JP3888424B2 - 適応アンテナ受信装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＣＤＭＡ適応アンテナ受信装置に関し、特に、アンテナ重みの初期収束を高速化したＣＤＭＡ適応アンテナ受信装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のＣＤＭＡ適応アンテナ受信装置は、例えば、「中南、井原、田中、佐和橋、“Ｗ−ＣＤＭＡ上りリンクにおけるパス共通受信アンテナウェイトを生成する適応アンテナアレイダイバーシチ受信の室内実験特性”、電子情報通信学会 無線通信システム研究会技術報告書ＲＣＳ２０００−４６、２０００年６月」や「田中、三木、佐和橋、“ＤＳ−ＣＤＭＡにおける判定帰還型コヒーレント適応ダイバーシチの特性”、電子情報通信学会、無線通信システム研究会技術報告書ＲＣＳ９６−１０２、１９９６年１１月」に示されている。
【０００３】
従来のＣＤＭＡ適応アンテナ受信装置は、適応制御により複数のアンテナで受信した信号を重み付け合成することで、希望信号到来方向に高い指向性を有し、かつ干渉信号到来方向に指向性の低いヌルを有するような最適なビームパターンを形成する。ここで、ビームパターンの指向性の高い方向をビーム方向と称し、指向性の低い方向をヌル方向と称することとする。
【０００４】
このようなビームパターンを用いることで、従来のＣＤＭＡ適応アンテナ受信装置は受信信号から干渉を除去し、最適な受信特性を実現している。
【０００５】
図５は、従来のＣＤＭＡ適応アンテナ受信装置の構成を示すブロック図である。従来のＣＤＭＡ適応アンテナ受信装置はアンテナ１−１〜１−Ｋ及び適応アンテナ受信部１０２−１〜１０２−Ｎを有している。なお、ここでは受信アンテナ数をＫ（Ｋは２以上の整数）とし、ユーザ数をＮ（Ｎは１以上の整数）とする。
【０００６】
アンテナ１−１〜１−Ｋは、互いに高い相関を有するように近接して配置されている。あるユーザからの信号は、その到来方向とアンテナ配置との関係に依存する経路差により生じる位相差を持って、それぞれのアンテナ１−１〜１−Ｋに受信される。アンテナ１−１〜１−Ｋは、複数のユーザからの信号およびそれらのマルチパスやその他の干渉信号が合成された信号を受信し、適応アンテナ受信部１０２−１〜１０２−Ｎへ出力する。
【０００７】
適応アンテナ受信部１０２−１〜１０２−Ｎは全て同じ構成であり、第１のユーザ〜第Ｎのユーザの各ユーザにそれぞれ割り当てられる。即ち、本ＣＤＭＡ適応アンテナ受信装置は、Ｎ人のユーザからの信号を同時に処理可能である。適応アンテナ受信装置１０２−１〜１０２−Ｎは、各ユーザからの受信信号をそれぞれ処理して判定結果を出力する。
【０００８】
図６は、従来の適応アンテナ受信装置の１つの適応アンテナ受信部１０２−ｎ（１≦ｎ≦Ｎ、ｎは整数）の構成を示すブロック図である。なお、ここではマルチパス数をＬ（Ｌは１以上の整数）とする。
【０００９】
適応アンテナ受信部１０２−ｎは、逆拡散部４−１〜４−Ｋ、アンテナ重み付け合成部５−１〜５−Ｌ、加算器６，９−１〜９−Ｋ，１１、判定部７、参照信号生成部８及びアンテナ重み制御部１１０を有している。
【００１０】
アンテナ重み付け合成部５−１は、乗算器５−１−１−１〜５−１−１−Ｋ，５−１−４，５−１−５−１〜５−１−５−Ｋ、加算器５−１−２及び通信路推定部５−１−３を有している。アンテナ重み付け合成部５−２〜５−Ｌは、全てアンテナ重み付け合成部５−１と同様の構成である。
【００１１】
逆拡散部４−１〜４−Ｋは、アンテナ１−１〜１−Ｋにそれぞれ接続されている。逆拡散部４−１〜４−Ｋは、アンテナ１−１〜１−Ｋからの信号を第ｎのユーザに割り当てられた拡散符号で逆拡散し、第１のパス信号を分離してアンテナ重み付け合成部５−１〜５−Ｌに出力する。逆拡散部４−１〜４−Ｋでそれぞれ分離された第１のパス信号は、全てのアンテナ重み付け合成部５−１〜５−Ｌに入力される。
【００１２】
アンテナ重み付け合成部５−１〜５−Ｌは、全て同じ構成なのでアンテナ重み付け合成部５−１について説明する。
【００１３】
乗算器５−１−１−１〜５−１−１−Ｋは、逆拡散部４−１〜４−Ｋの各出力に、アンテナ重み制御部１１０から出力された各アンテナ重みを乗じる。
【００１４】
加算器５−１−２は、乗算器５−１−１−１〜５−１−１−Ｋの出力を加算する。
【００１５】
通信路推定部５−１−３は、加算器５−１−２の出力から通信路歪みを推定し、その複素共役を乗算器５−１−４および乗算器５−１−５−１〜５−１−５−Ｋに出力する。
【００１６】
乗算器５−１−４は、加算器５−１−２の出力と、通信路推定部５−１−３の出力を乗算し、第１のパスの復調信号として出力する。
【００１７】
乗算器５−１−５−１〜５−１−５−Ｋは、逆拡散部４−１〜４−Ｋにそれぞれ接続されている。乗算器５−１−５−１〜５−１−５−Ｋは、逆拡散部４−１〜４−Ｋの各出力に、乗算器５−１−４から出力された通信路歪みの複素共役を乗算する。
【００１８】
アンテナ重み付け合成部５−２〜５−Ｌは、アンテナ重み付け合成部５−１と同様にして、第２〜第Ｌのパスの復調信号を出力する。
【００１９】
加算器６は、アンテナ重み付け合成部５−１〜５−Ｌから出力された第１〜第Ｌのパスの復調信号を加算し、いわゆるＲＡＫＥ合成を行う。
【００２０】
判定部７は、加算器６でＲＡＫＥ合成された信号のデータ判定を行い、判定結果を出力する。
【００２１】
参照信号生成部８は、判定部７から出力された判定結果を用いて参照信号を生成する。
【００２２】
加算器１１は、加算器６でＲＡＫＥ合成された信号と、参照信号生成部８で生成された参照信号との誤差信号を求め、アンテナ重み制御部１１０に出力する。
【００２３】
加算器９−１〜９−Ｋは、アンテナ１−１〜１−Ｋにそれぞれ対応している。
【００２４】
加算器９−１は、逆拡散部４−１で分離され、各アンテナ重み付け合成部５−１〜５−Ｌで通信路歪みの複素共役が乗じられた第１〜第Ｌのパス信号を合成し、逆拡散及びパス合成信号をアンテナ重み制御部１１０に出力する。
【００２５】
加算器９−２〜９−Ｋは、加算器９−１と同様に、それぞれに対応した逆拡散部４−２〜４−Ｋで分離され、各アンテナ重み付け合成部５−１〜５−Ｌで通信路歪みの複素共役が乗じられた第１〜第Ｌのパス信号を合成し、逆拡散及びパス合成信号をアンテナ重み制御部１１０に出力する。
【００２６】
アンテナ重み制御部１１０は、加算器１１で求められた誤差信号と、加算器９−１〜９−Ｋで得られた逆拡散及びパス合成信号とから、その誤差信号を最小にするように制御したアンテナ重みをアンテナ重み付け合成部５−１〜５−Ｌに出力する。
【００２７】
アンテナ重み制御部１１０で用いられる制御アルゴリズム例としてＬＭＳ（Ｌｅａｓｔ−Ｍｅａｎ−Ｓｑｕａｒｅ）アルゴリズムがある。ＬＭＳアルゴリズムによれば、時刻ｔにおけるアンテナｋ（２≦ｋ≦Ｋ、ｋは整数）のアンテナ重みをＷｋ（ｔ）とし、加算器１１の出力である誤差信号をｅ（ｔ）とし、前記加算器９−ｋの出力である第ｋアンテナのパス合成信号をｘｋ（ｔ）とすると、アンテナ重みは式（１）に従って更新される。
【００２８】
【数１】

【００２９】
ただし、ここでμはステップサイズと呼ばれる定数であり、＊は複素共役であることを表す。ここで示した従来例では第１〜第Ｌの全てのパスに対して共通のアンテナ重みを用いているが、パス毎に異なるアンテナ重みを生成し用いてもよい。
【００３０】
従来のＣＤＭＡ適応アンテナ受信装置の動作について説明する。
【００３１】
図５及び６に示された従来のＣＤＭＡ適応アンテナ受信装置は、アンテナ１−１〜１−Ｋで複数のユーザからの信号およびそれらのマルチパスやその他の干渉信号が合成された信号を受信する。次に、本ＣＤＭＡ適応アンテナ受信装置は、各適応アンテナ受信部１０２−１〜１０２−Ｎ毎に割り当てられた拡散符号を用いて逆拡散部４−１〜４−Ｋでアンテナ１−１〜１−Ｋの受信した信号を逆拡散する。
【００３２】
次に、本ＣＤＭＡ適応アンテナ受信装置は、アンテナ重み付け合成部５−１〜５−Ｌで、逆拡散部４−１〜４−Ｋにより逆拡散された信号にアンテナ毎に重み付けして合成し、更に通信路歪みを補償する。このとき、本ＣＤＭＡ適応アンテナ受信装置は、アンテナ重み制御部１１０によりコントロールされたアンテナ重みにより重み付けを行う。
【００３３】
次に、本ＣＤＭＡ適応アンテナ受信装置は、各アンテナ重み付け合成部５−１〜５−Ｌで合成され、補償された信号を加算器６でＲＡＫＥ合成し、ＲＡＫＥ合成した信号を判定部７でデータ判定し、判定結果を出力する。
【００３４】
【発明が解決しようとする課題】
どの方向から希望信号が到来しても受信できるように、従来のＣＤＭＡ適応アンテナ受信装置のアンテナ重みの初期値はビームパターンが無指向性となるような値とされるのが一般的であった。そのため、アンテナ重みが、初期値から、希望信号方向に指向性が向き、干渉信号方向にヌルが向いた最適解のビームパターンを形成する値まで収束するのに時間がかかっていた。
【００３５】
本発明の目的は、アンテナ重みの初期収束を高速化したＣＤＭＡ適応アンテナ受信装置を提供することである。
【００３６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の適応アンテナ受信装置は、到来する信号を複数のアンテナで受信し、それぞれの前記アンテナで受信した信号をアンテナ重みで重み付け合成することで希望信号を検出する適応アンテナ受信装置であって、
前記アンテナ重みを適応制御し、前記アンテナで受信した信号に該アンテナ重みをそれぞれ乗じて合成することで前記希望信号を検出する少なくとも１つの適応アンテナ受信部と、
前記適応アンテナ受信部で適応制御された、受信中の前記希望信号の前記アンテナ重みに基づいて、新たなユーザの希望信号を検出するためのアンテナ重みの適応制御に用いる初期値の候補である少なくとも１つの初期アンテナ重み候補を生成する初期アンテナ重み生成部とを有し、
前記初期アンテナ重み生成部は、前記適応アンテナ受信部で適応制御された前記アンテナ重みで形成されるビームパターンのビーム方向およびヌル方向を算出する、前記適応アンテナ受信部に対応して設けられた少なくとも１つのビーム・ヌル方向検索部と、前記ビーム・ヌル方向検索部で算出された前記ビーム方向または前記ヌル方向を前記新たなユーザの希望信号を検出するための前記アンテナ重みによるビームパターンの望ましいヌル方向候補とし、前記ヌル方向候補の所定範囲内に存在する他の前記ビーム方向の数と前記ヌル方向候補の所定範囲内に存在する他の前記ヌル方向の数とに基づいて、前記新たなユーザの希望信号を検出するための前記アンテナ重みによるビームパターンの望ましいヌル方向を判定するヌル形成方向判定部と、前記ヌル形成方向判定部で得られた望ましい前記ヌル方向にヌルをなし、互いにビーム方向の異なるビームパターンをそれぞれ形成する少なくとも１つの前記初期アンテナ重み候補を生成する初期アンテナ重み候補生成部とを有し、
前記適応アンテナ受信部は、前記新たなユーザの希望信号に割り当てられると、該希望信号の到来方向にビーム方向を有する前記初期アンテナ重み候補を初期値として前記アンテナ重みの適応制御を開始する。
【００３７】
したがって、受信中の希望信号のアンテナ重みに基づいて生成した初期アンテナ重み候補のアンテナ重みを初期値として、新たなユーザの希望信号を検出するための適応制御を開始するので、新たなユーザの希望信号の適応制御を最終解に近いアンテナ重みから開始でき、短時間で最終解に収束する。
【００３９】
また、ビーム・ヌル方向検索部は、受信中の希望信号のアンテナ重みのビーム方向及びヌル方向を求め、ヌル形成方向判定部は、そのビーム方向及びヌル方向から新たなユーザの希望信号のアンテナ重みの望ましいヌル方向を判定し、初期アンテナ重み候補生成部は、その望ましいヌル方向にヌルを形成するように修正された複数の初期アンテナ重み候補を生成し、新たなユーザの希望信号に割り当てられた適応アンテナ受信部は、新たなユーザの希望信号の信号到来方向にビーム方向を形成する初期アンテナ重み候補を選択して用いる。
【００４０】
本発明の実施態様によれば、前記初期アンテナ重み候補生成部は、互いにビーム方向の異なるアンテナ重みのプロトタイプを予め少なくとも１つ記憶しており、該プロトタイプのヌル方向を前記ヌル形成方向判定部で得られた望ましい前記ヌル方向に修正することで前記初期アンテナ重み候補を生成する。
【００４１】
本発明の実施態様によれば、前記ヌル形成方向判定部は、前記ビーム・ヌル方向検索部で算出された前記ヌル方向のうち、該ヌル方向の所定範囲内にある前記ヌル方向の数を、該ヌル方向の所定範囲内にビーム方向の無いビームパターンを算出した前記ビーム・ヌル方向検索部の数で割った値が大きい前記ヌル方向から順に所定数だけ選択し、前記新たなユーザの希望信号を検出するための前記アンテナ重みによるビームパターンの望ましい前記ヌル方向と判定する。
【００４２】
したがって、希望信号の数がアンテナ数よりも多く、全ての干渉信号の到来方向にヌルを形成できない場合に、よりヌルが形成され易い方向をヌル方向とした初期アンテナ重み候補のアンテナ重みを初期値として、新たなユーザの希望信号を検出するための適応制御を開始する。
【００４３】
本発明の他の実施態様によれば、前記ヌル形成方向判定部は、前記ビーム・ヌル方向検索部で算出された前記ビーム方向のうち、該ビーム方向の所定範囲内にある前記ヌル方向の数を、該ビーム方向の所定範囲内にビーム方向の無いビームパターンを算出した前記ビーム・ヌル方向検索部の数で割った値が大きい前記ビーム方向から順に所定数だけ選択し、前記新たなユーザの希望信号を検出するための前記アンテナ重みによるビームパターンの望ましい前記ヌル方向と判定する。
【００４４】
本発明の実施態様によれば、前記適応アンテナ受信部は、
前記アンテナからの受信信号を逆拡散してマルチパスのパス毎に分離し、複数のパス信号をそれぞれ出力する、前記アンテナに対応した複数の逆拡散部と、
前記パス信号を前記アンテナ重みで重み付け合成した後に通信路推定を行い、重み付けで得られたアンテナ重み付け合成信号および前記パス信号に対して通信路歪みを補償する、前記パスに対応した少なくとも１つの第１のアンテナ重み付け合成部と、
通信路歪みが補償された、前記パス毎の前記アンテナ重み付け合成信号を加算することでＲＡＫＥ合成する第１の加算器と、
前記第１の加算器で得られた信号より受信データを判定する判定部と、
前記判定部の判定結果から参照信号を生成する参照信号生成部と、
前記第１の加算器で得られた信号と前記参照信号との差である誤差信号を生成する第２の加算器と、
前記パス信号により、前記初期アンテナ重み候補から最適なものを初期アンテナ重みとして選択する初期アンテナ重み選択部と、
前記第１のアンテナ重み付け合成部で通信路歪みを補償された前記パス信号を前記アンテナ毎に加算し、前記アンテナ毎のパス合成信号を生成する複数の第３の加算器と、
前記初期アンテナ重み、前記誤差信号及び前記パス合成信号を用いて前記第１のアンテナ重み付け合成部における前記アンテナ重みを適応制御し、適応制御した該アンテナ重みを前記初期アンテナ重み生成部にも出力するアンテナ重み制御部とを有している。
【００４５】
本発明の実施態様によれば、前記第１のアンテナ重み付け合成部は、
全ての逆拡散部からの所定のパスのパス信号と、前記アンテナ重み制御部からの該パスの前記アンテナ重みとを前記アンテナ毎に乗算する、前記アンテナに対応した複数の第１の乗算器と、
前記第１の乗算器の出力を加算し、前記アンテナ重み付け合成信号を生成する第４の加算器と、
前記アンテナ重み付け合成信号から前記通信路歪みを推定し、該通信路歪みの複素共役を求める第１の通信路推定部と、
前記アンテナ重み付け合成信号と前記通信路歪みの複素共役とを乗算する第２の乗算器と、
前記パス信号と前記通信路歪みの複素共役とを前記アンテナ毎に乗算する、前記アンテナに対応した第３の乗算器とを有する。
【００４６】
本発明の実施態様によれば、前記初期アンテナ重み選択部は、
全ての前記逆拡散部からの全ての前記パス信号を入力とし、前記初期アンテナ重み生成部で生成された前記初期アンテナ重み候補でパス毎に重み付け合成し、重み付け合成されたパス毎の各信号をＲＡＫＥ合成し、前記新たなユーザの希望信号の信号対干渉電力比を判定情報として測定する、初期アンテナ重み候補に対応した初期アンテナ重み判定情報生成部と、
前記判定情報により、前記初期アンテナ重み候補から最適なものを選択する初期アンテナ重み判定部とを有している。
【００４７】
本発明の実施態様によれば、前記初期アンテナ重み判定情報生成部は、
前記パス信号を、前記初期アンテナ重み候補で重み付け合成する、前記パスに対応した少なくとも１つの第２のアンテナ重み付け合成部と、
前記第２のアンテナ重み付け合成部の重み付け合成で得られた信号を加算することでＲＡＫＥ合成する第５の加算器と、
前記第５の加算器で得られた信号の信号対干渉電力比を測定するＳＩＲ測定部とを有する。
【００４８】
本発明の実施態様によれば、前記第２のアンテナ重み付け合成部は、
全ての逆拡散部からの所定のパスのパス信号と、該パスの前記初期アンテナ重み候補とを前記アンテナ毎に乗算する、前記アンテナに対応した複数の第４の乗算器と、
前記第４の乗算器の出力を加算する第６の加算器と、
前記第６の加算器で得られた信号から通信路歪みを推定し、該通信路歪みの複素共役を求める第２の通信路推定部と、
前記第６の加算器で得られた信号と前記通信路歪みの複素共役とを乗算する第５の乗算器とを有している。
【００４９】
【発明の実施の形態】
本発明の一実施形態について図面を参照して詳細に説明する。
【００５０】
図１は、本実施形態のＣＤＭＡ適応アンテナ受信装置の構成を示すブロック図である。
【００５１】
本実施形態のＣＤＭＡ適応アンテナ受信装置は、アンテナ１−１〜１−Ｋ、適応アンテナ受信部２−１〜２−Ｎ及び初期アンテナ重み生成部３を有している。なお、ここでは受信アンテナ数をＫ（Ｋは２以上の整数）とし、ユーザ数をＮ（Ｎは１以上の整数）とする。
【００５２】
アンテナ１−１〜１−Ｋは、互いに高い相関を有するように近接して配置されている。あるユーザからの信号は、その到来方向とアンテナ配置との関係に依存する経路差により生じる位相差を持って、それぞれのアンテナ１−１〜１−Ｋに受信される。アンテナ１−１〜１−Ｋは、複数のユーザからの信号およびそれらのマルチパスやその他の干渉信号が合成された信号を受信し、適応アンテナ受信部２−１〜２−Ｎへ出力する。
【００５３】
図２は、図１の適応アンテナ受信装置の１つの適応アンテナ受信部２−ｎ（１≦ｎ≦Ｎ、ｎは整数）の構成を示すブロック図である。なお、ここではマルチパス数をＬ（Ｌは１以上の整数）とする。
【００５４】
適応アンテナ受信部２−ｎは、逆拡散部４−１〜４−Ｋ、アンテナ重み付け合成部５−１〜５−Ｌ、加算器６，９−１〜９−Ｋ，１１、判定部７、参照信号生成部８、アンテナ重み制御部１０及び初期アンテナ重み選択部１２を有している。
【００５５】
アンテナ重み付け合成部５−１は、乗算器５−１−１−１〜５−１−１−Ｋ，５−１−４，５−１−５−１〜５−１−５−Ｋ、加算器５−１−２及び通信路推定部５−１−３を有している。アンテナ重み付け合成部５−２〜５−Ｌは、全てアンテナ重み付け合成部５−１と同様の構成である。
【００５６】
逆拡散部４−１〜４−Ｋは、アンテナ１−１〜１−Ｋにそれぞれ接続されている。逆拡散部４−１〜４−Ｋは、アンテナ１−１〜１−Ｋからの信号を第ｎのユーザに割り当てられた拡散符号で逆拡散し、第１のパス信号を分離してアンテナ重み付け合成部５−１〜５−Ｌに出力する。逆拡散部４−１〜４−Ｋでそれぞれ分離された第１のパス信号は、全てのアンテナ重み付け合成部５−１〜５−Ｌに入力される。
【００５７】
アンテナ重み付け合成部５−１〜５−Ｌは、全て同じ構成なのでアンテナ重み付け合成部５−１について説明する。
【００５８】
乗算器５−１−１−１〜５−１−１−Ｋは、逆拡散部４−１〜４−Ｋの各出力に、アンテナ重み制御部１０から出力された各アンテナ重みを乗じる。
【００５９】
加算器５−１−２は、乗算器５−１−１−１〜５−１−１−Ｋの出力を加算する。
【００６０】
通信路推定部５−１−３は、加算器５−１−２の出力から通信路歪みを推定し、その複素共役を乗算器５−１−４および乗算器５−１−５−１〜５−１−５−Ｋに出力する。
【００６１】
乗算器５−１−４は、加算器５−１−２の出力と、通信路推定部５−１−３の出力を乗算し、第１のパスの復調信号として出力する。
【００６２】
乗算器５−１−５−１〜５−１−５−Ｋは、逆拡散部４−１〜４−Ｋにそれぞれ接続されている。乗算器５−１−５−１〜５−１−５−Ｋは、逆拡散部４−１〜４−Ｋの各出力に、乗算器５−１−４から出力された通信路歪みの複素共役を乗算する。
【００６３】
アンテナ重み付け合成部５−２〜５−Ｌは、アンテナ重み付け合成部５−１と同様にして、それぞれ第２〜第Ｌのパスの復調信号を出力する。
【００６４】
加算器６は、アンテナ重み付け合成部５−１〜５−Ｌから出力された第１〜第Ｌのパスの復調信号を加算することで、いわゆるＲＡＫＥ合成を行う。
【００６５】
判定部７は、加算器６でＲＡＫＥ合成された信号のデータ判定を行い、判定結果を出力する。
【００６６】
参照信号生成部８は、判定部７から出力された判定結果を用いて参照信号を生成する。
【００６７】
加算器１１は、加算器６でＲＡＫＥ合成された信号と、参照信号生成部８で生成された参照信号との誤差信号を求め、アンテナ重み制御部１０に出力する。
【００６８】
加算器９−１〜９−Ｋは、アンテナ１−１〜１−Ｋにそれぞれ対応している。加算器９−１は、逆拡散部４−１で分離され各アンテナ重み付け合成部５−１〜５−Ｌで通信路歪みの複素共役が乗じられた第１〜第Ｌのパス信号を合成し、逆拡散及びパス合成信号をアンテナ重み制御部１０に出力する。加算器９−１〜９−Ｋは全て同じ構成であり、それぞれに対応した逆拡散部４−１〜４−Ｋで分離され、各アンテナ重み付け合成部５−１〜５−Ｌで通信路歪みの複素共役が乗じられた第１〜第Ｌのパス信号を合成し、逆拡散及びパス合成信号をアンテナ重み制御部１０に出力する。
【００６９】
初期アンテナ重み選択部１２は、初期アンテナ重み生成部３からの初期アンテナ重み候補と逆拡散部４−１〜４−Ｋの出力とにより、初期アンテナ重みを決定する。
【００７０】
図３は、図２に示された初期アンテナ重み選択部１２の構成を示すブロック図である。初期アンテナ重み選択部１２は、初期アンテナ重み判定情報生成部１６−１〜１６−Ｍ及び初期アンテナ重み判定部２０を有している。
【００７１】
初期アンテナ重み判定情報生成部１６−１は、逆拡散部４−１〜４−Ｋの出力を、初期アンテナ重み生成部３で生成された第１の初期アンテナ重み候補を用いて重み付け合成した場合のＳＩＲ（信号対干渉電力比）を判定情報として出力する。初期アンテナ重み判定情報生成部１６−１〜１６−Ｍは全て同じ構成であり、それぞれ初期アンテナ重み生成部３で生成された第１〜第Ｍの初期アンテナ重み候補を用いて重み付け合成した場合のＳＩＲ（信号対干渉電力比）を判定情報として出力する。
【００７２】
初期アンテナ重み判定情報生成部１６−１は、アンテナ重み付け合成部１７−１〜１７−Ｌ、加算器１８及びＳＩＲ測定部１９を有している。
【００７３】
アンテナ重み付け合成部１７−１は、乗算器１７−１−１−１〜１７−１−１−Ｋ，１７−１−４、加算器１７−１−２及び通信路推定部１７−１−３を有している。アンテナ重み付け合成部１７−１〜１７−Ｌは全て同じ構成である。
【００７４】
乗算器１７−１−１−１〜１７−１−１−Ｋは、それぞれ第１〜第Ｋのアンテナ第１のパス信号に、第１の初期アンテナ重み候補を乗算する。
【００７５】
加算器１７−１−２は、乗算器１７−１−１−１〜１７−１−１−Ｋの出力を加算してアンテナ重み付け合成信号を出力する。
【００７６】
通信路推定部１７−１−３は、アンテナ重み付け合成信号から通信路歪みを推定し、その複素共役を出力する。
【００７７】
乗算器１７−１−４は、アンテナ重み付け合成信号と通信路歪みの複素共役とを乗算する。
【００７８】
加算器１８は、アンテナ重み付け合成部１７−１〜１７−Ｌの出力を合成する。
【００７９】
ＳＩＲ測定部１９は、加算器１８の出力信号のＳＩＲを測定する。
【００８０】
初期アンテナ重み判定部２０は、初期アンテナ重み判定情報生成部１６−１〜１６−Ｍからの判定情報により、最適な初期アンテナ重みを決定する。
【００８１】
アンテナ重み制御部１０は、初期アンテナ重み選択部１２で選択された初期アンテナ重みを初期値とし、加算器１１で求められた誤差信号と加算器９−１〜９−Ｋで得られた逆拡散及びパス合成信号とにより、その誤差信号を最小にするように制御したアンテナ重みをアンテナ重み付け合成部５−１〜５−Ｌに出力する。アンテナ重み制御部１０で用いられる制御アルゴリズムの一例としてＬＭＳ（Ｌｅａｓｔ−Ｍｅａｎ−Ｓｑｕａｒｅ）アルゴリズムがある。
【００８２】
図４は、図１に示された初期アンテナ重み生成部３の構成を示すブロック図である。
【００８３】
初期アンテナ重み生成部３は、ビーム・ヌル方向検索部１３−１〜１３−Ｎ、ヌル形成方向判定部１４及び初期アンテナ重み候補生成部１５を有している。
【００８４】
ビーム・ヌル方向検索部１３−１〜１３−Ｎは、適応アンテナ受信部２−１〜２−Ｎから入力されるアンテナ重みよりビームパターンを形成し、その指向性ビーム方向およびヌル方向を検索し、ビーム・ヌル方向情報を求める。
【００８５】
ヌル形成方向判定部１４は、ビーム・ヌル方向検索部１３−１〜１３−Ｎで求められたビーム・ヌル方向情報を用い、後述する方法により新規ユーザに対するアンテナ重みができるだけ早く収束するような、初期アンテナ重みのヌル方向を判定する。
【００８６】
初期アンテナ重み候補生成部１５は、互いにビーム方向の異なるＭ（Ｍは１以上の整数）個のアンテナ重みのプロトタイプを予め記憶している。そして、初期アンテナ重み候補生成部１５は、ヌル形成方向判定部１４で得られたヌル形成方向に基づいて、プロトタイプのヌル方向を後述する方法により置き換えることで初期アンテナ重み候補を生成する。このようにして生成された初期アンテナ重み候補は、新たなユーザに割り当てられてアンテナ重みの初期値として用いられた場合に、適応制御によるヌルの形成が短時間で収束するものとなっている。
【００８７】
上述したように構成された本実施形態のＣＤＭＡ適応アンテナ受信装置の動作について説明する。
【００８８】
第ｉのユーザ（１≦ｉ≦Ｎ）が通信を行っているとき、適応アンテナ受信部２−ｉはユーザｉ信号の到来方向に指向性を持つビームパターンを形成するようにアンテナ重みを制御する。したがって、通信中のユーザのアンテナ重みから、その信号の到来方向、即ち新たなユーザにとって干渉となり得る信号の到来方向を推定することができる。
【００８９】
初期アンテナ重み生成部３は、新たなユーザｊ（１≦ｊ≦Ｎ、ｉ≠ｊ）用の初期アンテナ重み候補を生成する際に、通信中のユーザのアンテナ重みから推定される方向から到来する信号の干渉を予め除去するように保証された初期アンテナ重み候補を生成する。
【００９０】
初期アンテナ重み生成部３は、新たなユーザの初期アンテナ重みを生成する際に、ビーム・ヌル方向検索部１３−ｉで第ｉユーザのアンテナ重みからそのビーム形成方向とヌル形成方向を求める。ビーム・ヌル方向検索部１３−ｉは、アンテナ１−１〜１−Ｋの幾何学的配置と信号到来方向によって決まる応答ベクトルＲと、入力されたアンテナ重みで構成したアンテナ重みベクトルＷとの積Ｇを計算する。ここで応答ベクトルとは、アンテナ１−１〜１−Ｋの幾何学的配置と信号到来方向との関係によるアンテナ間の受信位相差を示すベクトルである。
【００９１】
そして、ビーム・ヌル方向検索部１３−ｉは、信号到来方向を変化させることにより応答ベクトルＲを変化させつつ逐次Ｇを計算し、Ｇが最大となる方向をビーム方向とし、Ｇが極小となる方向をヌル方向とする。
【００９２】
なお、通信中の各ユーザのビーム方向が新たなユーザにとっての干渉方向と推定されるが、適応アンテナはアンテナ素子数−１（＝Ｋ−１）までしかヌルを生成することができない。一般的にユーザ数はアンテナ素子数よりも多いため、多くの場合、通信中の全てのユーザ方向にヌルを生成することはできない。したがって、あるユーザのアンテナ重みがある方向にヌルを形成しても、別のユーザのアンテナ重みが同一方向にヌルを形成するとは限らない。しかし、大きな干渉となるような高電力信号方向や、複数の信号が密集している方向には優先的にヌルが生成されやすい。
【００９３】
即ち、これらの方向には多くのユーザのアンテナ重みがヌルを形成する可能性が高く、また新たなユーザのアンテナ重みもこれらの方向にヌルを形成するように適応制御される可能性が高いと言える。
【００９４】
ヌル形成方向判定部１４は、ユーザのヌル方向についての優先度として重複度を求め、重複度の高い順に選択する。例えば、あるユーザのヌル方向を基準方向とし、基準方向±Δθの範囲内に他ユーザがヌルを形成していれば１づつ加算し、その加算の結果を、基準方向±Δψの範囲にビームが形成されているユーザを除いたユーザ数で割った値を重複度として用いることができる。また、例えば、通信中のユーザのビーム方向を基準方向としてもよい。
【００９５】
ヌル形成方向判定部１４は、以上のようにして求めた基準方向を、新たなユーザにとってのヌル形成方向として初期アンテナ重み候補生成部１５に出力する。このとき、ヌル形成方向判定部１４は、重複度があるしきい値を超えた方向のみをヌル形成方向として出力する。また、ヌル形成方向判定部１４は、重複度がしきい値を超えたものがＫ−１個以上ある場合、重複度が高いものから順にＫ−１個の方向をヌル形成方向として出力する。
【００９６】
初期アンテナ重み候補生成部１５には、ビーム方向がそれぞれ異なるＭ（Ｍは１以上の整数）通りのアンテナ重みのプロトタイプが予め設定されている。これらは、例えば、ビームを向ける方向に対する応答ベクトルの各要素の複素共役をアンテナ重みとしたものである。また、このアンテナ重みベクトルとの積が０となる応答ベクトルを求めることにより、これらのアンテナ重みのプロトタイプのヌル方向は予め分かっている。
【００９７】
初期アンテナ重み候補生成部１５は、ヌル形成方向判定部１４からのヌル形成方向情報に従って、それぞれのアンテナ重みのプロトタイプのヌル方向を置き換える。ただし、このとき初期アンテナ重み候補生成部１５は、ヌル形成方向判定部１４からのヌル形成方向がプロトタイプのビーム方向の近傍である場合にはプロトタイプのヌル方向を置き換えない。また、初期アンテナ重み候補生成部１５は、プロトタイプの元来のヌル方向のうちヌル形成方向判定部１４からのヌル形成方向に最も近いものを選択して置き換える。
【００９８】
このようにしてアンテナ重みのプロトタイプのヌル方向が置き換えられて再構成されたアンテナ重みが初期アンテナ重み候補となる。初期アンテナ重み候補は、初期アンテナ重み判定情報生成部１６−１〜１６−Ｍと初期アンテナ重み判定部２０に入力される。
【００９９】
初期アンテナ重み判定情報生成部１６−１〜１６−Ｍは、それぞれ第１〜第Ｍの初期アンテナ重み候補を用いて、逆拡散部４−１〜４−Ｋからの逆拡散信号を重み付け合成してそのＳＩＲを測定し、ＳＩＲを判定情報として初期アンテナ重み判定部２０に出力する。初期アンテナ重み判定部２０は、初期アンテナ重み判定情報生成部１６−１〜１６−Ｍから入力した判定情報により、ＳＩＲが最良の初期アンテナ重み候補を選択する。そして、初期アンテナ重み判定部２０は、選択した初期アンテナ重み候補を初期アンテナ重みとしてアンテナ重み制御部１０に出力する。
【０１００】
アンテナ重み制御部１０は、初期アンテナ重み判定部２０からの初期アンテナ重みを初期値としてアンテナ重みの適応制御を開始する。
【０１０１】
本実施形態のＣＤＭＡ適応アンテナ受信装置は、ビーム・ヌル方向検索部１３−１〜１３−Ｎで、通信中のユーザのアンテナ重みのビーム方向及びヌル方向を求め、ヌル形成方向判定部１４で、そのビーム方向及びヌル方向から新規ユーザのアンテナ重みのヌル方向を判定し、初期アンテナ重み候補生成部１５で、そのヌル方向にヌルを形成するように修正された複数の初期アンテナ重み候補を生成し、新規ユーザに割り当てられた適応アンテナ受信部２−ｊで、新規ユーザの信号到来方向にビーム方向を形成する初期アンテナ重み候補を選択して用いるので、ビーム方向が信号到来方向と概ね一致しており、しかも最終的にヌルが形成されるであろう方向に予めヌルを有するビームパターンが初期の時点で形成され、適応制御によって短い時間でアンテナ重みが最適解に収束する。
【０１０２】
なお、本実施形態では同一ユーザの全てのパスに対して共通のアンテナ重みを用いる構成を例示したが、本発明はパス毎に異なるアンテナ重みを使用するＣＤＭＡ適応アンテナ受信装置に適用することも可能である。
【０１０３】
また、本実施形態では本発明をＣＤＭＡ受信装置に適用した場合を典型的な例として示したが、本発明は複数の到来信号を複数のアンテナで受信し、重み付け合成する如何なる無線通信方式の受信装置にも適用可能である。
【０１０４】
【発明の効果】
本発明によれば、受信中の希望信号のアンテナ重みに基づいて生成した初期アンテナ重み候補のアンテナ重みを初期値として、新たな希望信号を検出するための適応制御を開始するので、新たな希望信号の適応制御を最終解に近いアンテナ重みから開始でき、短時間で最終解に収束する。
【０１０５】
また、ビーム・ヌル方向検索部は、受信中の希望信号のアンテナ重みのビーム方向及びヌル方向を求め、ヌル形成方向判定部は、そのビーム方向及びヌル方向から新たな希望信号のアンテナ重みの望ましいヌル方向を判定し、初期アンテナ重み候補生成部は、その望ましいヌル方向にヌルを形成するように修正された複数の初期アンテナ重み候補を生成し、新たな希望信号に割り当てられた適応アンテナ受信部は、新たな希望信号の信号到来方向にビーム方向を形成する初期アンテナ重み候補を選択して用いるので、ビーム方向及びヌル方向が最終解に近いアンテナ重みから新たな希望信号の適応制御を開始でき、短時間で最終解に収束する。
【０１０６】
また、希望信号の数がアンテナ数よりも多く、全ての干渉信号の到来方向にヌルを形成できない場合に、よりヌルが形成され易い方向をヌル方向とした初期アンテナ重み候補のアンテナ重みを初期値として、新たな希望信号を検出するための適応制御を開始するので、新たな希望信号の適応制御を最終解に近いアンテナ重みから開始でき、短時間で最終解に収束する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施形態のＣＤＭＡ適応アンテナ受信装置の構成を示すブロック図である。
【図２】図１の適応アンテナ受信装置の１つの適応アンテナ受信部２−ｎ（１≦ｎ≦Ｎ、ｎは整数）の構成を示すブロック図である。
【図３】図２に示された初期アンテナ重み選択部１２の構成を示すブロック図である。
【図４】図１に示された初期アンテナ重み生成部３の構成を示すブロック図である。
【図５】従来のＣＤＭＡ適応アンテナ受信装置の構成を示すブロック図である。
【図６】従来の適応アンテナ受信装置の１つの適応アンテナ受信部１０２−ｎの構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
１−１〜１−Ｋ アンテナ
２−１〜２−Ｎ 適応アンテナ受信部
３ 初期アンテナ重み生成部
４−１〜４−Ｋ 逆拡散部
５−１〜５−Ｌ アンテナ重み付け合成部
５−１−１−１〜５−１−１−Ｋ，５−１−４，５−１−５−１〜５−１−５−Ｋ 乗算器
５−１−２ 加算器
５−１−３ 通信路推定部
６ 加算器
７ 判定部
８ 参照信号生成部
９−１〜９−Ｋ 加算器
１０ アンテナ重み制御部
１１ 加算器
１２ 初期アンテナ重み選択部
１３−１〜１３−Ｎ ビーム・ヌル方向検索部
１４ ヌル形成方向判定部
１５ 初期アンテナ重み候補生成部
１６−１〜１６−Ｍ 初期アンテナ重み判定情報生成部
１７−１〜１７−Ｌ アンテナ重み付け合成部
１７−１−１−１〜１７−１−１−Ｋ，１７−１−４ 乗算器
１７−１−２ 加算器
１７−１−３ 通信路推定部
１８ 加算器
１９ ＳＩＲ測定部
２０ 初期アンテナ重み判定部
１０２−１〜１０２−Ｎ 適応アンテナ受信部
１１０ アンテナ重み制御部

Claims (9)

1. 到来する信号を複数のアンテナで受信し、それぞれの前記アンテナで受信した信号をアンテナ重みで重み付け合成することで希望信号を検出する適応アンテナ受信装置であって、
   前記アンテナ重みを適応制御し、前記アンテナで受信した信号に該アンテナ重みをそれぞれ乗じて合成することで前記希望信号を検出する少なくとも１つの適応アンテナ受信部と、
   前記適応アンテナ受信部で適応制御された、受信中の前記希望信号の前記アンテナ重みに基づいて、新たなユーザの希望信号を検出するためのアンテナ重みの適応制御に用いる初期値の候補である少なくとも１つの初期アンテナ重み候補を生成する初期アンテナ重み生成部とを有し、
   前記初期アンテナ重み生成部は、前記適応アンテナ受信部で適応制御された前記アンテナ重みで形成されるビームパターンのビーム方向およびヌル方向を算出する、前記適応アンテナ受信部に対応して設けられた少なくとも１つのビーム・ヌル方向検索部と、前記ビーム・ヌル方向検索部で算出された前記ビーム方向または前記ヌル方向を前記新たなユーザの希望信号を検出するための前記アンテナ重みによるビームパターンの望ましいヌル方向候補とし、前記ヌル方向候補の所定範囲内に存在する他の前記ビーム方向の数と前記ヌル方向候補の所定範囲内に存在する他の前記ヌル方向の数とに基づいて、前記新たなユーザの希望信号を検出するための前記アンテナ重みによるビームパターンの望ましいヌル方向を判定するヌル形成方向判定部と、前記ヌル形成方向判定部で得られた望ましい前記ヌル方向にヌルをなし、互いにビーム方向の異なるビームパターンをそれぞれ形成する少なくとも１つの前記初期アンテナ重み候補を生成する初期アンテナ重み候補生成部とを有し、
   前記適応アンテナ受信部は、前記新たなユーザの希望信号に割り当てられると、該希望信号の到来方向にビーム方向を有する前記初期アンテナ重み候補を初期値として前記アンテナ重みの適応制御を開始する、適応アンテナ受信装置。
2. 前記初期アンテナ重み候補生成部は、互いにビーム方向の異なるアンテナ重みのプロトタイプを予め少なくとも１つ記憶しており、該プロトタイプのヌル方向を前記ヌル形成方向判定部で得られた望ましい前記ヌル方向に修正することで前記初期アンテナ重み候補を生成する、請求項１記載の適応アンテナ受信装置。
3. 前記ヌル形成方向判定部は、前記ビーム・ヌル方向検索部で算出された前記ヌル方向のうち、該ヌル方向の所定範囲内にある前記ヌル方向の数を、該ヌル方向の所定範囲内にビーム方向の無いビームパターンを算出した前記ビーム・ヌル方向検索部の数で割った値が大きい前記ヌル方向から順に所定数だけ選択し、前記新たなユーザの希望信号を検出するための前記アンテナ重みによるビームパターンの望ましい前記ヌル方向と判定する、請求項１記載の適応アンテナ受信装置。
4. 前記ヌル形成方向判定部は、前記ビーム・ヌル方向検索部で算出された前記ビーム方向のうち、該ビーム方向の所定範囲内にある前記ヌル方向の数を、該ビーム方向の所定範囲内にビーム方向の無いビームパターンを算出した前記ビーム・ヌル方向検索部の数で割った値が大きい前記ビーム方向から順に所定数だけ選択し、前記新たなユーザの希望信号を検出するための前記アンテナ重みによるビームパターンの望ましい前記ヌル方向と判定する、請求項１記載の適応アンテナ受信装置。
5. 前記適応アンテナ受信部は、
   前記アンテナからの受信信号を逆拡散してマルチパスのパス毎に分離し、複数のパス信号をそれぞれ出力する、前記アンテナに対応した複数の逆拡散部と、
   前記パス信号を前記アンテナ重みで重み付け合成した後に通信路推定を行い、重み付けで得られたアンテナ重み付け合成信号および前記パス信号に対して通信路歪みを補償する、前記パスに対応した少なくとも１つの第１のアンテナ重み付け合成部と、
   通信路歪みが補償された、前記パス毎の前記アンテナ重み付け合成信号を加算することでＲＡＫＥ合成する第１の加算器と、
   前記第１の加算器で得られた信号より受信データを判定する判定部と、
   前記判定部の判定結果から参照信号を生成する参照信号生成部と、
   前記第１の加算器で得られた信号と前記参照信号との差である誤差信号を生成する第２の加算器と、
   前記パス信号により、前記初期アンテナ重み候補から最適なものを初期アンテナ重みとして選択する初期アンテナ重み選択部と、
   前記第１のアンテナ重み付け合成部で通信路歪みを補償された前記パス信号を前記アンテナ毎に加算し、前記アンテナ毎のパス合成信号を生成する複数の第３の加算器と、
   前記初期アンテナ重み、前記誤差信号及び前記パス合成信号を用いて前記第１のアンテナ重み付け合成部における前記アンテナ重みを適応制御し、適応制御した該アンテナ重みを前記初期アンテナ重み生成部にも出力するアンテナ重み制御部とを有する、請求項１記載の適応アンテナ受信装置。
6. 前記第１のアンテナ重み付け合成部は、
   全ての逆拡散部からの所定のパスのパス信号と、前記アンテナ重み制御部からの該パスの前記アンテナ重みとを前記アンテナ毎に乗算する、前記アンテナに対応した複数の第１の乗算器と、
   前記第１の乗算器の出力を加算し、前記アンテナ重み付け合成信号を生成する第４の加算器と、
   前記アンテナ重み付け合成信号から前記通信路歪みを推定し、該通信路歪みの複素共役を求める第１の通信路推定部と、
   前記アンテナ重み付け合成信号と前記通信路歪みの複素共役とを乗算する第２の乗算器と、
   前記パス信号と前記通信路歪みの複素共役とを前記アンテナ毎に乗算する、前記アンテナに対応した第３の乗算器とを有する、請求項５記載の適応アンテナ受信装置。
7. 前記初期アンテナ重み選択部は、
   全ての前記逆拡散部からの全ての前記パス信号を入力とし、前記初期アンテナ重み生成部で生成された前記初期アンテナ重み候補でパス毎に重み付け合成し、重み付け合成されたパス毎の各信号をＲＡＫＥ合成し、前記新たなユーザの希望信号の信号対干渉電力比を判定情報として測定する、初期アンテナ重み候補に対応した初期アンテナ重み判定情報生成部と、
   前記判定情報により、前記初期アンテナ重み候補から最適なものを選択する初期アンテナ重み判定部とを有する、請求項５または６記載の適応アンテナ受信装置。
8. 前記初期アンテナ重み判定情報生成部は、
   前記パス信号を、前記初期アンテナ重み候補で重み付け合成する、前記パスに対応した少なくとも１つの第２のアンテナ重み付け合成部と、
   前記第２のアンテナ重み付け合成部の重み付け合成で得られた信号を加算することでＲＡＫＥ合成する第５の加算器と、
   前記第５の加算器で得られた信号の信号対干渉電力比を測定するＳＩＲ測定部とを有する、請求項７記載の適応アンテナ受信装置。
9. 前記第２のアンテナ重み付け合成部は、
   全ての逆拡散部からの所定のパスのパス信号と、該パスの前記初期アンテナ重み候補とを前記アンテナ毎に乗算する、前記アンテナに対応した複数の第４の乗算器と、
   前記第４の乗算器の出力を加算する第６の加算器と、
   前記第６の加算器で得られた信号から通信路歪みを推定し、該通信路歪みの複素共役を求める第２の通信路推定部と、
   前記第６の加算器で得られた信号と前記通信路歪みの複素共役とを乗算する第５の乗算器とを有する、請求項８記載の適応アンテナ受信装置。

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