JP3825259B2

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

Info

Publication number: JP3825259B2
Application number: JP2001003227A
Authority: JP
Inventors: トーマスアイケンリチャード; ディビッドベニングロジャー; アップテグローヴダーク
Original assignee: ルーセントテクノロジーズインコーポレーテッド
Priority date: 2000-01-11
Filing date: 2001-01-11
Publication date: 2006-09-27
Anticipated expiration: 2021-01-11
Also published as: EP1126629A2; KR100819351B1; EP1126629B1; DE60019083T2; KR20010070515A; DE60019083D1; US6232921B1; CA2330021A1; EP1126629A3; BR0100013A; CN1304261A; AU1000801A; JP2001251125A

Description

【０００１】
【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

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。