適応アンテナアレー受信装置及びその方法
【課題】 本発明の課題は、パス受信タイミングおよび到来方向の検出精度が著しく劣化することを防ぐことができ、かつパケット伝送に適した適応アンテナアレー受信装置を提供することである。
【解決手段】 上記課題は、複数のアンテナ素子で構成されるアレーアンテナを備え、該複数のアンテナ素子により送信信号を受信する適応アンテナアレー受信装置において、前記複数のアンテナ素子で受信される制御信号を用いて時間と到来パスの角度の次元を有する２次元電力プロファイルを生成する２次元電力プロファイル生成手段と、前記２次元電力プロファイルを用いて、パスの受信タイミング検出及びパスの到来方向を推定するパス検出・到来方向推定手段と、前記パスの到来方向推定結果に基づき前記複数のアンテナ素子からの受信信号に対するアンテナウェイトを生成するアンテナウェイト生成手段と、を備えたことを特徴とする適応アンテナアレー受信装置にて達成される。
【解決手段】 上記課題は、複数のアンテナ素子で構成されるアレーアンテナを備え、該複数のアンテナ素子により送信信号を受信する適応アンテナアレー受信装置において、前記複数のアンテナ素子で受信される制御信号を用いて時間と到来パスの角度の次元を有する２次元電力プロファイルを生成する２次元電力プロファイル生成手段と、前記２次元電力プロファイルを用いて、パスの受信タイミング検出及びパスの到来方向を推定するパス検出・到来方向推定手段と、前記パスの到来方向推定結果に基づき前記複数のアンテナ素子からの受信信号に対するアンテナウェイトを生成するアンテナウェイト生成手段と、を備えたことを特徴とする適応アンテナアレー受信装置にて達成される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、適応アンテナアレー受信装置及びその方法に関し、特に到来方向推定結果に基づいてアンテナウェイトを生成する適応アンテナアレー受信装置及びその方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
所望信号の到来方向に主ビームを向けて干渉信号の到来方向に指向性の零点を形成するアンテナとしてアダプティブ（適応）アンテナアレーが知られている。 このような適応アンテナアレーを用いた受信装置の従来例を図２１に示す。この従来の適応アンテナアレー受信装置は、図２１に示されるように、Ｎ個のアンテナ素子１０１−１〜１０１−Ｎと、Ｎ個の相関検出部１０２−１〜１０２−Ｎと、Ｎ個の複素プロファイル生成部１０３−１〜１０３−Ｎと、加算器１０４と、合成遅延プロファイル生成部１０５と、パス検出部１０６と、ＤＯＡ(Direction of arrival：到来方向)推定部１０７と、アンテナウェイト生成部１０８と、Ｎ個の乗算器１０９−１〜１０９−Ｎと、加算器１１０と、復調部１１１とから構成されている。
【０００３】
アンテナ１０１−１〜１０１−Ｎで受信されるパイロット信号内のパイロットシンボルは、相関検出部１０２−１〜１０２−Ｎに入力され、各アンテナでパイロットシンボルを用いた複素相関が検出される。そして、その検出された複素相関値は複素プロファイル生成部１０３−１〜１０３−Ｎに取り込まれて、複素遅延プロファイルが生成される。複素プロファイル生成部１０３−１〜１０３−Ｎで生成される複素遅延プロファイルは、加算器１０４で加算された後、合成遅延プロファイル生成部１０５に入力され、同部１０５において電力合成された合成遅延プロファイルが生成される。パス検出部１０６は、上記合成遅延プロファイルを用いて、パス毎の受信タイミングを検出し、検出結果をＤＯＡ推定部１０７と、復調部１１１に出力する。
【０００４】
ＤＯＡ推定部１０７は、複素プロファイル生成部１０３−１〜１０３−Ｎで生成された複素遅延プロファイルと、上記検出された受信タイミングに基づき、各パスを通って到来する信号のＤＯＡを推定する。アンテナウェイト生成部１０８は、ＤＯＡ推定部１０７で推定されたＤＯＡの推定結果を基にその推定した方向に指向性が形成されるようにアンテナウェイト（受信アンテナウェイト）を生成する。ＤＯＡの推定結果に基づいて生成されたアンテナウェイトは、各アンテナ１０１−１〜１−１−Ｎで受信されたパスの信号それぞれと乗算器１０９−１〜１０９−Ｎで乗算された後、加算器１１０で乗算後の信号が合成される。このようにして合成された信号は、復調部１１１で復調され、これにより復調データ、すなわち再生データ出力が得られるようになっている。
【０００５】
また、適応アンテナアレーのウェイトを求める方法としては、遅延プロファイルに現れるピークの方向を検出し、その方向を考慮してウェイトを求める方法が特許文献１に記載されている。
【特許文献１】特開２００３ −１１０４７６
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述した従来の適応アンテナアレー受信装置では、各アンテナ１０１−１〜１０１−Ｎにセクター内を指向するセクターアンテナが用いられる。すなわち、従来法では、ビーム幅が広い各アンテナのセクタビームで受信した信号を合成することにより合成遅延プロファイルが生成されるため、パス受信タイミング及び到来方向の検出精度が著しく劣化してしまうという問題があった。
【０００７】
一方で、現在実用化されている第３世代移動通信システム（ＩＭＴ−２０００）の次世代となる第４世代移動通信システムでは、音声通信中心の回線交換型からＷＷＷブラウジングや大容量データのダウンロード等のパケット通信中心のパケット交換型にシフトしていくと考えられる。この場合、上下リンクの通信チャネルの伝送速度は、例えば、大容量データのダウンロードを行う場合であれば、下りリンクの通信チャネルのデータ伝送速度は、大容量データのダウンロードを高速に行うために、上りリンクに比べて非常に大きくなる。さらには、下りリンクのみ送信を行い、上りリンクの通信チャネルの送信は行わないような場合も想定される。このように第４世代移動通信システムにおけるパケット交換型のシステムでは、コアネットワークのＩＰ化に伴い、無線区間においてもパケット信号フォーマットで伝送を行う方法が好ましい。しかしながら、この場合、基地局における移動局ユーザからの受信信号はバースト的になり、アダプティブアレーアンテナで一般的に適用されているＭＭＳＥ（Minimum Mean Square Error）アルゴリズムを用いたアンテナウェイト生成は充分に収束せず、結果としてアンテナウェイトの生成誤差が増大するという問題があった。
【０００８】
また、上記のアダプティブアレーアンテナは、受信したいユーザの信号の到来方向にメインビーム（アンテナ利得が最大となる点）を向け、他ユーザの信号の到来方向にビームヌルもしくは、低いアンテナ利得となるようなアンテナパターンで送受信することで伝送特性を改善する技術であるが、従来は、上りリンクでＭＭＳＥ等の適応アルゴリズムを用いて生成した受信アンテナウェイトを使って上りリンクの受信を行い、この受信アンテナウェイトを基に下りリンクの送信における送信アンテナウェイトが生成されていた。この場合、上記した大容量データのダウンロードの例のように、下りリンクは送信しているが、上りリンクは同時には送信していないような場合には、受信アンテナウェイトが得られていないので、下りリンクの送信アンテナウェイトも生成することができない。
【０００９】
また、上りリンクの受信アンテナウェイトは、上りリンクで干渉となっているユーザの通信チャネルの干渉抑圧を実現しているだけであり、仮に上下リンクの非対称性により、下りリンクにおいて、到来方向の異なる他のユーザに大電力で
送信を行っているようなときは、下りリンク送信における干渉抑圧は十分に行うことができない。
【００１０】
さらに、第４世代移動通信システムにおけるブロードバンド無線アクセスの上りリンクにおいては、高速レートのトラヒックを伝送する大電力の共有チャネル、低速レートのトラヒックを伝送する個別・共有チャネル、予約パケットなどの制御チャネルが混在すると考えられる。例えば、図２２に示すように、移動局６００、移動局６１０が低速レートで基地局５００と通信を行い、移動局６２０が高速レートで基地局と通信を行う場合がある。このような場合において、低速レートの個別・制御チャネルをアダプティブアレー受信すると、大電力の共有チャネルが干渉となり、低速レートの希望波の検出精度が劣化してしまうという問題があった。
【００１１】
本発明は、上記のような問題点に鑑みてなされたもので、その課題とするところは、パス受信タイミングおよび到来方向の検出精度が著しく劣化することを防ぐことができ、かつパケット伝送に適した適応アンテナアレー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】
【００１２】
上記課題を解決するため、本発明は、請求項１に記載されるように、複数のアンテナ素子で構成されるアレーアンテナを備え、該複数のアンテナ素子により送信信号を受信しているにおいて、前記複数のアンテナ素子で受信される制御信号を用いて時間と到来パスの角度の次元を有する２次元電力プロファイルを生成する２次元電力プロファイル生成手段と、前記２次元電力プロファイルを用いて、パスの受信タイミング検出及びパスの到来方向を推定するパス検出・到来方向推定手段と、前記パスの到来方向推定結果に基づき前記複数のアンテナ素子からの受信信号に対するアンテナウェイトを生成するアンテナウェイト生成手段と、を備えることを特徴としている。
【００１３】
また、本発明の請求項２によれば、前記適応アンテナアレー受信装置において、前記アンテナウェイト生成手段は、前記アンテナウェイトを生成する際に、前記２次元電力プロファイルから得られる受信電力を考慮することを特徴としている。
【００１４】
また、本発明の請求項３によれば、前記適応アンテナアレー受信装置において、前記２次元電力プロファイル生成手段は、上りリンクのパイロットチャネルを前記制御信号として入力し、前記パイロットチャネルに挿入されたパイロットシンボルを用いて各アンテナにおけるパイロットシンボルの複素相関値を出力する複素相関処理手段と、前記複素相関処理手段で得られた複素相関値を同相加算することにより、各アンテナにおける複素遅延プロファイルを生成する複素遅延プロファイル生成手段と、所定角度範囲内で指向性ビームを走査し、その指向性ビームを形成するアンテナウェイトを各タイミングにおいて前記複素遅延プロファイルに乗算後、合成する指向性ビーム受信合成手段と、前記合成された合成信号を用いてタイミング方向の受信電力を算出する受信電力算出手段と、を備えることを特徴としている。
【００１５】
また、本発明の請求項４によれば、前記適応アンテナアレー受信装置において、前記受信電力算出手段は、前記受信電力をビームフォーマー法又はＣａｐｏｎ法を用いて算出することを特徴としている。
【００１６】
また、本発明の請求項５によれば、前記適応アンテナアレー受信装置において、前記パス検出・到来方向推定手段は、前記２次元電力プロファイル生成手段により生成された２次元電力プロファイルを用いて、ピーク電力を有する所定数のパスを検出し、検出した各パスにおけるパスの受信タイミングを検出するパス独立受信タイミング検出手段と、前記検出されたパスにおける到来方向を推定するパス独立到来方向推定手段と、を備えることを特徴としている。
【００１７】
また、本発明の請求項６によれば、前記適応アンテナアレー受信装置において、前記パス独立受信タイミング検出手段は、ピーク電力を有するパスのうち、電力の高い順に所定数のパスを検出することを特徴としている。
【００１８】
また、本発明の請求項７によれば、前記適応アンテナアレー受信装置において、前記パス検出・到来方向推定手段は、前記２次元電力プロファイル生成手段により生成された２次元電力プロファイルを用いて、角度ごとにピーク電力を有する所定数のパスを検出し、検出した角度ごとのパスの電力和を合成電力として算出し、算出した合成電力が最大となる１つの角度をパス共通の到来方向として推定するパス共通到来方向推定手段と、前記推定したパス共通の到来方向における各パスの受信タイミングを検出するパス共通受信タイミング検出手段と、を備えることを特徴としている。
【００１９】
また、本発明の請求項８によれば、前記適応アンテナアレー受信装置において、前記パス共通到来方向推定手段は、ピーク電力を有するパスのうち、電力の高い順に所定数のパスを検出することを特徴としている。
【００２０】
また、本発明の請求項９によれば、前記適応アンテナアレー受信装置において、前記アンテナウェイト生成手段は、前記パス独立到来方向推定手段により推定される各パスの到来方向にメインビームを形成するアンテナウェイトを生成するパス独立アンテナウェイト生成手段と、前記パス共通到来方向推定手段により推定されるパス共通の到来方向にメインビームを形成するアンテナウェイトを生成するパス共通アンテナウェイト生成手段と、を備えることを特徴としている。
【００２１】
また、本発明の請求項１０によれば、前記適応アンテナアレー受信装置において、前記パス独立アンテナウェイト生成手段は、パス独立到来方向推定手段により推定される自ユーザ及び他ユーザの各パス独立の到来方向推定結果と、前記２次元電力プロファイル生成手段から得られる自ユーザ及び他ユーザの受信電力とに基づいて、自ユーザ方向にメインビームを形成し、他ユーザ方向にヌルビームを形成するアンテナウェイトを生成するパス独立ヌル制御手段を備え、前記パス共通アンテナウェイト生成手段は、パス共通到来方向推定手段により推定される自ユーザ及び他ユーザの各パス共通の到来方向推定結果と、前記２次元電力プロファイル生成手段から得られる自ユーザ及び他ユーザの受信電力とに基づいて、自ユーザ方向にメインビームを形成し、他ユーザ方向にヌルビームを形成するアンテナウェイトを生成するパス共通ヌル制御手段を備えることを特徴としている。
また、本発明の請求項１１によれば、前記適応アンテナアレー受信装置において、前記２次元電力プロファイル生成手段により生成される２次元電力プロファイルの全角度の全タイミングの電力値を用いて、パス検出のためのしきい値を設定する全角度共通パス検出しきい値設定手段をさらに備えることを特徴としている。
【００２２】
また、本発明の請求項１２によれば、前記適応アンテナアレー受信装置において、前記２次元電力プロファイル生成手段により生成される２次元電力プロファイルの各角度の全タイミングの電力値を用いて、パス検出のためのしきい値を設定する角度毎パス検出しきい値設定手段をさらに備えることを特徴としている。
【発明の効果】
【００２３】
本願発明によれば、パイロットチャネルを用い、指向性ビームで受信した信号合成することにより２次元電力プロファイルを生成するようにしたので、パスの受信タイミングおよび到来波の到来方向の検出精度を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
本発明の骨子は、上りリンクにおけるパケットフレーム内のパイロットチャネルを用いて２次元電力プロファイルを生成し、生成した２次元電力プロファイルに基づいて、パス受信タイミング及びＤＯＡ推定を行い、ＤＯＡ推定結果に基づいて、アレーアンテナの受信ウェイトを生成することである。
【００２５】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００２６】
図１は、本発明の実施の一形態に係る適応アンテナアレー受信装置の構成を示すブロック図である。図１において、図２１中の構成要素と同一の構成要素には同一の符号を付し、説明を省略するものとする。本実施形態の適応アンテナアレー受信装置１は、図２１に示した従来の適応アンテナアレー受信装置に対して、
ビームスイープ制御部２０１と、アンテナウェイト生成部２０２と、乗算器２０３−１〜２０３−Ｎと、加算器２０４と、２次元電力プロファイル生成部２０５と、メモリ２０６と、パス検出／ＤＯＡ推定部２０７を新たに設けたものである。
【００２７】
以下、本実施形態では、本発明に係る適応アンテナアレー受信装置１を移動通信システムの基地局（受信局）に適用した場合を例にとり説明する。
【００２８】
同図において、相関検出部１０２−１〜１０２−Ｎでは、移動局（送信局）から送信される上りリンクのデータパケットチャネルにコード多重されているパイロットチャネル（制御信号）を用いて、遅延時間軸τ方向にずらして各アンテナ１０１−１〜１０１−Ｎにおける１パイロットシンボルによる複素相関が検出される。複素プロファイル生成部１０３−１〜１０３−Ｎは、上記のようにして検出された複素相関値を取り込み、１パケット内のパイロットチャネルの全パイロットシンボルの複素相関を同相加算することにより、各アンテナにおける複素遅延プロファイルを生成する。
【００２９】
ビームスイープ制御部２０１は、アンテナのビームを全方向にわたって所定の間隔で挿引（スイープ）させるための制御機能を備えており、アンテナウェイト生成部２０２では、ビームスイープ制御部２０１からの角度指示にしたがってその角度方向に指向性を形成するためのアンテナウェイト（＝受信アンテナウェイト）が生成される。
【００３０】
ビームスイープ制御部２０１の挿引動作に伴い、ある角度方向に指向性を形成させるためのアンテナウェイトが生成されると、すべてのタイミングにおいて、各アンテナにおける複素遅延プロファイルと上記生成されたアンテナウェイトが乗算器２０３−１〜２０３−Nで乗算され、加算器２０４で合成されることで、タイミング方向の受信電力（電力プロファイル）が算出される。そして、この処理をすべての角度方向において行うことで、２次元電力プロファイル生成部２０５において、図２に示すようなタイミング（timing）と角度（angle）の２次元を有する電力プロファイル（２次元電力プロファイル）が生成される。
【００３１】
なお、上記したタイミング方向の受信電力（電力プロファイル）の算出方法としては、ビームフォーマ法やＣａｐｏｎ法を用いることができる。ビームフォーマ法は、アンテナのメインビームを全方向にわたってスイープし、アンテナの出力電力が大きくなる方向を探索する方法であり、ビームフォーマ法による受信電力Ｐ（τ，θ）は、下記式（１）にしたがって算出される。
【００３２】
【数１】
また、Ｃａｐｏｎ法は、ある方向にメインビームを向けると同時に、他の方向からの出力への寄与を最小化する方法であり、Ｃａｐｏｎ法による受信電力Ｐ（τ，θ）は、下記式（２）にしたがって算出される。
【００３３】
【数２】
上記式（１）、（２）において、
ａ（θ）：ステアリングベクトル（アンテナ数Ｎ個の行成分を有する列ベクトル）
Ｒｘｘ：アレーアンテナの受信信号の自己相関ベクトル（Ｎ×Ｎ行列）
Ｒｘｘ（τ）ｍ，ｎ＝ｈｍ，τｈｎ，τ*
ｈｎ，τ：ｎアンテナのτタイミングにおけるパイロットの複素相関値
２次元電力プロファイル生成部２０５において生成される２次元電力プロファイルは、メモリ２０６に蓄えられた後、所定のタイミングでパス検出／ＤＯＡ推定部２０７に出力される。パス検出／ＤＯＡ推定部２０７は、得られた２次元電力プロファイルに基づいて、各パスの受信タイミングの検出とＤＯＡ推定を行う。パス検出／ＤＯＡ推定部２０７で行われるパス受信タイミングの検出とＤＯＡ推定法については後述する。
【００３４】
アンテナウェイト生成部１０８は、得られたDＯＡ推定結果を用いて、各パスのアンテナウェイトを生成する。この生成されたアンテナウェイトは、乗算器１０９−１〜１０９−Ｎでアンテナ１０１−１〜１０１−Ｎからの受信信号と乗算され、乗算後の信号が加算器１１０で合成される。復調部１１１は、パス検出／ＤＯＡ推定部２０７で検出されるＲａｋｅ合成用の受信パスタイミングと、加算器１１０で合成された信号を入力し、パス毎の受信タイミングでデータを復調して再生データを出力する。
【００３５】
次に、パス検出／ＤＯＡ推定部２０７で行われるパス受信タイミングの検出とＤＯＡ推定法について説明する。パス検出／ＤＯＡ推定部２０７で行われるパス受信タイミングの検出とＤＯＡ推定法としては、（１）受信タイミング・パス独立ＤＯＡ推定法と、（２）受信タイミング・パス共通ＤＯＡ推定法の２つの方法がある。まず、（１）の受信タイミング・パス独立ＤＯＡ推定法について説明する。
【００３６】
図３は、受信タイミング・パス独立ＤＯＡ推定法を適用した場合のパス検出／ＤＯＡ推定部２０７での処理手順を示すフローチャートである。
【００３７】
本方法では、まず、２次元電力プロファイルを用いて、電力の高い順に最大Ｌパスが検出（ステップＳ１）される。例えば、図４に示すように、電力の高い順にパス（ｂ）、パス（ａ）、パス（ｃ）が検出される。
【００３８】
次に、このようにして検出された各パスにおけるタイミングτ及びＤＯＡ（θ）が同時に検出（ステップＳ２）される。例えば、図４の例の場合、パス（ｂ）に対するタイミングτ２とＤＯＡ（θ２）、パス（ａ）に対するタイミングτ１とＤＯＡ（θ１）、パス（ｃ）に対するタイミングτ３とＤＯＡ（θ３）が同時に検出される。
【００３９】
すなわち、本実施形態による受信タイミング・パス独立ＤＯＡ推定法によれば、各パスのＤＯＡにメインビームを向けた指向性受信時の受信信号で各パスの受信タイミングを検出するので、オムニセクタ受信で各パスの受信タイミングを検出してからＤＯＡを検出する従来法と比して、高精度な各パスの受信タイミング検出が可能となる。
【００４０】
続いて、（２）の受信タイミング・パス共通ＤＯＡ推定法について説明する。
【００４１】
図５は、受信タイミング・パス共通ＤＯＡ推定法を適用した場合のパス検出／ＤＯＡ推定部２０７での処理手順を示すフローチャートである。
【００４２】
本方法では、まず、２次元電力プロファイルを用いて、角度ごとに電力の高い順に最大Ｌパスが検出（ステップＳ１１）される。そして、その検出された全パス合計の電力和が計算（ステップＳ１２）され、その電力和が最大の角度θｃｏｍｍｏｎにおける電力の高い順に最大Ｌパスのタイミングτ及びパス共通のＤＯＡθｃｏｍｍｏｎを検出（ステップＳ１３）する。例えば、図６に示す例では、最大の角度θｃｏｍｍｏｎにおけるピーク電力Ｐ１におけるタイミングτ１、Ｐ２におけるタイミングτ２、Ｐ３におけるタイミングτ３が検出される。
【００４３】
アンテナウェイト生成部１０８は、図３に示したパス独立（上記（１）の方法）または図５に示したパス共通（上記（２）の方法）の方法により検出されたＤＯＡ推定結果を用いて自ユーザにメインビームを向けるようなアンテナウェイトを生成する。例えば、図７に示すように、本実施形態における適応アンテナアレー受信装置を適用した基地局５００は、自ユーザ（移動局６００）の各パス（パス共通）のＤＯＡに対してメインビームを向けるようアンテナウェイトを生成する。
【００４４】
図８は、ＤＯＡ推定結果に基づいてメインビーム方向を制御する場合の適応アンテナアレー受信装置２の構成を示すブロック図である。本実施形態における適応アンテナアレー受信装置２は、図１に示す適応アンテナアレー受信装置１と基本的構成を同様にし、２次元電力プロファイル生成部２１１−１〜２１１−Ｍ、ＤＯＡ推定部２１２−１〜２１２−Ｍ、アンテナウェイト生成部２１３−１〜２１３−Ｍ等がユーザＭ数分設けられたものである。
【００４５】
本実施形態では、各ユーザ（ユーザ１〜ユーザＭ）用の２次元電力プロファイル生成部２１１−１〜２１１−Ｍ、ＤＯＡ推定部２１２−１〜２１２−Ｍにより、パス独立あるいはパス共通法によりＤＯＡが推定される。各アンテナウェイト生成部２１３−１〜２１３−Ｍは、上記推定されたＤＯＡのみを用いて各ユーザにメインビームが向くようアンテナウェイトを生成する。
【００４６】
上記実施形態では、各ユーザに対してメインビームを向ける制御のみを行う場合を例示したが、このような態様に限定されない。例えば、自ユーザの他に他ユーザが存在する場合には、図９に示すように、本実施形態における適応アンテナアレー受信装置を適用した基地局５００は、パス独立あるいはパス共通法により推定される自ユーザ（移動局６００）のＤＯＡに対してはメインビームを向け、他ユーザ（移動局６１０）のＤＯＡに対してはビームのヌルを向けるようアンテナウェイトを生成することもできる。
【００４７】
図１０は、ＤＯＡ推定結果に基づいてメインビーム方向とヌル方向を制御する場合の適応アンテナアレー受信装置３の構成を示すブロック図である。本実施形態における適応アンテナアレー受信装置３は、図８に示す適応アンテナアレー受信装置２と基本的構成を同様にし、図８に示す実施形態の適応アンテナアレー受信装置２に対してアンテナウェイト生成の動作が異なる。よって、ここでは、図８に示す実施形態の適応アンテナアレー受信装置２との差異について説明する。
本実施形態におけるアンテナウェイト生成部２２３−１〜２２３−Ｍは、パス独立あるいはパス共通法により推定される自ユーザのＤＯＡ推定結果と、他ユーザのＤＯＡ推定結果を用いてアンテナウェイトを生成する。以下、具体例を説明する。
【００４８】
同図において、本実施形態では、各ユーザ（ユーザ１〜ユーザＭ）毎のＤＯＡ推定部２２２−１〜２２２−Ｍは、それぞれパス独立あるいはパス共通法により
推定される自ユーザのＤＯＡの推定結果を各アンテナウェイト生成部２２３−１〜２２３−Ｍに出力する。
【００４９】
一方で、各ユーザ毎の２次元電力プロファイル生成部２２１−１〜２２１−Ｍで算出された受信電力が各ユーザ毎のアンテナウェイト生成部２２３−１〜２２３−Ｍに出力される。ここで、あるアンテナウェイト生成部２２３−１に着目すると、アンテナウェイト生成部２２３−１は、ユーザ１用のＤＯＡ推定部２２２−１から出力される自ユーザのＤＯＡ推定結果と、ユーザＭ用のＤＯＡ推定部２２２−Ｍから出力される他ユーザのＤＯＡ推定結果と、ユーザ１用の２次元電力プロファイル生成部２２１−１から出力される自ユーザの受信電力と、ユーザＭ用の２次元電力プロファイル生成部２２１−Ｍから出力される他ユーザの受信電力を用いて、自ユーザ方向にメインビームを他ユーザ方向にビームのヌルを向けるアンテナウェイトを生成する。これにより、他ユーザ干渉を効果的に抑圧することができる。
【００５０】
本実施形態では、他ユーザ方向にビームのヌルの向ける制御を行う際に、好ましい一態様として、自ユーザのみならず他ユーザのＤＯＡ推定結果と他ユーザの受信電力を用いる場合を例示している。以下、その理由について説明する。
【００５１】
適応アンテナアレーにおいて、干渉となる他ユーザの不要波が一方向から到来する理想的状況を考えると、他ユーザ方向のＤＯＡ推定結果が得られれば、不要波の到来方向にビームのヌルを向かせることができる。しかし、干渉となる他ユーザ、すなわち不要波の到来数は複数であり、それらを除去しなければ通信品質は向上しない。一般に、適応アンテナアレーが生成できる独立なヌルの数は、アンテナ素子数をＮとすると（Ｎ−１）であり、結果、（Ｎ−１）数の不要波を除去することが可能であるが、アレーアンテナの自由度（Ｎ−１数）を上回ってのヌル制御はできない。
【００５２】
そこで、本実施形態では、干渉となる他ユーザ数が多い場合を考慮し、他ユーザのＤＯＡの他に他ユーザからの干渉電力、すなわち受信電力の情報に基づいて、干渉の強い他ユーザの方向に優先的にヌルを向ける制御を行う。これにより、アレーアンテナの自由度の限度内で干渉の強いユーザ方向に効果的にヌルを向けることができ、伝送容量を増大させることができる。なお、干渉となる他ユーザ数が少ない場合は、受信電力の情報を用いなくてもヌル制御を行うことができる。
【００５３】
上述したように本実施形態では、パス独立にＤＯＡを推定する方法（図３参照）およびパス共通にＤＯＡを推定する方法（図５参照）について説明した。パス独立でＤＯＡを推定し、この推定結果に基づいてアンテナウェイトを生成するパス独立ウェイト生成方法は、パス毎の小さな受信信号電力でアンテナウェイトを求めるため、パス数が多いときに、パス共通のＤＯＡ推定に基づきアンテナウェイトを生成するパス共通ウェイト生成方法と比較すると、若干アンテナウェイトの生成誤差が大きくなるものの、パス間の角度広がりが大きくなってもアンテナ利得は減少しないという効果が得られる。ここで、角度広がりとは、信号の到来角度の分布を正規分布と仮定したとき、到来角度の標準偏差をいい、一般的に、アレーアンテナの設置場所と周辺の建物高などに応じてその大きさが決まってくる。
【００５４】
一方、パス共通ウェイト生成方法では、パス間の角度広がりが小さい場合は、全パスを合成した大きな受信電力を用いて、アンテナウェイトを生成するため、アンテナウェイトの生成誤差が小さくなる効果が得られる。しかしながら、パス間の角度広がりが大きくなると、全てのパスに対して大きなアンテナ利得を得ることができない。そこで、本実施形態における適応アンテナアレー受信装置では、パス間の角度広がりに応じてパス独立ウェイト生成方法とパス共通ウェイト生成方法とを使い分ける制御を行う。以下、具体例について説明する。
【００５５】
図１１は、パス独立ウェイト生成方法とパス共通ウェイト生成方法の切替制御を行う適応アンテナアレー受信装置４の構成を示すブロック図である。同図において、この適応アンテナアレー受信装置４は、ＤＯＡ推定部３１１、ＤＯＡ推定結果メモリ３１２、パス間の角度広がり検出部３１３、角度広がりしきい値判定部３１４、パス毎ウェイト生成部３１５、パス共通ウェイト生成部３１６、アンテナウェイト生成切替制御部３１７、スイッチ３１８、パス毎の乗算器３２１−１〜３２１−Ｎ、パス毎の加算器３２２、復調部３２３から構成されている。
【００５６】
上記のように構成された適応アンテナアレー受信装置４の動作を図１２に示すフローチャートを用いて説明する。
【００５７】
同図において、ＤＯＡ推定部３１１は、２次元電力プロファイル生成部（ここでは、図示省略）から得られる２次元電力プロファイルに基づいて、各パスのＤＯＡ推定を行い（ステップＳ２１）、結果をＤＯＡ推定結果メモリ３１２に蓄えるとともに、パス間の角度広がり検出部３１３に出力する。
【００５８】
パス間の角度広がり検出部３１３は、ＤＯＡ推定結果を基にパス間の角度広がりを以下に示す方法１、または方法２にしたがって検出（ステップＳ２２）する。
【００５９】
（角度広がり検出方法１）
各パスの到来方向推定値（ＤＯＡ推定結果）、および受信電力を、
θ１，θ２，θ３，．．．，θＬ，
Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，．．．，ＰＬ，
としたときに、θｌ，Ｐｌを用いて角度広がりσを次式により計算する。
【００６０】
【数３】
ここで、
【００６１】
【数４】
（角度広がり検出方法２）
角度広がり〔ｄｅｇｒｅｅ〕＝受信電力が最大のパスからＸｄＢ以内を満たす受信電力が大きい順に最大Ｋパス間の最大角度差
本方法２における角度広がり検出概念を図１３に示す。本例は、ＸｄＢ＝５、Ｋ＝３とした場合であって、受信電力が大きい順にパス１、パス２、パス３までが検出され、パス１〜パス３間の角度広がりが検出される（角度広がり検出値＝θ２-θ１）。
【００６２】
図１２に戻り、角度広がりしきい値判定部３１４は、上記のようにして検出された角度広がりと閾値とを比較判定（ステップＳ２３）し、判定結果をアンテナウェイト生成切替制御部３１７に出力する。アンテナウェイト生成切替制御部３１７は、上記判定（ステップＳ２３）で、角度広がりが閾値より大きいとの結果を得た場合、スイッチ３１８を制御してパス毎ウェイト生成部３１５側の接点に接続する。その後、パス毎ウェイト生成部３１５で生成されたアンテナウェイトがアンテナウェイト生成切替制御部３１７を介して乗算部３２１−１〜３２１−Ｎに出力される。
【００６３】
一方、上記判定（ステップＳ２３）で、角度広がりが閾値より小さいとの結果が得られた場合、アンテナウェイト生成切替制御部３１７は、スイッチ３１８を制御してパス共通ウェイト生成部３１６側に接点を接続する。その後、パス共通ウェイト生成部３１６で生成されたアンテナウェイトがアンテナウェイト生成切替制御部３１７を介して乗算部３２１−１〜３２１−Ｎへと出力される。
【００６４】
このように本実施形態では、角度広がりに応じてパス毎にウェイトを生成するか、パス共通にウェイトを生成するかを使い分ける。例えば、アンテナ高が低く（例：地下街等）、器物の反射など複雑な伝搬路環境の中では、到来波の角度広がりが大きく検出されるので、その場合、アンテナウェイト生成切替制御部３１７によりパス毎ウェイト生成部３１５でのウェイト生成方法が選択され、パス毎にアンテナウェイトが生成される。
【００６５】
反対に、アンテナ高が高く（例：ビルの屋上等）、伝搬路の遮断等の影響が比較的小さい伝搬路環境の中では、到来波の角度広がりが小さく検出されるので、その場合、アンテナウェイト生成切替制御部３１７によりパス共通ウェイト生成部３１６でのウェイト生成方法が選択され、パス共通にアンテナウェイトが生成される。これにより、アンテナ高の設置状況等に応じてアンテナウェイト生成方法の使い分けが可能となり、より柔軟なシステムの構築が可能となる。
【００６６】
以上説明してきたように、本実施形態によれば、ＤＯＡ推定結果に基づいて、パケット毎にアンテナウェイトを生成するようにしたので、パケット交換型のシステムにＭＭＳＥアルゴリズムを適用した場合と比してアンテナウェイトの生成誤差を改善することが可能となる。
【００６７】
上記実施形態では、パイロットチャネル内のパイロットシンボルを用いて受信信号のＤＯＡを推定し、その推定結果に基づいて、アンテナウェイトを生成する場合を例示したが、本発明はこのような態様に限定されるものではない。例えば、パケット交換型のシステムにおいて、送信端末（移動局）がパケットデータを送信する前に短い予約パケット（遅延やデータサイズなどユーザ毎に異なるサービス品質の要求条件を通知するパケット）をランダムアクセス方式により送信するような場合、上記予約パケットを用いて事前にＤＯＡ推定しておき、その推定結果を利用して後続のパケットデータチャネルにヌルを向ける制御を行う態様であってもよい。
【００６８】
図１４は、予約パケットでＤＯＡ推定して後続のパケットデータチャネル対してヌル制御を行う場合の動作概念を示す図である。
【００６９】
同図（ａ）は、本実施形態における適応アンテナアレー受信装置を適用した基地局５００と移動局６００が通信中のときに、他ユーザである移動局６１０から予約パケットが送られてきた様子を示している。このような場合、本実施形態における適応アンテナアレー受信装置を適用した基地局５００は、移動局６１０から送信される予約パケットに含まれる既知パターンを用いてＤＯＡ推定を行い、その推定結果を基に移動局６１０にヌルを向けるようなアンテナウェイトを予め生成する。その後、後続して送信される移動局６１０のパケットデータチャネルに多重されているパイロットチャネルを用いてＤＯＡ推定を行い、その推定結果を基に移動局６１０にヌルを向けるようなアンテナウェイトを生成する。
【００７０】
このように本実施形態では、パケットデータが送信される前の予約パケットを用いて移動局６１０からの受信信号のＤＯＡ推定を行い、移動局６１０にヌルを向けるようなアンテナウェイトが予め生成されるので、後続するパケットデータチャネルに対してヌルを向けるようなアンテナウェイトを生成する際には、すべての角度方向にスイープして指向性受信を行わなくても事前に得られた到来方向の角度周辺の範囲をスイープして指向性受信すればパケットデータチャネルに対するＤＯＡを検出できる。これにより、アンテナウェイト生成のための演算処理量を軽減させることが可能である。
【００７１】
図１５は、本発明における適応アンテナアレー受信装置を基地局に適用した場合の具体的な構成例を示すブロック図である。本構成は、受信に際して、マルチパス環境において、受信に際してマルチパス数分のアンテナ重み係数を用いて受信する構成となっている。
【００７２】
本実施形態における基地局は、２次元電力プロファイル生成部４０５−１〜４０５−Ｍ、パス検出／ＤＯＡ推定部４０６−１〜４０６−Ｍ、アンテナウェイト生成部４０７−１〜４０７−Ｍをユーザ数分（ユーザ１〜ユーザＭ）備える。また、これらは同様に動作するので、以下では、代表としてユーザ１における動作を説明する。
【００７３】
同図において、各アンテナ４０１−１〜４０１−Ｎで受信された信号は、ＬＮＡ４０２−１〜４０２−Ｎ、ＲＦ回路４０３−１〜４０３−Ｎを経てＡ／Ｄ変換器４０４−１〜４０４−Ｎによりデジタルベースバンド信号に変換される。この変換されたデジタルベースバンド信号は、２次元電力プロファイル生成部４０５−１に入力され、データチャネルに多重されているパイロットチャネルを用いて、２次元電力プロファイルが生成される。その後、受信タイミング／ＤＯＡ推定部４０６−１で受信信号のＤＯＡとパスの受信タイミングが推定される。アンテナウェイト生成部４０７−１は、上記ＤＯＡとパスの受信タイミングの推定結果に基づいて、パス毎にアンテナウェイトを生成する。
【００７４】
各アンテナ素子４０１−１〜４０１−Ｎで受信された信号は、アンテナウェイト生成部４０７−１で生成されたアンテナウェイトと乗算器４０８−１〜４０８−Ｎにより乗算されて加算器４０９で加算された後、逆拡散器４１０−１においてパス毎の受信タイミングにおいて逆拡散される。このようにして逆拡散されたパス毎の信号は、チャネル推定部４１１でチャネル推定が行われた後、Ｒａｋｅ合成部４１２でＲａｋｅ合成され復調部４１６で復調されることで送信データが再生される。
【００７５】
次に、前述したような大電力の干渉波が存在する場合における２次元電力プロファイルによるパス検出について図１６を用いて説明する。
【００７６】
同図に示すように、高速レートのトラヒックを伝送する大電力の干渉波が存在する場合、パイロットシンボルによる相互相関の影響が残るために干渉波方向に電力が残留してしまう。このような場合において希望波のパス検出を行う場合には、大電力の干渉波を誤って検出する確率が増大する。そこで、本実施形態における受信タイミング／ＤＯＡ推定部４０６では、２次元電力プロファイルを用いて、全角度共通に、ないしは、角度毎にパス検出しきい値を設定する。以下、具体例について図１７、図１８を用いて説明する。図１７は、全角度共通にパス検出しきい値を設定する場合の受信タイミング／ＤＯＡ推定部４０６での処理手順を示すフローチャートである。図１８は、全角度共通にパス検出しきい値を設定する概念を説明するための２次元電力プロファイルである。
【００７７】
図１７において、全角度共通にパス検出しきい値を設定する方法では、受信タイミング／ＤＯＡ推定部４０６は、２次元電力プロファイル生成部４０５から２次元電力プロファイルを取得（ステップＳ３１）し、得られた２次元電力プロファイルの全角度、全タイミングの電力値から、大きい順にＬ×４タイミングを除いた電力値を平均することで全角度共通の雑音電力を計算（ステップＳ３２）する。この全角度共通の雑音電力値に△だけオフセットした値を全角度共通のパス検出しきい値として計算（ステップＳ３３）し、ステップＳ３４において、この全角度共通のパス検出しきい値を越える電力値とパス検出しきい値との比が大きい順に最大Ｌパスを検出する。ステップＳ３５では、この検出したＬパスについて、受信タイミングとＤＯＡを検出し、結果をアンテナウェイト生成部４０７に出力する。
【００７８】
続いて、２次元電力プロファイルを用いて、角度毎にパス検出しきい値を設定する場合について説明する。図１９は、角度毎にパス検出しきい値を設定する場合の受信タイミング／ＤＯＡ推定部４０６での処理手順を示すフローチャートである。図２０は、角度毎にパス検出しきい値を設定する概念を説明するための２次元電力プロファイルである。
【００７９】
図１９において、角度毎にパス検出しきい値を設定する方法では、受信タイミング／ＤＯＡ推定部４０６は、２次元電力プロファイル生成部４０５から２次元電力プロファイルを取得（ステップＳ４１）し、得られた２次元電力プロファイルの角度毎に全タイミングの電力値から、大きい順にＬ×４タイミングを除いた電力値平均することで、角度毎の雑音電力を計算（ステップＳ４２）する。この角度毎の雑音電力値に△だけオフセットした値をパス毎のパス検出しきい値として計算（ステップＳ４３）し、角度毎に、電力と角度毎のパス検出しきい値との比を求め、全角度で（パス検出しきい値を越えている）この比が大きい順に最大Ｌパスを検出（ステップＳ４４）する。ステップＳ４５では、この検出したＬパスについて受信タイミングと到来方向を検出し、結果をアンテナウェイト生成部４０７に出力する。
【００８０】
上述したように全角度共通にパス検出のためのしきい値を設定する方法では、２次元電力プロファイルの全角度の全タイミングの電力値を用いて、パス検出しきい値を設定するための雑音電力を全角度共通に計算するため、雑音電力の平均化効果が大きい。ただし、大電力の干渉波が存在する場合には、その干渉波を受信タイミングとして検出してしまう誤検出、および干渉波による全角度共通のパス検出しきい値が増大することによる希望波パスの検出見逃しが増大する。
【００８１】
一方、角度毎にパス検出のためのしきい値を設定する方法では、２次元電力プロファイルの各角度の全タイミングの電力値を用いて、パス検出しきい値を設定するための雑音電力を角度毎に計算するため、雑音電力の平均化効果は小さくなるが、大電力の干渉波が存在する場合においても、角度毎にパス検出しきい値を設定するため、干渉波が存在する角度においては、大電力であるためにパス検出しきい値が高く、希望波方向のパス検出しきい値は小さく設定されるために、干渉波の影響を受けずに希望波バスを高精度に検出できる。
【００８２】
すなわち、全角度共通にパスの検出ためのしきい値を設定する方法と、角度毎にパスのための検出しきい値を設定する方法には、トレードオフの関係がある。したがって、これらのいずれを採用するかは、両者のメリットのトレードオフとなるが、大電力の干渉波が存在しない場合には、雑音電力の平均化効果が大きく特性が改善される全角度共通にパスの検出ためのしきい値を設定する方法を選択し、大電力の干渉波が存在する場合には、大電力の干渉波の影響を受けずに、希望波パスを高精度に検出することができる角度毎にパスのための検出しきい値を設定する方法を選択するのが好ましい。これにより、大電力の共有チャネルが干渉となる場合においても、高精度にパス検出ができ、受信タイミングおよび到来方向を高精度に検出することができる。その結果、上りリンクのセルカバレッジの増大、並びにリンク容量の増大を実現することができる。
【００８３】
結論として、本発明は、伝送レートの異なるトラヒックが混在するパケット交換型のシステムに適した適応アンテナアレー受信装置を提供することができる。
【００８４】
なお、上記において既に説明した上りリンクのＤＯＡ推定結果を用いて送信側の送信アンテナウェイトを生成することもできる。例えば、各ユーザの上りリンクの送信がなされたときに、ＤＯＡ推定を行ってその値を記憶しておき、あるユーザの下りリンク送信を行う際には、記憶していたそのユーザのＤＯＡ推定結果を基に送信アンテナウェイトを生成する。このとき、送信アンテナウェイト生成方法としては、例えば、以下のような方法が考えられる。
【００８５】
（ａ）受信電力が最大のパスの到来方向にメインビームを向ける送信アンテナウェイトを生成する。
【００８６】
（ｂ）全パスの到来方向にメインビームを向ける送信アンテナウェイトを生成する。
（ｃ）全パスの平均到来方向にメインビームを向ける送信アンテナウェイトを生成する。
【００８７】
上記のようにして送信アンテナウェイトを生成することで、上下リンクが非対称になった場合でもアダプティブアレー送信を行うことができ、下りリンクのセルカバレッジの増大、並びにリンク容量の増大を実現することができる。
【００８８】
また、上述の各実施の形態では、移動通信システムの基地局にこの発明の適応アンテナアレー受信装置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ー処理を行う移動局にも適用できることはいうまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００８９】
【図１】本発明の実施の一形態に係る適応アンテナアレー受信装置の構成を示すブロック図である。
【図２】２次元電力プロファイルの生成例を示す図である。
【図３】パス受信タイミング検出・パス独立ＤＯＡ推定手順を示すフローチャートである。
【図４】パス受信タイミング検出・パス独立ＤＯＡ推定法によるパス検出とＤＯＡ推定を説明するための２次元電力プロファイルである。
【図５】パス受信タイミング検出・パス共通ＤＯＡ推定手順を示すフローチャートである。
【図６】パス受信タイミング検出・パス共通ＤＯＡ推定法によるパス検出とＤＯＡ推定を説明するための２次元電力プロファイルである。
【図７】本実施形態における適応アンテナアレー受信装置を適用した基地局におけるビーム制御（その１）の一例を示す図である。
【図８】図７に示す適応アンテナアレー受信装置の構成を示すブロック図である。
【図９】本実施形態における適応アンテナアレー受信装置を適用した基地局におけるビーム制御（その２）の一例を示す図である。
【図１０】図９に示す適応アンテナアレー受信装置の構成を示すブロック図である。
【図１１】アンテナウェイトの生成法を切替える制御を行う適応アンテナアレー受信装置の構成を示すブロック図である。
【図１２】角度広がりに応じてアンテナウェイトの生成法を切替える制御手順を示すフローチャートである。
【図１３】角度広がりの検出概念を示す図である。
【図１４】予約パケットに基づいてヌル制御を行う場合の動作概念を示す図である。
【図１５】本発明における適応アンテナアレー受信装置を基地局に適用した場合の具体的な構成例を示すブロック図である。
【図１６】大電力の干渉波が存在する場合における２次元電力プロファイルによるパス検出方法を説明するための図である。
【図１７】全角度共通にパス検出しきい値を設定する場合の受信タイミング／ＤＯＡ推定部での処理手順を示すフローチャートである。
【図１８】全角度共通にパス検出しきい値を設定する概念を説明するための２次元電力プロファイルである。
【図１９】角度毎にパス検出しきい値を設定する場合の受信タイミング／ＤＯＡ推定部での処理手順を示すフローチャートである。
【図２０】角度毎にパス検出しきい値を設定する概念を説明するための２次元電力プロファイルである。
【図２１】従来の適応アンテナアレー受信装置の構成を示すブロック図である。
【図２２】ブロードバンド無線アクセスにおける上りリンクのチャネル状態を示す図である。
【符号の説明】
【００９０】
１〜４ 適応アンテナアレー受信装置
１０１〜１０１−Ｎ、４０１−１〜４０１−Ｎ アンテナ素子
１０２−１〜１０２−Ｎ 相関検出部
１０３−１〜１０３−Ｎ 複素プロファイル生成部
１０４、１１０、２０４、３２２、４０９、４１５ 加算器
１０５ 合成遅延プロファイル生成部
１０６ パス検出部
１０７ ＤＯＡ(Direction of arrival：到来方向)推定部
１０８、２０２、２１３−１〜２１３−Ｍ、２２３−１〜２２３−Ｍ、４０７−１〜４０７−Ｍアンテナウェイト生成部
１０９−１〜１０９−Ｎ、２０３−１〜２０３−Ｎ、３２１−１〜３２１−Ｎ、 ４０８−１〜４０８−Ｎ、４１３、４１４ 乗算器
１１１、１１１−１〜１１１−Ｍ、３２３、４１６ 復調部
２０１ ビームスイープ制御部
２０５、２１１−１〜２１１−Ｍ、２２１−１〜２２１−Ｍ、４０５−１〜４０５−Ｍ ２次元電力プロファイル生成部
２０６ メモリ
２０７、２１２−１〜２１２−Ｍ、２２２−１〜２２２−Ｍ、４０６−１〜４０６−Ｍ パス検出／ＤＯＡ推定部
３１１ ＤＯＡ推定部
３１２ ＤＯＡ推定結果メモリ
３１３ パス間の角度広がり検出部
３１４ 角度広がりしきい値判定部
３１５ パス毎ウェイト生成部
３１６ パス共通ウェイト生成部
３１７ アンテナウェイト生成切替制御部
３１８ スイッチ
４０２−１〜４０２−Ｎ ＬＮＡ
４０３−１〜４０３−Ｎ ＲＦ回路
４０４−１〜４０４−Ｎ Ａ／Ｄ変換器
４１０−１〜４１０−Ｍ 逆拡散器
４１１ チャネル推定部
４１２ Ｒａｋｅ合成部
５００ 基地局
６００〜６２０ 移動局
【技術分野】
【０００１】
本発明は、適応アンテナアレー受信装置及びその方法に関し、特に到来方向推定結果に基づいてアンテナウェイトを生成する適応アンテナアレー受信装置及びその方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
所望信号の到来方向に主ビームを向けて干渉信号の到来方向に指向性の零点を形成するアンテナとしてアダプティブ（適応）アンテナアレーが知られている。 このような適応アンテナアレーを用いた受信装置の従来例を図２１に示す。この従来の適応アンテナアレー受信装置は、図２１に示されるように、Ｎ個のアンテナ素子１０１−１〜１０１−Ｎと、Ｎ個の相関検出部１０２−１〜１０２−Ｎと、Ｎ個の複素プロファイル生成部１０３−１〜１０３−Ｎと、加算器１０４と、合成遅延プロファイル生成部１０５と、パス検出部１０６と、ＤＯＡ(Direction of arrival：到来方向)推定部１０７と、アンテナウェイト生成部１０８と、Ｎ個の乗算器１０９−１〜１０９−Ｎと、加算器１１０と、復調部１１１とから構成されている。
【０００３】
アンテナ１０１−１〜１０１−Ｎで受信されるパイロット信号内のパイロットシンボルは、相関検出部１０２−１〜１０２−Ｎに入力され、各アンテナでパイロットシンボルを用いた複素相関が検出される。そして、その検出された複素相関値は複素プロファイル生成部１０３−１〜１０３−Ｎに取り込まれて、複素遅延プロファイルが生成される。複素プロファイル生成部１０３−１〜１０３−Ｎで生成される複素遅延プロファイルは、加算器１０４で加算された後、合成遅延プロファイル生成部１０５に入力され、同部１０５において電力合成された合成遅延プロファイルが生成される。パス検出部１０６は、上記合成遅延プロファイルを用いて、パス毎の受信タイミングを検出し、検出結果をＤＯＡ推定部１０７と、復調部１１１に出力する。
【０００４】
ＤＯＡ推定部１０７は、複素プロファイル生成部１０３−１〜１０３−Ｎで生成された複素遅延プロファイルと、上記検出された受信タイミングに基づき、各パスを通って到来する信号のＤＯＡを推定する。アンテナウェイト生成部１０８は、ＤＯＡ推定部１０７で推定されたＤＯＡの推定結果を基にその推定した方向に指向性が形成されるようにアンテナウェイト（受信アンテナウェイト）を生成する。ＤＯＡの推定結果に基づいて生成されたアンテナウェイトは、各アンテナ１０１−１〜１−１−Ｎで受信されたパスの信号それぞれと乗算器１０９−１〜１０９−Ｎで乗算された後、加算器１１０で乗算後の信号が合成される。このようにして合成された信号は、復調部１１１で復調され、これにより復調データ、すなわち再生データ出力が得られるようになっている。
【０００５】
また、適応アンテナアレーのウェイトを求める方法としては、遅延プロファイルに現れるピークの方向を検出し、その方向を考慮してウェイトを求める方法が特許文献１に記載されている。
【特許文献１】特開２００３ −１１０４７６
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述した従来の適応アンテナアレー受信装置では、各アンテナ１０１−１〜１０１−Ｎにセクター内を指向するセクターアンテナが用いられる。すなわち、従来法では、ビーム幅が広い各アンテナのセクタビームで受信した信号を合成することにより合成遅延プロファイルが生成されるため、パス受信タイミング及び到来方向の検出精度が著しく劣化してしまうという問題があった。
【０００７】
一方で、現在実用化されている第３世代移動通信システム（ＩＭＴ−２０００）の次世代となる第４世代移動通信システムでは、音声通信中心の回線交換型からＷＷＷブラウジングや大容量データのダウンロード等のパケット通信中心のパケット交換型にシフトしていくと考えられる。この場合、上下リンクの通信チャネルの伝送速度は、例えば、大容量データのダウンロードを行う場合であれば、下りリンクの通信チャネルのデータ伝送速度は、大容量データのダウンロードを高速に行うために、上りリンクに比べて非常に大きくなる。さらには、下りリンクのみ送信を行い、上りリンクの通信チャネルの送信は行わないような場合も想定される。このように第４世代移動通信システムにおけるパケット交換型のシステムでは、コアネットワークのＩＰ化に伴い、無線区間においてもパケット信号フォーマットで伝送を行う方法が好ましい。しかしながら、この場合、基地局における移動局ユーザからの受信信号はバースト的になり、アダプティブアレーアンテナで一般的に適用されているＭＭＳＥ（Minimum Mean Square Error）アルゴリズムを用いたアンテナウェイト生成は充分に収束せず、結果としてアンテナウェイトの生成誤差が増大するという問題があった。
【０００８】
また、上記のアダプティブアレーアンテナは、受信したいユーザの信号の到来方向にメインビーム（アンテナ利得が最大となる点）を向け、他ユーザの信号の到来方向にビームヌルもしくは、低いアンテナ利得となるようなアンテナパターンで送受信することで伝送特性を改善する技術であるが、従来は、上りリンクでＭＭＳＥ等の適応アルゴリズムを用いて生成した受信アンテナウェイトを使って上りリンクの受信を行い、この受信アンテナウェイトを基に下りリンクの送信における送信アンテナウェイトが生成されていた。この場合、上記した大容量データのダウンロードの例のように、下りリンクは送信しているが、上りリンクは同時には送信していないような場合には、受信アンテナウェイトが得られていないので、下りリンクの送信アンテナウェイトも生成することができない。
【０００９】
また、上りリンクの受信アンテナウェイトは、上りリンクで干渉となっているユーザの通信チャネルの干渉抑圧を実現しているだけであり、仮に上下リンクの非対称性により、下りリンクにおいて、到来方向の異なる他のユーザに大電力で
送信を行っているようなときは、下りリンク送信における干渉抑圧は十分に行うことができない。
【００１０】
さらに、第４世代移動通信システムにおけるブロードバンド無線アクセスの上りリンクにおいては、高速レートのトラヒックを伝送する大電力の共有チャネル、低速レートのトラヒックを伝送する個別・共有チャネル、予約パケットなどの制御チャネルが混在すると考えられる。例えば、図２２に示すように、移動局６００、移動局６１０が低速レートで基地局５００と通信を行い、移動局６２０が高速レートで基地局と通信を行う場合がある。このような場合において、低速レートの個別・制御チャネルをアダプティブアレー受信すると、大電力の共有チャネルが干渉となり、低速レートの希望波の検出精度が劣化してしまうという問題があった。
【００１１】
本発明は、上記のような問題点に鑑みてなされたもので、その課題とするところは、パス受信タイミングおよび到来方向の検出精度が著しく劣化することを防ぐことができ、かつパケット伝送に適した適応アンテナアレー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】
【００１２】
上記課題を解決するため、本発明は、請求項１に記載されるように、複数のアンテナ素子で構成されるアレーアンテナを備え、該複数のアンテナ素子により送信信号を受信しているにおいて、前記複数のアンテナ素子で受信される制御信号を用いて時間と到来パスの角度の次元を有する２次元電力プロファイルを生成する２次元電力プロファイル生成手段と、前記２次元電力プロファイルを用いて、パスの受信タイミング検出及びパスの到来方向を推定するパス検出・到来方向推定手段と、前記パスの到来方向推定結果に基づき前記複数のアンテナ素子からの受信信号に対するアンテナウェイトを生成するアンテナウェイト生成手段と、を備えることを特徴としている。
【００１３】
また、本発明の請求項２によれば、前記適応アンテナアレー受信装置において、前記アンテナウェイト生成手段は、前記アンテナウェイトを生成する際に、前記２次元電力プロファイルから得られる受信電力を考慮することを特徴としている。
【００１４】
また、本発明の請求項３によれば、前記適応アンテナアレー受信装置において、前記２次元電力プロファイル生成手段は、上りリンクのパイロットチャネルを前記制御信号として入力し、前記パイロットチャネルに挿入されたパイロットシンボルを用いて各アンテナにおけるパイロットシンボルの複素相関値を出力する複素相関処理手段と、前記複素相関処理手段で得られた複素相関値を同相加算することにより、各アンテナにおける複素遅延プロファイルを生成する複素遅延プロファイル生成手段と、所定角度範囲内で指向性ビームを走査し、その指向性ビームを形成するアンテナウェイトを各タイミングにおいて前記複素遅延プロファイルに乗算後、合成する指向性ビーム受信合成手段と、前記合成された合成信号を用いてタイミング方向の受信電力を算出する受信電力算出手段と、を備えることを特徴としている。
【００１５】
また、本発明の請求項４によれば、前記適応アンテナアレー受信装置において、前記受信電力算出手段は、前記受信電力をビームフォーマー法又はＣａｐｏｎ法を用いて算出することを特徴としている。
【００１６】
また、本発明の請求項５によれば、前記適応アンテナアレー受信装置において、前記パス検出・到来方向推定手段は、前記２次元電力プロファイル生成手段により生成された２次元電力プロファイルを用いて、ピーク電力を有する所定数のパスを検出し、検出した各パスにおけるパスの受信タイミングを検出するパス独立受信タイミング検出手段と、前記検出されたパスにおける到来方向を推定するパス独立到来方向推定手段と、を備えることを特徴としている。
【００１７】
また、本発明の請求項６によれば、前記適応アンテナアレー受信装置において、前記パス独立受信タイミング検出手段は、ピーク電力を有するパスのうち、電力の高い順に所定数のパスを検出することを特徴としている。
【００１８】
また、本発明の請求項７によれば、前記適応アンテナアレー受信装置において、前記パス検出・到来方向推定手段は、前記２次元電力プロファイル生成手段により生成された２次元電力プロファイルを用いて、角度ごとにピーク電力を有する所定数のパスを検出し、検出した角度ごとのパスの電力和を合成電力として算出し、算出した合成電力が最大となる１つの角度をパス共通の到来方向として推定するパス共通到来方向推定手段と、前記推定したパス共通の到来方向における各パスの受信タイミングを検出するパス共通受信タイミング検出手段と、を備えることを特徴としている。
【００１９】
また、本発明の請求項８によれば、前記適応アンテナアレー受信装置において、前記パス共通到来方向推定手段は、ピーク電力を有するパスのうち、電力の高い順に所定数のパスを検出することを特徴としている。
【００２０】
また、本発明の請求項９によれば、前記適応アンテナアレー受信装置において、前記アンテナウェイト生成手段は、前記パス独立到来方向推定手段により推定される各パスの到来方向にメインビームを形成するアンテナウェイトを生成するパス独立アンテナウェイト生成手段と、前記パス共通到来方向推定手段により推定されるパス共通の到来方向にメインビームを形成するアンテナウェイトを生成するパス共通アンテナウェイト生成手段と、を備えることを特徴としている。
【００２１】
また、本発明の請求項１０によれば、前記適応アンテナアレー受信装置において、前記パス独立アンテナウェイト生成手段は、パス独立到来方向推定手段により推定される自ユーザ及び他ユーザの各パス独立の到来方向推定結果と、前記２次元電力プロファイル生成手段から得られる自ユーザ及び他ユーザの受信電力とに基づいて、自ユーザ方向にメインビームを形成し、他ユーザ方向にヌルビームを形成するアンテナウェイトを生成するパス独立ヌル制御手段を備え、前記パス共通アンテナウェイト生成手段は、パス共通到来方向推定手段により推定される自ユーザ及び他ユーザの各パス共通の到来方向推定結果と、前記２次元電力プロファイル生成手段から得られる自ユーザ及び他ユーザの受信電力とに基づいて、自ユーザ方向にメインビームを形成し、他ユーザ方向にヌルビームを形成するアンテナウェイトを生成するパス共通ヌル制御手段を備えることを特徴としている。
また、本発明の請求項１１によれば、前記適応アンテナアレー受信装置において、前記２次元電力プロファイル生成手段により生成される２次元電力プロファイルの全角度の全タイミングの電力値を用いて、パス検出のためのしきい値を設定する全角度共通パス検出しきい値設定手段をさらに備えることを特徴としている。
【００２２】
また、本発明の請求項１２によれば、前記適応アンテナアレー受信装置において、前記２次元電力プロファイル生成手段により生成される２次元電力プロファイルの各角度の全タイミングの電力値を用いて、パス検出のためのしきい値を設定する角度毎パス検出しきい値設定手段をさらに備えることを特徴としている。
【発明の効果】
【００２３】
本願発明によれば、パイロットチャネルを用い、指向性ビームで受信した信号合成することにより２次元電力プロファイルを生成するようにしたので、パスの受信タイミングおよび到来波の到来方向の検出精度を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
本発明の骨子は、上りリンクにおけるパケットフレーム内のパイロットチャネルを用いて２次元電力プロファイルを生成し、生成した２次元電力プロファイルに基づいて、パス受信タイミング及びＤＯＡ推定を行い、ＤＯＡ推定結果に基づいて、アレーアンテナの受信ウェイトを生成することである。
【００２５】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００２６】
図１は、本発明の実施の一形態に係る適応アンテナアレー受信装置の構成を示すブロック図である。図１において、図２１中の構成要素と同一の構成要素には同一の符号を付し、説明を省略するものとする。本実施形態の適応アンテナアレー受信装置１は、図２１に示した従来の適応アンテナアレー受信装置に対して、
ビームスイープ制御部２０１と、アンテナウェイト生成部２０２と、乗算器２０３−１〜２０３−Ｎと、加算器２０４と、２次元電力プロファイル生成部２０５と、メモリ２０６と、パス検出／ＤＯＡ推定部２０７を新たに設けたものである。
【００２７】
以下、本実施形態では、本発明に係る適応アンテナアレー受信装置１を移動通信システムの基地局（受信局）に適用した場合を例にとり説明する。
【００２８】
同図において、相関検出部１０２−１〜１０２−Ｎでは、移動局（送信局）から送信される上りリンクのデータパケットチャネルにコード多重されているパイロットチャネル（制御信号）を用いて、遅延時間軸τ方向にずらして各アンテナ１０１−１〜１０１−Ｎにおける１パイロットシンボルによる複素相関が検出される。複素プロファイル生成部１０３−１〜１０３−Ｎは、上記のようにして検出された複素相関値を取り込み、１パケット内のパイロットチャネルの全パイロットシンボルの複素相関を同相加算することにより、各アンテナにおける複素遅延プロファイルを生成する。
【００２９】
ビームスイープ制御部２０１は、アンテナのビームを全方向にわたって所定の間隔で挿引（スイープ）させるための制御機能を備えており、アンテナウェイト生成部２０２では、ビームスイープ制御部２０１からの角度指示にしたがってその角度方向に指向性を形成するためのアンテナウェイト（＝受信アンテナウェイト）が生成される。
【００３０】
ビームスイープ制御部２０１の挿引動作に伴い、ある角度方向に指向性を形成させるためのアンテナウェイトが生成されると、すべてのタイミングにおいて、各アンテナにおける複素遅延プロファイルと上記生成されたアンテナウェイトが乗算器２０３−１〜２０３−Nで乗算され、加算器２０４で合成されることで、タイミング方向の受信電力（電力プロファイル）が算出される。そして、この処理をすべての角度方向において行うことで、２次元電力プロファイル生成部２０５において、図２に示すようなタイミング（timing）と角度（angle）の２次元を有する電力プロファイル（２次元電力プロファイル）が生成される。
【００３１】
なお、上記したタイミング方向の受信電力（電力プロファイル）の算出方法としては、ビームフォーマ法やＣａｐｏｎ法を用いることができる。ビームフォーマ法は、アンテナのメインビームを全方向にわたってスイープし、アンテナの出力電力が大きくなる方向を探索する方法であり、ビームフォーマ法による受信電力Ｐ（τ，θ）は、下記式（１）にしたがって算出される。
【００３２】
【数１】
また、Ｃａｐｏｎ法は、ある方向にメインビームを向けると同時に、他の方向からの出力への寄与を最小化する方法であり、Ｃａｐｏｎ法による受信電力Ｐ（τ，θ）は、下記式（２）にしたがって算出される。
【００３３】
【数２】
上記式（１）、（２）において、
ａ（θ）：ステアリングベクトル（アンテナ数Ｎ個の行成分を有する列ベクトル）
Ｒｘｘ：アレーアンテナの受信信号の自己相関ベクトル（Ｎ×Ｎ行列）
Ｒｘｘ（τ）ｍ，ｎ＝ｈｍ，τｈｎ，τ*
ｈｎ，τ：ｎアンテナのτタイミングにおけるパイロットの複素相関値
２次元電力プロファイル生成部２０５において生成される２次元電力プロファイルは、メモリ２０６に蓄えられた後、所定のタイミングでパス検出／ＤＯＡ推定部２０７に出力される。パス検出／ＤＯＡ推定部２０７は、得られた２次元電力プロファイルに基づいて、各パスの受信タイミングの検出とＤＯＡ推定を行う。パス検出／ＤＯＡ推定部２０７で行われるパス受信タイミングの検出とＤＯＡ推定法については後述する。
【００３４】
アンテナウェイト生成部１０８は、得られたDＯＡ推定結果を用いて、各パスのアンテナウェイトを生成する。この生成されたアンテナウェイトは、乗算器１０９−１〜１０９−Ｎでアンテナ１０１−１〜１０１−Ｎからの受信信号と乗算され、乗算後の信号が加算器１１０で合成される。復調部１１１は、パス検出／ＤＯＡ推定部２０７で検出されるＲａｋｅ合成用の受信パスタイミングと、加算器１１０で合成された信号を入力し、パス毎の受信タイミングでデータを復調して再生データを出力する。
【００３５】
次に、パス検出／ＤＯＡ推定部２０７で行われるパス受信タイミングの検出とＤＯＡ推定法について説明する。パス検出／ＤＯＡ推定部２０７で行われるパス受信タイミングの検出とＤＯＡ推定法としては、（１）受信タイミング・パス独立ＤＯＡ推定法と、（２）受信タイミング・パス共通ＤＯＡ推定法の２つの方法がある。まず、（１）の受信タイミング・パス独立ＤＯＡ推定法について説明する。
【００３６】
図３は、受信タイミング・パス独立ＤＯＡ推定法を適用した場合のパス検出／ＤＯＡ推定部２０７での処理手順を示すフローチャートである。
【００３７】
本方法では、まず、２次元電力プロファイルを用いて、電力の高い順に最大Ｌパスが検出（ステップＳ１）される。例えば、図４に示すように、電力の高い順にパス（ｂ）、パス（ａ）、パス（ｃ）が検出される。
【００３８】
次に、このようにして検出された各パスにおけるタイミングτ及びＤＯＡ（θ）が同時に検出（ステップＳ２）される。例えば、図４の例の場合、パス（ｂ）に対するタイミングτ２とＤＯＡ（θ２）、パス（ａ）に対するタイミングτ１とＤＯＡ（θ１）、パス（ｃ）に対するタイミングτ３とＤＯＡ（θ３）が同時に検出される。
【００３９】
すなわち、本実施形態による受信タイミング・パス独立ＤＯＡ推定法によれば、各パスのＤＯＡにメインビームを向けた指向性受信時の受信信号で各パスの受信タイミングを検出するので、オムニセクタ受信で各パスの受信タイミングを検出してからＤＯＡを検出する従来法と比して、高精度な各パスの受信タイミング検出が可能となる。
【００４０】
続いて、（２）の受信タイミング・パス共通ＤＯＡ推定法について説明する。
【００４１】
図５は、受信タイミング・パス共通ＤＯＡ推定法を適用した場合のパス検出／ＤＯＡ推定部２０７での処理手順を示すフローチャートである。
【００４２】
本方法では、まず、２次元電力プロファイルを用いて、角度ごとに電力の高い順に最大Ｌパスが検出（ステップＳ１１）される。そして、その検出された全パス合計の電力和が計算（ステップＳ１２）され、その電力和が最大の角度θｃｏｍｍｏｎにおける電力の高い順に最大Ｌパスのタイミングτ及びパス共通のＤＯＡθｃｏｍｍｏｎを検出（ステップＳ１３）する。例えば、図６に示す例では、最大の角度θｃｏｍｍｏｎにおけるピーク電力Ｐ１におけるタイミングτ１、Ｐ２におけるタイミングτ２、Ｐ３におけるタイミングτ３が検出される。
【００４３】
アンテナウェイト生成部１０８は、図３に示したパス独立（上記（１）の方法）または図５に示したパス共通（上記（２）の方法）の方法により検出されたＤＯＡ推定結果を用いて自ユーザにメインビームを向けるようなアンテナウェイトを生成する。例えば、図７に示すように、本実施形態における適応アンテナアレー受信装置を適用した基地局５００は、自ユーザ（移動局６００）の各パス（パス共通）のＤＯＡに対してメインビームを向けるようアンテナウェイトを生成する。
【００４４】
図８は、ＤＯＡ推定結果に基づいてメインビーム方向を制御する場合の適応アンテナアレー受信装置２の構成を示すブロック図である。本実施形態における適応アンテナアレー受信装置２は、図１に示す適応アンテナアレー受信装置１と基本的構成を同様にし、２次元電力プロファイル生成部２１１−１〜２１１−Ｍ、ＤＯＡ推定部２１２−１〜２１２−Ｍ、アンテナウェイト生成部２１３−１〜２１３−Ｍ等がユーザＭ数分設けられたものである。
【００４５】
本実施形態では、各ユーザ（ユーザ１〜ユーザＭ）用の２次元電力プロファイル生成部２１１−１〜２１１−Ｍ、ＤＯＡ推定部２１２−１〜２１２−Ｍにより、パス独立あるいはパス共通法によりＤＯＡが推定される。各アンテナウェイト生成部２１３−１〜２１３−Ｍは、上記推定されたＤＯＡのみを用いて各ユーザにメインビームが向くようアンテナウェイトを生成する。
【００４６】
上記実施形態では、各ユーザに対してメインビームを向ける制御のみを行う場合を例示したが、このような態様に限定されない。例えば、自ユーザの他に他ユーザが存在する場合には、図９に示すように、本実施形態における適応アンテナアレー受信装置を適用した基地局５００は、パス独立あるいはパス共通法により推定される自ユーザ（移動局６００）のＤＯＡに対してはメインビームを向け、他ユーザ（移動局６１０）のＤＯＡに対してはビームのヌルを向けるようアンテナウェイトを生成することもできる。
【００４７】
図１０は、ＤＯＡ推定結果に基づいてメインビーム方向とヌル方向を制御する場合の適応アンテナアレー受信装置３の構成を示すブロック図である。本実施形態における適応アンテナアレー受信装置３は、図８に示す適応アンテナアレー受信装置２と基本的構成を同様にし、図８に示す実施形態の適応アンテナアレー受信装置２に対してアンテナウェイト生成の動作が異なる。よって、ここでは、図８に示す実施形態の適応アンテナアレー受信装置２との差異について説明する。
本実施形態におけるアンテナウェイト生成部２２３−１〜２２３−Ｍは、パス独立あるいはパス共通法により推定される自ユーザのＤＯＡ推定結果と、他ユーザのＤＯＡ推定結果を用いてアンテナウェイトを生成する。以下、具体例を説明する。
【００４８】
同図において、本実施形態では、各ユーザ（ユーザ１〜ユーザＭ）毎のＤＯＡ推定部２２２−１〜２２２−Ｍは、それぞれパス独立あるいはパス共通法により
推定される自ユーザのＤＯＡの推定結果を各アンテナウェイト生成部２２３−１〜２２３−Ｍに出力する。
【００４９】
一方で、各ユーザ毎の２次元電力プロファイル生成部２２１−１〜２２１−Ｍで算出された受信電力が各ユーザ毎のアンテナウェイト生成部２２３−１〜２２３−Ｍに出力される。ここで、あるアンテナウェイト生成部２２３−１に着目すると、アンテナウェイト生成部２２３−１は、ユーザ１用のＤＯＡ推定部２２２−１から出力される自ユーザのＤＯＡ推定結果と、ユーザＭ用のＤＯＡ推定部２２２−Ｍから出力される他ユーザのＤＯＡ推定結果と、ユーザ１用の２次元電力プロファイル生成部２２１−１から出力される自ユーザの受信電力と、ユーザＭ用の２次元電力プロファイル生成部２２１−Ｍから出力される他ユーザの受信電力を用いて、自ユーザ方向にメインビームを他ユーザ方向にビームのヌルを向けるアンテナウェイトを生成する。これにより、他ユーザ干渉を効果的に抑圧することができる。
【００５０】
本実施形態では、他ユーザ方向にビームのヌルの向ける制御を行う際に、好ましい一態様として、自ユーザのみならず他ユーザのＤＯＡ推定結果と他ユーザの受信電力を用いる場合を例示している。以下、その理由について説明する。
【００５１】
適応アンテナアレーにおいて、干渉となる他ユーザの不要波が一方向から到来する理想的状況を考えると、他ユーザ方向のＤＯＡ推定結果が得られれば、不要波の到来方向にビームのヌルを向かせることができる。しかし、干渉となる他ユーザ、すなわち不要波の到来数は複数であり、それらを除去しなければ通信品質は向上しない。一般に、適応アンテナアレーが生成できる独立なヌルの数は、アンテナ素子数をＮとすると（Ｎ−１）であり、結果、（Ｎ−１）数の不要波を除去することが可能であるが、アレーアンテナの自由度（Ｎ−１数）を上回ってのヌル制御はできない。
【００５２】
そこで、本実施形態では、干渉となる他ユーザ数が多い場合を考慮し、他ユーザのＤＯＡの他に他ユーザからの干渉電力、すなわち受信電力の情報に基づいて、干渉の強い他ユーザの方向に優先的にヌルを向ける制御を行う。これにより、アレーアンテナの自由度の限度内で干渉の強いユーザ方向に効果的にヌルを向けることができ、伝送容量を増大させることができる。なお、干渉となる他ユーザ数が少ない場合は、受信電力の情報を用いなくてもヌル制御を行うことができる。
【００５３】
上述したように本実施形態では、パス独立にＤＯＡを推定する方法（図３参照）およびパス共通にＤＯＡを推定する方法（図５参照）について説明した。パス独立でＤＯＡを推定し、この推定結果に基づいてアンテナウェイトを生成するパス独立ウェイト生成方法は、パス毎の小さな受信信号電力でアンテナウェイトを求めるため、パス数が多いときに、パス共通のＤＯＡ推定に基づきアンテナウェイトを生成するパス共通ウェイト生成方法と比較すると、若干アンテナウェイトの生成誤差が大きくなるものの、パス間の角度広がりが大きくなってもアンテナ利得は減少しないという効果が得られる。ここで、角度広がりとは、信号の到来角度の分布を正規分布と仮定したとき、到来角度の標準偏差をいい、一般的に、アレーアンテナの設置場所と周辺の建物高などに応じてその大きさが決まってくる。
【００５４】
一方、パス共通ウェイト生成方法では、パス間の角度広がりが小さい場合は、全パスを合成した大きな受信電力を用いて、アンテナウェイトを生成するため、アンテナウェイトの生成誤差が小さくなる効果が得られる。しかしながら、パス間の角度広がりが大きくなると、全てのパスに対して大きなアンテナ利得を得ることができない。そこで、本実施形態における適応アンテナアレー受信装置では、パス間の角度広がりに応じてパス独立ウェイト生成方法とパス共通ウェイト生成方法とを使い分ける制御を行う。以下、具体例について説明する。
【００５５】
図１１は、パス独立ウェイト生成方法とパス共通ウェイト生成方法の切替制御を行う適応アンテナアレー受信装置４の構成を示すブロック図である。同図において、この適応アンテナアレー受信装置４は、ＤＯＡ推定部３１１、ＤＯＡ推定結果メモリ３１２、パス間の角度広がり検出部３１３、角度広がりしきい値判定部３１４、パス毎ウェイト生成部３１５、パス共通ウェイト生成部３１６、アンテナウェイト生成切替制御部３１７、スイッチ３１８、パス毎の乗算器３２１−１〜３２１−Ｎ、パス毎の加算器３２２、復調部３２３から構成されている。
【００５６】
上記のように構成された適応アンテナアレー受信装置４の動作を図１２に示すフローチャートを用いて説明する。
【００５７】
同図において、ＤＯＡ推定部３１１は、２次元電力プロファイル生成部（ここでは、図示省略）から得られる２次元電力プロファイルに基づいて、各パスのＤＯＡ推定を行い（ステップＳ２１）、結果をＤＯＡ推定結果メモリ３１２に蓄えるとともに、パス間の角度広がり検出部３１３に出力する。
【００５８】
パス間の角度広がり検出部３１３は、ＤＯＡ推定結果を基にパス間の角度広がりを以下に示す方法１、または方法２にしたがって検出（ステップＳ２２）する。
【００５９】
（角度広がり検出方法１）
各パスの到来方向推定値（ＤＯＡ推定結果）、および受信電力を、
θ１，θ２，θ３，．．．，θＬ，
Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，．．．，ＰＬ，
としたときに、θｌ，Ｐｌを用いて角度広がりσを次式により計算する。
【００６０】
【数３】
ここで、
【００６１】
【数４】
（角度広がり検出方法２）
角度広がり〔ｄｅｇｒｅｅ〕＝受信電力が最大のパスからＸｄＢ以内を満たす受信電力が大きい順に最大Ｋパス間の最大角度差
本方法２における角度広がり検出概念を図１３に示す。本例は、ＸｄＢ＝５、Ｋ＝３とした場合であって、受信電力が大きい順にパス１、パス２、パス３までが検出され、パス１〜パス３間の角度広がりが検出される（角度広がり検出値＝θ２-θ１）。
【００６２】
図１２に戻り、角度広がりしきい値判定部３１４は、上記のようにして検出された角度広がりと閾値とを比較判定（ステップＳ２３）し、判定結果をアンテナウェイト生成切替制御部３１７に出力する。アンテナウェイト生成切替制御部３１７は、上記判定（ステップＳ２３）で、角度広がりが閾値より大きいとの結果を得た場合、スイッチ３１８を制御してパス毎ウェイト生成部３１５側の接点に接続する。その後、パス毎ウェイト生成部３１５で生成されたアンテナウェイトがアンテナウェイト生成切替制御部３１７を介して乗算部３２１−１〜３２１−Ｎに出力される。
【００６３】
一方、上記判定（ステップＳ２３）で、角度広がりが閾値より小さいとの結果が得られた場合、アンテナウェイト生成切替制御部３１７は、スイッチ３１８を制御してパス共通ウェイト生成部３１６側に接点を接続する。その後、パス共通ウェイト生成部３１６で生成されたアンテナウェイトがアンテナウェイト生成切替制御部３１７を介して乗算部３２１−１〜３２１−Ｎへと出力される。
【００６４】
このように本実施形態では、角度広がりに応じてパス毎にウェイトを生成するか、パス共通にウェイトを生成するかを使い分ける。例えば、アンテナ高が低く（例：地下街等）、器物の反射など複雑な伝搬路環境の中では、到来波の角度広がりが大きく検出されるので、その場合、アンテナウェイト生成切替制御部３１７によりパス毎ウェイト生成部３１５でのウェイト生成方法が選択され、パス毎にアンテナウェイトが生成される。
【００６５】
反対に、アンテナ高が高く（例：ビルの屋上等）、伝搬路の遮断等の影響が比較的小さい伝搬路環境の中では、到来波の角度広がりが小さく検出されるので、その場合、アンテナウェイト生成切替制御部３１７によりパス共通ウェイト生成部３１６でのウェイト生成方法が選択され、パス共通にアンテナウェイトが生成される。これにより、アンテナ高の設置状況等に応じてアンテナウェイト生成方法の使い分けが可能となり、より柔軟なシステムの構築が可能となる。
【００６６】
以上説明してきたように、本実施形態によれば、ＤＯＡ推定結果に基づいて、パケット毎にアンテナウェイトを生成するようにしたので、パケット交換型のシステムにＭＭＳＥアルゴリズムを適用した場合と比してアンテナウェイトの生成誤差を改善することが可能となる。
【００６７】
上記実施形態では、パイロットチャネル内のパイロットシンボルを用いて受信信号のＤＯＡを推定し、その推定結果に基づいて、アンテナウェイトを生成する場合を例示したが、本発明はこのような態様に限定されるものではない。例えば、パケット交換型のシステムにおいて、送信端末（移動局）がパケットデータを送信する前に短い予約パケット（遅延やデータサイズなどユーザ毎に異なるサービス品質の要求条件を通知するパケット）をランダムアクセス方式により送信するような場合、上記予約パケットを用いて事前にＤＯＡ推定しておき、その推定結果を利用して後続のパケットデータチャネルにヌルを向ける制御を行う態様であってもよい。
【００６８】
図１４は、予約パケットでＤＯＡ推定して後続のパケットデータチャネル対してヌル制御を行う場合の動作概念を示す図である。
【００６９】
同図（ａ）は、本実施形態における適応アンテナアレー受信装置を適用した基地局５００と移動局６００が通信中のときに、他ユーザである移動局６１０から予約パケットが送られてきた様子を示している。このような場合、本実施形態における適応アンテナアレー受信装置を適用した基地局５００は、移動局６１０から送信される予約パケットに含まれる既知パターンを用いてＤＯＡ推定を行い、その推定結果を基に移動局６１０にヌルを向けるようなアンテナウェイトを予め生成する。その後、後続して送信される移動局６１０のパケットデータチャネルに多重されているパイロットチャネルを用いてＤＯＡ推定を行い、その推定結果を基に移動局６１０にヌルを向けるようなアンテナウェイトを生成する。
【００７０】
このように本実施形態では、パケットデータが送信される前の予約パケットを用いて移動局６１０からの受信信号のＤＯＡ推定を行い、移動局６１０にヌルを向けるようなアンテナウェイトが予め生成されるので、後続するパケットデータチャネルに対してヌルを向けるようなアンテナウェイトを生成する際には、すべての角度方向にスイープして指向性受信を行わなくても事前に得られた到来方向の角度周辺の範囲をスイープして指向性受信すればパケットデータチャネルに対するＤＯＡを検出できる。これにより、アンテナウェイト生成のための演算処理量を軽減させることが可能である。
【００７１】
図１５は、本発明における適応アンテナアレー受信装置を基地局に適用した場合の具体的な構成例を示すブロック図である。本構成は、受信に際して、マルチパス環境において、受信に際してマルチパス数分のアンテナ重み係数を用いて受信する構成となっている。
【００７２】
本実施形態における基地局は、２次元電力プロファイル生成部４０５−１〜４０５−Ｍ、パス検出／ＤＯＡ推定部４０６−１〜４０６−Ｍ、アンテナウェイト生成部４０７−１〜４０７−Ｍをユーザ数分（ユーザ１〜ユーザＭ）備える。また、これらは同様に動作するので、以下では、代表としてユーザ１における動作を説明する。
【００７３】
同図において、各アンテナ４０１−１〜４０１−Ｎで受信された信号は、ＬＮＡ４０２−１〜４０２−Ｎ、ＲＦ回路４０３−１〜４０３−Ｎを経てＡ／Ｄ変換器４０４−１〜４０４−Ｎによりデジタルベースバンド信号に変換される。この変換されたデジタルベースバンド信号は、２次元電力プロファイル生成部４０５−１に入力され、データチャネルに多重されているパイロットチャネルを用いて、２次元電力プロファイルが生成される。その後、受信タイミング／ＤＯＡ推定部４０６−１で受信信号のＤＯＡとパスの受信タイミングが推定される。アンテナウェイト生成部４０７−１は、上記ＤＯＡとパスの受信タイミングの推定結果に基づいて、パス毎にアンテナウェイトを生成する。
【００７４】
各アンテナ素子４０１−１〜４０１−Ｎで受信された信号は、アンテナウェイト生成部４０７−１で生成されたアンテナウェイトと乗算器４０８−１〜４０８−Ｎにより乗算されて加算器４０９で加算された後、逆拡散器４１０−１においてパス毎の受信タイミングにおいて逆拡散される。このようにして逆拡散されたパス毎の信号は、チャネル推定部４１１でチャネル推定が行われた後、Ｒａｋｅ合成部４１２でＲａｋｅ合成され復調部４１６で復調されることで送信データが再生される。
【００７５】
次に、前述したような大電力の干渉波が存在する場合における２次元電力プロファイルによるパス検出について図１６を用いて説明する。
【００７６】
同図に示すように、高速レートのトラヒックを伝送する大電力の干渉波が存在する場合、パイロットシンボルによる相互相関の影響が残るために干渉波方向に電力が残留してしまう。このような場合において希望波のパス検出を行う場合には、大電力の干渉波を誤って検出する確率が増大する。そこで、本実施形態における受信タイミング／ＤＯＡ推定部４０６では、２次元電力プロファイルを用いて、全角度共通に、ないしは、角度毎にパス検出しきい値を設定する。以下、具体例について図１７、図１８を用いて説明する。図１７は、全角度共通にパス検出しきい値を設定する場合の受信タイミング／ＤＯＡ推定部４０６での処理手順を示すフローチャートである。図１８は、全角度共通にパス検出しきい値を設定する概念を説明するための２次元電力プロファイルである。
【００７７】
図１７において、全角度共通にパス検出しきい値を設定する方法では、受信タイミング／ＤＯＡ推定部４０６は、２次元電力プロファイル生成部４０５から２次元電力プロファイルを取得（ステップＳ３１）し、得られた２次元電力プロファイルの全角度、全タイミングの電力値から、大きい順にＬ×４タイミングを除いた電力値を平均することで全角度共通の雑音電力を計算（ステップＳ３２）する。この全角度共通の雑音電力値に△だけオフセットした値を全角度共通のパス検出しきい値として計算（ステップＳ３３）し、ステップＳ３４において、この全角度共通のパス検出しきい値を越える電力値とパス検出しきい値との比が大きい順に最大Ｌパスを検出する。ステップＳ３５では、この検出したＬパスについて、受信タイミングとＤＯＡを検出し、結果をアンテナウェイト生成部４０７に出力する。
【００７８】
続いて、２次元電力プロファイルを用いて、角度毎にパス検出しきい値を設定する場合について説明する。図１９は、角度毎にパス検出しきい値を設定する場合の受信タイミング／ＤＯＡ推定部４０６での処理手順を示すフローチャートである。図２０は、角度毎にパス検出しきい値を設定する概念を説明するための２次元電力プロファイルである。
【００７９】
図１９において、角度毎にパス検出しきい値を設定する方法では、受信タイミング／ＤＯＡ推定部４０６は、２次元電力プロファイル生成部４０５から２次元電力プロファイルを取得（ステップＳ４１）し、得られた２次元電力プロファイルの角度毎に全タイミングの電力値から、大きい順にＬ×４タイミングを除いた電力値平均することで、角度毎の雑音電力を計算（ステップＳ４２）する。この角度毎の雑音電力値に△だけオフセットした値をパス毎のパス検出しきい値として計算（ステップＳ４３）し、角度毎に、電力と角度毎のパス検出しきい値との比を求め、全角度で（パス検出しきい値を越えている）この比が大きい順に最大Ｌパスを検出（ステップＳ４４）する。ステップＳ４５では、この検出したＬパスについて受信タイミングと到来方向を検出し、結果をアンテナウェイト生成部４０７に出力する。
【００８０】
上述したように全角度共通にパス検出のためのしきい値を設定する方法では、２次元電力プロファイルの全角度の全タイミングの電力値を用いて、パス検出しきい値を設定するための雑音電力を全角度共通に計算するため、雑音電力の平均化効果が大きい。ただし、大電力の干渉波が存在する場合には、その干渉波を受信タイミングとして検出してしまう誤検出、および干渉波による全角度共通のパス検出しきい値が増大することによる希望波パスの検出見逃しが増大する。
【００８１】
一方、角度毎にパス検出のためのしきい値を設定する方法では、２次元電力プロファイルの各角度の全タイミングの電力値を用いて、パス検出しきい値を設定するための雑音電力を角度毎に計算するため、雑音電力の平均化効果は小さくなるが、大電力の干渉波が存在する場合においても、角度毎にパス検出しきい値を設定するため、干渉波が存在する角度においては、大電力であるためにパス検出しきい値が高く、希望波方向のパス検出しきい値は小さく設定されるために、干渉波の影響を受けずに希望波バスを高精度に検出できる。
【００８２】
すなわち、全角度共通にパスの検出ためのしきい値を設定する方法と、角度毎にパスのための検出しきい値を設定する方法には、トレードオフの関係がある。したがって、これらのいずれを採用するかは、両者のメリットのトレードオフとなるが、大電力の干渉波が存在しない場合には、雑音電力の平均化効果が大きく特性が改善される全角度共通にパスの検出ためのしきい値を設定する方法を選択し、大電力の干渉波が存在する場合には、大電力の干渉波の影響を受けずに、希望波パスを高精度に検出することができる角度毎にパスのための検出しきい値を設定する方法を選択するのが好ましい。これにより、大電力の共有チャネルが干渉となる場合においても、高精度にパス検出ができ、受信タイミングおよび到来方向を高精度に検出することができる。その結果、上りリンクのセルカバレッジの増大、並びにリンク容量の増大を実現することができる。
【００８３】
結論として、本発明は、伝送レートの異なるトラヒックが混在するパケット交換型のシステムに適した適応アンテナアレー受信装置を提供することができる。
【００８４】
なお、上記において既に説明した上りリンクのＤＯＡ推定結果を用いて送信側の送信アンテナウェイトを生成することもできる。例えば、各ユーザの上りリンクの送信がなされたときに、ＤＯＡ推定を行ってその値を記憶しておき、あるユーザの下りリンク送信を行う際には、記憶していたそのユーザのＤＯＡ推定結果を基に送信アンテナウェイトを生成する。このとき、送信アンテナウェイト生成方法としては、例えば、以下のような方法が考えられる。
【００８５】
（ａ）受信電力が最大のパスの到来方向にメインビームを向ける送信アンテナウェイトを生成する。
【００８６】
（ｂ）全パスの到来方向にメインビームを向ける送信アンテナウェイトを生成する。
（ｃ）全パスの平均到来方向にメインビームを向ける送信アンテナウェイトを生成する。
【００８７】
上記のようにして送信アンテナウェイトを生成することで、上下リンクが非対称になった場合でもアダプティブアレー送信を行うことができ、下りリンクのセルカバレッジの増大、並びにリンク容量の増大を実現することができる。
【００８８】
また、上述の各実施の形態では、移動通信システムの基地局にこの発明の適応アンテナアレー受信装置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ー処理を行う移動局にも適用できることはいうまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００８９】
【図１】本発明の実施の一形態に係る適応アンテナアレー受信装置の構成を示すブロック図である。
【図２】２次元電力プロファイルの生成例を示す図である。
【図３】パス受信タイミング検出・パス独立ＤＯＡ推定手順を示すフローチャートである。
【図４】パス受信タイミング検出・パス独立ＤＯＡ推定法によるパス検出とＤＯＡ推定を説明するための２次元電力プロファイルである。
【図５】パス受信タイミング検出・パス共通ＤＯＡ推定手順を示すフローチャートである。
【図６】パス受信タイミング検出・パス共通ＤＯＡ推定法によるパス検出とＤＯＡ推定を説明するための２次元電力プロファイルである。
【図７】本実施形態における適応アンテナアレー受信装置を適用した基地局におけるビーム制御（その１）の一例を示す図である。
【図８】図７に示す適応アンテナアレー受信装置の構成を示すブロック図である。
【図９】本実施形態における適応アンテナアレー受信装置を適用した基地局におけるビーム制御（その２）の一例を示す図である。
【図１０】図９に示す適応アンテナアレー受信装置の構成を示すブロック図である。
【図１１】アンテナウェイトの生成法を切替える制御を行う適応アンテナアレー受信装置の構成を示すブロック図である。
【図１２】角度広がりに応じてアンテナウェイトの生成法を切替える制御手順を示すフローチャートである。
【図１３】角度広がりの検出概念を示す図である。
【図１４】予約パケットに基づいてヌル制御を行う場合の動作概念を示す図である。
【図１５】本発明における適応アンテナアレー受信装置を基地局に適用した場合の具体的な構成例を示すブロック図である。
【図１６】大電力の干渉波が存在する場合における２次元電力プロファイルによるパス検出方法を説明するための図である。
【図１７】全角度共通にパス検出しきい値を設定する場合の受信タイミング／ＤＯＡ推定部での処理手順を示すフローチャートである。
【図１８】全角度共通にパス検出しきい値を設定する概念を説明するための２次元電力プロファイルである。
【図１９】角度毎にパス検出しきい値を設定する場合の受信タイミング／ＤＯＡ推定部での処理手順を示すフローチャートである。
【図２０】角度毎にパス検出しきい値を設定する概念を説明するための２次元電力プロファイルである。
【図２１】従来の適応アンテナアレー受信装置の構成を示すブロック図である。
【図２２】ブロードバンド無線アクセスにおける上りリンクのチャネル状態を示す図である。
【符号の説明】
【００９０】
１〜４ 適応アンテナアレー受信装置
１０１〜１０１−Ｎ、４０１−１〜４０１−Ｎ アンテナ素子
１０２−１〜１０２−Ｎ 相関検出部
１０３−１〜１０３−Ｎ 複素プロファイル生成部
１０４、１１０、２０４、３２２、４０９、４１５ 加算器
１０５ 合成遅延プロファイル生成部
１０６ パス検出部
１０７ ＤＯＡ(Direction of arrival：到来方向)推定部
１０８、２０２、２１３−１〜２１３−Ｍ、２２３−１〜２２３−Ｍ、４０７−１〜４０７−Ｍアンテナウェイト生成部
１０９−１〜１０９−Ｎ、２０３−１〜２０３−Ｎ、３２１−１〜３２１−Ｎ、 ４０８−１〜４０８−Ｎ、４１３、４１４ 乗算器
１１１、１１１−１〜１１１−Ｍ、３２３、４１６ 復調部
２０１ ビームスイープ制御部
２０５、２１１−１〜２１１−Ｍ、２２１−１〜２２１−Ｍ、４０５−１〜４０５−Ｍ ２次元電力プロファイル生成部
２０６ メモリ
２０７、２１２−１〜２１２−Ｍ、２２２−１〜２２２−Ｍ、４０６−１〜４０６−Ｍ パス検出／ＤＯＡ推定部
３１１ ＤＯＡ推定部
３１２ ＤＯＡ推定結果メモリ
３１３ パス間の角度広がり検出部
３１４ 角度広がりしきい値判定部
３１５ パス毎ウェイト生成部
３１６ パス共通ウェイト生成部
３１７ アンテナウェイト生成切替制御部
３１８ スイッチ
４０２−１〜４０２−Ｎ ＬＮＡ
４０３−１〜４０３−Ｎ ＲＦ回路
４０４−１〜４０４−Ｎ Ａ／Ｄ変換器
４１０−１〜４１０−Ｍ 逆拡散器
４１１ チャネル推定部
４１２ Ｒａｋｅ合成部
５００ 基地局
６００〜６２０ 移動局
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のアンテナ素子で構成されるアレーアンテナを備え、該複数のアンテナ素子により送信信号を受信する適応アンテナアレー受信装置において、
前記複数のアンテナ素子で受信される制御信号を用いて時間と到来パスの角度の次元を有する２次元電力プロファイルを生成する２次元電力プロファイル生成手段と、
前記２次元電力プロファイルを用いて、パスの受信タイミング検出及びパスの到来方向を推定するパス検出・到来方向推定手段と、
前記パスの到来方向推定結果に基づき前記複数のアンテナ素子からの受信信号に対するアンテナウェイトを生成するアンテナウェイト生成手段と、
を備えたことを特徴とする適応アンテナアレー受信装置。
【請求項２】
請求項１に記載の適応アンテナアレー受信装置において、
前記アンテナウェイト生成手段は、前記アンテナウェイトを生成する際に、前記２次元電力プロファイルから得られる受信電力を考慮することを特徴とする適応アンテナアレー受信装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の適応アンテナアレー受信装置において、
前記２次元電力プロファイル生成手段は、上りリンクのパイロットチャネルを前記制御信号として入力し、
前記パイロットチャネルに挿入されたパイロットシンボルを用いて各アンテナにおけるパイロットシンボルの複素相関値を出力する複素相関処理手段と、
前記複素相関処理手段で得られた複素相関値を同相加算することにより、各アンテナにおける複素遅延プロファイルを生成する複素遅延プロファイル生成手段と、
所定角度範囲内で指向性ビームを走査し、その指向性ビームを形成するアンテナウェイトを各タイミングにおいて前記複素遅延プロファイルに乗算後、合成する指向性ビーム受信合成手段と、
前記合成された合成信号を用いてタイミング方向の受信電力を算出する受信電力算出手段と、
を備えることを特徴とする適応アンテナアレー受信装置。
【請求項４】
請求項３に記載の適応アンテナアレー受信装置において、
前記受信電力算出手段は、前記受信電力をビームフォーマー法又はＣａｐｏｎ法を用いて算出することを特徴とする適応アンテナアレー受信装置。
【請求項５】
請求項１乃至４いずれかに記載の適応アンテナアレー受信装置において、
前記パス検出・到来方向推定手段は、前記２次元電力プロファイル生成手段により生成された２次元電力プロファイルを用いて、ピーク電力を有する所定数のパスを検出し、検出した各パスにおけるパスの受信タイミングを検出するパス独立受信タイミング検出手段と、
前記検出されたパスにおける到来方向を推定するパス独立到来方向推定手段と、
を備えることを特徴とする適応アンテナアレー受信装置。
【請求項６】
請求項５に記載の適応アンテナアレー受信装置において、
前記パス独立受信タイミング検出手段は、ピーク電力を有するパスのうち、電力の高い順に所定数のパスを検出することを特徴とする適応アンテナアレー受信装置。
【請求項７】
請求項１乃至４いずれかに記載の適応アンテナアレー受信装置において、
前記パス検出・到来方向推定手段は、前記２次元電力プロファイル生成手段により生成された２次元電力プロファイルを用いて、角度ごとにピーク電力を有する所定数のパスを検出し、検出した角度ごとのパスの電力和を合成電力として算出し、算出した合成電力が最大となる１つの角度をパス共通の到来方向として推定するパス共通到来方向推定手段と、
前記推定したパス共通の到来方向における各パスの受信タイミングを検出するパス共通受信タイミング検出手段と、
を備えることを特徴とする適応アンテナアレー受信装置。
【請求項８】
請求項７に記載の適応アンテナアレー受信装置において、
前記パス共通到来方向推定手段は、ピーク電力を有するパスのうち、電力の高い順に所定数のパスを検出することを特徴とする適応アンテナアレー受信装置。
【請求項９】
請求項５乃至８いずれかに記載の適応アンテナアレー受信装置において、
前記アンテナウェイト生成手段は、前記パス独立到来方向推定手段により推定される各パスの到来方向にメインビームを形成するアンテナウェイトを生成するパス独立アンテナウェイト生成手段と、
前記パス共通到来方向推定手段により推定されるパス共通の到来方向にメインビームを形成するアンテナウェイトを生成するパス共通アンテナウェイト生成手段と、
を備えることを特徴とする適応アンテナアレー受信装置。
【請求項１０】
請求項８に記載の適応アンテナアレー受信装置において、
前記パス独立アンテナウェイト生成手段は、パス独立到来方向推定手段により推定される自ユーザ及び他ユーザの各パス独立の到来方向推定結果と、前記２次元電力プロファイル生成手段から得られる自ユーザ及び他ユーザの受信電力とに基づいて、自ユーザ方向にメインビームを形成し、他ユーザ方向にヌルビームを形成するアンテナウェイトを生成するパス独立ヌル制御手段を備え、
前記パス共通アンテナウェイト生成手段は、パス共通到来方向推定手段により推定される自ユーザ及び他ユーザの各パス共通の到来方向推定結果と、前記２次元電力プロファイル生成手段から得られる自ユーザ及び他ユーザの受信電力とに基づいて、自ユーザ方向にメインビームを形成し、他ユーザ方向にヌルビームを形成するアンテナウェイトを生成するパス共通ヌル制御手段を備えることを特徴とする適応アンテナアレー受信装置。
【請求項１１】
請求項１又は１０いずれかに記載の適応アンテナアレー受信装置において、
前記２次元電力プロファイル生成手段により生成される２次元電力プロファイルの全角度の全タイミングの電力値を用いて、パス検出のためのしきい値を設定する全角度共通パス検出しきい値設定手段をさらに備えることを特徴とする適応アンテナアレー受信装置。
【請求項１２】
請求項１又は１０いずれかに記載の適応アンテナアレー受信装置において、
前記２次元電力プロファイル生成手段により生成される２次元電力プロファイルの各角度の全タイミングの電力値を用いて、パス検出のためのしきい値を設定する角度毎パス検出しきい値設定手段をさらに備えることを特徴とする適応アンテナアレー受信装置。
【請求項１３】
複数のアンテナ素子で構成されるアレーアンテナを備え、該複数のアンテナ素子により送信信号を受信する適応アンテナアレー受信装置における受信方法であって、
前記複数のアンテナ素子で受信される制御信号を用いて時間と到来パスの角度の次元を有する２次元電力プロファイルを生成するステップと、
前記生成した２次元電力プロファイルを用いて、パスの受信タイミング検出と、パスの到来方向を推定するステップと、
前記推定したパスの到来方向推定結果に基づいて、前記複数のアンテナ素子からの受信信号に対するアンテナウェイトを生成するステップと、
を備える適応アンテナアレー受信装置における受信方法。
【請求項１】
複数のアンテナ素子で構成されるアレーアンテナを備え、該複数のアンテナ素子により送信信号を受信する適応アンテナアレー受信装置において、
前記複数のアンテナ素子で受信される制御信号を用いて時間と到来パスの角度の次元を有する２次元電力プロファイルを生成する２次元電力プロファイル生成手段と、
前記２次元電力プロファイルを用いて、パスの受信タイミング検出及びパスの到来方向を推定するパス検出・到来方向推定手段と、
前記パスの到来方向推定結果に基づき前記複数のアンテナ素子からの受信信号に対するアンテナウェイトを生成するアンテナウェイト生成手段と、
を備えたことを特徴とする適応アンテナアレー受信装置。
【請求項２】
請求項１に記載の適応アンテナアレー受信装置において、
前記アンテナウェイト生成手段は、前記アンテナウェイトを生成する際に、前記２次元電力プロファイルから得られる受信電力を考慮することを特徴とする適応アンテナアレー受信装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の適応アンテナアレー受信装置において、
前記２次元電力プロファイル生成手段は、上りリンクのパイロットチャネルを前記制御信号として入力し、
前記パイロットチャネルに挿入されたパイロットシンボルを用いて各アンテナにおけるパイロットシンボルの複素相関値を出力する複素相関処理手段と、
前記複素相関処理手段で得られた複素相関値を同相加算することにより、各アンテナにおける複素遅延プロファイルを生成する複素遅延プロファイル生成手段と、
所定角度範囲内で指向性ビームを走査し、その指向性ビームを形成するアンテナウェイトを各タイミングにおいて前記複素遅延プロファイルに乗算後、合成する指向性ビーム受信合成手段と、
前記合成された合成信号を用いてタイミング方向の受信電力を算出する受信電力算出手段と、
を備えることを特徴とする適応アンテナアレー受信装置。
【請求項４】
請求項３に記載の適応アンテナアレー受信装置において、
前記受信電力算出手段は、前記受信電力をビームフォーマー法又はＣａｐｏｎ法を用いて算出することを特徴とする適応アンテナアレー受信装置。
【請求項５】
請求項１乃至４いずれかに記載の適応アンテナアレー受信装置において、
前記パス検出・到来方向推定手段は、前記２次元電力プロファイル生成手段により生成された２次元電力プロファイルを用いて、ピーク電力を有する所定数のパスを検出し、検出した各パスにおけるパスの受信タイミングを検出するパス独立受信タイミング検出手段と、
前記検出されたパスにおける到来方向を推定するパス独立到来方向推定手段と、
を備えることを特徴とする適応アンテナアレー受信装置。
【請求項６】
請求項５に記載の適応アンテナアレー受信装置において、
前記パス独立受信タイミング検出手段は、ピーク電力を有するパスのうち、電力の高い順に所定数のパスを検出することを特徴とする適応アンテナアレー受信装置。
【請求項７】
請求項１乃至４いずれかに記載の適応アンテナアレー受信装置において、
前記パス検出・到来方向推定手段は、前記２次元電力プロファイル生成手段により生成された２次元電力プロファイルを用いて、角度ごとにピーク電力を有する所定数のパスを検出し、検出した角度ごとのパスの電力和を合成電力として算出し、算出した合成電力が最大となる１つの角度をパス共通の到来方向として推定するパス共通到来方向推定手段と、
前記推定したパス共通の到来方向における各パスの受信タイミングを検出するパス共通受信タイミング検出手段と、
を備えることを特徴とする適応アンテナアレー受信装置。
【請求項８】
請求項７に記載の適応アンテナアレー受信装置において、
前記パス共通到来方向推定手段は、ピーク電力を有するパスのうち、電力の高い順に所定数のパスを検出することを特徴とする適応アンテナアレー受信装置。
【請求項９】
請求項５乃至８いずれかに記載の適応アンテナアレー受信装置において、
前記アンテナウェイト生成手段は、前記パス独立到来方向推定手段により推定される各パスの到来方向にメインビームを形成するアンテナウェイトを生成するパス独立アンテナウェイト生成手段と、
前記パス共通到来方向推定手段により推定されるパス共通の到来方向にメインビームを形成するアンテナウェイトを生成するパス共通アンテナウェイト生成手段と、
を備えることを特徴とする適応アンテナアレー受信装置。
【請求項１０】
請求項８に記載の適応アンテナアレー受信装置において、
前記パス独立アンテナウェイト生成手段は、パス独立到来方向推定手段により推定される自ユーザ及び他ユーザの各パス独立の到来方向推定結果と、前記２次元電力プロファイル生成手段から得られる自ユーザ及び他ユーザの受信電力とに基づいて、自ユーザ方向にメインビームを形成し、他ユーザ方向にヌルビームを形成するアンテナウェイトを生成するパス独立ヌル制御手段を備え、
前記パス共通アンテナウェイト生成手段は、パス共通到来方向推定手段により推定される自ユーザ及び他ユーザの各パス共通の到来方向推定結果と、前記２次元電力プロファイル生成手段から得られる自ユーザ及び他ユーザの受信電力とに基づいて、自ユーザ方向にメインビームを形成し、他ユーザ方向にヌルビームを形成するアンテナウェイトを生成するパス共通ヌル制御手段を備えることを特徴とする適応アンテナアレー受信装置。
【請求項１１】
請求項１又は１０いずれかに記載の適応アンテナアレー受信装置において、
前記２次元電力プロファイル生成手段により生成される２次元電力プロファイルの全角度の全タイミングの電力値を用いて、パス検出のためのしきい値を設定する全角度共通パス検出しきい値設定手段をさらに備えることを特徴とする適応アンテナアレー受信装置。
【請求項１２】
請求項１又は１０いずれかに記載の適応アンテナアレー受信装置において、
前記２次元電力プロファイル生成手段により生成される２次元電力プロファイルの各角度の全タイミングの電力値を用いて、パス検出のためのしきい値を設定する角度毎パス検出しきい値設定手段をさらに備えることを特徴とする適応アンテナアレー受信装置。
【請求項１３】
複数のアンテナ素子で構成されるアレーアンテナを備え、該複数のアンテナ素子により送信信号を受信する適応アンテナアレー受信装置における受信方法であって、
前記複数のアンテナ素子で受信される制御信号を用いて時間と到来パスの角度の次元を有する２次元電力プロファイルを生成するステップと、
前記生成した２次元電力プロファイルを用いて、パスの受信タイミング検出と、パスの到来方向を推定するステップと、
前記推定したパスの到来方向推定結果に基づいて、前記複数のアンテナ素子からの受信信号に対するアンテナウェイトを生成するステップと、
を備える適応アンテナアレー受信装置における受信方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１７】
【図１９】
【図２１】
【図２２】
【図１６】
【図１８】
【図２０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１７】
【図１９】
【図２１】
【図２２】
【図１６】
【図１８】
【図２０】
【公開番号】特開２００６−１３７８６（Ｐ２００６−１３７８６Ａ）
【公開日】平成１８年１月１２日（２００６．１．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００４−１８６５６５（Ｐ２００４−１８６５６５）
【出願日】平成１６年６月２４日（２００４．６．２４）
【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第１項適用申請有り ２００４年５月１４日 社団法人電子情報通信学会発行の「電子情報通信学会技術研究報告 信学技報Ｖｏｌ．１０４ Ｎｏ．６３」に発表
【出願人】（３９２０２６６９３）株式会社エヌ・ティ・ティ・ドコモ (5,876)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年１月１２日（２００６．１．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年６月２４日（２００４．６．２４）
【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第１項適用申請有り ２００４年５月１４日 社団法人電子情報通信学会発行の「電子情報通信学会技術研究報告 信学技報Ｖｏｌ．１０４ Ｎｏ．６３」に発表
【出願人】（３９２０２６６９３）株式会社エヌ・ティ・ティ・ドコモ (5,876)
【Ｆターム（参考）】
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