JPH1075110A - Transmit beamforming method - Google Patents

Transmit beamforming method

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Publication number
JPH1075110A
JPH1075110A JP8228829A JP22882996A JPH1075110A JP H1075110 A JPH1075110 A JP H1075110A JP 8228829 A JP8228829 A JP 8228829A JP 22882996 A JP22882996 A JP 22882996A JP H1075110 A JPH1075110 A JP H1075110A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
vector
transmission
matrix
antenna
weight vector
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP8228829A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Tadashi Matsumoto
正 松本
Hiromitsu Asakura
弘光 朝倉
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
NTT Docomo Inc
NTT Inc
Original Assignee
Nippon Telegraph and Telephone Corp
NTT Mobile Communications Networks Inc
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Filing date
Publication date
Application filed by Nippon Telegraph and Telephone Corp, NTT Mobile Communications Networks Inc filed Critical Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority to JP8228829A priority Critical patent/JPH1075110A/en
Publication of JPH1075110A publication Critical patent/JPH1075110A/en
Pending legal-status Critical Current

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  • Variable-Direction Aerials And Aerial Arrays (AREA)
  • Radio Transmission System (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 移動局での平均受信SIRを最大とすること
ができ、希望波、干渉波の各パスの到来方向情報を必要
としない。 【解決手段】 アンテナエレメントE−1〜E−Nの各
受信信号をサンプリングして、スナップショットベクト
ルXk を得、Xk と既知パターンDとの相関ベクト
ルPj を求め(4)、そのPj のM個からその相関
行列Rp を求め(6)、Rp の最大固有値と対応す
る固有ベクトルyを求め(8)、またXk のL個か
らその相関行列Rx を求め(10)、W=R-1 x
y/(yH -1 x y)により送信重みベクトル
Wを求め(12)、この要素をE−1〜E−Nから送
信される信号の対応するものに乗算する(16)。
(57) [Summary] [Problem] An average reception SIR at a mobile station can be maximized, and information on arrival directions of desired and interference wave paths is not required. A by sampling the received signals of the antenna elements E-1~E-N, to obtain a snapshot vector X k, the correlation vector P j of the X k and the known pattern D (4), the P j Searching for the correlation matrix R p from M (6), determine the eigenvector y corresponding to the maximum eigenvalue of R p (8), and from the L X k Searching for the correlation matrix R x (10), W = R -1 x
y / (y H R -1 x y) by seeking a transmission weight vector W (12), is multiplied to a corresponding one of the signals to be transmitted to the element from the E-1~E-N (16) .

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】この発明は移動通信の基地局
に適用され、複数のアンテナエレメントに送信する信号
を重みベクトルを乗算して振幅、位相を制御して送信指
向性パターンを制御するいわゆるアダプティブアレイア
ンテナにおける、重みベクトルを受信信号より求める送
信ビーム形成方法、特に、移動局で受信される信号の平
均信号電力対干渉波電力比を最大にするための基地局に
おける送信ビームの形成方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention is applied to a mobile communication base station, and controls a transmission directivity pattern by controlling a amplitude and a phase by multiplying a signal to be transmitted to a plurality of antenna elements by a weight vector. The present invention relates to a transmission beam forming method for obtaining a weight vector from a received signal in an array antenna, and more particularly to a transmission beam forming method in a base station for maximizing an average signal power to interference wave power ratio of a signal received by a mobile station.

【0002】[0002]

【従来の技術】移動通信の特徴は、無線伝搬環境がマル
チパス伝搬路となることである。上り(移動局送信、基
地局受信)通信路を考えると、移動局の周辺で散乱、回
折、反射の影響を受けた送信素波の束は、直接、又はさ
らに遠方での反射を経た後に、基地局に到来する。従っ
て、基地局では送信信号が異なる到来角を持つ複数の成
分にわかれて受信されることになる。これら、各パスに
対応する成分は上記の送信素波の束で構成されており、
この束を作るプロセス(散乱、回折、反射、等)は各パ
スで異なるから、それぞれのパスは独立なフェージング
を受けていることになる。このような複数の伝搬路の幾
何学的位置関係は上りと下り(基地局送信、移動局受
信)で可逆性が成り立つ。すなわち、基地局で各成分が
受信される方向に送信すれば、その信号は必ず移動局に
到達する。しかしこの場合、上りと下りの周波数が異な
ればフェージングの瞬時的変動は一致しない。
2. Description of the Related Art A feature of mobile communication is that a radio propagation environment is a multipath propagation path. Considering the upstream (mobile station transmission, base station reception) communication path, a bundle of transmission element waves affected by scattering, diffraction, and reflection around the mobile station is directly or after being reflected at a further distance, Arrives at the base station. Therefore, the base station receives the transmission signal divided into a plurality of components having different arrival angles. These components corresponding to each path are composed of the bundle of the above-mentioned transmission rays,
Since the process of creating this bundle (scattering, diffraction, reflection, etc.) is different for each pass, each pass is subject to independent fading. Such a geometrical positional relationship between a plurality of propagation paths is reversible between uplink and downlink (base station transmission, mobile station reception). That is, if each component is transmitted in the direction in which each component is received by the base station, the signal always reaches the mobile station. However, in this case, if the uplink and downlink frequencies are different, the instantaneous fading variation does not match.

【0003】さて、受信局において複数のエレメントを
持つアンテナを用いて信号を受信し、各エレメントの受
信信号を重み付け合成することで、干渉波をキャンセル
できることが知られている。このようなアダプティブア
レーアンテナの重み制御アルゴリズムは、例えば合成後
の信号と理想信号パターンとの平均自乗誤差を最小にす
る、あるいは、合成後の信号電力対干渉電力比を最大に
する、等の合成規範を満たすように動作する。これらの
合成規範を満たす最適重みベクトルは、希望波の各パス
と干渉波の各パスに対応する信号の振幅と位相によって
異なるから、これらの各パスの振幅と位相がフェージン
グによって変動している場合、最適重みベクトルはフェ
ージングの変動に従って変化する。ところが、上りと下
りで異なる周波数を用いるシステムでは、上述のように
それぞれ異なるフェージングを受けているから、上りの
最適重みベクトルは下りの最適重みベクトルとは一致し
ない。さらに、移動局で受信する下り信号の振幅と位相
は基地局では知りえないから、移動局での瞬時的な振幅
と位相に対する基地局送信アンテナの最適重みベクトル
を求めることは不可能である。
It is known that an interference wave can be canceled by receiving a signal using an antenna having a plurality of elements at a receiving station and weighting and combining the received signals of each element. Such an adaptive array antenna weight control algorithm, for example, minimizes the mean square error between the combined signal and the ideal signal pattern, or maximizes the combined signal power to interference power ratio. Work to meet the norms. The optimal weight vector that satisfies these synthesis criteria differs depending on the amplitude and phase of the signal corresponding to each path of the desired wave and each path of the interference wave. Therefore, when the amplitude and phase of each of these paths fluctuates due to fading. , The optimal weight vector changes according to the fading variation. However, in a system using different frequencies for uplink and downlink, different fadings occur as described above, so that the uplink optimal weight vector does not match the downlink optimal weight vector. Furthermore, since the amplitude and phase of the downlink signal received by the mobile station cannot be known by the base station, it is impossible to determine the optimum weight vector of the base station transmitting antenna for the instantaneous amplitude and phase at the mobile station.

【0004】しかし、移動局での瞬時的な最適性を得る
かわりに、平均の意味での最適性を得るための送信ビー
ムパターンを得ることは不可能ではない。受信波の瞬時
的な振幅と位相はフェージングによって激しく変動する
が、移動局そのものの位置は高々その走行スピードでし
か変化しないから、各パス成分の到来方向(DOA:Di
rection of Arrival)の変化スピードもその程度でしか
変動しない。従って、基地局から見てDOAが変化しな
いとみなせる程度の時間区間で平均化した移動局の平均
受信SIR(信号波干渉波比)を最大化する送信ビーム
パターンは、基地局のそれを最大化する送信ビームパタ
ーンと同一とみなせる。すなわち、基地局の平均受信S
IRを最大化するようにパターンを形成すれば、これが
送信のための最適パターンでもある。
[0004] However, it is not impossible to obtain a transmission beam pattern for obtaining the optimum in the average sense, instead of obtaining the instantaneous optimum in the mobile station. Although the instantaneous amplitude and phase of the received wave fluctuate drastically due to fading, the position of the mobile station itself changes at most at its traveling speed, and therefore the arrival direction of each path component (DOA: Di
rection of Arrival) changes only to that extent. Therefore, the transmission beam pattern that maximizes the average reception SIR (signal wave interference ratio) of the mobile station averaged in a time interval in which the DOA is considered to be unchanged from the base station maximizes that of the base station. Can be regarded as the same as the transmission beam pattern to be transmitted. That is, the average reception S of the base station
If a pattern is formed so as to maximize IR, this is also the optimal pattern for transmission.

【0005】このための一つの簡便な方法は、各パス成
分の到来方向(DOA:Directionof Arrival)を検出
して、希望波の到来方向に指向性のピークを向け、干渉
波の到来方向に指向性Null(零)を向けることである。
各パス成分のDOAの検出方法として、従来からMUS
ICアルゴリズム(文献 S.Haykin, J.Litva and T.J.S
hepherd,“Radar Array Processing”,Springer-Verla
g, pp.64-72, 1993 等に詳しく記されている)やESP
RITアルゴリズム(文献 S.J.Orfanidis, “Optimum
Signal Processing ”,Macmillan Publishing Co., p
p.370-372, 1988等に詳しく記されている)が知られて
いる。これらのアルゴリズムによって、パスが存在する
(信号エネルギが到来する)方向を検出できるが、マル
チパス環境に適用すると、どの成分が希望波に対応しど
の成分が干渉波に対応するか、という問題が生じる。こ
の対応付けに誤ると、希望波が到来する方向にNullを向
けたり、干渉波が到来する方向にピークを向けてしまっ
たりする。ところが、この対応付けの誤り率は低くはで
きない。従って、DOAに依存する方法は現実的でな
い。DOAに依存しないで、移動局における平均受信S
IRを最大にする基地局送信アンテナビームパターン形
成のための方法は従来から知られていなかった。
One simple method for this purpose is to detect the direction of arrival (DOA: Direction of Arrival) of each path component, direct the peak of directivity in the direction of arrival of the desired wave, and direct the peak in the direction of arrival of the interference wave. Is to direct the gender Null (zero).
As a method of detecting DOA of each path component, a conventional MUS
IC algorithm (references S. Haykin, J. Litva and TJS
hepherd, “Radar Array Processing”, Springer-Verla
g, pp.64-72, 1993) and ESP
RIT algorithm (Ref. SJOrfanidis, “Optimum
Signal Processing ”, Macmillan Publishing Co., p.
p.370-372, 1988, etc.) are known. These algorithms can detect the direction in which a path exists (signal energy arrives), but when applied to a multipath environment, the problem is which component corresponds to the desired wave and which component corresponds to the interference wave. Occurs. If this association is incorrect, Null may be directed in the direction in which the desired wave arrives, or the peak may be directed in the direction in which the interference wave arrives. However, the error rate of this association cannot be reduced. Therefore, methods that rely on DOA are not practical. Average reception S at mobile station, independent of DOA
A method for base station transmit antenna beam pattern formation that maximizes IR has not been previously known.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】この発明の目的は、移
動局における平均受信SIRを最大にする基地局送信ア
ンテナビームパターンを形成するための、最適重みベク
トルを求め、上りと下りで異なる周波数を用いるシステ
ムにも最適でき、また、非DOA依存の送信ビーム形成
方法を提供することにある。
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to obtain an optimum weight vector for forming a base station transmitting antenna beam pattern that maximizes the average reception SIR at a mobile station, and to determine different frequencies for uplink and downlink. It is an object of the present invention to provide a transmission beam forming method which can be optimized for a system to be used and which is not DOA-dependent.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】この発明によれば、各ア
ンテナエレメントの受信信号をサンプリングしたスナッ
プショットベクトルとその既知パターンとの相関ベクト
ルPj を求め、そのPj のM個から相関行列Rp
を求め、その行列Rp の固有値問題を解いて、絶対値
が最大の固有値と対応する固有ベクトルyを求め、ま
たスナップショットベクトルの相関行列Rx を求め、
x とyから受信SIRを最大とする重みベクトル
を求め、この重みベクトルの各要素を対応アンテナエレ
メントで送信される信号に乗算して送信指向性パターン
を制御する。このようにして平均受信SIRを最大とす
る重みベクトルが得られる。この理由を以下に説明す
る。
Means for Solving the Problems] According to the present invention, the correlation vector P j snapshot vector obtained by sampling the received signal of each antenna element and its known pattern, the correlation matrix of M that P j R p
, The eigenvalue problem of the matrix R p is solved, the eigenvector y corresponding to the eigenvalue having the largest absolute value is obtained, and the correlation matrix Rx of the snapshot vector is obtained,
A weight vector that maximizes the reception SIR is obtained from Rx and y, and each element of the weight vector is multiplied by a signal transmitted by the corresponding antenna element to control a transmission directivity pattern. In this way, a weight vector that maximizes the average reception SIR is obtained. The reason will be described below.

【0008】一般に、受信SIRは最適重みベクトル W0 = R-1 x P/(PH -1 x P) (1) によって最大にできる(文献、G.G.Raleigh, S.N.Digga
vi and A.Paulraj, “ABlind Transmit Antenna Algori
thm for Wireless Communication ”,Conf.Rec. of IE
EE G'Com 95,pp.1494-1499, Seatle 参照)。ここで、
x はN個のアンテナエレメントの各々の受信信号サ
ンプル値から作られるスナップショットベクトルXk
の相関行列で、十分大きなL1 に対して Rx =(1/L1 )ΣL1 k=1 k H k (2) によって推定できる(L1 はサンプル列長)。また、
Pは送信側と受信側で既知なパターンDk とスナッ
プショットベクトルXk との相関ベクトルで、 P=<Xk * k > (3) で与えられる。これは、ステアリングベクトルとも呼ば
れる。但し、<>はアンサンブル平均を表わす。物理的
には、Pには希望波の各パス成分のDOA情報を含ん
でいる。既知パターンDk は例えば、定期的に送信さ
れる同期用パターン、あるいは、誤り検出符号の復号に
よって誤りが検出されなかった受信フレーム全体、等を
用いることができる。
[0008] Generally, the reception SIR can be maximized by optimally weight vector W 0 = R -1 x P / (P H R -1 x P) (1) ( Reference, GGRaleigh, SNDigga
vi and A. Paulraj, “ABlind Transmit Antenna Algori
thm for Wireless Communication ”, Conf. Rec. of IE
See EE G'Com 95, pp. 1494-1499, Seatle). here,
R x is a snapshot vector X k created from the received signal sample values of each of the N antenna elements
Can be estimated for a sufficiently large L 1 by R x = (1 / L 1 ) ΣL 1 k = 1 X k X H k (2) (L 1 is the sample sequence length). Also,
P is a correlation vector between the pattern D k known on the transmitting side and the receiving side and the snapshot vector X k, and is given by P = <X k D * k > (3) This is also called a steering vector. Here, <> represents an ensemble average. Physically, P includes DOA information of each path component of the desired wave. As the known pattern Dk, for example, a synchronization pattern that is transmitted periodically, or an entire received frame in which no error is detected by decoding an error detection code can be used.

【0009】いま、希望波がLd のパスにわかれて受信
され、そのj番目のパス成分がθjの方向からアンテナ
アレーに到来するものとする。また、U個の干渉源が存
在してそのm番目がLumのパスにわかれて受信され、さ
らにそのb番目のパス成分がθb の方向からアンテナア
レーに到来するものとする。このとき、合成受信信号の
スナップショットベクトルXk はXk =ΣLd j=1 a(θj )・dj (kT) +ΣU m=1 ΣLum b=1 a(θb )・umb(kT)+g(kT) (4) で与えられる。但し、Tはサンプリング間隔、a
(θ)は到来角θに対するアンテナアレーレスポンスで
アンテナアレーの幾何学的形状によって定まる。dj(t)
は時刻tにおける希望波の第jパス成分、umb(t) は
第m干渉波の第bパス成分で、それぞれ dj (t) =zDj(t) D(t) (5) umb(t) =zumb (t) Um (t) (6) となる。ここで、zDj(t) は希望波の第jパス成分のフ
ェージング複素振幅、D(t) は希望波の送信波形で、
D(kT)=Dk 、zmb(t) は第m干渉波の第bパス
成分のフェージング複素振幅、Um (t) は第m干渉波
の送信波形でU(kT)=Uk である。また、g(t)
は雑音ベクトルで g(t) =[g1(t) g2(t)・・・gN (t) ]t (7) であり、gi (t) は第i素子に加えられる雑音である。
i (t) は互いに独立なゼロ平均のガウス変数であり、 <g(t) >=0 (8.1) <g* (t) gt (t) >=σ2 g N (8.2) となる。但し、IN はN次の単位行列。* は複素共役、
t は転置、σg は希望波信号の平均電力である。
[0009] Now, the received desired wave is divided into path L d, the j-th path components is assumed to come from the direction of theta j to the antenna array. Further, the m-th exist U number of interferers is received is divided into path L um, further its b-th path components is assumed to come from the direction of theta b to the antenna array. In this case, the snapshot vector X k is X k = Σ Ld j = 1 a (θ j) · d j (kT) + Σ U m = 1 Σ Lum b = 1 a (θ b) · u mb of combined reception signal (KT) + g (kT) (4) Where T is a sampling interval, a
(Θ) is the antenna array response to the angle of arrival θ and is determined by the geometric shape of the antenna array. d j (t)
Is the j-th path component of the desired wave at time t, u mb (t) is the b-th path component of the m-th interference wave, and d j (t) = z Dj (t) D (t) (5) u mb (t) = z umb (t) U m (t) (6) Here, z Dj (t) is the fading complex amplitude of the j-th path component of the desired wave, D (t) is the transmission waveform of the desired wave,
D (kT) = D k , z mb (t) is the fading complex amplitude of the b-th component of the m-th interference wave, U m (t) is the transmission waveform of the m-th interference wave, and U (kT) = U k is there. Also, g (t)
Is a noise vector, and g (t) = [g 1 (t) g 2 (t)... G N (t)] t (7), and g i (t) is noise added to the i-th element. is there.
g i (t) are mutually independent zero mean Gaussian variables, and <g (t)> = 0 (8.1) <g * (t) g t (t)> = σ 2 g I N (8.2) Become. Here, IN is an N-th order unit matrix. * Is complex conjugate,
t is transposition, and σ g is the average power of the desired signal.

【0010】さて、フェージング環境における式(3)
に現われるアンサンブル平均の操作について考える。い
ま、このアンサンブル平均は物理的に求めるためには、
時間平均で置き換える必要がある。目的は、平均受信S
IRを最大にすることだから、時間平均のためのサンプ
リング周波数(1/T)がフェージングの最大ドップラ
周波数と比較して十分低く、フェージングによる変動を
十分に平均化している必要がある。このとき、時間平均
で置き換えた相関ベクトルPは、 P=(1/L2 )ΣL2 k=1 k * k =(1/L2 )ΣL2 k=1 k {ΣLd j=1 a(θj )・dj (kT) +ΣU m=1 ΣLum b=1 a(θb )・umb(kT)+g(kT)} →0,(L2 →∞) (9) となって、最適重みベクトルwが求まらない。
Now, the expression (3) in a fading environment
Of the ensemble mean appearing in Now, to obtain this ensemble average physically,
It needs to be replaced with a time average. The purpose is average reception S
Since the IR is maximized, the sampling frequency (1 / T) for time averaging needs to be sufficiently lower than the maximum Doppler frequency of fading, and fluctuation due to fading needs to be sufficiently averaged. In this case, the correlation vector P is replaced by the time average, P = (1 / L 2 ) Σ L2 k = 1 X k D * k = (1 / L 2) Σ L2 k = 1 D k {Σ Ld j = 1 a (θ j ) ・ d j (kT) + Σ U m = 1 Σ Lum b = 1 a (θ b ) ・mb (kT) + g (kT)} → 0, (L 2 → ∞) (9) As a result, the optimum weight vector w cannot be obtained.

【0011】逆に、サンプリング周波数(1/T)がフ
ェージングの最大ドップラ周波数と比較して十分高い場
合、 P=(1/L2 )ΣL2 k=1 k * k →ΣLd j=1 a(θj )・zDj(kT),(L2 →∞) (10) となるが、フェージングが平均化されず、その複素振幅
Dj(t) が残ってしまう。但し位相変調であるから、
k * k =1.0、また、希望波と干渉波とは相
関がないから<Dk * k >=<Uk * k
=0と仮定した。そこで、十分短いサンプリング間隔で
相関ベクトルPを求める処理を、さらに十分に間隔を
あけてM回繰り返し(処理に順番を示す番号をつけ、k
番目の処理で求まったPをPK とする)、それらか
ら行列 Rp =(1/M)ΣM k=1 K K H (11) を求める。さらに、Rp に関する固有値問題、 Rp y=λy (12) を解いて、最大固有値λmax に対する固有ベクトルy
を求める。yは、希望波の各パス成分のDOAに対す
るアレーレスポンスの和によって作られる、平均的な信
号空間を表わしている。このことは、 Rp =(1/M)ΣM k=1 K K H →σ2 g N +ΣLd j=1|zDj(kT)|2 ・a(θj )aH (θj ),(L→∞) (13) から明らか。これらについては従来の技術の項でESP
RITアルゴリズムについ示した文献の346頁で述べ
られている。そこで、このyを式(1)のPの変わ
りに用い、 Wo =R-1 x y/(yH -1 x y) (14) によって求まるWo を重みベクトルとして用いれば、
移動局における平均受信SIRを最大にする基地局送信
アンテナビームパターンが形成できる。
[0011] Conversely, when the sampling frequency (1 / T) is sufficiently higher than the maximum Doppler frequency of fading, P = (1 / L 2 ) Σ L2 k = 1 X k D * k → Σ Ld j = 1 a (θ j) · z Dj (kT), (L 2 → ∞) and becomes (10), the fading is not averaged, the complex amplitude z Dj (t) is left will. However, since it is phase modulation,
DkD * k = 1.0, and since there is no correlation between the desired wave and the interference wave, < DkD * k > = < UkD * k >
= 0 was assumed. Therefore, the process of finding the correlation vector P at a sufficiently short sampling interval is repeated M times more sufficiently (the process is given a number indicating the order and k
Th and P K a Motoma' was P in the process of), we obtain the matrices from their R p = (1 / M) Σ M k = 1 P K P K H (11). Furthermore, the eigenvalue problem with R p, solving the R p y = λy (12) , the eigenvector to the maximum eigenvalue lambda max y
Ask for. y represents an average signal space formed by the sum of the array responses of each desired path component to the DOA. This is, R p = (1 / M ) Σ M k = 1 P K P K H → σ 2 g I N + Σ Ld j = 1 | z Dj (kT) | 2 · a (θ j) a H ( θ j ), (L → ∞) (13). For these, ESP
A description of the RIT algorithm is given on page 346 of the reference. Therefore, using this y instead of P in formula (1), using the W o = R -1 x y / (y H R -1 x y) W o which is obtained by (14) as a weight vector,
A base station transmit antenna beam pattern that maximizes the average received SIR at the mobile station can be formed.

【0012】[0012]

【発明の実施の形態】図1にこの発明の実施例を複素ベ
ースバンドで表現して示す。受信された合成信号はN個
のアンテナエレメントE−1〜E−Nでそれぞれ受信さ
れ、これらアンテナエレメントE−1〜E−Nでそれぞ
れ受信された合成信号1−1〜1−Nはサンプラ2−1
〜2−Nでそれぞれサンプリングされてスナップショッ
トベクトル3を得る。合成信号1−1〜1−Nの各サン
プル値3−1〜3−Nは相関ベクトル演算器4と、第一
相関行列演算器10に入力される。相関ベクトル演算器
4では既知パターンDが入力されて式(10)の演算を
行って時間平均で置き換えた相関ベクトル5を出力す
る。ただし、この場合、サンプリングは、サンプル値間
でフェージング複素振幅が変化しない程度に十分速いも
のとする。また、式(10)の処理はフェージング複素
振幅の変動が十分独立とみなせる程度に時間的に離れた
ブロック(L2 個のサンプルから成る)に対して繰り返
し行われる。相関ベクトル5は第二相関行列演算器6に
入力され、式(11)の演算を行って第二相関行列7を
出力する。固有値固有ベクトル演算器8では第二相関行
列7に対する式(12)の固有値問題を解いて、最大固
有値に対する固有ベクトル9を出力してビーム形成器1
6へ供給する。
FIG. 1 shows an embodiment of the present invention expressed in complex baseband. The received combined signals are received by N antenna elements E-1 to E-N, respectively, and the combined signals 1-1 to 1-N received by these antenna elements E-1 to E-N are sampled by the sampler 2. -1
2−2-N to obtain a snapshot vector 3. The sample values 3-1 to 3-N of the combined signals 1-1 to 1-N are input to the correlation vector calculator 4 and the first correlation matrix calculator 10. The correlation vector calculator 4 receives the known pattern D, performs the calculation of Expression (10), and outputs a correlation vector 5 replaced with a time average. However, in this case, sampling is sufficiently fast so that the fading complex amplitude does not change between sample values. Also repeated for Formula processing (10) (composed of the sample L 2 amino) variation is sufficiently independent of the considered degree temporally distant block fading complex amplitude. The correlation vector 5 is input to the second correlation matrix calculator 6, performs the operation of Expression (11), and outputs the second correlation matrix 7. The eigenvalue eigenvector calculator 8 solves the eigenvalue problem of the equation (12) for the second correlation matrix 7, outputs an eigenvector 9 for the maximum eigenvalue, and outputs the eigenvector 9 to the beamformer 1.
Supply to 6.

【0013】一方、第一相関行列演算器10では、式
(2)の演算を行って第一相関行列11を出力する。こ
の場合、サンプリングは、サンプル値間でフェージング
複素振幅が独立とみなせる程度に十分遅いものとする。
最適重み演算器12では、固有ベクトル9と第一相関行
列11を用いて式(14)の演算を行って最適重みベク
トルWo 13を出力する。送信情報発生器14より下
り送信波形15をビーム形成器16へ出力する(サービ
スプロバイダのシステムであれば、ユーザの下り情報が
これに相当する)。
On the other hand, the first correlation matrix calculator 10 performs the calculation of equation (2) and outputs the first correlation matrix 11. In this case, the sampling is sufficiently slow so that the fading complex amplitudes between the sample values can be regarded as independent.
The optimum weight calculator 12 calculates the equation (14) using the eigenvector 9 and the first correlation matrix 11 and outputs the optimum weight vector W o13 . The transmission information generator 14 outputs the downlink transmission waveform 15 to the beamformer 16 (in the case of a service provider system, the downlink information of the user corresponds to this).

【0014】図2は、複素ベースバンドで表現したビー
ム形成器16の一構成例を示している。入力は、最適重
みベクトルWo 13と下り送信波形15である。ベク
トルWo の要素13−1〜13−Nはそれぞれ乗算器
18−1〜18−Nによって送信波形13に乗算されて
それぞれアンテナエレメントE−1〜E−Nから送信さ
れる信号17−1〜17−Nが出力される。これによっ
て、最適ビームパターンが得られる。但し、前述のよう
に、図1、図2は複素ベースバンドで表現してあるので
搬送波は記されていない。実際の送信機の構成では、下
り送信波形15そのもののかわりに送信波形15で変調
した搬送波を、重みベクトルWo 13の乗算のかわり
に振幅と位相を制御することで同様の最適ビームが構成
できることはいうまでもない。
FIG. 2 shows an example of the configuration of the beamformer 16 expressed in complex baseband. Inputs are an optimal weight vector W o 13 and a downlink transmission waveform 15. Signals are transmitted from the vector W o elements 13-1 to 13-N respectively multipliers 18-1 to 18-N respectively are multiplied in the transmission waveform 13 by the antenna element E-1~E-N 17-1~ 17-N is output. As a result, an optimum beam pattern is obtained. However, as described above, since FIGS. 1 and 2 are expressed in complex baseband, carrier waves are not shown. In an actual transmitter configuration, a similar optimum beam can be formed by controlling the amplitude and phase of the carrier modulated by the transmission waveform 15 instead of the downlink transmission waveform 15 itself, instead of multiplying by the weight vector Wo13. Needless to say.

【0015】[0015]

【発明の効果】以上、説明したようにこの発明によれ
ば、希望波と干渉波の各パスのDOA情報を用いないで
移動局における平均受信SIRを最大にする基地局送信
アンテナビームパターンが形成できる。最適重みベクト
ルを得る過程でフェージングによる受信波の変動を平均
化しているから、上りと下りで異なる周波数を用いるシ
ステムにも適用できる。この発明による基地局送信アン
テナビームパターンを用いれば平均受信SIRが改善さ
れるから、同一周波数の繰り返し距離を近くすることが
でき、システムの周波数利用効率を改善できる。
As described above, according to the present invention, a base station transmitting antenna beam pattern which maximizes the average reception SIR at a mobile station without using DOA information of each path of a desired wave and an interference wave is formed. it can. Since the fluctuation of the received wave due to fading is averaged in the process of obtaining the optimum weight vector, the present invention can be applied to a system using different frequencies for uplink and downlink. Since the average reception SIR is improved by using the base station transmission antenna beam pattern according to the present invention, the repetition distance of the same frequency can be reduced, and the frequency utilization efficiency of the system can be improved.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】この発明方法が適用される装置の機能構成例を
複素ベースバンドで表現したブロック図。
FIG. 1 is a block diagram showing an example of a functional configuration of a device to which the method of the present invention is applied in complex baseband.

【図2】図1中のビーム形成器16を複素ベースバンド
で表現した図。
FIG. 2 is a diagram illustrating a beam former 16 in FIG. 1 in a complex baseband.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 N個(Nは2以上の整数)アンテナエレ
メントを持つ無線通信用の送受信装置において、i番目
(i=1,2,…,N)のアンテナエレメントに入力さ
れる信号に、送信重みベクトルW=(w1,w2,
…,wN)の要素wiを乗算してアンテナ指向性パター
ンを制御し、その制御された指向性パターンを用いて送
信するその送信ビーム形成方法において、 上記アンテナエレメントの各々の受信信号をサンプリン
グしてk番目のサンプルに対するスナップショットベク
トルXk を得る過程と、 上記スナップショットベクトルXk に送受両者で既知
のパターンDk を乗算してXk k を得る過程
と、 L1 個(L1 は2以上の整数)のスナップショットベク
トルXk について、Rx =(1/L1L1 k=1 k H k を演算して行列Rx を求める過程と、( Hは共役転置
を示す)、 L2 個(L2 は2以上の整数)の乗算結果Xk k
についてPj =(1/L2 )ΣL2 k=1 k H k を演算してベクトルPj を求める過程と、 M個のベクトルPj についてRp =(1/M)ΣM j=1 j H j を演算して行列Rp を求める過程と、 行列Rp の固有値問題:Rp y =λy を解いて絶対値が最大の固有値に対応する固有ベクトル
yを得る過程と、 上記行列Rx 、固有ベクトルyについてW =R-1 x y/(yH -1 x y) を演算して上記送信重みベクトルW=(w1,w2,
…,wN)を求める過程とを具備することを特徴とする
送信ビーム形成方法。
1. A radio communication transmitting and receiving apparatus having N (N is an integer of 2 or more) antenna elements, wherein a signal input to an i-th (i = 1, 2,..., N) antenna element is Transmission weight vector W = (w1, w2,
, WN) to control the antenna directivity pattern, and transmit using the controlled directivity pattern. In the transmission beam forming method, each received signal of the antenna element is sampled. a process of obtaining a snapshot vector X k for the k-th sample, and the process of obtaining the X k D k by multiplying the known pattern D k in transmission and reception both in the snapshot vector X k, L 1 piece (L 1 is R x = (1 / L 1 ) ΣL 1 k = 1 X k X H k for a snapshot vector X k of (an integer of 2 or more) to obtain a matrix R x , and ( H is a conjugate transpose ), L 2 (L 2 is an integer of 2 or more) multiplication results X k D k
For P j = (1 / L 2 ) Σ L2 k = 1 D k X H k and the process of calculating to obtain the vector P j and the M vectors P j R p = (1 / M) Σ M j = 1 and P j P H process j a by computing seek matrix R p, the eigenvalue problem of the matrix R p: the process of obtaining the eigenvector y absolute value by solving R p y = [lambda] y corresponds to the largest eigenvalue, the matrix R x, eigenvector y for W = R -1 x y / ( y H R -1 x y) and calculates the transmission weight vector W = (w1, w2,
.., WN).
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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001237751A (en) * 2000-01-13 2001-08-31 Lucent Technol Inc Method and apparatus for transmitting signals in a communication system and transmitter and receiver for use in a MIMO system
KR100382147B1 (en) * 2000-10-25 2003-05-01 한국전자통신연구원 CDMA Smart Antenna System
KR20040008692A (en) * 2002-07-19 2004-01-31 주식회사 웨이브컴테크놀로지 Digital beam forming system
JP2008164483A (en) * 2006-12-28 2008-07-17 Mitsubishi Electric Corp Array antenna and beam control method therefor
WO2009069780A1 (en) * 2007-11-30 2009-06-04 Ntt Docomo, Inc. Wireless communication system

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001237751A (en) * 2000-01-13 2001-08-31 Lucent Technol Inc Method and apparatus for transmitting signals in a communication system and transmitter and receiver for use in a MIMO system
KR100382147B1 (en) * 2000-10-25 2003-05-01 한국전자통신연구원 CDMA Smart Antenna System
KR20040008692A (en) * 2002-07-19 2004-01-31 주식회사 웨이브컴테크놀로지 Digital beam forming system
JP2008164483A (en) * 2006-12-28 2008-07-17 Mitsubishi Electric Corp Array antenna and beam control method therefor
WO2009069780A1 (en) * 2007-11-30 2009-06-04 Ntt Docomo, Inc. Wireless communication system
US8649742B2 (en) 2007-11-30 2014-02-11 Ntt Docomo, Inc. Radio communication system

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