドー・フェージングの変化によって、観察タイム・スロットごとにゆっくり変動する。
【0034】
ステップS104の後のステップS106において、信号処理システム15は、M個の近似的結合重みを適用して、後続のタイム・スロットのためのM個のアップリンク・ベースバンド信号と、フェーズド・アレイ12に関連した時間的に関連するM個のダウンリンク・ベースバンド信号とを結合する。M個の近似的結合重みは、概して、後続のアップリンク・タイム・スロットおよび後続のダウンリンク・タイム・スロットに適用される。後続のアップリンク・タイム・スロットは、対応する後続のダウンリンク・タイム・スロットに関連しており、エア・インタフェースの標準的な動作のために、それらの間に幾分かの時間差がある場合がある。何らかの時間差があるにもかかわらず、後続のアップリンク・タイム・スロットおよび後続のダウンリンク・タイム・スロットを、同様または同一のM個の近似的結合重みを有する時間的に関連したタイム・スロットとしてグループ化して、フェーズド・アレイ12の性能を向上させることができる。
【0035】
以前の観察タイム・スロットのためのフェーズド・アレイ12のM個のベースバンド・アップリンク信号の監視から得られたM個の近似的結合重みは、トラヒック・チャネル上の特定の移動局のベースバンド・アップリンク信号用の次のタイム・スロットのような、後続のタイム・スロットのために用いられる。算出されたM個の近似的結合重み集合は、近似的結合重み集合の算出と近似的結合重み集合の適用との間の時間的なずれ(例えば1つのタイム・スロット持続時間のずれ)の後に、ベースバンド送信信号、ベースバンド受信信号、またはそれら双方の濾波に適用することができる。
【0036】
ステップS108において、M個の近似的結合重みをM個のベースバンド信号に適用する間、または適用した後、信号処理システム15は、フェーズド・アレイ12の変換されたM個のベースバンド・アップリンク信号を加算し、1つのベースバンド信号を得る。例えば、フェーズド・アレイ12のM個の列11が、M個のアンテナ・ポート上で受信したM個の信号対間で最小相関閾値を生成するように密接な間隔で配置されている場合、加算器28は、フェーズド・アレイ12の重み付けしたM個のアップリンク・ベースバンド信号を加算して、1つのアップリンク・ベースバンド信号を得る。好都合なことに、この加算動作は、信号処理システム15において、精密結合重みの決定や、デジタル濾波動作によるアンテナ・アレイ10の受信性能のいっそうの改善を行うために必要な信号処理を少なくする。
【0037】
ステップS106は、M個の信号のために単一の生成されたアップリンク・ベースバンド信号を供給するものとして説明したが、ステップS106は、M個のアップリンク・ベースバンド信号の数を、M未満かつ1よりも大きい数に減らすように構成することができる。M個のアップリンク・ベースバンド信号を加算して、後続の各タイム・スロット当たり1つのアップリンク濾波重みを得る。得られた和は、後続のアップリンク信号処理、ダウンリンク信号処理、またはそれら双方について、M個のアップリンク・ベースバンド信号でなく、1つのアップリンク・ベースバンド信号を表す。
【0038】
ステップS108は、いずれかの適切な信号処理アルゴリズムに従って、後続の処理のために(例えばダイバーシチ利得を与え、同一チャネル干渉を低減させる)、1つ以上の生成したベースバンド信号を準備する。信号処理アルゴリズムの複雑さは、信号処理アルゴリズムによって処理される入力ベースバンド信号数の減少に比例して、低下させることができる。
【0039】
M個の近似的結合重みをM個のベースバンド信号に適用した後、ステップS110において、信号処理システム15は、適応信号処理アルゴリズムに従って、1つの生成されたベースバンド信号のための精密結合重みを決定する。各タイム・スロットに多数のシンボルが関連している場合、復号シンボルについてのフィードバックに基づいて、シンボルごとに、信号処理システム15は、1つ以上の生成されたベースバンド・アップリンク信号(例えばm個のアップリンク信号。ここで、m≧1である)のため、および、N個のベースバンド・アップリンク信号のために、精密結合重みを決定すると好ましい。このため、信号処理システム15は、ステップS110において、N+1個またはN+m個の精密結合重みを決定することができる。ここで、1≦m<Mである。例えば、アップリンク適応ベースバンド信号プロセッサ30は、アップリンク濾波重み管理装置26が決定したM個のアップリンク近似的結合重みの適用後に使用可能な精密結合重みを決定する。精密結合重みは、信号処理を改善して、ダイバーシチ利得を与えるか、同一チャネル干渉を低減させるか、またはそれ以外の方法で、移動局19が送信する信号の受信を向上させることができる。
【0040】
信号処理システム15は、観察タイム・スロット内で各シンボル当たり1つの精密結合重みを算出して、急速に変動するアップリンク・チャネルを追跡すると共にアップリンク性能を改善させることが好ましいが、精密結合重みは、長さが1タイム・スロット未満のいずれの持続時間に対しても決定することができる。精密結合重みは、特定の移動局19の移動によるドップラー効果によって、アップリンク・タイム・スロット間で、更にはアップリンク・タイム・スロット内のシンボル間でさえ、急速に変動し得る。信号処理システムは、シンボルごとに精密結合重みを決定すると好ましい。なぜなら、シンボルの持続時間は、移動局からの受信アップリンク信号の急速なフェージングを補償するための適切な持続時間または許容可能な遅れを表すからである。
【0041】
ステップS112において、処理システム15は、ステップS110において決定したN+1個の精密結合重みを適用してシンボルを復号する一方で、ダイバーシチ利得および干渉の低減を達成する。アンテナ・アレイ10は、フェーズド・アレイ12およびダイバーシチ・アレイ14間が分離されているために、空間ダイバーシチ利得を容易に提供する。更に、フェーズド・アレイ12およびダイバーシチ・アレイ14のアンテナ要素が異なる偏波を有する場合、アンテナ・アレイ10は、偏波ダイバーシチ利得を提供することができる。代替的な実施形態では、フェーズド・アレイとダイバーシチ・アレイとの間の角度ダイバーシチによって、受信性能を向上させることができる。フェージングの許容誤差の改善は、シンボルごとの頻度で更新される精密結合重みの応答性によって達成することができる。
【0042】
信号処理システム15およびアンテナ・アレイ10は、共同して、近似的結合重みレベルおよび精密結合重みレベルの双方において干渉を低減させるような空間選択性を提供する。近似的結合重みレベルは、実際上、所望の信号を空間的に選択すること、または放射パターンを移動局19に向けることによって、干渉を低減するために、フェーズド・アレイ10の放射パターンの近似的な方位を規定する。一方、精密結合重みは、干渉を除去するように調節可能である。基地局デコーダ32は、エンハンス受信ベースバンド信号のエラー・チェックまたは期待出力と矛盾する異常復号シンボルのような干渉を認識する。従って、基地局デコーダ32は、復号シンボル・フィードバックのような異常復号シンボルの受信を、アップリンク適応ベースバンド信号プロセッサ30に示す。アップリンク適応ベースバンド信号プロセッサ30は、干渉を除去するために、精密結合重みを、移動局19からの所望のアップリンク信号に対し適応的に調整する。また、基地局デコーダ32は、アップリンク結合重みを適当に選択してフェーズド・アレイ12の放射パターンの優先的な事実上の向きを決定するため、アップリンク濾波重み管理装置26に、復号アップリンク信号フィードバックを供給する。
【0043】
この処理システムおよび方法は、アップリンク適応ベースバンド信号プロセッサ30の必要な処理リソースを減らしたり、適応アルゴリズム自体の複雑さの低減を容易にしたりすることができる。信号処理システム15および本発明の方法は、密着して離間する列を有するフェーズド・アレイ12に関連したベースバンド入力信号数を減少させることによって、アンテナ・アレイ10に関連したベースバンド入力信号数を減らすのに十分に適している。
【0044】
アップリンク適応ベースバンド信号プロセッサ30は、適応アップリンク・アルゴリズムを実行することができる。シンボルごとに動作する適応アップリンク・アルゴリズムのための計算数は、Xの2乗(すなわちX2)に比例する傾向がある。ここで、Xは、フェーズド・アレイ12およびダイバーシチ・アレイ14の全アンテナ要素数である。XはMプラスNに等しく、ここで、Mはフェーズド・アレイ12の列数であり、Nはダイバーシチ・アレイ14のアンテナ要素の列13の数である。ここで、Xを、次のような2つの小さい集合に分割することによって、計算を減らすことができる。(1)より遅いタイム・スロット・レートで実行される、フェーズド・アレイ12のM個の列11についての第1の計算集合、および(2)タイム・スロット・レートよりも速いシンボル・レートで実行される、ダイバーシチ・アレイ14のN個の要素13についての第2の計算集合である。フェーズド・アレイ12におけるM個の列11、およびダイバーシチ・アレイ14におけるN個の列により、X2乗適応アップリンク・アルゴリズムは、M2乗適応アップリンク・アルゴリズム(遅いレートで実行される)およびN2乗適応アップリンク・アルゴリズム(より速いレートで実行される)へと変えることができる。
【0045】
このため、図3の前述の処理は、適応アップリンク・ベースバンド・プロセッサ30によってシンボル・レートで処理されるアップリンク・ベースバンド信号数を、M+Nから1+Nに減らす。例えば、フェーズド・アレイ12が4個の列11を有し、ダイバーシチ・アリエ14が2つの列を有する場合、適応アップリンク・プロセッサ30によって処理されるアップリンク・ベースバンド信号数は、6から3に、すなわち半分に減る。更に、適応アップリンク・プロセッサ30に課せられる計算的な負荷は、(M+N)2と推定される。このため、アップリンク適応処理のため処理システム15に課せられる計算的な負荷は、[(1+N)/(M+N)]2、すなわち、Mが4個のアンテナ要素に等しくNが2個のアンテナ要素に等しい場合は、4分の1に減る。アンテナ・アレイ10の他の構成における計算的な負荷の軽減は、上述の数式により、フェーズド・アレイ12のアンテナ要素の列11の数およびダイバーシチ・アレイ14のアンテナ要素の列13の数に依存する。
【0046】
移動体が制御チャネルにアクセスしようとする場合、またはトラヒック・チャネルのフレームまたはスロットが壊れた場合、信号処理システム15は、現在または後続のタイム・スロットに適用されるM個の近似的結合重みを計算するための代替的な手順を必要とする場合がある。処理システム15は、特定の移動局19からのアップリンク信号内に存在する同期パイロットおよびカラーコード・シンボル等の既知のシンボルから近似的結合重みを計算して、後続のタイム・スロットに適用可能な現タイム・スロットのための近似的結合重みを決定する。あるいは、処理システム15において基地局からの復号シンボル・フィードバックが利用可能な場合、処理システム15は、全てのシンボルを用いて近似的結合重みを計算して、後続のタイム・スロットに適用する近似的結合重みを決定する。
【0047】
本明細書は、本発明のシステムおよび方法の様々な例示の実施形態を記載している。特許請求の範囲は、本明細書中に開示した例示の実施形態の様々な変更および同等の構成を含むことを意図する。従って、請求の範囲は、ここに開示する本発明の精神および範囲に一致する変更、同等な構造、および特徴を包含するように、当然に最も広い解釈が与えられるものとする。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による、アンテナ・アレイに結合された信号処理用システムのブロック図である。
【図2】本発明による、図1のシステムを更に詳細に示すブロック図である。
【図3】本発明による、アンテナ・アレイのための信号処理の方法のフロー・チャートである。
Claims (10)
- アンテナ・アレイに関連した信号の処理方法であって、
MおよびNが正の整数として、フェーズド・アレイとダイバーシチ・アレイとからのM個のアップリンク電磁信号とN個のアップリンク電磁信号とを、デジタル信号処理のために、一連の連続タイム・スロットとして観察可能なアップリンク・ベースバンド信号に変換する変換ステップ、
前記フェーズド・アレイに関連した前記アップリンク・ベースバンド信号をタイム・スロットごとに結合させるためのM個の近似的結合重みを適用する適用ステップ、
前記フェーズド・アレイの前記重み付けしたM個のアップリンク・ベースバンド信号を合計して、少なくとも1つのベースバンド信号を生成する合計ステップ、及び
後続のシンボル検出のための単一の受信チャネルを形成するように、前記少なくとも1つの生成されたベースバンド信号と前記N個のアップリンク・ベースバンド信号に対して、前記タイム・スロットよりも短い継続時間に対して決定される精密結合重みを決定する決定ステップ
からなる信号処理方法。 - 請求項1に記載の信号処理方法であって、さらに、
前記フェーズド・アレイからの前記M個のアップリンク電磁信号と前記ダイバーシチ・アレイからの前記N個のアップリンク電磁信号とを受信するステップであって、前記フェーズド・アレイが、動作周波数において1波長以下の間隔を有する隣接した列を有し、前記ダイバーシチ・アレイが交差偏波アンテナ要素を有する、ステップ
を含むことを特徴とする信号処理方法。 - 請求項1に記載の信号処理方法であって、さらに、
前記フェーズド・アレイからの前記M個のアップリンク電磁信号と前記ダイバーシチ・アレイからの前記N個のアップリンク電磁信号とを受信するステップであって、前記フェーズド・アレイが、動作周波数において1波長以下の間隔を有する隣接した列を有し、前記ダイバーシチ・アレイが、前記フェーズド・アレイよりも大きい隣接した列間の間隔を有する、ステップ
を含むことを特徴とする信号処理方法。 - 請求項1に記載の信号処理方法であって、さらに、
前記フェーズド・アレイからの前記M個のアップリンク電磁信号と前記ダイバーシチ・アレイからの前記N個のアップリンク電磁信号とを受信するステップであって、前記フェーズド・アレイが、動作周波数において5波長から20波長までの範囲内で、前記ダイバーシチ・アレイから分離されている、ステップ
を含むことを特徴とする信号処理方法。 - 請求項1に記載の信号処理方法において、前記決定ステップが、シンボルごとに前記精密結合重みを決定するステップを含み、前記タイム・スロットの各々に複数のシンボルが関連していることを特徴とする信号処理方法。
- 請求項1に記載の信号処理方法において、前記適用ステップが、M個のダウンリンクの近似的結合重みを適用して、前記フェーズド・アレイに関連したダウンリンク・ベースバンド信号を組み合わせるステップを更に含むことを特徴とする信号処理方法。
- 請求項1に記載の信号処理方法において、前記適用ステップが、後続のダウンリンク・タイム・スロットとアップリンク・タイム・スロットとについて、それぞれ、M個のダウンリンクの近似的結合重みとM個のアップリンクの粗的結合重みを適用するステップを更に含み、前記M個の近似的結合重みは、アップリンク・ベースバンド信号の以前のタイム・スロットに時間的に関連していることを特徴とする信号処理方法。
- 請求項1に記載の信号処理方法であって、さらに、
前記フェーズド・アレイからの前記アップリンク・ベースバンド信号の以前のタイム・スロットに基づいて後続のタイム・スロットの前記M個の近似的結合重みを決定するステップを含む信号処理方法。 - 請求項1に記載の信号処理方法において、前記適用ステップが、前記フェーズド・アレイからの前記アップリンク電磁信号の前のアップリンク・タイム・スロットの分析に基づいて、後続のダウンリンク・タイム・スロットに、M個のダウンリンクの近似的結合重みを適用するステップを更に含むことを特徴とする信号処理方法。
- 請求項1に記載の信号処理方法において、前記適用ステップが、以前のタイム・スロットから導出されたM個のアップリンクの近似的結合重みを、前記以前のタイム・スロットの直後で後続のアップリンク・タイム・スロットに適用するステップを含むことを特徴とする信号処理方法。
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