JP3888189B2

JP3888189B2 - 適応アンテナ基地局装置

Info

Publication number: JP3888189B2
Application number: JP2002066467A
Authority: JP
Inventors: 高明岸上; 隆深川; 泰明湯田; 正幸星野
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2002-03-12
Filing date: 2002-03-12
Publication date: 2007-02-28
Anticipated expiration: 2022-03-12
Also published as: US7117016B2; EP1345337B1; CN1444413A; EP1345337A3; JP2003264501A; CN100512032C; US20040204113A1; EP1345337A2

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、アレーアンテナを用いた方向推定結果を基にアレーアンテナ指向性を可変する適応アンテナを備えたＣＤＭＡ移動通信方式の基地局装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
基地局装置が受信する信号は、様々な信号による干渉を受けて、受信品質の劣化が生ずる。この干渉を抑圧し、受信すべき電波の到来方向のみを強く受信する技術として、アレーアンテナが知られている。アレーアンテナでは、受信信号に乗算する重み付け係数（以下、この重み付け係数を「ウエイト」という。）を調整して受信信号に対して与える振幅と位相を調整することにより、受信すべき電波の到来方向のみを強く受信することができる。
【０００３】
また、受信品質を高める技術として、レイク受信がある。レイク受信では、マルチパス環境下であってもそれぞれ異なるパスを通って到来する信号を時間軸上で合成することにより、パスダイバーシチ利得を得ることができる。アレーアンテナを備えた基地局装置でも、一般にこのレイク受信を併せて行うことが多い。
【０００４】
この場合、基地局装置は、各パスを通って到来する信号の到来方向をそれぞれ推定し、アレーアンテナによってその推定した方向に指向性を形成して信号を受信する。以下、アレー受信とレイク受信とを併せて行う従来の適応アンテナ基地局装置について説明する。
【０００５】
図８は、従来の基地局装置の構成を示すブロック図である。パス数がＭ個である場合は、Ｎ個のアンテナ６０−１〜Ｎ、Ｎ個の受信部６１−１〜Ｎ、Ｎ×Ｍ個の逆拡散部６２−１〜Ｍ−１〜Ｎ、Ｍ個のビーム形成部６４−１〜Ｍ、Ｍ個の到来方向推定部６３−１〜Ｍ、レイク合成部６５、データ判定部６６から構成される。下記に詳細な説明をする。ここで、ＮとＭは整数である。
【０００６】
従来の基地局装置では、Ｎ個のアンテナ６０−１〜Ｎにより受信する信号は、各アンテナ６０−１〜Ｎに対応して設けられたＮ個の受信部６１−１〜Ｎにより無線処理（ダウンコンバート、Ａ／Ｄ変換等）を施された後、Ｎ×Ｍ個の逆拡散部６２−１〜Ｍ−１〜Ｎに入力する。
【０００７】
逆拡散部６２−１〜Ｍ−１〜Ｎは、第１パス〜第Ｍパスを通ってそれぞれ到来する信号に対して逆拡散処理を行う。つまり、逆拡散部６２−ｐ−１〜Ｎは、第ｐパス（ｐは１からＭまでの整数）を通って到来する信号の受信タイミングに合わせて、Ｎ個の受信部６１−１〜Ｎの出力信号に対し、Ｎ個の逆拡散処理を行う。これにより、逆拡散部６２−ｐ−１〜Ｎでは、Ｎ個のアンテナ６０−１〜Ｎで受信された第ｐパスの信号（以下、「パスｐの信号」という）が取り出される。逆拡散部６２−ｐ−１〜Ｎの出力であるパスｐのＮ個の信号は、到来方向推定部６３−ｐおよびビーム形成部６４−ｐに入力する。
【０００８】
到来方向推定部６３−１〜Ｍでは、パス１〜パスＭの信号の到来方向θ₁〜θ_Mがそれぞれ推定される。推定された到来方向θ₁〜θ_MはＭ個のビーム形成部６４−１〜Ｍに入力する。
【０００９】
ビーム形成部６４−ｐでは、到来方向θ_pを用いて生成した受信ウエイトを逆拡散部の出力信号であるＮ個のパスｐの信号に乗算し、合成する。これにより、ビーム形成部６４−ｐからは、アレー合成されたパスｐの信号を出力し、ビーム形成部６４−１〜ＭとしてはＭ個のアレー合成信号を出力し、レイク合成部６５に入力する。
【００１０】
レイク合成部６５では入力されたＭ個のアレー合成されたパスｐの信号に、チャネル推定値Ｓ₁〜Ｓ_Mの複素共役（Ｓ₁）^*〜（Ｓ_M）^*をそれぞれ乗算されて回線変動ｈ₁〜ｈ_Mが補償された後、レイク合成される。レイク合成された信号はデータ判定部６６で復調され、これにより受信データが得られる。
【００１１】
次いで、上記従来の基地局装置で行われる到来方向の推定動作としてビームフォーマ法について説明する。到来方向推定部６３−ｐは、第ｐパスの信号のサンプル時刻ｋΔＴ（ただし、ｋは自然数、ΔＴはサンプリング間隔）であるアンテナ６０−ｎの信号ｘ_n（ｋ）から、（数１）で示される第ｐパス信号ベクトルｘ（ｋ）を構成し、さらに、所定Ｎｓサンプル期間毎に蓄積した第ｐパス信号ベクトルｘ（ｋ）を用いて（数２）で示される相関行列Ｒを算出する。ただし、ｎ＝１〜Ｎ、Ｔは転置、Ｈは複素共役転置を示す。
【００１２】
【数１】

【００１３】
【数２】

【００１４】
ここで、得られた相関行列Ｒを用いて、（数３）に示す到来方向推定評価関数Ｆ（θ）のθを可変することで角度スペクトラムを算出し、更に、最大となる峰の位置を検出し、到来方向推定値θ_pとする。ただし、ａ（θ）はアレーアンテナの素子配置で決まるステアリングベクトルであり、素子間隔ｄの等間隔直線アレーの場合、（数４）のように表すことができる。ここで、λは搬送波の波長であり、θはアレーの法線方向を０°方向としている。
【００１５】
【数３】

【００１６】
【数４】

【００１７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記構成を採る従来の適応アンテナ基地局装置では、パス毎に角度スペクトラムを求めており、同一の動作をする到来方向推定部をパス毎に備える必要があり、装置規模が増大してしまうという問題がある。Ｍ個のパスの信号をレイク合成する場合には、同一の動作をするＭ個の到来方向推定部を備えなければならない。また、角度スペクトラムを求める場合には、上記式（数３）および上記式（数４）に示す演算を行う必要がある。これにより、上記従来の適応アンテナ基地局装置は、アンテナ素子数の増加およびレイク合成の対象とするパス数の増加に応じて、演算量が指数関数的に増大してしまうという問題がある。さらに、上記構成は通信端末毎に用意されるため、基地局装置が同時に通信可能な通信端末数（すなわち、チャネル数）が増加すると、さらに装置規模および演算量が増大してしまう。最近の通信端末データ数の飛躍的な増加に伴い、基地局装置の装置規模および演算量はますます増大する傾向にある。
【００１８】
本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、アレーアンテナを備えた適応アンテナ基地局装置であって、パスダイバーシチ利得を得て、到来方向推定時の演算量を削減して装置規模を削減し、さらに、大電力干渉波ユーザが存在する場合、干渉波方向にアレーアンテナの指向性のヌルを形成することで所望信号対干渉波電力比（ＳＩＲ）を改善する指向性形成が可能となる適応アンテナ基地局装置を提供することを目的とする。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
本発明の適応アンテナ基地局装置は、Ｎ個（Ｎは整数）のアンテナ素子で構成するアレーアンテナと、前記アレーアンテナの各アンテナ素子で受信する高周波信号を周波数変換後に直交検波するＮ個の受信部と、前記受信部の出力信号が含むＭ個（Ｍは整数）のパス成分の遅延時間に対応した逆拡散を前記受信部の出力信号に施すＮ×Ｍ個の逆拡散部と、前記逆拡散部の出力信号に前記アンテナ素子間の相関演算をパス毎に行うＭ個の相関演算部と、前記相関演算部の出力信号を合成する相関合成部と、前記相関合成部の出力を用いて到来方向推定する到来方向推定部とを具備する構成を採る。
【００２０】
【発明の実施の形態】
本発明の請求項１に記載の発明は、Ｎ個（Ｎは自然数）のアンテナ素子で構成するアレーアンテナと、前記アレーアンテナの各アンテナ素子で受信する符号多重化された高周波信号を周波数変換後に直交検波するＮ個の受信部と、前記受信部の出力信号が含むＭ個（Ｍは自然数）のパス成分の遅延時間に対応した逆拡散を前記受信部の出力信号に施すＮ×Ｍ個の逆拡散部と、前記逆拡散部の出力信号に前記アンテナ素子間の相関演算をパス毎に行うＭ個の相関演算部と、前記相関演算部の出力信号を合成する相関合成部と、前記相関合成部の出力を用いて到来方向推定する到来方向推定部とを有する適応アンテナ基地局装置に関するものであり、一度の到来方向推定処理でＭ個を上限とするパス方向を一括して推定するという作用を有する。
【００２１】
本発明の請求項２に記載の発明は、相関演算部は、パス毎に１つのアンテナ素子から得られる信号ベクトルを基準として、他のアンテナ素子から得られる信号ベクトルとの間での複素相関演算を行うことで各パスに応じた相関ベクトルを算出する請求項１記載の適応アンテナ基地局装置に関するものであり、相関行列を算出する場合に比べ演算量を削減し、それに伴う装置規模を削減するという作用を有する。
【００２２】
本発明の請求項３に記載の発明は、相関演算部は、パス毎にアンテナ素子から得られる信号ベクトルのすべての組合せで複素相関演算を行うことで各パスに応じた相関行列を算出する請求項１記載の適応アンテナ基地局装置に関するものであり、演算量は増加するが、到来するパスの角度広がりが大きい伝搬環境下では、相関ベクトルを用いたものに比べ精度良く到来方向を推定するという作用を有する。
【００２３】
本発明の請求項４に記載の発明は、到来方向推定部は、相関合成部の出力を基に角度スペクトルを算出し、前記角度スペクトルの最大となる峰の位置を検出し、到来方向推定値とする請求項１ないし請求項３のいずれか記載の適応アンテナ基地局装置に関するものであり、Ｍ個のパスの合成電力が最大となるステアリングビーム方向を推定し、干渉波の影響を抑圧するという作用を有する。
【００２４】
本発明の請求項５に記載の発明は、到来方向推定部は、相関合成部の出力を基に角度スペクトルを算出し、前記角度スペクトルの峰の位置を検出し、Ｍ個を上限とする到来方向推定値とする請求項１ないし請求項３のいずれか記載の適応アンテナ基地局装置に関するものであり、１つの角度スペクトラムからＭ個を上限とするパスの到来方向を推定するので、演算量を削減し、それに伴う装置規模を削減するという作用を有する。
【００２５】
本発明の請求項６に記載の発明は、到来方向推定部の出力信号を用いてアレーアンテナの指向性を決定するビームウエイトを生成し、前記ビームウエイトと逆拡散部の出力を乗算し、パス毎に合成するＭ個のビーム形成部と、パス毎に得られる前記ビーム形成部の出力を合成するレイク合成部と、前記レイク合成部の出力から符号判定により受信データを出力するデータ判定部を有する請求項１ないし請求項５のいずれか記載の適応アンテナ基地局装置に関するものであり、近接した方向から到来するＭ個のパスの合成電力が最大となる方向に対し、パスに共通なアレーアンテナの指向性を向けて受信し、干渉波の影響を抑圧するという作用を有する。
【００２６】
本発明の請求項７に記載の発明は、到来方向推定部の出力信号を用いてアレーアンテナの指向性を決定する送信ビームウエイトを生成し、送信信号に乗算する送信ビーム形成部と、前記送信ビーム形成部の出力信号に各アンテナ素子に対応した拡散符号を乗算するＮ個の拡散部と、前記拡散部の出力信号をアレーアンテナから送信するＮ個の送信部とを有する請求項１ないし請求項５のいずれか記載の適応アンテナ基地局装置に関するものであり、近接した方向から到来するＭ個のパスに対して、合成電力が最大となる方向にアレーアンテナの指向性を向けて送信することで他への干渉を抑圧し、また、方向が異なり広がりのあるＭ個のパスに対しては、１つの角度スペクトラムからＭ個を上限とするパスの到来方向にアレーアンテナの指向性を向けて送信することで演算量と装置規模を削減するという作用を有する。
【００２７】
本発明の請求項８に記載の発明は、Ｎ個のアンテナ素子で構成するアレーアンテナと、受信波に含まれるＮ_U個（Ｎ_Uは自然数）のユーザ別情報に対応して、前記アレーアンテナの各アンテナ素子で受信する符号多重化された高周波信号を周波数変換後に直交検波するＮ_U×Ｎ個の受信部と、前記受信部の出力信号が含むＭ個のパス成分の遅延時間に対応した逆拡散を前記受信部の出力信号に施すＮ_U×Ｎ×Ｍ個の逆拡散部と、前記逆拡散部の出力信号に前記アンテナ素子間の相関演算をパス毎に行うＮ_U×Ｍ個の相関演算部と、前記相関演算部の出力信号を合成するＮ_U個の相関合成部と、前記相関合成部のＮ_U個の出力信号を合成するユーザ間相関合成部と、ユーザ間相関合成部の出力から対象となるユーザの相関合成部の出力を減算して、（Ｎ_U−１）個の他ユーザの相関成分を算出するＮ_U個の他ユーザ相関減算部と、前記他ユーザ相関減算部の出力を用いて対象となるユーザの到来方向推定するＮ_U個の到来方向推定部とを有する適応アンテナ基地局装置に関するものであり、他ユーザの到来波に起因する相関ベクトル成分を抑圧し、他ユーザからの送信電力が大きい場合であっても、あらかじめ決められたユーザの電波の到来方向を精度よく検出するという作用を有する。
【００２８】
本発明の請求項９に記載の発明は、Ｎ_U個の到来方向推定部の出力信号とＮ_U個の他ユーザ相関減算部の出力信号からＮ_U個のユーザ毎の干渉波となる他ユーザ成分の受信電力が最小になるビームウエイトを生成し、前記ビームウエイトとＭ×Ｎ個の逆拡散部の出力信号を乗算し、Ｎ_U個のユーザ毎にＭ個のパスを合成するＮ_U×Ｍ個のビーム形成部と、前記ビーム形成部の出力を合成するＮ_U個のレイク合成部と、前記レイク合成部の出力から符号判定により受信データを出力するＮ_U個のデータ判定部を有する請求項８記載の適応アンテナ基地局装置に関するものであり、干渉波を適応的に抑圧するという作用を有する。
【００２９】
本発明の請求項１０に記載の発明は、Ｎ_U個の到来方向推定部の出力信号からアレーアンテナのステアリングベクトルを合成する全ユーザ方向合成部と、Ｎ_U個のユーザ毎に前記到来方向推定部の出力信号と前記全ユーザ方向合成部の出力信号から他ユーザへの送信電力を最小にする送信ビームウエイトを生成し送信信号に乗算するＮ_U個の送信ビーム形成部と、前記送信ビーム形成部の出力信号をＮ_U個のユーザとＮ個のアンテナ素子に対応した拡散符号を乗算するＮ_U×Ｎ個の拡散部と、前記拡散部の出力信号をアレーアンテナから送信するＮ_U×Ｎ個の送信部とを有する請求項８又は請求項９記載の適応アンテナ基地局装置に関するものであり、近接した方向から到来するＭ個のパスの合成電力が最大となる方向に対しパスに共通なアレーアンテナの指向性を向けて送信し、さらには同時に通信している他ユーザに対してはアレーアンテナの指向性のヌルを形成することができ、ＳＩＲを改善するという作用を有する。
【００３０】
本発明の請求項１１に記載の発明は、全ユーザ方向合成部は、アレーアンテナの推定方向のステアリングベクトルを送信電力に依存した重み付け係数で合成する請求項１２記載の適応アンテナ基地局装置に関するものであり、各ユーザの送信電力に依存したヌル形成し、最適な送信ビームを形成するという作用を有する。
【００３１】
本発明の請求項１２に記載の発明は、ユーザ間相関合成部は、高速データレートの信号であるユーザの相関合成部の出力を合成する請求項９ないし請求項１１のいずれか記載の適応アンテナ基地局装置に関するものであり、送信電力が大きい高速データレートの信号の到来波に起因する相関ベクトル成分を抑圧し、あらかじめ決められたユーザの電波の到来方向を精度よく検出するという作用を有する。
【００３２】
以下、本発明の実施の形態について、図１から図７を用いて説明する。
【００３３】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１に係る適応アンテナ基地局装置の構成を示すブロック図であり、アレーアンテナ１、受信部２−１〜Ｎ、逆拡散部３−１〜Ｍ−１〜Ｎ、相関演算部４−１〜Ｍ、相関合成部５、到来方向推定部６から構成される。以下に詳細を記す。
【００３４】
アレーアンテナ１は、符号多重化された高周波信号をアンテナ素子１−１〜Ｎにて受信し、Ｎ個のアンテナ素子１−１〜Ｎに設けられた受信部２−１〜Ｎに入力し、高周波増幅、周波数変換、直交検波およびＡ／Ｄ変換を順次施し、逆拡散部３−１〜Ｍ−１〜Ｎに入力する。
【００３５】
逆拡散部３−１〜Ｍ−１〜Ｎは、Ｎ個のアンテナ素子１−１〜Ｎに到来するＭ個のマルチパス成分（以下、第１パス〜第Ｍパスとする。）に対して逆拡散処理を行う。つまり、逆拡散部３−１−１は、アンテナ素子１−１に到来する第１パスの受信タイミングに合わせて逆拡散処理を行い、逆拡散部３−１−ｐ（ｐはＭを上限とする自然数）は、アンテナ素子１−１に到来する第ｐパスの受信タイミングに合わせて逆拡散処理を行う。このため、逆拡散部はＭ×Ｎ個が必要となる。
【００３６】
相関演算部４−１〜Ｍは、第ｐパスの信号のサンプル時刻ｋΔＴ（ただし、ｋは自然数、ΔＴはサンプリング間隔）におけるアンテナ１−ｎにおける信号ｘ^p _n（ｋ）から（数５）で示される第ｐパス信号ベクトルｘ^p（ｋ）を構成し、さらに、予め決められたＮｓサンプル期間毎に蓄積した第ｐパス信号ベクトルｘ^p（ｋ）を用いて（数６）で示される相関ベクトルｒ^pを求める。ただし、ｎ＝１〜Ｎ、Ｔは転置を示す。
【００３７】
【数５】

【００３８】
【数６】

【００３９】
相関合成部５は、相関演算部４−１〜Ｍで得られた相関ベクトルを（数７）に示すように合成する。
【００４０】
【数７】

【００４１】
到来方向推定部６は、（数８）に示す到来方向推定評価関数Ｆ（θ）におけるθを可変することで角度スペクトラムを算出し、角度スペクトルの受信電力レベルの高い順にＮｄ個（Ｎｄは自然数）の峰となる位置を検出し、到来方向推定値とする。ただし、ａ（θ）はアレーアンテナ１の素子配置で決まるステアリングベクトルであり、素子間隔ｄの等間隔直線アレーの場合、（数９）のように表すことができる。ここで、λは搬送波の波長であり、θはアレーの法線方向を０°方向としている。また、Ｈは複素共役転置を表す。
【００４２】
【数８】

【００４３】
【数９】

【００４４】
図２はアレーアンテナ素子１−１〜Ｎ数Ｎ＝８、パス数Ｍ＝２（等レベル２パスと仮定）の場合の角度スペクトラム算出結果を示す。横軸は方位角［ｄｅｇ］、縦軸は受信電力を正規化した受信電力正規化レベル［ｄＢ］を示す。図２（ａ）はパス１の到来角度θ₁＝２０°、パス２の到来角度θ₂＝−２０°の結果であり、図２（ｂ）はθ₁＝５°、パス２の到来角度θ₂＝−５°の結果である。（数８）で示す到来方向推定はビームフォーマ法に属するものであり、アレーアンテナ１で形成されるアレーウエイトＷ＝ａ^H（θ）により形成されるステアリングビーム幅より、Ｍ個のパスの到来角度が十分離れている場合はＭ個を上限とるパス方向に対する角度スペクトラムの峰を検出することができる（図２（ａ））。また、Ｍ個のパスの到来角度が近接している場合（図２（ｂ））、角度スペクトルの峰は重複し、Ｍ個のパスの合成電力が最大となるステアリングビーム方向が到来方向となる。
【００４５】
以上のように、本実施の形態により、（数７）に示されるパス毎の相関ベクトルを合成した相関ベクトルを用いて、到来方向推定部６から角度スペクトルを算出し、Ｎｄが１である場合は、Ｍ個のパスの合成電力が最大となる方向がステアリングビーム方向となり、Ｎｄが１より大きい場合には、一度の到来方向推定処理で、Ｍ個のパス方向を一括して推定する。この場合、１つの角度スペクトラムからＭ個のパスの到来方向を推定するので、演算量と装置規模を削減する効果がある。
【００４６】
なお、本実施の形態では、相関ベクトルを用いて到来方向推定を行っているが、（数６）の代わりに（数１０）により相関行列を算出し、（数８）の代わりに（数１１）の到来方向推定評価関数を用いることで相関行列を用いた到来方向推定を行う。この場合、演算量は増加するが、到来するパスの角度広がりが大きい伝搬環境下では、相関ベクトルを用いたものに比べ精度の良い到来方向推定の実施が可能である。
【００４７】
【数１０】

【００４８】
【数１１】

【００４９】
なお、本実施の形態では、ビームフォーマ法に属する到来方向推定法を用いて動作の説明を行ったが、ＭＵＳＩＣ、ＥＳＰＲＩＴ等の固有値分解手法を用いてもよい。この場合、演算量は増加するが、近接到来パスの分解能及びそれらの推定精度が向上する。
【００５０】
また、上記実施の形態では、複数のアンテナを搬送波の半波長の間隔で直線状に配置した場合を想定して説明した。しかし、これに限られるものではなく、本発明は、複数のアンテナを備えて指向性を形成する基地局装置にはすべて適用可能である。
【００５１】
（実施の形態２）
図３は実施の形態２における到来方向推定部６の結果に基づき受信指向性ビームを形成する構成を示すブロック図であり、アレーアンテナ１、受信部２−１〜Ｎ、逆拡散部３−１〜Ｍ−１〜Ｎ、相関演算部４−１〜Ｍ、相関合成部５、到来方向推定部６、ビーム形成部７−１〜Ｍ、レイク合成部８、データ判定部９から構成される。以下、実施の形態１と異なる部分を主に説明する。
【００５２】
アレーアンテナ１による受信信号を基に到来方向推定部６が方向推定値を得るまでの動作は実施の形態１と同様である。なお、本実施の形態では、到来方向推定部６は角度スペクトラムの最大の峰となる方向のみを検出し、その推定値θｓを出力する。
【００５３】
ビーム形成部７−１〜Ｍは、アレーアンテナ１の主ビームを方向推定されたθｓ方向に向けるビームウエイトベクトルＷ₁を生成し、（数１２）のように逆拡散部３−１〜Ｍ−１〜Ｎの出力である第ｐパス信号ベクトルに対し、ビームウエイトベクトルＷ₁を乗算した結果であるアレー合成信号ｙ^p（ｋ）を出力する。ただし、ｐ＝１〜Ｍである。ビームウエイトベクトルＷ₁としては、具体的にはステアリングベクトルａ（θｓ）、チェビシェフビーム等を用いる。
【００５４】
【数１２】

【００５５】
レイク合成部８は、第１〜Ｍパスに対するアレー合成信号ｙ¹（ｋ）〜ｙ^M（ｋ）に対し、チャネル推定値Ｓ₁〜Ｓ_Mの複素共役値（Ｓ₁）^*〜（Ｓ_M）^*をそれぞれ乗算し、回線変動値ｈ₁〜ｈ_Mが補償された後、レイク合成される。レイク合成された信号は、データ判定部９で符号判定され、これにより受信データが得られる。
【００５６】
このように、本実施の形態によれば、到来方向推定部６の推定結果に基づき、ビーム形成部７−１〜Ｍが、近接した方向から到来するＭ個のパスの合成電力が最大となる方向に対しパスに共通なアレーアンテナ１の指向性を向けて受信することが可能となる。
【００５７】
また、基地局アレーアンテナの設置場所が、周辺の建物高よりも十分高い場所にある場合、一般的に、到来波の角度広がりは、１０°程度以下と考えられ、このような環境下では本実施の形態の適用が非常に有効である。
【００５８】
また、本実施の形態は、パス毎に到来方向推定することなく、Ｍ個のパスに共通の到来方向推定部６における１回の角度スイープ演算により、Ｍ個のパスの合成電力が最大となる方向推定が可能であり、演算量と演算回路規模の削減が可能となる。
【００５９】
また、本実施の形態では、多重方式としてＣＤＭＡ（符号分割多重接続）方式を用いる通信システムに使用される基地局装置について説明したが、これに限定されるものではない。本発明は、ＴＤＭＡ（時間分割多重接続）方式やＯＦＤＭ（直交周波数分割多重）方式の多重方式とこれらの融合方式を用いる通信システムに使用される基地局装置にも適用可能なものである。
【００６０】
また、上記実施の形態では、Ｎ個のアンテナ素子を搬送波の半波長の間隔で直線状に配置した場合を想定して説明した。しかし、これに限られるものではなく、本発明は、Ｎ個のアンテナ素子を備えて指向性を形成する基地局装置にはすべて適用可能である。
【００６１】
なお、上記実施の形態では、レイク合成を用いて各パスを通って到来した信号を合成した。しかし、これに限られるものではなく、本発明では、各パスを通って到来した信号をアンテナ毎に合成できる方法であれば、いかなる合成方法を用いてもよい。
【００６２】
（実施の形態３）
図４は実施の形態１における到来方向推定部６の結果に基づき送信指向性を適応的に形成する構成を示すブロック図であり、アレーアンテナ１、受信部２−１〜Ｎ、逆拡散部３−１〜Ｍ−１〜Ｎ、相関演算部４−１〜Ｍ、相関合成部５、到来方向推定部６、変調部２０、送信ビーム形成部２１、拡散部２２−１〜Ｎ、送信部２３−１〜Ｎから構成される。以下、実施の形態１と異なる部分を主に説明する。
【００６３】
アレーアンテナ１による受信信号を基に到来方向推定部６が方向推定値を得るまでの動作は実施の形態１と同様である。
【００６４】
変調部２０は、送信データは適宜変調フォーマットに変調する。ここでの変調フォーマットはアナログ変調方式およびディジタル変調方式の全ての振幅変調方式、周波数変調方式、位相変調方式を含む。
【００６５】
送信ビーム形成部２１は、変調部２０の出力をアレーアンテナ１のアンテナ素子数Ｎに等しい数に分配し、それぞれの出力に対し、送信ウエイトベクトルＷｓ＝［ｗ₁、ｗ₂、・・・、ｗ_n］の要素を乗算して出力する。
【００６６】
ここで、到来方向推定部６は、Ｎｄ＝１であり、角度スペクトラムが最大となる峰の方向のみを検出し、その推定値θｓを出力する場合に、送信ウエイトベクトルＷｓは（数１３）のようにステアリングベクトルａ（θ）を用いるか、θｓ方向に主ビームが向くチェビシェフビームウエイト等を用いる。
【００６７】
【数１３】

【００６８】
また、到来方向推定部６は、Ｎｄが１より大きく、角度スペクトラムの峰のレベルの高いものから順にＮｄ個の峰の方向を検出し、その推定値θｋを出力する場合に、送信ウエイトベクトルＷｓは（数１４）のようにステアリングベクトルａ（θ）を合成した値を用いるか、推定方向に主ビームが向く複数のチェビシェフビームウエイト合成したもの等を用いる。ただしｋ＝１〜Ｎｄ。
【００６９】
【数１４】

【００７０】
拡散部２２−１〜Ｎは、送信ビーム形成部２１からの出力信号を予め定められた拡散率の拡散符号で拡散し、送信部２３−１〜Ｎに出力する。送信部２３−１〜Ｎは拡散部２２−１〜Ｎの出力に所定の無線処理（Ｄ／Ａ変換、周波数アップコンバート等）を施した後に、アンテナ素子１−１〜Ｎを介して通信端末に送信する。
【００７１】
以上のように、本実施の形態により、実施の形態１の効果に加え、Ｎｄ＝１である場合に送信ビーム形成部２１は、近接した方向から到来するＭ個のパスの合成電力が最大となる方向に対しパスに共通なアレーアンテナ１の指向性を向けて送信することが可能となる。このため、基地局アレーアンテナの設置場所が、周辺の建物高よりも十分高い場合にある場合、一般的に、到来波の角度広がりは、１０°程度以下と考えられ、このような環境下では、本実施の形態の適用が非常に有効であり、不要な方向に電波を放射することなく通信端末の受信特性が向上する。
【００７２】
また、本実施の形態は、パス毎に到来方向推定することなく、到来方向推定部６の１回の角度スイープ演算により、Ｍ個のパスの合成電力が最大となる方向推定が可能であり、処理量の削減、演算回路規模の削減が可能となる。
【００７３】
また、Ｎｄが１より大きい場合に送信ビーム形成部２１は、Ｍ個を上限とする推定方向に向くビームを形成することが可能となる。この場合、基地局アレーアンテナの設置場所が、周辺の建物高と同程度以下の高さに設置される場合、一般的に、到来波の角度広がりは大きくなり、それぞれが角度広がりをもつＭ個のパスが到来する環境となる。本実施の形態では、このような環境下に対し、方向の異なるそれぞれに広がりあるパスに対し、指向性を持ったビームを形成することが可能となり、通信端末では、それぞれのパス方向からの電波を受けることが可能となり、通信端末でレイク合成等などにより、効率的にＭ個のパスの合成受信が可能となり受信特性が向上する。
【００７４】
また、本実施の形態は、一度の到来方向推定処理で、Ｍ個のパス方向を一括して推定することが可能となる。この場合、１つの角度スペクトラムからＭ個のパスの到来方向を推定が可能であり、演算量と装置規模の削減が可能である。
【００７５】
また、本実施の形態では、多重方式としてＣＤＭＡ方式を用いる通信システムに使用される基地局装置について説明したが、これに限定されるものではない。本発明は、ＴＤＭＡ方式やＯＦＤＭ方式の多重方式とこれらの融合したい方式を用いる通信システムに使用される基地局装置にも適用可能なものである。
【００７６】
また、上記実施の形態では、Ｎ個のアンテナ素子を搬送波の半波長の間隔で直線状に配置した場合を想定して説明した。しかし、これに限られるものではなく、本発明は、Ｎ個のアンテナ素子を備えて指向性を形成する基地局装置にはすべて適用可能である。
【００７７】
なお、上記実施の形態では、レイク合成を用いて各パスを通って到来した信号を合成した。しかし、これに限られるものではなく、本発明では、各パスを通って到来した信号をアンテナ毎に合成できる方法であれば、いかなる合成方法を用いてもよい。
【００７８】
（実施の形態４）
図５は、本発明の実施の形態４に係る適応アンテナ基地局装置の構成を示すブロック図であり、アレーアンテナ１、受信部２−１〜Ｎ、逆拡散部３−１〜Ｍ−１〜Ｎ、相関演算部４−１〜Ｍ、相関合成部５、ユーザ間相関合成部３０、他ユーザ相関減算部３１、到来方向推定部３２から構成される。図１に示す基地局装置と異なる部分は、各ユーザで得られる相関合成部５の出力を合成するユーザ間相関合成部３０と、その出力を基に他ユーザの相関成分を減算する他ユーザ相関減算部３１を備えている点である。以下では本発明の実施の形態１と異なる部分の動作説明を主に行う。なお、以下では受信波に含まれ、同時に通信を行っている全ユーザ数をＮ_uとする。
【００７９】
アレーアンテナ１による受信信号を基に相関合成部５が、（数７）に示す第ｕユーザの相関ベクトルｒ^(u)を得られるまでの動作は実施の形態１と同様である。ただし、ｕ＝１〜Ｎ_uである。
【００８０】
ユーザ間相関合成部３０は、第ｕユーザではないユーザの受信信号から得られる相関ベクトルｒ^(u)を（数１５）に示すように合成する。なお、（数１５）では、全ユーザの相関合成部５の出力をさらに合成しているが、他ユーザにとって、大きな干渉を与える高速データレートのデータのみを各ユーザのＳＩＲ推定値に応じて選択し、相関合成部５の出力を合成しても良い。例えば、音声レートより高速なデータのみを選択する。
【００８１】
【数１５】

【００８２】
他ユーザ相関減算部３１は、ユーザ間相関合成部３０の出力Ｖから、対象としている第ｕ₀ユーザの相関ベクトルｒ^(u0)を減算することで、他ユーザの相関ベクトルの合成成分からなる他ユーザ相関ベクトルＵ^(u0)を（数１６）のように求め、さらに（数１７）に示すように、他ユーザ相関ベクトル成分を除去した干渉除去相関ベクトルＲ^(u0)を算出する。ここで、ｒ₁ ^(u0)は相関ベクトルｒ^(u0)の第１要素、Ｕ₁ ^(u0)は他ユーザ相関ベクトルＵ^(u0)の第１要素、αは１より小さい正値定数であり、具体的にはα＝０．５程度に設定する。あるいは、αを第ｕ₀ユーザのＳＩＲ推定値に応じて可変する構成でもよく、ＳＩＲが十分高い場合はαを小さくする可変制御を加えても良い。
【００８３】
【数１６】

【００８４】
【数１７】

【００８５】
到来方向推定部３２は、相関ベクトルｒ^(u0)の代わりに、他ユーザ相関減算部３１の出力である干渉除去相関ベクトルＲ^(u0)を用いて、実施の形態１と同様に方向推定値を得る。すなわち、（数１８）に示す到来方向推定評価関数Ｆ（θ）のθを可変することで角度スペクトラムを算出し、角度スペクトルの峰のレベルの高い順にＮｄ個の峰の方向を検出し、到来方向推定値とする。ただし、ａ（θ）はアレーアンテナ１のステアリングベクトルである。
【００８６】
【数１８】

【００８７】
以上のように、本実施の形態により、実施の形態１の効果に加え、さらに他ユーザ相関減算部３１の出力である干渉除去相関ベクトルＲ^(u0)を用いて到来方向推定を行うことで、他ユーザの到来波に起因する相関ベクトル成分を除去することができ、他ユーザからの送信電力が大きい場合でも、第ｕ₀ユーザの電波の到来方向を精度よく検出することができる。また、他ユーザのパスが異なる方向から到来する場合でも、相関合成部５は、パスの到来波成分を合成した相関ベクトルを算出しているので、一括してそれらのパス成分を除去することが可能である。これにより、装置構成の簡易化、演算量の低減化が図られる。
【００８８】
なお、本実施の形態では、相関合成部５は、到来波のパスを合成した相関ベクトルを用いた構成にしているが、これに限定されず、パス個別の相関ベクトルを用いて、同様に他ユーザ相関成分を減算する構成も可能である。
【００８９】
なお、本実施の形態では、相関ベクトルを用いて到来方向推定を行っているが、（数６）の代わりに（数１０）により相関行列を算出し、（数１８）の代わりに（数１９）の到来方向推定評価関数を用いることで相関行列を用いた到来方向推定が可能である。この場合、演算量は増加するが、到来するパスの角度広がりが大きい伝搬環境下であっても、相関ベクトルを用いたものに比べ精度の良い到来方向の推定が可能である。
【００９０】
【数１９】

【００９１】
なお、本実施の形態では、ビームフォーマ法に属する到来方向推定法を用いて動作の説明を行ったが、ＭＵＳＩＣ、ＥＳＰＲＩＴ等の固有値分解手法を用いてもよい。この場合、演算量は増加するが、近接到来パスの分解能及びそれらの推定精度が向上する効果が得られる。
【００９２】
また、本実施の形態では、多重方式としてＣＤＭＡ方式を用いる通信システムに使用される基地局装置について説明したが、これに限定されるものではない。本発明は、ＴＤＭＡ方式やＯＦＤＭ方式の多重方式とこれらを融合した多重方式を用いる通信システムに使用される基地局装置にも適用可能なものである。
【００９３】
また、上記実施の形態では、Ｎ個のアンテナ素子を搬送波の半波長の間隔で直線状に配置した場合を想定して説明した。しかし、これに限られるものではなく、本発明は、Ｎ個のアンテナ素子を備えて指向性を形成する基地局装置にはすべて適用可能である。
【００９４】
（実施の形態５）
図６は実施の形態４における到来方向推定部３２の結果に基づき受信指向性ビームを形成する構成を示すブロック図であり、アレーアンテナ１、受信部２−１〜Ｎ、逆拡散部３−１〜Ｍ−１〜Ｎ、相関演算部４−１〜Ｍ、相関合成部５、ユーザ間相関合成部３０、他ユーザ相関減算部３１、到来方向推定部３２、ビーム形成部４０−１〜Ｍ、レイク合成部８、データ判定部９から構成される。以下、実施の形態４と異なる部分を主に説明する。なお、以下では同時に通信を行っている全ユーザ数をＮ_uとする。
【００９５】
アレーアンテナ１による受信信号を基に到来方向推定部３２が方向推定値を得るまでの動作は実施の形態１と同様である。なお、本実施の形態では、到来方向推定部３２は角度スペクトラムの最大となる峰の方向のみを検出し、その推定値θｓを出力する。
【００９６】
ビーム形成部４０−１〜Ｍは、到来方向推定の推定値θｓと、他ユーザ関数減算部３１での処理過程に得られる（数１６）の他ユーザ相関ベクトルＵ^(u0)を基に、（数２０）で示されるアレーアンテナ１のビームウエイトベクトルＷ^(u0)を生成し、（数２１）のように逆拡散部３−ｐ−１〜Ｎの出力である第ｐパス信号ベクトルに対し、ビームウエイトベクトルＷ^(u0)を乗算した結果であるアレー合成信号ｙ^p（ｋ）を出力する。ただし、ＩはＮ次の単位行列、ＴＰ（ｘ）はＮ次ベクトルｘから、Ｎ行Ｎ列のエルミート対称Ｔｏｅｐｌｉｔｚ行列生成する関数、Ｕ₁ ^(u0)は他ユーザ相関ベクトルＵ^(u0)の第１要素である。また、βは、１より小さい正値定数であり、１に近いほど他ユーザの到来波電力が大きいものとしてその到来方向にヌルを形成するパラメータであり、具体的には、β＝０．２程度で用いる。
【００９７】
【数２０】

【００９８】
【数２１】

【００９９】
レイク合成部８は、第１〜Ｍパスに対するアレー合成信号ｙ¹（ｋ）〜ｙ^M（ｋ）に対し、チャネル推定値Ｓ₁〜Ｓ_Mの複素共役値（Ｓ₁）^*〜（Ｓ_M）^*をそれぞれ乗算し、回線変動値ｈ₁〜ｈ_Mが補償された後、レイク合成される。レイク合成された信号は、データ判定部９で符号判定され、これにより受信データが得られる。
【０１００】
このように、本実施の形態によれば、到来方向推定部３２の推定結果に基づき、ビーム形成部４０が、近接した方向から到来するＭ個のパスの合成電力が最大となる方向に対しパスに共通なアレーアンテナ１の指向性を向けて受信することが可能であり、さらに、異なる拡散符号により同時にアクセスされる他の通信端末方向に、アレーアンテナ１の指向性ビームのヌルを向けることができ、ＳＩＲを改善し、基地局における受信特性を大きく向上することが可能である。
【０１０１】
また、本実施の形態では、相関ベクトルを用いて、方向推定及びビーム形成するので、相関行列を用いた場合に比べ、演算量が低減し、演算回路コストを低下することが可能である。
【０１０２】
なお、本実施の形態で用いたパス毎の相関演算部４−１〜Ｍ及び相関合成部５の代わりに、Ｍ個のパスから最大電力パスを選択し、そのパスの相関ベクトル演算する構成でもよい。
【０１０３】
また、本実施の形態では、すべてのパスに対し、共通なビームウエイトを用いた指向性を形成しているが、パス毎の到来方向が推定が可能な場合、それぞれに対し同様な方法で得られたアレーアンテナ１のビームウエイトを用いる構成でも同様な効果が得られる。
【０１０４】
なお、本実施の形態では、相関ベクトルを用いて到来方向推定とビームウエイト生成を行っているが、（数６）の代わりに（数１０）により相関行列を算出し、（数１８）の代わりに（数１９）の到来方向推定評価関数を用いることで相関行列を用いた到来方向推定が可能である。この場合、ビーム形成部４０は、（数２２）あるいは（数２３）を用いて、ビームウエイトを生成することが可能である。
【０１０５】
【数２２】

【０１０６】
【数２３】

【０１０７】
また、本実施の形態では、多重方式としてＣＤＭＡ方式を用いる通信システムに使用される基地局装置について説明したが、これに限定されるものではない。本発明は、ＴＤＭＡ方式やＯＦＤＭ方式の多重方式とこれらを融合した多重方式を用いる通信システムに使用される基地局装置にも適用可能なものである。
【０１０８】
また、上記実施の形態では、Ｎ個のアンテナ素子を搬送波の半波長の間隔で直線状に配置した場合を想定して説明した。しかし、これに限られるものではなく、本発明は、Ｎ個のアンテナ素子を備えて指向性を形成する基地局装置にはすべて適用可能である。
【０１０９】
なお、上記実施の形態では、レイク合成を用いて各パスを通って到来した信号を合成した。しかし、これに限られるものではなく、本発明では、各パスを通って到来した信号をアンテナ毎に合成できる方法であれば、いかなる合成方法を用いてもよい。
【０１１０】
（実施の形態６）
図７は実施の形態４における到来方向推定部３２の結果に基づき送信指向性を適応的に形成する構成を示すブロック図であり、アレーアンテナ１、受信部２−１〜Ｎ、逆拡散部３−１〜Ｍ−１〜Ｎ、相関演算部４−１〜Ｍ、相関合成部５、他ユーザ相関減算部３１、到来方向推定部３２、変調部２０、送信ビーム形成部５１、拡散部２２−１〜Ｎ、送信部２３−１〜Ｎ、ユーザ間相関合成部３０、全ユーザ方向合成部５０から構成される。以下、実施の形態４と異なる部分を主に説明する。なお、以下では同時に通信を行っている全ユーザ数をＮ_uとする。
【０１１１】
アレーアンテナ１による第ｕ₀ユーザの受信信号を基に到来方向推定部３２が方向推定値を得るまでの動作は実施の形態４と同様である。なお、本実施の形態では、到来方向推定部３２で出力する到来方向推定数をＮｄとする。ただし、Ｎｄ≧１である。
【０１１２】
全ユーザ方向合成部５０は、各ユーザの受信信号を基にして得られる到来方向推定部３２の第ｕユーザに対する到来方向推定値θ_k ^(u)におけるアレーアンテナ１のステアリングベクトルａ（θ_k ^(u)）を（数２４）のように合成する。ただし、ｋ＝１〜Ｎｄ、ｕ＝１〜Ｎ_uである。
【０１１３】
【数２４】

【０１１４】
変調部２０は、送信データは適宜変調フォーマットに変調する。ここでの変調フォーマットはアナログ変調方式およびディジタル変調方式の全ての振幅変調方式、周波数変調方式、位相変調方式を含む。
【０１１５】
送信ビーム形成部５１は、第ｕ₀ユーザの到来方向推定値θ_k ^(u0)及び全ユーザ方向合成部５０の出力Ｚを用いて、まず、他ユーザの推定方向のステアリングベクトルを合成した他ユーザ方向合成ベクトルＵ^(u0)を（数２５）のように算出し、さらに、（数２６）で示すように第ｕ₀ユーザの推定方向に主ビームを向け、他ユーザ方向にはヌルを形成する送信ビームウエイトＷ^(u0)を生成し、変調部２０の出力をアレーアンテナ１の素子数Ｎに等しい数に分配それぞれの出力に対し、送信ウエイトベクトルＷ^(u0)＝［ｗ１、ｗ２、・・・、ｗｎ］の要素を乗算して出力する。ただし、ＩはＮ次の単位行列、ＴＰ（ｘ）はＮ次ベクトルｘから、Ｎ行Ｎ列のエルミート対称Ｔｏｅｐｌｉｔｚ行列生成する関数、Ｕ₁ ^(u0)は他ユーザ方向合成ベクトルＵ^(u0)の第１要素である。また、γは、１より小さい正値定数であり、１に近いほど他ユーザの到来波電力が大きいものとしてその到来方向にヌルを形成するパラメータであり、具体的には、γ＝０．２程度で用いる。なお、ここではγをユーザによらない定数としているが、各ユーザ間の送信電力比に応じて可変しても良い。
【０１１６】
【数２５】

【０１１７】
【数２６】

【０１１８】
拡散部２２−１〜Ｎは、送信ビーム形成部５１からの出力信号を予め設定した拡散率の拡散符号で拡散し、送信部２３−１〜Ｎに出力する。送信部２３−１〜Ｎは拡散部２２−１〜Ｎの出力に無線処理（Ｄ／Ａ変換、周波数アップコンバート等）を施した後に、アンテナ素子１−１〜Ｎを介して通信端末に送信する。
【０１１９】
以上のように、本実施の形態により、到来方向推定部３２のＮｄが１である場合に送信ビーム形成部５１は、近接した方向から到来するＭ個のパスの合成電力が最大となる方向に対しパスに共通なアレーアンテナ１の指向性を向けて送信し、さらには受信波に含まれ、同時に通信している他ユーザに対してはアレーアンテナ１の指向性のヌルを形成することが可能となり、ＳＩＲの改善が可能となる。基地局アレーアンテナの設置場所が、周辺の建物高よりも十分高い場所にある場合、一般的に、到来波の角度広がりは、１０°程度以下と考えられ、このような環境下では、本実施の形態の適用が非常に有効であり、通信端末方向に送信ビームを絞ることで、不要な方向に電波を放射することなく、他ユーザ間への与干渉を低減し、加入者容量の増大を図ることが可能となる。
【０１２０】
また、本実施の形態は、パス毎に到来方向推定することなく、Ｍ個のパスに共通の到来方向推定部３２における一回の角度スイープ演算により、Ｍ個パスの合成電力が最大となる方向推定が可能であり、処理量の削減、演算回路規模の削減が可能である。
【０１２１】
また、到来方向推定部３２のＮｄが１より大きい場合に送信ビーム形成部５１は、Ｍ個の推定方向に向くビームを形成することが可能となる。基地局アレーアンテナの設置場所が、周辺の建物高と同程度以下の高さに設置される場合、一般的に、到来波の角度広がりは大きくなり、それぞれが角度広がりをもつＭ個のパスが到来する環境が多くなり、このような環境下では、方向の異なるそれぞれに広がりあるパスに対し、指向性を持ったビームを形成することができ、通信端末では、それぞれのパス方向からの電波を受けることが可能となり、通信端末でレイク合成等などにより、効率的にＭ個のパスを合成受信することで受信特性が向上する。
【０１２２】
また、本実施の形態では、相関ベクトルを用いて、方向推定及び送信ビーム形成しており、相関行列を用いた場合に比べ、演算量を低減、演算回路コストの低下が可能である。また、従来からあるウィーナー解を求める方式では逆行列演算が必要となるが本実施の形態では、逆行列演算は不要であり、演算処理量が低減するという効果を有する。
【０１２３】
なお、本実施の形態で用いた、パス毎の相関演算部４−１〜Ｍ及び相関合成部５の代わりに、Ｍ個のパスから最大電力パスを選択し、そのパスの相関ベクトル演算する簡易構成としても良い。
【０１２４】
また、本実施の形態では、多重方式としてＣＤＭＡ方式を用いる通信システムに使用される基地局装置について説明したが、これに限定されるものではない。本発明は、ＴＤＭＡ方式やＯＦＤＭ方式の多重方式とこれらを融合した多重方式を用いる通信システムに使用される基地局装置にも適用可能なものである。
【０１２５】
また、上記実施の形態では、Ｍ個のアンテナ素子を搬送波の半波長の間隔で直線状に配置した場合を想定して説明した。しかし、これに限られるものではなく、本発明は、Ｍ個のアンテナ素子を備えて指向性を形成する基地局装置にはすべて適用可能である。
【０１２６】
なお、上記実施の形態では、レイク合成を用いて各パスを通って到来した信号を合成した。しかし、これに限られるものではなく、本発明では、各パスを通って到来した信号をアンテナ毎に合成できる方法であれば、いかなる合成方法を用いてもよい。
【０１２７】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、アレーアンテナを備えた適応アンテナ基地局装置であって、Ｍ個のパスに対する到来方向推定時の演算量を削減し、演算処理の高速化、あるいは装置構成の簡易化を可能とする。また、本到来方向推定部による推定方向に指向性を向ける指向性制御機能を付加した送信部あるいは受信部により、ＳＩＲを改善し、高品質な通信が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１による適応アンテナ基地局装置の構成を示すブロック図
【図２】実施の形態１による到来方向推定部の推定結果を示す図
【図３】本発明の実施の形態２による適応アンテナ基地局装置の構成を示すブロック図
【図４】本発明の実施の形態３による適応アンテナ基地局装置の構成を示すブロック図
【図５】本発明の実施の形態４による適応アンテナ基地局装置の構成を示すブロック図
【図６】本発明の実施の形態５による適応アンテナ基地局装置の構成を示すブロック図
【図７】本発明の実施の形態６による適応アンテナ基地局装置の構成を示すブロック図
【図８】従来の適応アンテナ基地局装置の構成を示すブロック図
【符号の説明】
１アレーアンテナ
１−１〜Ｎアンテナ素子
２−１〜Ｎ受信部
３−１〜Ｍ−１〜Ｎ逆拡散部
４−１〜Ｍ相関演算部
５相関合成部
６到来方向推定部
７−１〜Ｍビーム形成部
８レイク合成部
９データ判定部
２０変調部
２１送信ビーム形成部
２２−１〜Ｎ拡散部
２３−１〜Ｎ送信部
３０データ間相関合成部
３１他ユーザ相関減算部
３２到来方向推定部
５０全ユーザ方向合成部
５１送信ビーム形成部
６０−１〜Ｎアンテナ
６１−１〜Ｎ受信部
６２−１〜Ｍ−１〜Ｎ逆拡散部
６３−１〜Ｍ到来方向推定部
６４−１〜Ｍビーム形成部
６５レイク合成部
６６データ判定部

Claims

Ｎ個（Ｎは自然数）のアンテナ素子で構成するアレーアンテナと、前記アレーアンテナの各アンテナ素子で受信する符号多重化された高周波信号を周波数変換後に直交検波するＮ個の受信部と、前記受信部の出力信号が含むＭ個（Ｍは自然数）のパス成分の遅延時間に対応した逆拡散を前記受信部の出力信号に施すＮ×Ｍ個の逆拡散部と、前記逆拡散部の出力信号に前記アンテナ素子間の相関演算をパス毎に行うＭ個の相関演算部と、前記相関演算部の出力信号を合成する相関合成部と、前記相関合成部の出力を用いて到来方向推定する到来方向推定部とを有する適応アンテナ基地局装置。
相関演算部は、パス毎に１つのアンテナ素子から得られる信号ベクトルを基準として、他のアンテナ素子から得られる信号ベクトルとの間での複素相関演算を行うことで各パスに応じた相関ベクトルを算出する請求項１記載の適応アンテナ基地局装置。
相関演算部は、パス毎にアンテナ素子から得られる信号ベクトルのすべての組合せで複素相関演算を行うことで各パスに応じた相関行列を算出する請求項１記載の適応アンテナ基地局装置。
到来方向推定部は、相関合成部の出力を基に角度スペクトルを算出し、前記角度スペクトルの最大となる峰の位置を検出し、到来方向推定値とする請求項１ないし請求項３のいずれか記載の適応アンテナ基地局装置。
到来方向推定部は、相関合成部の出力を基に角度スペクトルを算出し、前記角度スペクトルの峰の位置を検出し、Ｍ個を上限とする到来方向推定値とする請求項１ないし請求項３のいずれか記載の適応アンテナ基地局装置。
到来方向推定部の出力信号を用いてアレーアンテナの指向性を決定するビームウエイトを生成し、前記ビームウエイトと逆拡散部の出力を乗算し、パス毎に合成するＭ個のビーム形成部と、パス毎に得られる前記ビーム形成部の出力を合成するレイク合成部と、前記レイク合成部の出力から符号判定により受信データを出力するデータ判定部を有する請求項１ないし請求項５のいずれか記載の適応アンテナ基地局装置。
到来方向推定部の出力信号を用いてアレーアンテナの指向性を決定する送信ビームウエイトを生成し、送信信号に乗算する送信ビーム形成部と、前記送信ビーム形成部の出力信号に各アンテナ素子に対応した拡散符号を乗算するＮ個の拡散部と、前記拡散部の出力信号をアレーアンテナから送信するＮ個の送信部とを有する請求項１ないし請求項５のいずれか記載の適応アンテナ基地局装置。
Ｎ個のアンテナ素子で構成するアレーアンテナと、受信波に含まれるＮ_U個（Ｎ_Uは自然数）のユーザ別情報に対応して、前記アレーアンテナの各アンテナ素子で受信する符号多重化された高周波信号を周波数変換後に直交検波するＮ_U×Ｎ個の受信部と、前記受信部の出力信号が含むＭ個のパス成分の遅延時間に対応した逆拡散を前記受信部の出力信号に施すＮ_U×Ｎ×Ｍ個の逆拡散部と、前記逆拡散部の出力信号に前記アンテナ素子間の相関演算をパス毎に行うＮ_U×Ｍ個の相関演算部と、前記相関演算部の出力信号を合成するＮ_U個の相関合成部と、前記相関合成部のＮ_U個の出力信号を合成するユーザ間相関合成部と、ユーザ間相関合成部の出力から対象となるユーザの相関合成部の出力を減算して、（Ｎ_U−１）個の他ユーザの相関成分を算出するＮ_U個の他ユーザ相関減算部と、前記他ユーザ相関減算部の出力を用いて対象となるユーザの到来方向推定するＮ_U個の到来方向推定部とを有する適応アンテナ基地局装置。
Ｎ_U個の到来方向推定部の出力信号とＮ_U個の他ユーザ相関減算部の出力信号からＮ_U個のユーザ毎の干渉波となる他ユーザ成分の受信電力が最小になるビームウエイトを生成し、前記ビームウエイトとＭ×Ｎ個の逆拡散部の出力信号を乗算し、Ｎ_U個のユーザ毎にＭ個のパスを合成するＮ_U×Ｍ個のビーム形成部と、前記ビーム形成部の出力を合成するＮ_U個のレイク合成部と、前記レイク合成部の出力から符号判定により受信データを出力するＮ_U個のデータ判定部を有する請求項８記載の適応アンテナ基地局装置。
Ｎ_U個の到来方向推定部の出力信号からアレーアンテナのステアリングベクトルを合成する全ユーザ方向合成部と、Ｎ_U個のユーザ毎に到来方向推定値と前記全ユーザ方向合成部の出力信号から他ユーザへの送信電力を最小にする送信ビームウエイトを生成し送信信号に乗算するＮ_U個の送信ビーム形成部と、前記送信ビーム形成部の出力信号をＮ_U個のユーザとＮ個のアンテナ素子に対応した拡散符号を乗算するＮ_U×Ｎ個の拡散部と、前記拡散部の出力信号をアレーアンテナから送信するＮ_U×Ｎ個の送信部とを有する請求項８又は請求項９記載の適応アンテナ基地局装置。
全ユーザ方向合成部は、アレーアンテナの推定方向のステアリングベクトルを送信電力に依存した重み付け係数で合成する請求項１０記載の適応アンテナ基地局装置。
ユーザ間相関合成部は、高速データレートの信号であるユーザの相関合成部の出力を合成する請求項８ないし請求項１１のいずれか記載の適応アンテナ基地局装置。