JPH1075110A - 送信ビーム形成方法 - Google Patents
送信ビーム形成方法Info
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- 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
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- Japan
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- transmission
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- antenna
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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 Ｒ-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）。
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 Ｒ-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）。
Description
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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、
Ｒx 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。
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、
Ｒx 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。
【０００８】一般に、受信ＳＩＲは最適重みベクトル Ｗ0 ＝ Ｒ-1 x Ｐ／（ＰH Ｒ-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、
Ｒx 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 Ｘk ＸH 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 Ｄ* 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。
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、
Ｒx 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 Ｘk ＸH 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 Ｄ* 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。
【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。
ｇi (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 ＩN （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。
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。
ｇi (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 ＩN （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。
【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 Ｘk Ｄ* k ＝（１／Ｌ2 ）ΣL2 k=1 Ｄk ｛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。
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 Ｘk Ｄ* k ＝（１／Ｌ2 ）ΣL2 k=1 Ｄk ｛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。
【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 Ｘk Ｄ* 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
ｚDj(t) が残ってしまう。但し位相変調であるから、
Ｄk Ｄ* k ＝１．０、また、希望波と干渉波とは相
関がないから＜Ｄk Ｄ* k ＞＝＜Ｕk Ｄ* 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 ＰK ＰK 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 ＰK ＰK H →σ2 g ＩN ＋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 Ｒ-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。
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 Ｘk Ｄ* 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
ｚDj(t) が残ってしまう。但し位相変調であるから、
Ｄk Ｄ* k ＝１．０、また、希望波と干渉波とは相
関がないから＜Ｄk Ｄ* k ＞＝＜Ｕk Ｄ* 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 ＰK ＰK 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 ＰK ＰK H →σ2 g ＩN ＋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 Ｒ-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。
【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。
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。
【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）。
（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）。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
複素ベースバンドで表現したブロック図。
【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。
で表現した図。
Claims (1)
- 【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 Ｄk 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／Ｌ1)ΣL1 k=1 Ｘk ＸH 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 Ｄk
についてＰj ＝（１／Ｌ2 ）ΣL2 k=1 Ｄk ＸH 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 Ｐj ＰH 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 Ｒ-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。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8228829A JPH1075110A (ja) | 1996-08-29 | 1996-08-29 | 送信ビーム形成方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8228829A JPH1075110A (ja) | 1996-08-29 | 1996-08-29 | 送信ビーム形成方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1075110A true JPH1075110A (ja) | 1998-03-17 |
Family
ID=16882519
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8228829A Pending JPH1075110A (ja) | 1996-08-29 | 1996-08-29 | 送信ビーム形成方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH1075110A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001237751A (ja) * | 2000-01-13 | 2001-08-31 | Lucent Technol Inc | 通信システム中で信号を送信するための方法および装置および送信機およびｍｉｍｏシステム中で使用するための受信機 |
| KR100382147B1 (ko) * | 2000-10-25 | 2003-05-01 | 한국전자통신연구원 | 코드분할다중접속 스마트 안테나 수신시스템 |
| KR20040008692A (ko) * | 2002-07-19 | 2004-01-31 | 주식회사 웨이브컴테크놀로지 | 디지털 빔 포밍 시스템 |
| JP2008164483A (ja) * | 2006-12-28 | 2008-07-17 | Mitsubishi Electric Corp | アレーアンテナ及びそのビーム制御方法 |
| WO2009069780A1 (ja) * | 2007-11-30 | 2009-06-04 | Ntt Docomo, Inc. | 無線通信システム |
-
1996
- 1996-08-29 JP JP8228829A patent/JPH1075110A/ja active Pending
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001237751A (ja) * | 2000-01-13 | 2001-08-31 | Lucent Technol Inc | 通信システム中で信号を送信するための方法および装置および送信機およびｍｉｍｏシステム中で使用するための受信機 |
| KR100382147B1 (ko) * | 2000-10-25 | 2003-05-01 | 한국전자통신연구원 | 코드분할다중접속 스마트 안테나 수신시스템 |
| KR20040008692A (ko) * | 2002-07-19 | 2004-01-31 | 주식회사 웨이브컴테크놀로지 | 디지털 빔 포밍 시스템 |
| JP2008164483A (ja) * | 2006-12-28 | 2008-07-17 | Mitsubishi Electric Corp | アレーアンテナ及びそのビーム制御方法 |
| WO2009069780A1 (ja) * | 2007-11-30 | 2009-06-04 | Ntt Docomo, Inc. | 無線通信システム |
| US8649742B2 (en) | 2007-11-30 | 2014-02-11 | Ntt Docomo, Inc. | Radio communication system |
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