JP3768350B2 - 無線受信装置及びその方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、指向性を制御可能なアダプティブアレーアンテナ無線受信装置及びその方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
指向性を制御可能なアンテナシステムとしてアダプティブアレーアンテナが知られている。「ディジタル移動通信のための波形等化技術」（堀越 淳監修、（株）トリケップス）によれば、複数アンテナで構成されるアレーアンテナにおいて、各アンテナ出力に振幅・位相シフトを加えて合成するとアレーの指向性が変化する。アダプティブアレーは、上記原理を利用したものであり、ある制御アルゴリズムに基づいて各アンテナ出力の重み係数を決定し、周囲の状態の変化に適応しながら指向性を制御する。
【０００３】
図６に従来のアダプティブアレー受信装置（以下、「受信アダプティブアレー」と呼ぶ）の構成例を示す。同図に示すように、複数のアンテナ６０１のアンテナ出力６０２に対して重み係数６０３が乗じられ、重み係数６０３によってアンテナ別に重み付けされたアンテナ出力が合成されてアレー出力６０４となる。
【０００４】
各アンテナ出力に対する重み係数は重み係数制御部６０５が制御している。重み係数制御部６０５は、アレーの合成出力６０４、各アンテナ出力６０２、希信号に関する事前知識６０６の３つの情報を重み係数の制御に使用する。なお、重み係数の制御にアレー出力６０４を用いない方式もある。
【０００５】
従来、重み係数制御部６０５は同期干渉を想定した重み係数制御アルゴリズムが適用されている。同期干渉を想定した重み係数制御アルゴリズムでは、図７に示すように、所望信号の始めから終わりまで連続して干渉信号が存在している場合（以降、同期干渉）に対して干渉信号を除去するよう重み係数制御される。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、所望信号を送信している通信事業者と違う通信事業者が提供する信号が干渉信号となるような場合には、所望信号と干渉信号との同期が保証されないので、図８に示すように希望信号の途中から干渉信号が混入してくる可能性が有る。
【０００７】
このように、希望信号の途中から干渉信号が混入してくる場合においては、干渉信号混入前に所望信号の既知信号を用いて算出された重み係数では干渉信号を除去しきれないという問題がある。
【０００８】
本発明は以上のような実情に鑑みてなされたものであり、希望信号の途中から干渉信号が混入してくる場合においてもアレー合成の重み係数を適切に制御でき、干渉信号を効果的に除去又は抑制することのできるアダプティブアレーアンテナ無線受信装置及びその方法を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題を解決するために以下の手段を講じた。
【００１０】
本発明の無線受信装置は、複数のアンテナ素子での受信信号を重み付けして合成する合成手段と、干渉信号が混入しない受信信号を重み付けする第１の重み係数を算出する第１算出手段と、干渉信号が混入した受信信号を重み付けする第２の重み係数を算出する第２算出手段と、受信信号と干渉信号の既知信号との相関が最も高い位置を検出する検出手段と、前記合成手段での重み付けに使用される重み係数を、前記検出手段で検出された位置で、前記第１の重み係数から前記第２の重み係数に切り替える切替手段と、を具備する構成を採る。
【００１１】
本発明の無線受信装置は、複数のアンテナ素子での受信信号を重み付けして合成する合成手段と、スロットの前部にある既知信号により第１の重み係数を算出する第１算出手段と、前記スロットの後部にある既知信号により第２の重み係数を算出する第２算出手段と、前記第１の重み係数で重み付けして合成された合成信号の受信品質と、前記第２の重み係数で重み付けして合成された合成信号の受信品質とを比較し、受信品質の良い方の合成信号を採用する比較手段と、を具備する構成を採る。
【００４０】
【発明の実施の形態】
本発明の第１の態様に係る無線受信装置は、複数のアンテナ素子の各受信信号を重み付けして合成する合成手段と、所望信号に対して干渉信号が混入する時刻により前記受信信号に対する重み付けを適応制御する係数適合化手段とを具備した構成を採る。また、本発明の第２の態様に係る無線受信方法は、複数のアンテナ素子の各受信信号を重み付けして合成するし、所望信号に対して干渉信号が混入する時刻により前記受信信号に対する重み付けを適応制御する構成を採る。これらの構成により、同期干渉、非同期干渉の両方に対応できるので、干渉信号が最初から存在している場合はもちろんのこと、干渉信号が所望信号の途中から混入してくる場合においても干渉信号を効果的に除去することができる。
本発明の第３の態様に係る無線受信装置は、係数適合化手段が、合成手段から出力される合成信号から受信品質を測定する手段と、受信品質が劣化した場合に劣化後の受信信号から求めた重み係数に切り替える手段とを具備する構成を採る。また、本発明の第４の態様に係る記載の無線受信方法は、重み付けして合成した合成信号から受信品質を測定し、受信品質が劣化した場合に劣化後の受信信号から求めた重み係数に切り替える構成を採る。これらの構成により、受信信号の品質によって適応的に重み係数を切替えることができ、干渉信号を効果的に除去あるいは抑圧することができる。
本発明の第５の態様に係る無線受信装置は、係数適合化手段が、所望信号に対して干渉信号が混入する位置を検出する位置検出手段と、干渉信号の混入位置以降の受信信号から求めた重み係数に切り替える手段と、を具備する構成を採る。また、本発明の第６の態様に係る無線受信方法は、所望信号に対して干渉信号が混入する位置を検出し、干渉信号の混入位置以降の受信信号から求めた重み係数で各受信信号を重み付けする構成を採る。これらの構成により、干渉信号が混入してきた位置から重み係数を切替えることができ、干渉信号を効果的に除去あるいは抑圧することができる。
本発明の第７の態様に係る無線受信装置は、位置検出手段が、受信信号と干渉信号の既知信号との相関をとる相関器を備える構成を採る。また、本発明の第８の態様に係る無線受信方法は、受信信号と干渉信号の既知信号との相関をとることにより干渉信号の混入位置を検出する構成を採る。これらの構成により、所望信号と干渉信号が混ざり合った受信信号から干渉信号の混入開始位置を検出することができる。
本発明の第９の態様に係る無線受信装置は、受信信号と所望信号の既知信号とから重み係数を算出する構成を採る。この構成により、同期干渉の場合は既知信号を重み係数算出に用いて、効果的に干渉信号を除去あるいは抑圧することができる。
本発明の第１０の態様に係る無線受信装置は、ある重み係数による合成信号と既知信号との誤差と、受信信号とにより重み係数を更新する構成を採る。この構成により、非同期干渉の場合は既知信号を重み係数算出に用いることなく、効果的に干渉信号を除去あるいは抑圧することができる。
本発明の第１１の態様に係る無線受信装置は、複数のアンテナ素子の各受信信号を重み付けして合成する合成手段と、スロット内の複数箇所に配置された既知信号のうち少なくとも干渉信号が存在する既知信号部分を用いて重み係数を算出する重み係数算出手段とを具備した構成を採る。また、本発明の第１２の態様に係る無線受信方法は、スロット内の複数箇所に既知信号を配置した送信信号を受信し、干渉信号が存在する既知信号部分を用いて重み係数を求め、この求めた重み係数で複数のアンテナ素子の各受信信号を重み付けして合成する構成を採る。これらの構成により、所望信号に対して干渉信号がどの時刻で混入してきても、アンテナ受信信号のいずれかの既知信号部分に干渉信号が存在していれば、そこから算出される重み係数による合成信号から、干渉信号を抑圧した所望信号を得るような復調方式を採用することができる。
本発明の第１３の態様に係る無線受信装置は、スロットの前部と後部の２個所に既知信号が含まれている構成を採る。この構成により、スロット（フレームフォーマット）の前部の既知信号で重み係数を算出し、前方から後方へと又は後方から前方へと合成していく復調方式と、後部の既知信号で重み係数を算出し、後方から前方へと又は前方から後方へ と合成していく復調方式の２通りが状況に応じて適宜選択することができる。
本発明の第１４の態様に係る無線受信装置は、スロット内に配置された複数の既知信号により重み係数を算出する構成を採る。この構成により、所望信号に対して干渉信号がどの時刻で混入してきても、アンテナ受信信号のいずれかの既知信号部分に干渉信号が存在していれば、そこから算出される重み係数による合成信号から、干渉信号を抑圧した所望信号を得ることができる。
本発明の第１５の態様に係る無線受信装置は、スロットの前部にある既知信号により重み係数を算出する第１の重み係数算出手段と、スロットの後部にある既知信号により重み係数を算出する第２の重み係数算出手段と、前記第１、第２の重み係数算出手段で算出した重み係数で重み付けされた両合成信号の受信品質を比較する手段とを具備する構成を採る。また、本発明の第１６の態様に係る無線受信方法は、スロットの前部にある既知信号により重み係数を算出し、同一スロットの後部にある既知信号により重み係数を算出し、前記重み係数で重み付けされた両合成信号の受信品質を比較する構成を採る。これらの構成により、同期干渉の場合は前部の既知信号を用いて重み係数を算出することで干渉信号を除去することができ、また、非同期干渉の場合は後部の既知信号を用いて重み係数を算出することで干渉信号を除去することができる。
本発明の第１７の態様に係る無線送信装置は、送信データをスロット単位に分割し１スロットの複数箇所に既知信号を配置した送信信号を無線受信装置に対して送信する構成を採る。この構成により、前方から後方へと又は後方から前方へと合成していく復調方式と、後部の既知信号で重み係数を算出し、後方から前方へと又は前方から後方へと合成していく復調方式の２通りが状況に応じて適宜選択することができる。
本発明の第１８の態様に係る無線通信方法は、送信側においてスロット内の複数箇所に既知信号を配置した送信信号を無線送信し、受信側において前記送信信号を受信して干渉信号が存在する既知信号部分を用いて重み係数を求め、この求めた重み係数で複数のアンテナ素子の各受信信号を重み付けして合成する構成を採る。この構成により、受信側において、前方から後方へと又は後方から前方へと合成していく復調方式と、後部の既知信号で重み係数を算出し、後方から前方へと又は前方から後方へと合成していく復調方式の２通りが状況に応じて適宜選択することができる。
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
【００４１】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１にかかるアダプティブアレーアンテナ無線受信装置の構成例を示す。このアダプティブアレーアンテナ無線受信装置は、複数のアンテナ素子１０１−１〜１０１−ｎから出力される受信信号をそれぞれ対応する乗算器１０２−１〜１０２−ｎに入力してウエイトを掛ける。乗算器１０２−１〜１０２−ｎの出力信号を加算器１０３で合成してアレー出力となる合成信号１０４を得る。受信信号に掛け合わされるウエイトは第１の重み係数計算部１０５及び第２の重み係数計算部１０６のいずれかで計算されたものである。重み係数切替部１０７は、第１の重み係数計算部１０５及び第２の重み係数計算部１０６のいずれかで計算された重み係数を選択して乗算器１０２−１〜１０２−ｎに与える。重み係数切替部１０７は、受信品質測定部１０８から入力するアレー出力である合成信号１０４の受信品質測定結果に基づいて切替制御を実施する。
【００４２】
次に、以上のように構成されたアダプティブアレーアンテナ無線受信装置の動作について具体的に説明する。
【００４３】
各アンテナ素子１０１−１〜１０１−ｎで受信された受信信号は第１の重み係数算出部１０５及び第２の重み係数算出部１０６に入力される。第１の重み係数算出部１０５では、アンテナ受信信号と所望信号の既知信号とにより、干渉信号を除去するような重み係数１０９を算出する。また、第２の重み係数算出部１０６では、第１の重み係数算出部１０５が算出した重み係数１０９を初期値として、合成信号１０４とその参照信号との誤差が最小となるような重み係数１１０を逐次更新しながら計算している。
【００４４】
ここで、図７に示すような同期干渉の場合は、第１の重み係数算出部１０５が算出した重み係数１０９を対応するアンテナ受信信号に乗算した上で合成することにより、受信信号から干渉信号を除去した所望信号が得られる。これは、第１の重み係数算出部１０５が重み係数１０９を算出する際の受信信号の既知信号部分には、所望信号と干渉信号の両方が存在しており、そこから得られる重み係数は受信信号から干渉信号を除去し、所望信号のみを抽出し得るものとなるからである。
【００４５】
一方、図８に示すような非同期干渉の場合は、受信信号の既知信号部分には干渉信号は存在していないため、そこから得られる重み係数では後から混入いてくる干渉信号を除去し得るものとはならず、干渉信号が混入してきた時刻で受信品質が劣化する。
【００４６】
本実施の形態では、非同期干渉に対応するために第２の重み係数算出部１０６において重み係数１１０を逐次的に更新しておき、干渉信号が混入してきた時点でアンテナ受信信号に掛け合わせる重み係数を重み係数１０９から重み係数１１０に切り替える。このような重み係数の切替を行うことにより、非同期干渉の場合であってもアンテナ受信信号に含まれる干渉信号を抑圧することができ、所望信号を抽出することができる。
【００４７】
そこで、受信品質測定部１０８において合成信号１０４の受信品質を測定し、その測定値を重み係数切替部１０７に入力する。重み係数切替部１０７が、受信品質測定値より合成信号１０４の品質が変化した時刻を判断し、その時刻で重み係数を第２の重み係数算出部１０６から出力される重み係数１１０に切替える。
【００４８】
以上のように本発明の実施の形態１によれば、図７に示す同期干渉および図８に示す非同期干渉のどちらにも対応して、その時の受信品質が最も良くなる重み係数を用いたアダプティブアレー受信が可能となり、効果的に干渉信号を抑圧し、所望信号を抽出することができる。
【００４９】
また、第２の重み係数算出部１０６のような逐次的に重み係数を更新していくアルゴリズムでは、演算量が膨大となる性質があるが、本実施の形態に示したように重み係数算出部を切替えることができる構成にしたことにより、必要な時のみそのアルゴリズムを適宜用いることができ、重み係数算出に必要な時間やメモリ等を削減することができる。
【００５０】
なお、上記の実施の形態１では、第２の重み係数算出部１０６において、合成信号とその参照信号との誤差が最小となるように逐次重み係数１１０が更新されるもととしたが、本発明において上記手段は必須ではなく、既知信号を用いない別の手段においても重み係数が算出できることは明らかである。
【００５１】
また、重み係数算出部が２つの場合を示したが、必ずしも２つである必要はなく、さらに重み係数算出部を追加しても構わない。
【００５２】
また、第２の重み係数算出部１０６では第１の重み係数算出部１０５で算出された重み係数を初期値としていたが、必ずしもその必要はなく、任意の定数を用いることも考えられ、始めから第２の重み係数算出部１０６による重み係数を用いてアンテナ受信信号を合成することも考えられる。
【００５３】
（実施の形態２）
図２は、本発明の実施の形態２にかかるアダプティブアレーアンテナ無線受信装置の構成例を示す。図１に示したアダプティブアレーアンテナ無線受信装置と同一機能を有する部分には同一符号を付している。
【００５４】
本実施の形態は、合成前のアンテナ受信信号から干渉信号の混入位置を検出して重み係数の切替えタイミングを獲得するようにしている。
【００５５】
本実施の形態のアダプティブアレーアンテナ無線受信装置では、複数のアンテナ受信信号を第１、第２の重み係数算出部１０５，１０６へ入力すると共に、干渉混入位置検出部２００へ入力している。干渉混入位置検出部２００は、アンテナ受信信号の先頭から最後まで（１スロット又はセル等の送信単位の先頭から最後のこと）について、干渉信号の既知信号により相関検出を行う。干渉混入位置検出部２００は、その相関値が最も高く検出された位置を干渉信号混入位置と予測し、予測した干渉信号混入位置を重み係数切替部１０７’へ出力する。
【００５６】
次に、以上のように構成されたアダプティブアレーアンテナ無線受信装置の動作について具体的に説明する。
【００５７】
アンテナ受信信号は第１の重み係数算出部１０５および第２の重み係数算出部１０６および干渉混入位置検出部２００に入力される。第１の重み係数算出部１０５では、アンテナ受信信号と所望信号の既知信号により、干渉信号を除去するような重み係数１０９を算出する。また、第２の重み係数算出部１０６では、第１の重み係数算出部１０５が算出した重み係数１０９を初期値として、合成信号１０４とその参照信号との誤差が最小となるように逐次重み係数１１０が更新される。
【００５８】
図７に示す同期干渉の場合は、第１の重み係数算出部１０５が算出した重み係数１０９を用いて各アンテナ受信信号を合成することにより、受信信号から干渉信号を除去した所望信号のみが得られる。これは、第１の重み係数算出部１０５が重み係数を算出する際の受信信号の既知信号部分には、所望信号と干渉信号の両方が存在しており、そこから得られる重み係数は受信信号から干渉信号を除去し、所望信号のみを抽出し得るものとなるからである。しかしながら、図８に示す非同期干渉の場合には、受信信号の既知信号部分には干渉信号は存在していないため、そこから得られる重み係数では後から混入してくる干渉信号を除去し得るものとはならず、干渉信号が混入してきた時刻で受信品質が劣化する。この場合は、第２の重み係数算出部１０６において重み係数１１０を逐次的に更新していくことで、アンテナ受信信号に含まれる干渉信号を抑圧することができ、所望信号を抽出することができる。
【００５９】
そこで、アンテナ受信信号を干渉混入位置検出部２００に入力し、アンテナ受信信号の先頭から最期までについて、干渉信号の既知信号により相関検出を行う。その相関値が最も高く検出された位置を干渉信号混入位置と予測し、重み係数切替部１０７’に入力する。重み係数切替部１０７’はその検出位置が適当な位置より後ろであれば、その位置で合成に用いる重み係数を重み係数１１０に切替える。
【００６０】
以上のように本発明の実施の形態２によれば、図７に示す同期干渉および図８に示す非同期干渉のどちらにも対応して、干渉信号が混入してくる位置を予想し、その位置から重み係数を切替えることで、効果的に干渉信号を抑圧し、所望信号を抽出することができる。
【００６１】
なお、所望信号に対して干渉信号が混入してくる位置を予測する手段として、相関検出を用いたが、必ずしもその必要はなく、例えば受信電界強度でも干渉信号の混入位置が予想できると考えられる。
【００６２】
（実施の形態３）
本実施の形態の無線通信システムは、送信側においてスロット内の複数箇所に既知信号を配置した送信信号を無線送信し、受信側において前記送信信号を受信して干渉信号が存在する既知信号部分を用いて重み係数を求め、この求めた重み係数で複数のアンテナ素子の各受信信号を重み付けして合成する。
【００６３】
図３に示すように送信データの前半と後半のそれぞれに既知信号３０１，３０２が配置されたスロット構成（フレームフォーマット）となっており、送信データの前半又は後半のいずれの既知信号部分に所望信号と干渉信号の両方が存在しているかによって合成方向を切り替えられるようにした。
【００６４】
図７に示す同期干渉の場合、及び図４に示すように途中で干渉信号が存在しなくなる場合は、アンテナ受信信号における前半の既知信号部分３０１を用いて重み係数を算出する。この前半の既知信号部分には所望信号と干渉信号の両方が存在しているので、この部分を用いて算出する重み係数は、干渉信号を抑圧し得るものとなる。その重み係数を用いたアンテナ受信信号の合成信号から、干渉信号を抑圧した所望信号を抽出することができる。
【００６５】
また、図５に示すように前半の既知信号５００には干渉信号が存在しないが、後半の既知信号５０１には干渉信号が存在する場合、アンテナ受信信号における後半の既知信号部分５０１を用いて重み係数を算出する。この場合、少なくとも１スロット分のアンテナ受信信号をバッファリングしておき、後半の既知信号部分５０１を用いて重み係数を算出した後、バッファリングしておいたアンテナ受信信号をその重み係数を用いて合成する。この結果、その合成信号から干渉信号を抑圧した所望信号を抽出できる。
【００６６】
上記実施の形態３では、スロット構成（フレームフォーマット）の前半３０１と後半３０２のそれぞれに既知信号を含む構成としたが、干渉信号がどの時刻で混入してきても補えるように既知信号部分を配置すれば同様に所望信号を抽出できると考えられる。
【００６７】
また、スロットの前部にある既知信号により重み係数を算出し、同一スロットの後部にある既知信号により重み係数を算出し、前記重み係数で重み付けされた両合成信号の受信品質を比較し、受信品質の良い方の重み係数での合成信号を採用する構成を採ることもできる。
【００６８】
この構成により、同期干渉の場合は前部の既知信号を用いて重み係数を算出することで干渉信号を除去することができ、また、非同期干渉の場合は後部の既知信号を用いて重み係数を算出することで干渉信号を除去することができる。
【００６９】
また、上記したアダプティブアレーアンテナ無線受信装置を移動体及び又は基地局装置に搭載して、移動体と基地局との間で無線通信を行う無線システムを構築することもできる。
【００７０】
【発明の効果】
以上詳記したように本発明によれば、所望信号に対して干渉信号が混入する時刻によって、重み係数を適応的に選択し切替えることで、合成した受信信号から干渉信号を効果的に抑圧することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１にかかるアダプティブアレーアンテナ無線受信装置のブロック図
【図２】本発明の実施の形態２にかかるアダプティブアレーアンテナ無線受信装置のブロック図
【図３】本発明の実施の形態３にかかる無線通信システムでのスロット構成図
【図４】実施の形態３において前半の既知信号位置による合成方向を示す図
【図５】実施の形態３において後半の既知信号位置による合成方向を示す図
【図６】受信アダプティブアレーの構成図
【図７】所望信号に対して干渉信号が連続して混入している場合を示す図
【図８】所望信号に対して干渉信号が途中から混入してくる場合を示す図
【符号の説明】
１０１−１〜１０１−ｎ アンテナ素子
１０２−１〜１０２−ｎ 乗算器
１０３ 加算器
１０４ 合成信号
１０５ 第１の重み係数計算部
１０６ 第２の重み係数計算部
１０７ 重み係数切替部
１０８ 受信品質測定部
１０９、１１０ 重み係数
２００ 干渉混入位置検出部
【発明の属する技術分野】
本発明は、指向性を制御可能なアダプティブアレーアンテナ無線受信装置及びその方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
指向性を制御可能なアンテナシステムとしてアダプティブアレーアンテナが知られている。「ディジタル移動通信のための波形等化技術」（堀越 淳監修、（株）トリケップス）によれば、複数アンテナで構成されるアレーアンテナにおいて、各アンテナ出力に振幅・位相シフトを加えて合成するとアレーの指向性が変化する。アダプティブアレーは、上記原理を利用したものであり、ある制御アルゴリズムに基づいて各アンテナ出力の重み係数を決定し、周囲の状態の変化に適応しながら指向性を制御する。
【０００３】
図６に従来のアダプティブアレー受信装置（以下、「受信アダプティブアレー」と呼ぶ）の構成例を示す。同図に示すように、複数のアンテナ６０１のアンテナ出力６０２に対して重み係数６０３が乗じられ、重み係数６０３によってアンテナ別に重み付けされたアンテナ出力が合成されてアレー出力６０４となる。
【０００４】
各アンテナ出力に対する重み係数は重み係数制御部６０５が制御している。重み係数制御部６０５は、アレーの合成出力６０４、各アンテナ出力６０２、希信号に関する事前知識６０６の３つの情報を重み係数の制御に使用する。なお、重み係数の制御にアレー出力６０４を用いない方式もある。
【０００５】
従来、重み係数制御部６０５は同期干渉を想定した重み係数制御アルゴリズムが適用されている。同期干渉を想定した重み係数制御アルゴリズムでは、図７に示すように、所望信号の始めから終わりまで連続して干渉信号が存在している場合（以降、同期干渉）に対して干渉信号を除去するよう重み係数制御される。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、所望信号を送信している通信事業者と違う通信事業者が提供する信号が干渉信号となるような場合には、所望信号と干渉信号との同期が保証されないので、図８に示すように希望信号の途中から干渉信号が混入してくる可能性が有る。
【０００７】
このように、希望信号の途中から干渉信号が混入してくる場合においては、干渉信号混入前に所望信号の既知信号を用いて算出された重み係数では干渉信号を除去しきれないという問題がある。
【０００８】
本発明は以上のような実情に鑑みてなされたものであり、希望信号の途中から干渉信号が混入してくる場合においてもアレー合成の重み係数を適切に制御でき、干渉信号を効果的に除去又は抑制することのできるアダプティブアレーアンテナ無線受信装置及びその方法を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題を解決するために以下の手段を講じた。
【００１０】
本発明の無線受信装置は、複数のアンテナ素子での受信信号を重み付けして合成する合成手段と、干渉信号が混入しない受信信号を重み付けする第１の重み係数を算出する第１算出手段と、干渉信号が混入した受信信号を重み付けする第２の重み係数を算出する第２算出手段と、受信信号と干渉信号の既知信号との相関が最も高い位置を検出する検出手段と、前記合成手段での重み付けに使用される重み係数を、前記検出手段で検出された位置で、前記第１の重み係数から前記第２の重み係数に切り替える切替手段と、を具備する構成を採る。
【００１１】
本発明の無線受信装置は、複数のアンテナ素子での受信信号を重み付けして合成する合成手段と、スロットの前部にある既知信号により第１の重み係数を算出する第１算出手段と、前記スロットの後部にある既知信号により第２の重み係数を算出する第２算出手段と、前記第１の重み係数で重み付けして合成された合成信号の受信品質と、前記第２の重み係数で重み付けして合成された合成信号の受信品質とを比較し、受信品質の良い方の合成信号を採用する比較手段と、を具備する構成を採る。
【００４０】
【発明の実施の形態】
本発明の第１の態様に係る無線受信装置は、複数のアンテナ素子の各受信信号を重み付けして合成する合成手段と、所望信号に対して干渉信号が混入する時刻により前記受信信号に対する重み付けを適応制御する係数適合化手段とを具備した構成を採る。また、本発明の第２の態様に係る無線受信方法は、複数のアンテナ素子の各受信信号を重み付けして合成するし、所望信号に対して干渉信号が混入する時刻により前記受信信号に対する重み付けを適応制御する構成を採る。これらの構成により、同期干渉、非同期干渉の両方に対応できるので、干渉信号が最初から存在している場合はもちろんのこと、干渉信号が所望信号の途中から混入してくる場合においても干渉信号を効果的に除去することができる。
本発明の第３の態様に係る無線受信装置は、係数適合化手段が、合成手段から出力される合成信号から受信品質を測定する手段と、受信品質が劣化した場合に劣化後の受信信号から求めた重み係数に切り替える手段とを具備する構成を採る。また、本発明の第４の態様に係る記載の無線受信方法は、重み付けして合成した合成信号から受信品質を測定し、受信品質が劣化した場合に劣化後の受信信号から求めた重み係数に切り替える構成を採る。これらの構成により、受信信号の品質によって適応的に重み係数を切替えることができ、干渉信号を効果的に除去あるいは抑圧することができる。
本発明の第５の態様に係る無線受信装置は、係数適合化手段が、所望信号に対して干渉信号が混入する位置を検出する位置検出手段と、干渉信号の混入位置以降の受信信号から求めた重み係数に切り替える手段と、を具備する構成を採る。また、本発明の第６の態様に係る無線受信方法は、所望信号に対して干渉信号が混入する位置を検出し、干渉信号の混入位置以降の受信信号から求めた重み係数で各受信信号を重み付けする構成を採る。これらの構成により、干渉信号が混入してきた位置から重み係数を切替えることができ、干渉信号を効果的に除去あるいは抑圧することができる。
本発明の第７の態様に係る無線受信装置は、位置検出手段が、受信信号と干渉信号の既知信号との相関をとる相関器を備える構成を採る。また、本発明の第８の態様に係る無線受信方法は、受信信号と干渉信号の既知信号との相関をとることにより干渉信号の混入位置を検出する構成を採る。これらの構成により、所望信号と干渉信号が混ざり合った受信信号から干渉信号の混入開始位置を検出することができる。
本発明の第９の態様に係る無線受信装置は、受信信号と所望信号の既知信号とから重み係数を算出する構成を採る。この構成により、同期干渉の場合は既知信号を重み係数算出に用いて、効果的に干渉信号を除去あるいは抑圧することができる。
本発明の第１０の態様に係る無線受信装置は、ある重み係数による合成信号と既知信号との誤差と、受信信号とにより重み係数を更新する構成を採る。この構成により、非同期干渉の場合は既知信号を重み係数算出に用いることなく、効果的に干渉信号を除去あるいは抑圧することができる。
本発明の第１１の態様に係る無線受信装置は、複数のアンテナ素子の各受信信号を重み付けして合成する合成手段と、スロット内の複数箇所に配置された既知信号のうち少なくとも干渉信号が存在する既知信号部分を用いて重み係数を算出する重み係数算出手段とを具備した構成を採る。また、本発明の第１２の態様に係る無線受信方法は、スロット内の複数箇所に既知信号を配置した送信信号を受信し、干渉信号が存在する既知信号部分を用いて重み係数を求め、この求めた重み係数で複数のアンテナ素子の各受信信号を重み付けして合成する構成を採る。これらの構成により、所望信号に対して干渉信号がどの時刻で混入してきても、アンテナ受信信号のいずれかの既知信号部分に干渉信号が存在していれば、そこから算出される重み係数による合成信号から、干渉信号を抑圧した所望信号を得るような復調方式を採用することができる。
本発明の第１３の態様に係る無線受信装置は、スロットの前部と後部の２個所に既知信号が含まれている構成を採る。この構成により、スロット（フレームフォーマット）の前部の既知信号で重み係数を算出し、前方から後方へと又は後方から前方へと合成していく復調方式と、後部の既知信号で重み係数を算出し、後方から前方へと又は前方から後方へ と合成していく復調方式の２通りが状況に応じて適宜選択することができる。
本発明の第１４の態様に係る無線受信装置は、スロット内に配置された複数の既知信号により重み係数を算出する構成を採る。この構成により、所望信号に対して干渉信号がどの時刻で混入してきても、アンテナ受信信号のいずれかの既知信号部分に干渉信号が存在していれば、そこから算出される重み係数による合成信号から、干渉信号を抑圧した所望信号を得ることができる。
本発明の第１５の態様に係る無線受信装置は、スロットの前部にある既知信号により重み係数を算出する第１の重み係数算出手段と、スロットの後部にある既知信号により重み係数を算出する第２の重み係数算出手段と、前記第１、第２の重み係数算出手段で算出した重み係数で重み付けされた両合成信号の受信品質を比較する手段とを具備する構成を採る。また、本発明の第１６の態様に係る無線受信方法は、スロットの前部にある既知信号により重み係数を算出し、同一スロットの後部にある既知信号により重み係数を算出し、前記重み係数で重み付けされた両合成信号の受信品質を比較する構成を採る。これらの構成により、同期干渉の場合は前部の既知信号を用いて重み係数を算出することで干渉信号を除去することができ、また、非同期干渉の場合は後部の既知信号を用いて重み係数を算出することで干渉信号を除去することができる。
本発明の第１７の態様に係る無線送信装置は、送信データをスロット単位に分割し１スロットの複数箇所に既知信号を配置した送信信号を無線受信装置に対して送信する構成を採る。この構成により、前方から後方へと又は後方から前方へと合成していく復調方式と、後部の既知信号で重み係数を算出し、後方から前方へと又は前方から後方へと合成していく復調方式の２通りが状況に応じて適宜選択することができる。
本発明の第１８の態様に係る無線通信方法は、送信側においてスロット内の複数箇所に既知信号を配置した送信信号を無線送信し、受信側において前記送信信号を受信して干渉信号が存在する既知信号部分を用いて重み係数を求め、この求めた重み係数で複数のアンテナ素子の各受信信号を重み付けして合成する構成を採る。この構成により、受信側において、前方から後方へと又は後方から前方へと合成していく復調方式と、後部の既知信号で重み係数を算出し、後方から前方へと又は前方から後方へと合成していく復調方式の２通りが状況に応じて適宜選択することができる。
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
【００４１】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１にかかるアダプティブアレーアンテナ無線受信装置の構成例を示す。このアダプティブアレーアンテナ無線受信装置は、複数のアンテナ素子１０１−１〜１０１−ｎから出力される受信信号をそれぞれ対応する乗算器１０２−１〜１０２−ｎに入力してウエイトを掛ける。乗算器１０２−１〜１０２−ｎの出力信号を加算器１０３で合成してアレー出力となる合成信号１０４を得る。受信信号に掛け合わされるウエイトは第１の重み係数計算部１０５及び第２の重み係数計算部１０６のいずれかで計算されたものである。重み係数切替部１０７は、第１の重み係数計算部１０５及び第２の重み係数計算部１０６のいずれかで計算された重み係数を選択して乗算器１０２−１〜１０２−ｎに与える。重み係数切替部１０７は、受信品質測定部１０８から入力するアレー出力である合成信号１０４の受信品質測定結果に基づいて切替制御を実施する。
【００４２】
次に、以上のように構成されたアダプティブアレーアンテナ無線受信装置の動作について具体的に説明する。
【００４３】
各アンテナ素子１０１−１〜１０１−ｎで受信された受信信号は第１の重み係数算出部１０５及び第２の重み係数算出部１０６に入力される。第１の重み係数算出部１０５では、アンテナ受信信号と所望信号の既知信号とにより、干渉信号を除去するような重み係数１０９を算出する。また、第２の重み係数算出部１０６では、第１の重み係数算出部１０５が算出した重み係数１０９を初期値として、合成信号１０４とその参照信号との誤差が最小となるような重み係数１１０を逐次更新しながら計算している。
【００４４】
ここで、図７に示すような同期干渉の場合は、第１の重み係数算出部１０５が算出した重み係数１０９を対応するアンテナ受信信号に乗算した上で合成することにより、受信信号から干渉信号を除去した所望信号が得られる。これは、第１の重み係数算出部１０５が重み係数１０９を算出する際の受信信号の既知信号部分には、所望信号と干渉信号の両方が存在しており、そこから得られる重み係数は受信信号から干渉信号を除去し、所望信号のみを抽出し得るものとなるからである。
【００４５】
一方、図８に示すような非同期干渉の場合は、受信信号の既知信号部分には干渉信号は存在していないため、そこから得られる重み係数では後から混入いてくる干渉信号を除去し得るものとはならず、干渉信号が混入してきた時刻で受信品質が劣化する。
【００４６】
本実施の形態では、非同期干渉に対応するために第２の重み係数算出部１０６において重み係数１１０を逐次的に更新しておき、干渉信号が混入してきた時点でアンテナ受信信号に掛け合わせる重み係数を重み係数１０９から重み係数１１０に切り替える。このような重み係数の切替を行うことにより、非同期干渉の場合であってもアンテナ受信信号に含まれる干渉信号を抑圧することができ、所望信号を抽出することができる。
【００４７】
そこで、受信品質測定部１０８において合成信号１０４の受信品質を測定し、その測定値を重み係数切替部１０７に入力する。重み係数切替部１０７が、受信品質測定値より合成信号１０４の品質が変化した時刻を判断し、その時刻で重み係数を第２の重み係数算出部１０６から出力される重み係数１１０に切替える。
【００４８】
以上のように本発明の実施の形態１によれば、図７に示す同期干渉および図８に示す非同期干渉のどちらにも対応して、その時の受信品質が最も良くなる重み係数を用いたアダプティブアレー受信が可能となり、効果的に干渉信号を抑圧し、所望信号を抽出することができる。
【００４９】
また、第２の重み係数算出部１０６のような逐次的に重み係数を更新していくアルゴリズムでは、演算量が膨大となる性質があるが、本実施の形態に示したように重み係数算出部を切替えることができる構成にしたことにより、必要な時のみそのアルゴリズムを適宜用いることができ、重み係数算出に必要な時間やメモリ等を削減することができる。
【００５０】
なお、上記の実施の形態１では、第２の重み係数算出部１０６において、合成信号とその参照信号との誤差が最小となるように逐次重み係数１１０が更新されるもととしたが、本発明において上記手段は必須ではなく、既知信号を用いない別の手段においても重み係数が算出できることは明らかである。
【００５１】
また、重み係数算出部が２つの場合を示したが、必ずしも２つである必要はなく、さらに重み係数算出部を追加しても構わない。
【００５２】
また、第２の重み係数算出部１０６では第１の重み係数算出部１０５で算出された重み係数を初期値としていたが、必ずしもその必要はなく、任意の定数を用いることも考えられ、始めから第２の重み係数算出部１０６による重み係数を用いてアンテナ受信信号を合成することも考えられる。
【００５３】
（実施の形態２）
図２は、本発明の実施の形態２にかかるアダプティブアレーアンテナ無線受信装置の構成例を示す。図１に示したアダプティブアレーアンテナ無線受信装置と同一機能を有する部分には同一符号を付している。
【００５４】
本実施の形態は、合成前のアンテナ受信信号から干渉信号の混入位置を検出して重み係数の切替えタイミングを獲得するようにしている。
【００５５】
本実施の形態のアダプティブアレーアンテナ無線受信装置では、複数のアンテナ受信信号を第１、第２の重み係数算出部１０５，１０６へ入力すると共に、干渉混入位置検出部２００へ入力している。干渉混入位置検出部２００は、アンテナ受信信号の先頭から最後まで（１スロット又はセル等の送信単位の先頭から最後のこと）について、干渉信号の既知信号により相関検出を行う。干渉混入位置検出部２００は、その相関値が最も高く検出された位置を干渉信号混入位置と予測し、予測した干渉信号混入位置を重み係数切替部１０７’へ出力する。
【００５６】
次に、以上のように構成されたアダプティブアレーアンテナ無線受信装置の動作について具体的に説明する。
【００５７】
アンテナ受信信号は第１の重み係数算出部１０５および第２の重み係数算出部１０６および干渉混入位置検出部２００に入力される。第１の重み係数算出部１０５では、アンテナ受信信号と所望信号の既知信号により、干渉信号を除去するような重み係数１０９を算出する。また、第２の重み係数算出部１０６では、第１の重み係数算出部１０５が算出した重み係数１０９を初期値として、合成信号１０４とその参照信号との誤差が最小となるように逐次重み係数１１０が更新される。
【００５８】
図７に示す同期干渉の場合は、第１の重み係数算出部１０５が算出した重み係数１０９を用いて各アンテナ受信信号を合成することにより、受信信号から干渉信号を除去した所望信号のみが得られる。これは、第１の重み係数算出部１０５が重み係数を算出する際の受信信号の既知信号部分には、所望信号と干渉信号の両方が存在しており、そこから得られる重み係数は受信信号から干渉信号を除去し、所望信号のみを抽出し得るものとなるからである。しかしながら、図８に示す非同期干渉の場合には、受信信号の既知信号部分には干渉信号は存在していないため、そこから得られる重み係数では後から混入してくる干渉信号を除去し得るものとはならず、干渉信号が混入してきた時刻で受信品質が劣化する。この場合は、第２の重み係数算出部１０６において重み係数１１０を逐次的に更新していくことで、アンテナ受信信号に含まれる干渉信号を抑圧することができ、所望信号を抽出することができる。
【００５９】
そこで、アンテナ受信信号を干渉混入位置検出部２００に入力し、アンテナ受信信号の先頭から最期までについて、干渉信号の既知信号により相関検出を行う。その相関値が最も高く検出された位置を干渉信号混入位置と予測し、重み係数切替部１０７’に入力する。重み係数切替部１０７’はその検出位置が適当な位置より後ろであれば、その位置で合成に用いる重み係数を重み係数１１０に切替える。
【００６０】
以上のように本発明の実施の形態２によれば、図７に示す同期干渉および図８に示す非同期干渉のどちらにも対応して、干渉信号が混入してくる位置を予想し、その位置から重み係数を切替えることで、効果的に干渉信号を抑圧し、所望信号を抽出することができる。
【００６１】
なお、所望信号に対して干渉信号が混入してくる位置を予測する手段として、相関検出を用いたが、必ずしもその必要はなく、例えば受信電界強度でも干渉信号の混入位置が予想できると考えられる。
【００６２】
（実施の形態３）
本実施の形態の無線通信システムは、送信側においてスロット内の複数箇所に既知信号を配置した送信信号を無線送信し、受信側において前記送信信号を受信して干渉信号が存在する既知信号部分を用いて重み係数を求め、この求めた重み係数で複数のアンテナ素子の各受信信号を重み付けして合成する。
【００６３】
図３に示すように送信データの前半と後半のそれぞれに既知信号３０１，３０２が配置されたスロット構成（フレームフォーマット）となっており、送信データの前半又は後半のいずれの既知信号部分に所望信号と干渉信号の両方が存在しているかによって合成方向を切り替えられるようにした。
【００６４】
図７に示す同期干渉の場合、及び図４に示すように途中で干渉信号が存在しなくなる場合は、アンテナ受信信号における前半の既知信号部分３０１を用いて重み係数を算出する。この前半の既知信号部分には所望信号と干渉信号の両方が存在しているので、この部分を用いて算出する重み係数は、干渉信号を抑圧し得るものとなる。その重み係数を用いたアンテナ受信信号の合成信号から、干渉信号を抑圧した所望信号を抽出することができる。
【００６５】
また、図５に示すように前半の既知信号５００には干渉信号が存在しないが、後半の既知信号５０１には干渉信号が存在する場合、アンテナ受信信号における後半の既知信号部分５０１を用いて重み係数を算出する。この場合、少なくとも１スロット分のアンテナ受信信号をバッファリングしておき、後半の既知信号部分５０１を用いて重み係数を算出した後、バッファリングしておいたアンテナ受信信号をその重み係数を用いて合成する。この結果、その合成信号から干渉信号を抑圧した所望信号を抽出できる。
【００６６】
上記実施の形態３では、スロット構成（フレームフォーマット）の前半３０１と後半３０２のそれぞれに既知信号を含む構成としたが、干渉信号がどの時刻で混入してきても補えるように既知信号部分を配置すれば同様に所望信号を抽出できると考えられる。
【００６７】
また、スロットの前部にある既知信号により重み係数を算出し、同一スロットの後部にある既知信号により重み係数を算出し、前記重み係数で重み付けされた両合成信号の受信品質を比較し、受信品質の良い方の重み係数での合成信号を採用する構成を採ることもできる。
【００６８】
この構成により、同期干渉の場合は前部の既知信号を用いて重み係数を算出することで干渉信号を除去することができ、また、非同期干渉の場合は後部の既知信号を用いて重み係数を算出することで干渉信号を除去することができる。
【００６９】
また、上記したアダプティブアレーアンテナ無線受信装置を移動体及び又は基地局装置に搭載して、移動体と基地局との間で無線通信を行う無線システムを構築することもできる。
【００７０】
【発明の効果】
以上詳記したように本発明によれば、所望信号に対して干渉信号が混入する時刻によって、重み係数を適応的に選択し切替えることで、合成した受信信号から干渉信号を効果的に抑圧することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１にかかるアダプティブアレーアンテナ無線受信装置のブロック図
【図２】本発明の実施の形態２にかかるアダプティブアレーアンテナ無線受信装置のブロック図
【図３】本発明の実施の形態３にかかる無線通信システムでのスロット構成図
【図４】実施の形態３において前半の既知信号位置による合成方向を示す図
【図５】実施の形態３において後半の既知信号位置による合成方向を示す図
【図６】受信アダプティブアレーの構成図
【図７】所望信号に対して干渉信号が連続して混入している場合を示す図
【図８】所望信号に対して干渉信号が途中から混入してくる場合を示す図
【符号の説明】
１０１−１〜１０１−ｎ アンテナ素子
１０２−１〜１０２−ｎ 乗算器
１０３ 加算器
１０４ 合成信号
１０５ 第１の重み係数計算部
１０６ 第２の重み係数計算部
１０７ 重み係数切替部
１０８ 受信品質測定部
１０９、１１０ 重み係数
２００ 干渉混入位置検出部
Claims (8)
- 複数のアンテナ素子での受信信号を重み付けして合成する合成手段と、
干渉信号が混入しない受信信号を重み付けする第１の重み係数を算出する第１算出手段と、
干渉信号が混入した受信信号を重み付けする第２の重み係数を算出する第２算出手段と、
受信信号と干渉信号の既知信号との相関が最も高い位置を検出する検出手段と、
前記合成手段での重み付けに使用される重み係数を、前記検出手段で検出された位置で、前記第１の重み係数から前記第２の重み係数に切り替える切替手段と、
を具備することを特徴とする無線受信装置。 - 前記第１算出手段は、受信信号と所望信号の既知信号とから前記第１の重み係数を算出し、
前記第２算出手段は、前記第１の重み係数を初期値として、前記合成手段で合成された信号とその合成された信号の参照信号との誤差が最小となる前記第２の重み係数を算出する、
ことを特徴とする請求項１記載の無線受信装置。 - 複数のアンテナ素子での受信信号を重み付けして合成する合成手段と、
スロットの前部にある既知信号により第１の重み係数を算出する第１算出手段と、
前記スロットの後部にある既知信号により第２の重み係数を算出する第２算出手段と、
前記第１の重み係数で重み付けして合成された合成信号の受信品質と、前記第２の重み係数で重み付けして合成された合成信号の受信品質とを比較し、受信品質の良い方の合成信号を採用する比較手段と、
を具備することを特徴とする無線受信装置。 - 請求項１から請求項３のいずれかに記載の無線受信装置を備えることを特徴とする移動体装置。
- 請求項１から請求項３のいずれかに記載の無線受信装置を備えることを特徴とする基地局装置。
- 複数のアンテナ素子での受信信号を重み付けして合成する無線受信方法において、
受信信号と干渉信号の既知信号との相関が最も高い位置を検出し、
前記重み付けに使用される重み係数を、検出された前記位置で、干渉信号が混入しない受信信号を重み付けする第１の重み係数から干渉信号が混入した受信信号を重み付けする第２の重み係数に切り替える、
ことを特徴とする無線受信方法。 - 複数のアンテナ素子での受信信号を重み付けして合成する無線受信方法において、
スロットの前部にある既知信号により第１の重み係数を算出する一方で前記スロットの後部にある既知信号により第２の重み係数を算出し、
前記第１の重み係数で重み付けして合成された合成信号の受信品質と、前記第２の重み係数で重み付けして合成された合成信号の受信品質とを比較し、受信品質の良い方の合成信号を採用する、
ことを特徴とする無線受信方法。 - 送信側においてスロット内の複数箇所に既知信号を配置した送信信号を無線送信し、
受信側において前記送信信号を受信して干渉信号が存在する既知信号部分を用いて重み係数を求め、この求めた重み係数で複数のアンテナ素子の各受信信号を重み付けして合成する、
ことを特徴とする無線通信方法。
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