無線装置、送信ウェイト推定方法、および送信ウェイト推定プログラム
【課題】 ノイズの影響を除去した高精度の送信ウェイトを推定することにより十分な送信電力による送信を可能にした、無線装置、送信ウェイト推定方法、および送信ウェイト推定プログラムを提供する。
【解決手段】 アダプティブアレイ基地局において、アダプティブアレイ処理手段と、受信応答ベクトル計算手段と、送信ウェイトベクトル推定手段と、重み付け手段とを備える。アダプティブアレイ処理手段は、複数のアンテナで受信した複数の無線信号にアダプティブアレイ処理を施して受信信号を抽出する。受信応答ベクトル計算手段は、複数の無線信号と抽出された受信信号とに基づいて受信応答ベクトルを計算する。送信ウェイトベクトル推定手段は、計算された受信応答ベクトルを送信ウェイトベクトルとして推定する。重み付け手段は、外部から供給された送信信号を推定された送信ウェイトベクトルで重み付けして複数のアンテナに供給する。
【解決手段】 アダプティブアレイ基地局において、アダプティブアレイ処理手段と、受信応答ベクトル計算手段と、送信ウェイトベクトル推定手段と、重み付け手段とを備える。アダプティブアレイ処理手段は、複数のアンテナで受信した複数の無線信号にアダプティブアレイ処理を施して受信信号を抽出する。受信応答ベクトル計算手段は、複数の無線信号と抽出された受信信号とに基づいて受信応答ベクトルを計算する。送信ウェイトベクトル推定手段は、計算された受信応答ベクトルを送信ウェイトベクトルとして推定する。重み付け手段は、外部から供給された送信信号を推定された送信ウェイトベクトルで重み付けして複数のアンテナに供給する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、無線装置、送信ウェイト推定方法、および送信ウェイト推定プログラムに関し、特に、高精度の送信ウェイトを推定することにより十分な送信電力による信号送信を可能にした、無線装置、送信ウェイト推定方法、および送信ウェイト推定プログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、急速に発達しつつある移動体通信システム（たとえば、Personal Handy phone System：以下、ＰＨＳ）では、基地局と移動局との間の通信に際し、特に基地局において、アダプティブアレイ処理により所望の特定の移動局からの受信信号を抽出する方式が提案されている。
【０００３】
アダプティブアレイ処理とは、移動局からの受信信号に基づいて、基地局のアンテナごとの受信係数（ウェイト）からなる受信ウェイトベクトルを計算して適応制御することによって、特定の移動局からの信号を正確に抽出する処理である。
【０００４】
このようなアダプティブアレイ処理を採用したアダプティブアレイ基地局においては、受信信号のシンボルごとにこのような受信ウェイトベクトルを計算する受信ウェイトベクトル計算機が設けられ、この受信ウェイトベクトル計算機は、受信信号の各フレームの先頭部分に設けられた既知の参照信号区間（ウェイト推定区間）において、受信信号と算出された受信ウェイトベクトルとの複素乗算和と、当該既知の参照信号との誤差の２乗を減少させるよう受信ウェイトベクトルを収束させる処理、すなわち特定の移動局からの受信指向性を収束させるアダプティブアレイ処理を実行する。
【０００５】
アダプティブアレイ処理では、このような受信ウェイトベクトルの収束を、時間や信号電波の伝搬路特性の変動に応じて適応的に行ない、受信信号中から干渉成分やノイズを除去し、特定の移動局からの受信信号を抽出している。
【０００６】
アダプティブアレイ基地局ではさらに、このようにして算出された受信ウェイトベクトルをコピーした送信ウェイトベクトルで送信信号を重み付けすることにより、移動局に対する送信指向性および送信電力を決定している。
【０００７】
図７は、デジタルシグナルプロセッサ（ＤＳＰ）のようなデジタル信号処理装置によってソフトウェア的に実行される、従来のアダプティブアレイ基地局における処理を機能的に説明するための機能ブロック図である。
【０００８】
図７を参照して、無線基地システムの複数本のアンテナ、たとえば４本のアンテナＡ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４でそれぞれ受信された移動局からの受信信号Ｘ1，Ｘ2，Ｘ3，Ｘ4からなる受信信号ベクトルＸ（ｔ）は、スイッチ回路Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４で受信回路側に切替えられ、図示しないＡ／Ｄ変換機でそれぞれデジタル信号に変換される。
【０００９】
これらのデジタル信号は、アダプティブアレイ基地局のＤＳＰ４に与えられ、図７に示す機能ブロック図にしたがって以後ソフトウェア的にアダプティブアレイ処理が施される。
【００１０】
図７を参照して、スイッチ回路Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４で受信回路側に切替えられた受信信号ベクトルＸ（ｔ）は、乗算器ＭＲ１，ＭＲ２，ＭＲ３，ＭＲ４のそれぞれの一方入力に与えられるとともに、受信ウェイトベクトル計算機１に与えられる。
【００１１】
受信ウェイトベクトル計算機１は、後述するアダプティブアレイアルゴリズムにより、アンテナごとのウェイトＷ1，Ｗ2，Ｗ3，Ｗ4からなる受信ウェイトベクトルＷ（ｔ）を算出し、乗算器ＭＲ１，ＭＲ２，ＭＲ３，ＭＲ４のそれぞれの他方入力に与えて、対応するアンテナからの受信信号ベクトルとそれぞれ複素乗算する。加算器ＭＡによりその複素乗算結果の総和であるアレイ出力信号Ｙ（ｔ）＝ΣＷ（ｔ）Ｘ（ｔ）が受信信号として出力される。
【００１２】
受信ウェイトベクトル計算機１には、メモリ２に予め記憶されている既知の参照信号ｄ（ｔ）が与えられ、アダプティブアレイアルゴリズムによる受信ウェイトベクトルの計算に供される。受信ウェイトベクトル計算機１は、｜Ｙ（ｔ）−ｄ（ｔ）｜2を最小化するように受信ウェイトベクトルＷ（ｔ）を収束させる。
【００１３】
この参照信号ｄ（ｔ）は、移動局からの受信信号が含むすべてのユーザに共通の既知の信号であり、たとえばＰＨＳでは、受信信号のうち、既知のビット列で構成されたプリアンブル（ＰＲ）およびユニークワード（ＵＷ）の区間が用いられる。
【００１４】
この受信ウェイトベクトル計算機１では、アレイ出力信号と参照信号との誤差の２乗に基づく最急降下法ＭＭＳＥ（Minimum Mean Square Error）によりウェイトの学習を行うアルゴリズムである、ＲＬＳ（Recursive Least Squares）アルゴリズム、ＬＭＳ（Least Mean Square）アルゴリズム、ＳＭＩ（Sample Matrix Inversion）アルゴリズムなどのアダプティブアレイアルゴリズムを使用している。
【００１５】
このようなＲＬＳアルゴリズム、ＬＭＳアルゴリズム、ＳＭＩアルゴリズムなどは、アダプティブアレイ処理の分野では周知の技術であり、たとえば菊間信良著の「アレーアンテナによる適応信号処理」（科学技術出版）の第３５頁〜第４９頁の「第３章 ＭＭＳＥアダプティブアレー」に詳細に説明されているので、ここではその説明を省略する。
【００１６】
受信ウェイトベクトル計算機１で算出された受信ウェイトベクトルは送信ウェイトベクトル設定機３に転送され、受信ウェイトベクトルをコピーすることにより、送信ウェイトベクトルが設定される。
【００１７】
図示しない送信信号源からの送信信号が乗算器ＭＴ１，ＭＴ２，ＭＴ３，ＭＴ４のそれぞれの一方入力端子に与えられ、乗算器ＭＴ１，ＭＴ２，ＭＴ３，ＭＴ４のそれぞれの他方入力端子には、送信ウェイトベクトル設定機３で計算された送信ウェイトベクトルが印加される。
【００１８】
このように、送信ウェイトベクトルとの複素乗算で重み付けされた送信信号は、スイッチ回路Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４で選択されて、アンテナＡ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４を介して送信される。
【００１９】
受信時と同じアンテナＡ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４を介して送信される信号には、受信信号と同様に特定の移動局をターゲットとする送信ウェイトベクトルによる重み付けがされているため、これらのアンテナから送信された電波信号は、この特定の移動局をターゲットとする送信指向性を伴って飛ばされることになる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２０】
ところで、最近の移動体通信システムでは、データ通信のように、従来の音声通信に比べて、高品質の通信が要求されるようになってきている。
【００２１】
このような高品質の通信を行うためには、以下に説明するように、送信指向性および送信電力の制御をより高精度に行なう必要がある。特に、干渉波がない場合には、送信電力の制御が問題となる。
【００２２】
一般的に、無線装置では、１本のアンテナで送信できる電力は一定レベルに規制されている。このため、図７のように複数のアンテナを用いて送信するアダプティブアレイ基地局では、アンテナごとのウェイトの大きさにより、送信電力の大きさ、すなわち移動局側での受信電力の大きさが変化することになる。
【００２３】
たとえば１本のアンテナの送信できる最大電力が４０ｍＷとした場合、基地局の４本のアンテナの送信ウェイトの大きさがすべて等しければ、４本のアンテナすべてから４０ｍＷの電力で信号を送信することができ、移動局に対し最大電力で信号を送信することができる。
【００２４】
これに対し、たとえば４本のアンテナの送信ウェイトの大きさの比がそれぞれ４：３：２：１であれば、最大電力の４０ｍＷで送信することができるアンテナは、送信ウェイトが最大の１本のアンテナに限られ、残りのアンテナはそれぞれの送信ウェイトの大きさの比に応じた３０ｍＷ、２０ｍＷ、１０ｍＷの電力で送信することができるにすぎない。
【００２５】
前述のように、従来のアダプティブアレイ基地局では、受信ウェイトベクトルをコピーして送信ウェイトベクトルとして使用しているが、現実には、ノイズの影響によりアンテナごとのウェイトが理想的にすべて等しくなることはなく、通常は、アンテナ間のウェイトにばらつきが生じる。
【００２６】
このため、移動局における受信電力が低下し、移動局の受信性能が劣化することになり、ひいてはアダプティブアレイ基地局のエリアを狭めることとなっていた。
【００２７】
このように、アンテナ間のウェイトが理想的なウェイトになりにくく、ばらつきが生じる原因について以下に詳細に説明する。
【００２８】
一般に、アダプティブアレイ基地局の受信状態が良好な場合、すなわち所望の移動局からの信号の受信レベルが十分大きく、かつ４本のアンテナの受信レベルが等しく、しかも干渉波がない状態では、受信ウェイトが理想的なウェイト（アンテナごとのウェイトの大きさがすべて等しいウェイト）でなくても、問題なく所望信号を受信することができる。
【００２９】
これは、上述のように受信状態が良好な場合は、たとえアダプティブアレイ処理による複数アンテナ間の位相振幅合成が理想的に行われていなくても、すなわち理想的なウェイトが推定されていなくても、参照信号とアレイ出力信号との誤差が十分小さいため、所望信号の受信が可能となるからである。
【００３０】
このように、受信状態が良好な場合、受信ウェイトが理想的でなくても受信に関しては問題はないが、そのような理想的ではない受信ウェイトを送信ウェイトとして使用すると、前述のように理想的な送信ウェイト（アンテナごとの大きさがすべて等しいウェイト）を用いた場合と比べて、送信電力が低下し、移動局での受信性能が劣化することになる。
【００３１】
ここで、受信状態が良好なアダプティブアレイ基地局の４本のアンテナの受信信号Ｘ1，Ｘ2，Ｘ3，Ｘ4は、移動局からの所望信号をＳ（ｔ）、それぞれのアンテナに対応する受信応答ベクトルをｈ1，ｈ2，ｈ3，ｈ4、それぞれのアンテナに対応する伝搬路のノイズレベルをｎ1，ｎ2，ｎ3，ｎ4とすると、以下のように表わされる：
Ｘ1＝ｈ1＊Ｓ（ｔ）＋ｎ1
Ｘ2＝ｈ2＊Ｓ（ｔ）＋ｎ2
Ｘ3＝ｈ3＊Ｓ（ｔ）＋ｎ3
Ｘ4＝ｈ4＊Ｓ（ｔ）＋ｎ4
ここで、受信応答ベクトルｈ1，ｈ2，ｈ3，ｈ4の大きさがすべて等しく、ノイズレベルｎ1，ｎ2，ｎ3，ｎ4が十分小さい場合には、４本のアンテナのそれぞれのウェイトＷ1，Ｗ2，Ｗ3，Ｗ4の大きさはすべて等しくなり、理想的な受信ウェイトが得られるはずである。
【００３２】
しかしながら実際にはノイズが存在し、アンテナごとのウェイトを逐次更新するウェイト推定処理においては、ノイズの多いアンテナほどそのウェイトを小さく推定する傾向がある。ノイズはランダムに発生しているので、アンテナごとのウェイトの大きさにばらつきが生じることになる。
【００３３】
このようなノイズ成分は、十分長い時間にわたって平均すれば０となるが、前述したように、従来のウェイト推定処理では、受信信号の各フレームの先頭部分のウェイト推定区間（ＰＲ、ＵＷなどの区間）において受信ウェイトベクトルをほぼ収束させるような処理を行なっており、そのような推定区間の初期の数シンボルの区間で発生するノイズにより大まかなウェイトのばらつきが決定してしまう傾向がある。
【００３４】
要約すると、ＭＭＳＥ法により受信ウェイトの逐次推定を行うアダプティブアレイ基地局では、ウェイト推定区間においてノイズ成分の多いアンテナほどそのウェイトが小さく推定され、特に基地局の受信状態が良好な場合、初期の数シンボルで大まかなウェイトのばらつきが決まってしまうことになる。
【００３５】
このため、アダプティブアレイ基地局において、理想的なウェイト推定ができない場合があり、そのような場合でも所望信号の受信には問題がないものの、送信に関しては、移動局側の受信性能が劣化し、通信品質が劣化することになる。このため、従来の送信ウェイトの推定方法では、高度の通信品質を要求されるデータ通信などには対応することができないという問題があった。
【００３６】
それゆえに、この発明の目的は、それぞれのアンテナにおけるノイズの影響を除去した高精度の送信ウェイトを推定することにより、十分な送信電力による信号送信を可能にし、通信品質の向上を図った、無線装置、送信ウェイト推定方法、および送信ウェイト推定プログラムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００３７】
この発明の１つの局面によれば、複数アンテナを用いて信号を送受信する無線装置は、アダプティブアレイ処理手段と、受信応答ベクトル計算手段と、送信ウェイトベクトル推定手段と、重み付け手段とを備える。アダプティブアレイ処理手段は、複数のアンテナで受信した複数の無線信号にアダプティブアレイ処理を施して受信信号を抽出する。受信応答ベクトル計算手段は、複数の無線信号と抽出された受信信号とに基づいて受信応答ベクトルを計算する。送信ウェイトベクトル推定手段は、計算された受信応答ベクトルを送信ウェイトベクトルとして推定する。重み付け手段は、外部から供給された送信信号を推定された送信ウェイトベクトルで重み付けして複数のアンテナに供給する。
【００３８】
この発明のさらに他の局面によれば、複数アンテナを用いて信号を送受信する無線装置における送信ウェイト推定方法であって、複数のアンテナで受信した複数の無線信号にアダプティブアレイ処理を施して受信信号を抽出するステップと、複数の無線信号と抽出された受信信号とに基づいて受信応答ベクトルを計算するステップと、計算された受信応答ベクトルを送信ウェイトベクトルとして推定するステップとを備える。
【００３９】
この発明のさらに他の局面によれば、複数アンテナを用いて信号を送受信する無線装置における送信ウェイト推定プログラムであって、コンピュータに、複数のアンテナで受信した複数の無線信号にアダプティブアレイ処理を施して受信信号を抽出するステップと、複数の無線信号と抽出された受信信号とに基づいて受信応答ベクトルを計算するステップと、計算された受信応答ベクトルを送信ウェイトベクトルとして推定するステップとを実行させる。
【発明の効果】
【００４０】
この発明によれば、受信応答ベクトルを送信ウェイトベクトルとして推定することによってそれぞれのアンテナにおけるノイズの影響を除去したことにより高精度の送信ウェイトベクトルの推定が可能となり、ひいては十分な送信電力による通信品質の向上を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４１】
以下、この発明の実施の形態を図面を参照して詳しく説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰返さない。
【００４２】
［実施の形態１］
図１は、この発明の実施の形態１による無線装置として、ＰＨＳのアダプティブアレイ基地局の処理を機能的に説明する機能ブロック図である。図１に示す機能ブロックは、ＤＳＰのようなデジタル信号処理装置４により、ソフトウェア的に実行される。
【００４３】
図１に示したアダプティブアレイ基地局は、図７に示した従来のアダプティブアレイ基地局と以下の点を除いて同じである。すなわち、図７の従来例の構成に加えて、受信応答ベクトル計算機５が設けられている。そして、図７の従来例において、受信ウェイトベクトル計算機１の出力が送信ウェイトベクトル設定機３に転送されているのに対し、図１の実施の形態１では、受信応答ベクトル計算機５で計算された受信応答ベクトルが送信ウェイトベクトル設定機３に転送され、送信ウェイトベクトル設定機３は、受信応答ベクトルをコピーして送信ウェイトベクトルとして用いる。
【００４４】
受信応答ベクトル計算機５は、４本のアンテナＡ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４でそれぞれ受信した信号Ｘ1，Ｘ2，Ｘ3，Ｘ4の各々と、一旦受信に成功してアダプティブアレイ処理により得られた受信信号Ｙ（ｔ）との積を所定時間にわたって時間平均することにより得られるｈ1，ｈ2，ｈ3，ｈ4からなる受信応答ベクトルＨ（ｔ）を算出する。ここでいう所定時間は十分長いことが望ましく、たとえばＰＨＳの場合、２０シンボル（１００μ秒）程度の期間が用いられる。
【００４５】
より詳細に説明すると、受信応答ベクトルは、一般的に以下の式により導出される。まず、受信信号Ｘ1，Ｘ2，Ｘ3，Ｘ4は、受信応答ベクトルｈ1，ｈ2，ｈ3，ｈ4と受信信号Ｙ（ｔ）とを用いて下記の式で表わされる。
【００４６】
Ｘ1＝ｈ1・Ｙ（ｔ）＋ｎ1（ｔ）
Ｘ2＝ｈ2・Ｙ（ｔ）＋ｎ2（ｔ）
Ｘ3＝ｈ3・Ｙ（ｔ）＋ｎ3（ｔ）
Ｘ4＝ｈ4・Ｙ（ｔ）＋ｎ4（ｔ）
ここで、ｎ1（ｔ），ｎ2（ｔ），ｎ3（ｔ），ｎ4（ｔ）はノイズ成分である。
【００４７】
次に、受信信号Ｘ1，Ｘ2，Ｘ3，Ｘ4と、受信信号Ｙ（ｔ）の複素共役Ｙ*（ｔ）とのアンサンブル平均（時間平均）Ｅを取ると次式のように表される。
【００４８】
【数１】
ここで、時間ｔが十分大きければ（たとえば前述のように１００μ秒）、次式が得られる。
【００４９】
Ｅ［Ｙ（ｔ）・Ｙ*（ｔ）］＝１
Ｅ［ｎ1（ｔ）・Ｙ*（ｔ）］＝０
Ｅ［ｎ2（ｔ）・Ｙ*（ｔ）］＝０
Ｅ［ｎ3（ｔ）・Ｙ*（ｔ）］＝０
Ｅ［ｎ4（ｔ）・Ｙ*（ｔ）］＝０
この結果、受信応答ベクトルｈ1，ｈ2，ｈ3，ｈ4は、次式で表わされる。
【００５０】
ｈ1＝Ｅ［Ｘ1・Ｙ*（ｔ）］
ｈ2＝Ｅ［Ｘ2・Ｙ*（ｔ）］
ｈ3＝Ｅ［Ｘ3・Ｙ*（ｔ）］
ｈ4＝Ｅ［Ｘ4・Ｙ*（ｔ）］
このようにして得られた受信応答ベクトルは、時間平均によってノイズの影響が軽減されており、干渉波がない場合、このようにノイズの影響が軽減された受信応答ベクトルは、理想的なウェイトベクトルとの相関が非常に高いものとなる。図１の実施の形態１では、このように理想的なウェイトベクトルとの相関が非常に高い受信応答ベクトルを送信ウェイトベクトルとして設定することにより、４本のアンテナから送信される電力の最大化を図ることができる。
【００５１】
なお、このように求められた受信応答ベクトルを転用した送信ウェイトは、１フレームごとに更新されることになる。
【００５２】
図２は、図１のデジタル信号処理装置（ＤＳＰ）４で実現される図１の送信ウェイト推定方法を示すフロー図である。
【００５３】
図２を参照して、まずステップＳ１において、受信ウェイトベクトル計算機１によって、図７の従来例と同様に受信ウェイトベクトルが計算される。
【００５４】
そして、ステップＳ２において、従来例と同様に、乗算器ＭＲ１〜ＭＲ４および加算器ＭＡによる複素演算により、受信信号Ｙ（ｔ）が算出される。
【００５５】
次に、ステップＳ３において、受信応答ベクトル計算機５により、受信信号Ｘ1，Ｘ2，Ｘ3，Ｘ4と、一旦算出された受信信号Ｙ（ｔ）との乗算および時間平均により、受信応答ベクトルが算出される。
【００５６】
そして、ステップＳ４において、ステップＳ３で計算された受信応答ベクトルが送信ウェイトベクトルに転用され、送信ウェイトベクトル計算機３に設定される。
【００５７】
以上のように、この発明の実施の形態１によれば、アダプティブアレイ基地局において、計算された受信応答ベクトルを送信ウェイトベクトルとして用いることによってそれぞれのアンテナにおけるノイズの影響を除去したことにより高精度の送信ウェイトベクトルの推定が可能となり、ひいては十分な送信電力による信号の送信が可能となる。この結果、移動局の受信レベルが増大し、移動体通信システムにおける通信品質の向上を図ることができる。
【００５８】
［実施の形態２］
図３は、この発明の実施の形態２による無線装置として、ＰＨＳのアダプティブアレイ基地局の処理を機能的に説明する機能ブロック図である。図３に示す機能ブロックは、ＤＳＰのようなデジタル信号処理装置４により、ソフトウェア的に実行される。
【００５９】
図３に示したアダプティブアレイ基地局は、図１に示した実施の形態１のアダプティブアレイ基地局と以下の点を除いて同じである。すなわち、図１の構成に加えて、送信ウェイトベクトル計算機６が設けられており、送信ウェイトベクトル計算機６は、４本のアンテナＡ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４でそれぞれ受信した信号Ｘ1，Ｘ2，Ｘ3，Ｘ4と、受信応答ベクトル計算機５で計算された受信応答ベクトルＨ（ｔ）と、メモリ２に格納されている参照信号ｄ（ｔ）とを受けて、送信ウェイトベクトルを算出する。
【００６０】
より詳細に、たとえば受信ウェイトベクトル計算機１では、ＲＬＳ、ＬＭＳなどのアルゴリズムで、アレイ出力と参照信号との誤差の２乗である｜ΣＷ（ｔ）Ｘ（ｔ）−ｄ（ｔ）｜2が最小となるように、シンボルごとに受信ウェイトベクトルＷ（ｔ）を逐次更新し、収束させている。このようにして、受信ウェイトベクトルＷ（ｔ）の計算を開始する際、最初に受信ウェイトベクトルＷ（ｔ）の初期値として、たとえば０，０，０，０のような適当な値を与えているが、この実施の形態２の送信ウェイトベクトル計算機６では、受信応答ベクトル計算機５で計算された受信応答ベクトルをウェイトベクトルＷ（ｔ）の初期値として用いて、受信信号ベクトルＸ（ｔ）とウェイトベクトルＷ（ｔ）との積と、参照信号ｄ（ｔ）との誤差の２乗が最小となるように、ウェイトベクトルを収束させていき、その結果を送信ウェイトベクトルとして送信ウェイトベクトル設定機３に設定する。
【００６１】
すなわち、この実施の形態２では、一旦ウェイト推定処理により送信ウェイトベクトルを算出して時間平均により受信応答ベクトルを求めた後、その受信応答ベクトルを初期値として再度ウェイト推定処理を行い、送信ウェイトベクトルを求めている。
【００６２】
なお、この実施の形態２では、ウェイトは、シンボルごとに更新され、最終シンボルにて求まったウェイトを送信ウェイトとしている。
【００６３】
上述の０，０，０，０のような適当な初期値を与えた場合には、ウェイト推定処理により、ノイズの少ないアンテナに対するウェイトが大きくなるようなウェイト推定が行われていた。これに対し、一旦ウェイト推定された結果の時間平均に基づく受信応答ベクトルはウェイト推定の初期値としてより正確な値と考えられ、このような初期値を用いて再度ウェイト推定処理を行なうことにより、誤差成分の低減を図り、アンテナごとのウェイトのばらつきを抑制することができる。
【００６４】
図４は、図３のデジタル信号処理装置（ＤＳＰ）４で実現される図３の送信ウェイト推定方法を示すフロー図である。
【００６５】
図４を参照して、まずステップＳ１１において、受信ウェイトベクトル計算機１によって、図７の従来例と同様に受信ウェイトベクトルが計算される。
【００６６】
そして、ステップＳ１２において、従来例と同様に、乗算器ＭＲ１〜ＭＲ４および加算器ＭＡによる複素演算により、受信信号Ｙ（ｔ）が算出される。
【００６７】
次に、ステップＳ１３において、受信応答ベクトル計算機５により、受信信号Ｘ1，Ｘ2，Ｘ3，Ｘ4と、一旦算出された受信信号Ｙ（ｔ）との乗算および時間平均により、受信応答ベクトルが算出される。
【００６８】
そして、ステップＳ１４において、送信ウェイトベクトル計算機６が、ステップＳ１３で計算された受信応答ベクトルを初期値としてウェイト推定を行って送信ウェイトベクトルを計算し、送信ウェイトベクトル計算機３に設定する。
【００６９】
以上のように、この発明の実施の形態２によれば、アダプティブアレイ基地局において、計算された受信応答ベクトルを送信ウェイトベクトル推定の初期値として用いることによってそれぞれのアンテナにおけるノイズの影響を除去したことにより高精度の送信ウェイトベクトルの推定が可能となり、ひいては十分な送信電力による信号の送信が可能となる。この結果、移動局の受信レベルが増大し、移動体通信システムにおける通信品質の向上を図ることができる。
【００７０】
［実施の形態３］
図５は、この発明の実施の形態３による無線装置として、ＰＨＳのアダプティブアレイ基地局の処理を機能的に説明する機能ブロック図である。図５に示す機能ブロックは、ＤＳＰのようなデジタル信号処理装置４により、ソフトウェア的に実行される。
【００７１】
図５に示したアダプティブアレイ基地局は、図７に示した従来のアダプティブアレイ基地局と以下の点を除いて同じである。すなわち、図７の従来例の構成に加えて、送信ウェイトベクトル計算機７と、復調回路８と、再変調回路９とが設けられている。
【００７２】
この実施の形態３における送信ウェイトベクトル計算機７は、送信ウェイトベクトルをウィナー解から直接算出するものである。ＳＭＩアルゴリズムによりウィナー解を求めてウェイトベクトルを直接算出する方法は周知であるが、その導出方法については後で詳細に説明する。
【００７３】
前述のように、ノイズの影響を除去するためには、時間平均処理が有効である。したがって、時間平均を十分長くとったウィナー解を算出することにより、理想的なウェイトベクトルが推定される。たとえばＰＨＳの場合、２０シンボル（１００μ秒）程度の期間が用いられる。
【００７４】
また、後述するようにウィナー解の算出には参照信号が必要となるが、通常の参照信号（ＰＲ、ＵＷなどの既知信号区間）は短いため、十分な長さの時間平均を取ることができない。
【００７５】
そこで、この実施の形態３では、アダプティブアレイ処理により一旦算出された受信信号Ｙ（ｔ）のデータ部などの信号系列（上述の２０シンボルのように既知信号区間よりも長い区間）を復調回路８で復調し、さらに復調された信号を、受信エラーのない状態で再変調回路９で再変調することにより得られた十分な長さの信号系列を参照信号として利用することにより、時間平均を十分長くとったウィナー解を算出することができる。
【００７６】
以下に、ウィナー解の算出過程について説明する。アンテナＡ１〜Ａ４で受信した受信信号ベクトルをＸ（ｔ）＝［Ｘ1（ｔ），Ｘ2（ｔ），Ｘ3（ｔ），Ｘ4（ｔ）］Tとし、参照信号（この実施の形態では再変調回路９の再変調出力信号）をｒ（ｔ）とした場合、受信信号ベクトルの相関行列Ｒxxは、以下の数２により算出される。
【００７７】
【数２】
この数２において、Ｈは複素共役転置、＊は複素共役、Ｅはアンサンブル平均（時間平均）を表わす。
【００７８】
一方、受信信号ベクトルと参照信号との相関ベクトルｒｘｄは、以下の数３に
より算出される。
【００７９】
【数３】
ここで、ウィナー解、すなわち最適の送信ウェイトベクトルＷoptは、下記のように、数２で求めた相関行列Ｒxxの逆行列と、相関ベクトルｒｘｄとの積で表わされる。
【００８０】
Ｗopt＝Ｒxx-1・ｒｘｄ
このように、十分長い時間平均によりノイズの影響（特にウェイトのばらつきの原因となるウェイト推定区間の初期の数シンボルにおけるノイズの影響）を除去した送信ウェイトベクトルを算出することができる。
【００８１】
なお、このように求められた送信ウェイトは、１フレームごとに更新されることになる。
【００８２】
図６は、図５のデジタル信号処理装置（ＤＳＰ）４で実現される図５の送信ウェイト推定方法を示すフロー図である。
【００８３】
図６を参照して、まずステップＳ２１において、受信ウェイトベクトル計算機１によって、図７の従来例と同様に受信ウェイトベクトルが計算される。
【００８４】
そして、ステップＳ２２において、従来例と同様に、乗算器ＭＲ１〜ＭＲ４および加算器ＭＡによる複素演算により、受信信号Ｙ（ｔ）が算出される。
【００８５】
次に、ステップＳ２３において、復調回路８により、算出された受信信号Ｙ（ｔ）が復調され、さらに再変調回路９により再変調される。
【００８６】
そして、ステップＳ２４において、送信ウェイトベクトル計算機７が、ステップＳ２３で計算された再変調信号を参照信号として、前述の計算式にしたがってウィナー解を計算し、最適の送信ウェイトベクトルとして送信ウェイトベクトル計算機３に設定する。
【００８７】
以上のように、この発明の実施の形態３によれば、アダプティブアレイ基地局において、再変調された受信信号を参照信号として、受信した無線信号のウィナー解から直接、送信ウェイトベクトルを推定することによってそれぞれのアンテナにおけるノイズの影響を除去したことにより高精度の送信ウェイトベクトルの推定が可能となり、ひいては十分な送信電力による信号の送信が可能となる。この結果、移動局の受信レベルが増大し、移動体通信システムにおける通信品質の向上を図ることができる。
【００８８】
なお、上述の各実施の形態では、ＰＨＳのアダプティブアレイ基地局にこの発明を適用した場合について説明したが、この発明は、基地局に限らず、複数アンテナを用いてアダプティブアレイ処理を行なうアダプティブアレイ移動局にも適用できることはいうまでもない。
【００８９】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【図面の簡単な説明】
【００９０】
【図１】この発明の実施の形態１による無線装置の構成を示す機能ブロック図である。
【図２】図１に示した無線装置における送信ウェイト推定方法を示すフロー図である。
【図３】この発明の実施の形態２による無線装置の構成を示す機能ブロック図である。
【図４】図３に示した無線装置における送信ウェイト推定方法を示すフロー図である。
【図５】この発明の実施の形態３による無線装置の構成を示す機能ブロック図である。
【図６】図５に示した無線装置における送信ウェイト推定方法を示すフロー図である。
【図７】従来の無線装置の構成を示す機能ブロック図である。
【符号の説明】
【００９１】
１ 受信ウェイトベクトル計算機、２ メモリ、３ 送信ウェイトベクトル設定機、４ デジタル信号処理装置、５ 受信応答ベクトル計算機、６，７ 送信ウェイトベクトル計算機、８ 復調回路、９ 再変調回路、Ａ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４ アンテナ、Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４ スイッチ回路、ＭＲ１，ＭＲ２，ＭＲ３，ＭＲ４，ＭＴ１，ＭＴ２，ＭＴ３，ＭＴ４ 乗算器、ＭＡ 加算器。
【技術分野】
【０００１】
この発明は、無線装置、送信ウェイト推定方法、および送信ウェイト推定プログラムに関し、特に、高精度の送信ウェイトを推定することにより十分な送信電力による信号送信を可能にした、無線装置、送信ウェイト推定方法、および送信ウェイト推定プログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、急速に発達しつつある移動体通信システム（たとえば、Personal Handy phone System：以下、ＰＨＳ）では、基地局と移動局との間の通信に際し、特に基地局において、アダプティブアレイ処理により所望の特定の移動局からの受信信号を抽出する方式が提案されている。
【０００３】
アダプティブアレイ処理とは、移動局からの受信信号に基づいて、基地局のアンテナごとの受信係数（ウェイト）からなる受信ウェイトベクトルを計算して適応制御することによって、特定の移動局からの信号を正確に抽出する処理である。
【０００４】
このようなアダプティブアレイ処理を採用したアダプティブアレイ基地局においては、受信信号のシンボルごとにこのような受信ウェイトベクトルを計算する受信ウェイトベクトル計算機が設けられ、この受信ウェイトベクトル計算機は、受信信号の各フレームの先頭部分に設けられた既知の参照信号区間（ウェイト推定区間）において、受信信号と算出された受信ウェイトベクトルとの複素乗算和と、当該既知の参照信号との誤差の２乗を減少させるよう受信ウェイトベクトルを収束させる処理、すなわち特定の移動局からの受信指向性を収束させるアダプティブアレイ処理を実行する。
【０００５】
アダプティブアレイ処理では、このような受信ウェイトベクトルの収束を、時間や信号電波の伝搬路特性の変動に応じて適応的に行ない、受信信号中から干渉成分やノイズを除去し、特定の移動局からの受信信号を抽出している。
【０００６】
アダプティブアレイ基地局ではさらに、このようにして算出された受信ウェイトベクトルをコピーした送信ウェイトベクトルで送信信号を重み付けすることにより、移動局に対する送信指向性および送信電力を決定している。
【０００７】
図７は、デジタルシグナルプロセッサ（ＤＳＰ）のようなデジタル信号処理装置によってソフトウェア的に実行される、従来のアダプティブアレイ基地局における処理を機能的に説明するための機能ブロック図である。
【０００８】
図７を参照して、無線基地システムの複数本のアンテナ、たとえば４本のアンテナＡ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４でそれぞれ受信された移動局からの受信信号Ｘ1，Ｘ2，Ｘ3，Ｘ4からなる受信信号ベクトルＸ（ｔ）は、スイッチ回路Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４で受信回路側に切替えられ、図示しないＡ／Ｄ変換機でそれぞれデジタル信号に変換される。
【０００９】
これらのデジタル信号は、アダプティブアレイ基地局のＤＳＰ４に与えられ、図７に示す機能ブロック図にしたがって以後ソフトウェア的にアダプティブアレイ処理が施される。
【００１０】
図７を参照して、スイッチ回路Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４で受信回路側に切替えられた受信信号ベクトルＸ（ｔ）は、乗算器ＭＲ１，ＭＲ２，ＭＲ３，ＭＲ４のそれぞれの一方入力に与えられるとともに、受信ウェイトベクトル計算機１に与えられる。
【００１１】
受信ウェイトベクトル計算機１は、後述するアダプティブアレイアルゴリズムにより、アンテナごとのウェイトＷ1，Ｗ2，Ｗ3，Ｗ4からなる受信ウェイトベクトルＷ（ｔ）を算出し、乗算器ＭＲ１，ＭＲ２，ＭＲ３，ＭＲ４のそれぞれの他方入力に与えて、対応するアンテナからの受信信号ベクトルとそれぞれ複素乗算する。加算器ＭＡによりその複素乗算結果の総和であるアレイ出力信号Ｙ（ｔ）＝ΣＷ（ｔ）Ｘ（ｔ）が受信信号として出力される。
【００１２】
受信ウェイトベクトル計算機１には、メモリ２に予め記憶されている既知の参照信号ｄ（ｔ）が与えられ、アダプティブアレイアルゴリズムによる受信ウェイトベクトルの計算に供される。受信ウェイトベクトル計算機１は、｜Ｙ（ｔ）−ｄ（ｔ）｜2を最小化するように受信ウェイトベクトルＷ（ｔ）を収束させる。
【００１３】
この参照信号ｄ（ｔ）は、移動局からの受信信号が含むすべてのユーザに共通の既知の信号であり、たとえばＰＨＳでは、受信信号のうち、既知のビット列で構成されたプリアンブル（ＰＲ）およびユニークワード（ＵＷ）の区間が用いられる。
【００１４】
この受信ウェイトベクトル計算機１では、アレイ出力信号と参照信号との誤差の２乗に基づく最急降下法ＭＭＳＥ（Minimum Mean Square Error）によりウェイトの学習を行うアルゴリズムである、ＲＬＳ（Recursive Least Squares）アルゴリズム、ＬＭＳ（Least Mean Square）アルゴリズム、ＳＭＩ（Sample Matrix Inversion）アルゴリズムなどのアダプティブアレイアルゴリズムを使用している。
【００１５】
このようなＲＬＳアルゴリズム、ＬＭＳアルゴリズム、ＳＭＩアルゴリズムなどは、アダプティブアレイ処理の分野では周知の技術であり、たとえば菊間信良著の「アレーアンテナによる適応信号処理」（科学技術出版）の第３５頁〜第４９頁の「第３章 ＭＭＳＥアダプティブアレー」に詳細に説明されているので、ここではその説明を省略する。
【００１６】
受信ウェイトベクトル計算機１で算出された受信ウェイトベクトルは送信ウェイトベクトル設定機３に転送され、受信ウェイトベクトルをコピーすることにより、送信ウェイトベクトルが設定される。
【００１７】
図示しない送信信号源からの送信信号が乗算器ＭＴ１，ＭＴ２，ＭＴ３，ＭＴ４のそれぞれの一方入力端子に与えられ、乗算器ＭＴ１，ＭＴ２，ＭＴ３，ＭＴ４のそれぞれの他方入力端子には、送信ウェイトベクトル設定機３で計算された送信ウェイトベクトルが印加される。
【００１８】
このように、送信ウェイトベクトルとの複素乗算で重み付けされた送信信号は、スイッチ回路Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４で選択されて、アンテナＡ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４を介して送信される。
【００１９】
受信時と同じアンテナＡ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４を介して送信される信号には、受信信号と同様に特定の移動局をターゲットとする送信ウェイトベクトルによる重み付けがされているため、これらのアンテナから送信された電波信号は、この特定の移動局をターゲットとする送信指向性を伴って飛ばされることになる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２０】
ところで、最近の移動体通信システムでは、データ通信のように、従来の音声通信に比べて、高品質の通信が要求されるようになってきている。
【００２１】
このような高品質の通信を行うためには、以下に説明するように、送信指向性および送信電力の制御をより高精度に行なう必要がある。特に、干渉波がない場合には、送信電力の制御が問題となる。
【００２２】
一般的に、無線装置では、１本のアンテナで送信できる電力は一定レベルに規制されている。このため、図７のように複数のアンテナを用いて送信するアダプティブアレイ基地局では、アンテナごとのウェイトの大きさにより、送信電力の大きさ、すなわち移動局側での受信電力の大きさが変化することになる。
【００２３】
たとえば１本のアンテナの送信できる最大電力が４０ｍＷとした場合、基地局の４本のアンテナの送信ウェイトの大きさがすべて等しければ、４本のアンテナすべてから４０ｍＷの電力で信号を送信することができ、移動局に対し最大電力で信号を送信することができる。
【００２４】
これに対し、たとえば４本のアンテナの送信ウェイトの大きさの比がそれぞれ４：３：２：１であれば、最大電力の４０ｍＷで送信することができるアンテナは、送信ウェイトが最大の１本のアンテナに限られ、残りのアンテナはそれぞれの送信ウェイトの大きさの比に応じた３０ｍＷ、２０ｍＷ、１０ｍＷの電力で送信することができるにすぎない。
【００２５】
前述のように、従来のアダプティブアレイ基地局では、受信ウェイトベクトルをコピーして送信ウェイトベクトルとして使用しているが、現実には、ノイズの影響によりアンテナごとのウェイトが理想的にすべて等しくなることはなく、通常は、アンテナ間のウェイトにばらつきが生じる。
【００２６】
このため、移動局における受信電力が低下し、移動局の受信性能が劣化することになり、ひいてはアダプティブアレイ基地局のエリアを狭めることとなっていた。
【００２７】
このように、アンテナ間のウェイトが理想的なウェイトになりにくく、ばらつきが生じる原因について以下に詳細に説明する。
【００２８】
一般に、アダプティブアレイ基地局の受信状態が良好な場合、すなわち所望の移動局からの信号の受信レベルが十分大きく、かつ４本のアンテナの受信レベルが等しく、しかも干渉波がない状態では、受信ウェイトが理想的なウェイト（アンテナごとのウェイトの大きさがすべて等しいウェイト）でなくても、問題なく所望信号を受信することができる。
【００２９】
これは、上述のように受信状態が良好な場合は、たとえアダプティブアレイ処理による複数アンテナ間の位相振幅合成が理想的に行われていなくても、すなわち理想的なウェイトが推定されていなくても、参照信号とアレイ出力信号との誤差が十分小さいため、所望信号の受信が可能となるからである。
【００３０】
このように、受信状態が良好な場合、受信ウェイトが理想的でなくても受信に関しては問題はないが、そのような理想的ではない受信ウェイトを送信ウェイトとして使用すると、前述のように理想的な送信ウェイト（アンテナごとの大きさがすべて等しいウェイト）を用いた場合と比べて、送信電力が低下し、移動局での受信性能が劣化することになる。
【００３１】
ここで、受信状態が良好なアダプティブアレイ基地局の４本のアンテナの受信信号Ｘ1，Ｘ2，Ｘ3，Ｘ4は、移動局からの所望信号をＳ（ｔ）、それぞれのアンテナに対応する受信応答ベクトルをｈ1，ｈ2，ｈ3，ｈ4、それぞれのアンテナに対応する伝搬路のノイズレベルをｎ1，ｎ2，ｎ3，ｎ4とすると、以下のように表わされる：
Ｘ1＝ｈ1＊Ｓ（ｔ）＋ｎ1
Ｘ2＝ｈ2＊Ｓ（ｔ）＋ｎ2
Ｘ3＝ｈ3＊Ｓ（ｔ）＋ｎ3
Ｘ4＝ｈ4＊Ｓ（ｔ）＋ｎ4
ここで、受信応答ベクトルｈ1，ｈ2，ｈ3，ｈ4の大きさがすべて等しく、ノイズレベルｎ1，ｎ2，ｎ3，ｎ4が十分小さい場合には、４本のアンテナのそれぞれのウェイトＷ1，Ｗ2，Ｗ3，Ｗ4の大きさはすべて等しくなり、理想的な受信ウェイトが得られるはずである。
【００３２】
しかしながら実際にはノイズが存在し、アンテナごとのウェイトを逐次更新するウェイト推定処理においては、ノイズの多いアンテナほどそのウェイトを小さく推定する傾向がある。ノイズはランダムに発生しているので、アンテナごとのウェイトの大きさにばらつきが生じることになる。
【００３３】
このようなノイズ成分は、十分長い時間にわたって平均すれば０となるが、前述したように、従来のウェイト推定処理では、受信信号の各フレームの先頭部分のウェイト推定区間（ＰＲ、ＵＷなどの区間）において受信ウェイトベクトルをほぼ収束させるような処理を行なっており、そのような推定区間の初期の数シンボルの区間で発生するノイズにより大まかなウェイトのばらつきが決定してしまう傾向がある。
【００３４】
要約すると、ＭＭＳＥ法により受信ウェイトの逐次推定を行うアダプティブアレイ基地局では、ウェイト推定区間においてノイズ成分の多いアンテナほどそのウェイトが小さく推定され、特に基地局の受信状態が良好な場合、初期の数シンボルで大まかなウェイトのばらつきが決まってしまうことになる。
【００３５】
このため、アダプティブアレイ基地局において、理想的なウェイト推定ができない場合があり、そのような場合でも所望信号の受信には問題がないものの、送信に関しては、移動局側の受信性能が劣化し、通信品質が劣化することになる。このため、従来の送信ウェイトの推定方法では、高度の通信品質を要求されるデータ通信などには対応することができないという問題があった。
【００３６】
それゆえに、この発明の目的は、それぞれのアンテナにおけるノイズの影響を除去した高精度の送信ウェイトを推定することにより、十分な送信電力による信号送信を可能にし、通信品質の向上を図った、無線装置、送信ウェイト推定方法、および送信ウェイト推定プログラムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００３７】
この発明の１つの局面によれば、複数アンテナを用いて信号を送受信する無線装置は、アダプティブアレイ処理手段と、受信応答ベクトル計算手段と、送信ウェイトベクトル推定手段と、重み付け手段とを備える。アダプティブアレイ処理手段は、複数のアンテナで受信した複数の無線信号にアダプティブアレイ処理を施して受信信号を抽出する。受信応答ベクトル計算手段は、複数の無線信号と抽出された受信信号とに基づいて受信応答ベクトルを計算する。送信ウェイトベクトル推定手段は、計算された受信応答ベクトルを送信ウェイトベクトルとして推定する。重み付け手段は、外部から供給された送信信号を推定された送信ウェイトベクトルで重み付けして複数のアンテナに供給する。
【００３８】
この発明のさらに他の局面によれば、複数アンテナを用いて信号を送受信する無線装置における送信ウェイト推定方法であって、複数のアンテナで受信した複数の無線信号にアダプティブアレイ処理を施して受信信号を抽出するステップと、複数の無線信号と抽出された受信信号とに基づいて受信応答ベクトルを計算するステップと、計算された受信応答ベクトルを送信ウェイトベクトルとして推定するステップとを備える。
【００３９】
この発明のさらに他の局面によれば、複数アンテナを用いて信号を送受信する無線装置における送信ウェイト推定プログラムであって、コンピュータに、複数のアンテナで受信した複数の無線信号にアダプティブアレイ処理を施して受信信号を抽出するステップと、複数の無線信号と抽出された受信信号とに基づいて受信応答ベクトルを計算するステップと、計算された受信応答ベクトルを送信ウェイトベクトルとして推定するステップとを実行させる。
【発明の効果】
【００４０】
この発明によれば、受信応答ベクトルを送信ウェイトベクトルとして推定することによってそれぞれのアンテナにおけるノイズの影響を除去したことにより高精度の送信ウェイトベクトルの推定が可能となり、ひいては十分な送信電力による通信品質の向上を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４１】
以下、この発明の実施の形態を図面を参照して詳しく説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰返さない。
【００４２】
［実施の形態１］
図１は、この発明の実施の形態１による無線装置として、ＰＨＳのアダプティブアレイ基地局の処理を機能的に説明する機能ブロック図である。図１に示す機能ブロックは、ＤＳＰのようなデジタル信号処理装置４により、ソフトウェア的に実行される。
【００４３】
図１に示したアダプティブアレイ基地局は、図７に示した従来のアダプティブアレイ基地局と以下の点を除いて同じである。すなわち、図７の従来例の構成に加えて、受信応答ベクトル計算機５が設けられている。そして、図７の従来例において、受信ウェイトベクトル計算機１の出力が送信ウェイトベクトル設定機３に転送されているのに対し、図１の実施の形態１では、受信応答ベクトル計算機５で計算された受信応答ベクトルが送信ウェイトベクトル設定機３に転送され、送信ウェイトベクトル設定機３は、受信応答ベクトルをコピーして送信ウェイトベクトルとして用いる。
【００４４】
受信応答ベクトル計算機５は、４本のアンテナＡ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４でそれぞれ受信した信号Ｘ1，Ｘ2，Ｘ3，Ｘ4の各々と、一旦受信に成功してアダプティブアレイ処理により得られた受信信号Ｙ（ｔ）との積を所定時間にわたって時間平均することにより得られるｈ1，ｈ2，ｈ3，ｈ4からなる受信応答ベクトルＨ（ｔ）を算出する。ここでいう所定時間は十分長いことが望ましく、たとえばＰＨＳの場合、２０シンボル（１００μ秒）程度の期間が用いられる。
【００４５】
より詳細に説明すると、受信応答ベクトルは、一般的に以下の式により導出される。まず、受信信号Ｘ1，Ｘ2，Ｘ3，Ｘ4は、受信応答ベクトルｈ1，ｈ2，ｈ3，ｈ4と受信信号Ｙ（ｔ）とを用いて下記の式で表わされる。
【００４６】
Ｘ1＝ｈ1・Ｙ（ｔ）＋ｎ1（ｔ）
Ｘ2＝ｈ2・Ｙ（ｔ）＋ｎ2（ｔ）
Ｘ3＝ｈ3・Ｙ（ｔ）＋ｎ3（ｔ）
Ｘ4＝ｈ4・Ｙ（ｔ）＋ｎ4（ｔ）
ここで、ｎ1（ｔ），ｎ2（ｔ），ｎ3（ｔ），ｎ4（ｔ）はノイズ成分である。
【００４７】
次に、受信信号Ｘ1，Ｘ2，Ｘ3，Ｘ4と、受信信号Ｙ（ｔ）の複素共役Ｙ*（ｔ）とのアンサンブル平均（時間平均）Ｅを取ると次式のように表される。
【００４８】
【数１】
ここで、時間ｔが十分大きければ（たとえば前述のように１００μ秒）、次式が得られる。
【００４９】
Ｅ［Ｙ（ｔ）・Ｙ*（ｔ）］＝１
Ｅ［ｎ1（ｔ）・Ｙ*（ｔ）］＝０
Ｅ［ｎ2（ｔ）・Ｙ*（ｔ）］＝０
Ｅ［ｎ3（ｔ）・Ｙ*（ｔ）］＝０
Ｅ［ｎ4（ｔ）・Ｙ*（ｔ）］＝０
この結果、受信応答ベクトルｈ1，ｈ2，ｈ3，ｈ4は、次式で表わされる。
【００５０】
ｈ1＝Ｅ［Ｘ1・Ｙ*（ｔ）］
ｈ2＝Ｅ［Ｘ2・Ｙ*（ｔ）］
ｈ3＝Ｅ［Ｘ3・Ｙ*（ｔ）］
ｈ4＝Ｅ［Ｘ4・Ｙ*（ｔ）］
このようにして得られた受信応答ベクトルは、時間平均によってノイズの影響が軽減されており、干渉波がない場合、このようにノイズの影響が軽減された受信応答ベクトルは、理想的なウェイトベクトルとの相関が非常に高いものとなる。図１の実施の形態１では、このように理想的なウェイトベクトルとの相関が非常に高い受信応答ベクトルを送信ウェイトベクトルとして設定することにより、４本のアンテナから送信される電力の最大化を図ることができる。
【００５１】
なお、このように求められた受信応答ベクトルを転用した送信ウェイトは、１フレームごとに更新されることになる。
【００５２】
図２は、図１のデジタル信号処理装置（ＤＳＰ）４で実現される図１の送信ウェイト推定方法を示すフロー図である。
【００５３】
図２を参照して、まずステップＳ１において、受信ウェイトベクトル計算機１によって、図７の従来例と同様に受信ウェイトベクトルが計算される。
【００５４】
そして、ステップＳ２において、従来例と同様に、乗算器ＭＲ１〜ＭＲ４および加算器ＭＡによる複素演算により、受信信号Ｙ（ｔ）が算出される。
【００５５】
次に、ステップＳ３において、受信応答ベクトル計算機５により、受信信号Ｘ1，Ｘ2，Ｘ3，Ｘ4と、一旦算出された受信信号Ｙ（ｔ）との乗算および時間平均により、受信応答ベクトルが算出される。
【００５６】
そして、ステップＳ４において、ステップＳ３で計算された受信応答ベクトルが送信ウェイトベクトルに転用され、送信ウェイトベクトル計算機３に設定される。
【００５７】
以上のように、この発明の実施の形態１によれば、アダプティブアレイ基地局において、計算された受信応答ベクトルを送信ウェイトベクトルとして用いることによってそれぞれのアンテナにおけるノイズの影響を除去したことにより高精度の送信ウェイトベクトルの推定が可能となり、ひいては十分な送信電力による信号の送信が可能となる。この結果、移動局の受信レベルが増大し、移動体通信システムにおける通信品質の向上を図ることができる。
【００５８】
［実施の形態２］
図３は、この発明の実施の形態２による無線装置として、ＰＨＳのアダプティブアレイ基地局の処理を機能的に説明する機能ブロック図である。図３に示す機能ブロックは、ＤＳＰのようなデジタル信号処理装置４により、ソフトウェア的に実行される。
【００５９】
図３に示したアダプティブアレイ基地局は、図１に示した実施の形態１のアダプティブアレイ基地局と以下の点を除いて同じである。すなわち、図１の構成に加えて、送信ウェイトベクトル計算機６が設けられており、送信ウェイトベクトル計算機６は、４本のアンテナＡ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４でそれぞれ受信した信号Ｘ1，Ｘ2，Ｘ3，Ｘ4と、受信応答ベクトル計算機５で計算された受信応答ベクトルＨ（ｔ）と、メモリ２に格納されている参照信号ｄ（ｔ）とを受けて、送信ウェイトベクトルを算出する。
【００６０】
より詳細に、たとえば受信ウェイトベクトル計算機１では、ＲＬＳ、ＬＭＳなどのアルゴリズムで、アレイ出力と参照信号との誤差の２乗である｜ΣＷ（ｔ）Ｘ（ｔ）−ｄ（ｔ）｜2が最小となるように、シンボルごとに受信ウェイトベクトルＷ（ｔ）を逐次更新し、収束させている。このようにして、受信ウェイトベクトルＷ（ｔ）の計算を開始する際、最初に受信ウェイトベクトルＷ（ｔ）の初期値として、たとえば０，０，０，０のような適当な値を与えているが、この実施の形態２の送信ウェイトベクトル計算機６では、受信応答ベクトル計算機５で計算された受信応答ベクトルをウェイトベクトルＷ（ｔ）の初期値として用いて、受信信号ベクトルＸ（ｔ）とウェイトベクトルＷ（ｔ）との積と、参照信号ｄ（ｔ）との誤差の２乗が最小となるように、ウェイトベクトルを収束させていき、その結果を送信ウェイトベクトルとして送信ウェイトベクトル設定機３に設定する。
【００６１】
すなわち、この実施の形態２では、一旦ウェイト推定処理により送信ウェイトベクトルを算出して時間平均により受信応答ベクトルを求めた後、その受信応答ベクトルを初期値として再度ウェイト推定処理を行い、送信ウェイトベクトルを求めている。
【００６２】
なお、この実施の形態２では、ウェイトは、シンボルごとに更新され、最終シンボルにて求まったウェイトを送信ウェイトとしている。
【００６３】
上述の０，０，０，０のような適当な初期値を与えた場合には、ウェイト推定処理により、ノイズの少ないアンテナに対するウェイトが大きくなるようなウェイト推定が行われていた。これに対し、一旦ウェイト推定された結果の時間平均に基づく受信応答ベクトルはウェイト推定の初期値としてより正確な値と考えられ、このような初期値を用いて再度ウェイト推定処理を行なうことにより、誤差成分の低減を図り、アンテナごとのウェイトのばらつきを抑制することができる。
【００６４】
図４は、図３のデジタル信号処理装置（ＤＳＰ）４で実現される図３の送信ウェイト推定方法を示すフロー図である。
【００６５】
図４を参照して、まずステップＳ１１において、受信ウェイトベクトル計算機１によって、図７の従来例と同様に受信ウェイトベクトルが計算される。
【００６６】
そして、ステップＳ１２において、従来例と同様に、乗算器ＭＲ１〜ＭＲ４および加算器ＭＡによる複素演算により、受信信号Ｙ（ｔ）が算出される。
【００６７】
次に、ステップＳ１３において、受信応答ベクトル計算機５により、受信信号Ｘ1，Ｘ2，Ｘ3，Ｘ4と、一旦算出された受信信号Ｙ（ｔ）との乗算および時間平均により、受信応答ベクトルが算出される。
【００６８】
そして、ステップＳ１４において、送信ウェイトベクトル計算機６が、ステップＳ１３で計算された受信応答ベクトルを初期値としてウェイト推定を行って送信ウェイトベクトルを計算し、送信ウェイトベクトル計算機３に設定する。
【００６９】
以上のように、この発明の実施の形態２によれば、アダプティブアレイ基地局において、計算された受信応答ベクトルを送信ウェイトベクトル推定の初期値として用いることによってそれぞれのアンテナにおけるノイズの影響を除去したことにより高精度の送信ウェイトベクトルの推定が可能となり、ひいては十分な送信電力による信号の送信が可能となる。この結果、移動局の受信レベルが増大し、移動体通信システムにおける通信品質の向上を図ることができる。
【００７０】
［実施の形態３］
図５は、この発明の実施の形態３による無線装置として、ＰＨＳのアダプティブアレイ基地局の処理を機能的に説明する機能ブロック図である。図５に示す機能ブロックは、ＤＳＰのようなデジタル信号処理装置４により、ソフトウェア的に実行される。
【００７１】
図５に示したアダプティブアレイ基地局は、図７に示した従来のアダプティブアレイ基地局と以下の点を除いて同じである。すなわち、図７の従来例の構成に加えて、送信ウェイトベクトル計算機７と、復調回路８と、再変調回路９とが設けられている。
【００７２】
この実施の形態３における送信ウェイトベクトル計算機７は、送信ウェイトベクトルをウィナー解から直接算出するものである。ＳＭＩアルゴリズムによりウィナー解を求めてウェイトベクトルを直接算出する方法は周知であるが、その導出方法については後で詳細に説明する。
【００７３】
前述のように、ノイズの影響を除去するためには、時間平均処理が有効である。したがって、時間平均を十分長くとったウィナー解を算出することにより、理想的なウェイトベクトルが推定される。たとえばＰＨＳの場合、２０シンボル（１００μ秒）程度の期間が用いられる。
【００７４】
また、後述するようにウィナー解の算出には参照信号が必要となるが、通常の参照信号（ＰＲ、ＵＷなどの既知信号区間）は短いため、十分な長さの時間平均を取ることができない。
【００７５】
そこで、この実施の形態３では、アダプティブアレイ処理により一旦算出された受信信号Ｙ（ｔ）のデータ部などの信号系列（上述の２０シンボルのように既知信号区間よりも長い区間）を復調回路８で復調し、さらに復調された信号を、受信エラーのない状態で再変調回路９で再変調することにより得られた十分な長さの信号系列を参照信号として利用することにより、時間平均を十分長くとったウィナー解を算出することができる。
【００７６】
以下に、ウィナー解の算出過程について説明する。アンテナＡ１〜Ａ４で受信した受信信号ベクトルをＸ（ｔ）＝［Ｘ1（ｔ），Ｘ2（ｔ），Ｘ3（ｔ），Ｘ4（ｔ）］Tとし、参照信号（この実施の形態では再変調回路９の再変調出力信号）をｒ（ｔ）とした場合、受信信号ベクトルの相関行列Ｒxxは、以下の数２により算出される。
【００７７】
【数２】
この数２において、Ｈは複素共役転置、＊は複素共役、Ｅはアンサンブル平均（時間平均）を表わす。
【００７８】
一方、受信信号ベクトルと参照信号との相関ベクトルｒｘｄは、以下の数３に
より算出される。
【００７９】
【数３】
ここで、ウィナー解、すなわち最適の送信ウェイトベクトルＷoptは、下記のように、数２で求めた相関行列Ｒxxの逆行列と、相関ベクトルｒｘｄとの積で表わされる。
【００８０】
Ｗopt＝Ｒxx-1・ｒｘｄ
このように、十分長い時間平均によりノイズの影響（特にウェイトのばらつきの原因となるウェイト推定区間の初期の数シンボルにおけるノイズの影響）を除去した送信ウェイトベクトルを算出することができる。
【００８１】
なお、このように求められた送信ウェイトは、１フレームごとに更新されることになる。
【００８２】
図６は、図５のデジタル信号処理装置（ＤＳＰ）４で実現される図５の送信ウェイト推定方法を示すフロー図である。
【００８３】
図６を参照して、まずステップＳ２１において、受信ウェイトベクトル計算機１によって、図７の従来例と同様に受信ウェイトベクトルが計算される。
【００８４】
そして、ステップＳ２２において、従来例と同様に、乗算器ＭＲ１〜ＭＲ４および加算器ＭＡによる複素演算により、受信信号Ｙ（ｔ）が算出される。
【００８５】
次に、ステップＳ２３において、復調回路８により、算出された受信信号Ｙ（ｔ）が復調され、さらに再変調回路９により再変調される。
【００８６】
そして、ステップＳ２４において、送信ウェイトベクトル計算機７が、ステップＳ２３で計算された再変調信号を参照信号として、前述の計算式にしたがってウィナー解を計算し、最適の送信ウェイトベクトルとして送信ウェイトベクトル計算機３に設定する。
【００８７】
以上のように、この発明の実施の形態３によれば、アダプティブアレイ基地局において、再変調された受信信号を参照信号として、受信した無線信号のウィナー解から直接、送信ウェイトベクトルを推定することによってそれぞれのアンテナにおけるノイズの影響を除去したことにより高精度の送信ウェイトベクトルの推定が可能となり、ひいては十分な送信電力による信号の送信が可能となる。この結果、移動局の受信レベルが増大し、移動体通信システムにおける通信品質の向上を図ることができる。
【００８８】
なお、上述の各実施の形態では、ＰＨＳのアダプティブアレイ基地局にこの発明を適用した場合について説明したが、この発明は、基地局に限らず、複数アンテナを用いてアダプティブアレイ処理を行なうアダプティブアレイ移動局にも適用できることはいうまでもない。
【００８９】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【図面の簡単な説明】
【００９０】
【図１】この発明の実施の形態１による無線装置の構成を示す機能ブロック図である。
【図２】図１に示した無線装置における送信ウェイト推定方法を示すフロー図である。
【図３】この発明の実施の形態２による無線装置の構成を示す機能ブロック図である。
【図４】図３に示した無線装置における送信ウェイト推定方法を示すフロー図である。
【図５】この発明の実施の形態３による無線装置の構成を示す機能ブロック図である。
【図６】図５に示した無線装置における送信ウェイト推定方法を示すフロー図である。
【図７】従来の無線装置の構成を示す機能ブロック図である。
【符号の説明】
【００９１】
１ 受信ウェイトベクトル計算機、２ メモリ、３ 送信ウェイトベクトル設定機、４ デジタル信号処理装置、５ 受信応答ベクトル計算機、６，７ 送信ウェイトベクトル計算機、８ 復調回路、９ 再変調回路、Ａ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４ アンテナ、Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４ スイッチ回路、ＭＲ１，ＭＲ２，ＭＲ３，ＭＲ４，ＭＴ１，ＭＴ２，ＭＴ３，ＭＴ４ 乗算器、ＭＡ 加算器。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数アンテナを用いて信号を送受信する無線装置であって、
前記複数のアンテナで受信した複数の無線信号にアダプティブアレイ処理を施して受信信号を抽出するアダプティブアレイ処理手段と、
前記複数の無線信号と前記抽出された受信信号とに基づいて受信応答ベクトルを計算する受信応答ベクトル計算手段と、
前記計算された受信応答ベクトルを送信ウェイトベクトルとして推定する送信ウェイトベクトル推定手段と、
外部から供給された送信信号を前記推定された送信ウェイトベクトルで重み付けして前記複数のアンテナに供給する重み付け手段とを備えた、無線装置。
【請求項２】
複数アンテナを用いて信号を送受信する無線装置における送信ウェイト推定方法であって、
前記複数のアンテナで受信した複数の無線信号にアダプティブアレイ処理を施して受信信号を抽出するステップと、
前記複数の無線信号と前記抽出された受信信号とに基づいて受信応答ベクトルを計算するステップと、
前記計算された受信応答ベクトルを送信ウェイトベクトルとして推定するステップとを備えた、送信ウェイト推定方法。
【請求項３】
複数アンテナを用いて信号を送受信する無線装置における送信ウェイト推定プログラムであって、コンピュータに、
前記複数のアンテナで受信した複数の無線信号にアダプティブアレイ処理を施して受信信号を抽出するステップと、
前記複数の無線信号と前記抽出された受信信号とに基づいて受信応答ベクトルを計算するステップと、
前記計算された受信応答ベクトルを送信ウェイトベクトルとして推定するステップとを実行させる、送信ウェイト推定プログラム。
【請求項１】
複数アンテナを用いて信号を送受信する無線装置であって、
前記複数のアンテナで受信した複数の無線信号にアダプティブアレイ処理を施して受信信号を抽出するアダプティブアレイ処理手段と、
前記複数の無線信号と前記抽出された受信信号とに基づいて受信応答ベクトルを計算する受信応答ベクトル計算手段と、
前記計算された受信応答ベクトルを送信ウェイトベクトルとして推定する送信ウェイトベクトル推定手段と、
外部から供給された送信信号を前記推定された送信ウェイトベクトルで重み付けして前記複数のアンテナに供給する重み付け手段とを備えた、無線装置。
【請求項２】
複数アンテナを用いて信号を送受信する無線装置における送信ウェイト推定方法であって、
前記複数のアンテナで受信した複数の無線信号にアダプティブアレイ処理を施して受信信号を抽出するステップと、
前記複数の無線信号と前記抽出された受信信号とに基づいて受信応答ベクトルを計算するステップと、
前記計算された受信応答ベクトルを送信ウェイトベクトルとして推定するステップとを備えた、送信ウェイト推定方法。
【請求項３】
複数アンテナを用いて信号を送受信する無線装置における送信ウェイト推定プログラムであって、コンピュータに、
前記複数のアンテナで受信した複数の無線信号にアダプティブアレイ処理を施して受信信号を抽出するステップと、
前記複数の無線信号と前記抽出された受信信号とに基づいて受信応答ベクトルを計算するステップと、
前記計算された受信応答ベクトルを送信ウェイトベクトルとして推定するステップとを実行させる、送信ウェイト推定プログラム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２００７−２８２２６９（Ｐ２００７−２８２２６９Ａ）
【公開日】平成１９年１０月２５日（２００７．１０．２５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−１４９７６８（Ｐ２００７−１４９７６８）
【出願日】平成１９年６月５日（２００７．６．５）
【分割の表示】特願２００１−３６６６５８（Ｐ２００１−３６６６５８）の分割
【原出願日】平成１３年１１月３０日（２００１．１１．３０）
【出願人】（０００００１８８９）三洋電機株式会社 (18,308)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年１０月２５日（２００７．１０．２５）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年６月５日（２００７．６．５）
【分割の表示】特願２００１−３６６６５８（Ｐ２００１−３６６６５８）の分割
【原出願日】平成１３年１１月３０日（２００１．１１．３０）
【出願人】（０００００１８８９）三洋電機株式会社 (18,308)
【Ｆターム（参考）】
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