專利名稱：無線裝置和自適應(yīng)陣列處理方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及在主要對攜帶電話等移動體的無線通信中用于基站的無線裝置的結(jié)構(gòu)及自適應(yīng)陣列處理方法。
背景技術(shù)：
近幾年，在急速發(fā)展的移動體通信系統(tǒng)(例如，PersonalHandyphone System以下簡稱為PHS)中，為了抑制干擾波的影響而得到良好的通信質(zhì)量，通過對由多個天線構(gòu)成的陣列天線的接收信號進行眾所周知的自適應(yīng)陣列處理來分離抽出期望波的信號的自適應(yīng)陣列基站被實用化。
另外，如果使用這種自適應(yīng)陣列基站，則為了提高無線電波的頻率利用率，可通過對同一頻率的同一時隙進行空間上的分割來實現(xiàn)可使多個用戶的移動終端裝置路徑復(fù)用連接到無線基地系統(tǒng)的PDMA(Path Division Multiple Access徑分多址)方式。再有，PDMA方式也可以稱為SDMA方式(Space Division Multiple Access空分多址)。


圖11是頻分多址(Frequency Division Multiple AccessFDMA)、時分多址(Time Division Multiple AccessTDMA)及空分多址(SpaceDivision Multiple AccessSDMA)的各種通信系統(tǒng)中的信道的配置圖。
首先，參照圖11就FDMA、TDMA及SDMA進行簡單的說明。圖11(a)是表示FDMA的圖，用戶1～4的模擬信號以不同頻率f1～f4的無線電波頻分傳送，而各用戶1～4的信號由頻率濾波器分離。
在圖11(b)所示TDMA中，各用戶的被數(shù)字化的信號以不同頻率f1～f4的無線電波且按每一定的時間(時隙)時分傳送，而各用戶的信號由頻率濾波器和基站與各用戶移動終端裝置之間的時間同步來分離。
另一方面，如圖11(c)所示，在SDMA方式中將相同頻率的一個時隙在空間上進行分割來傳送多個用戶的數(shù)據(jù)。在該SDMA中，各用戶的信號用頻率濾波器和基站與各用戶移動終端裝置之間的時間同步及自適應(yīng)陣列等互相干擾消除裝置分離。
圖12是表示傳統(tǒng)的SDMA用基站的發(fā)送接收系統(tǒng)2000的結(jié)構(gòu)的概略框圖。
在圖12所示的結(jié)構(gòu)中，例如為了識別出用戶PS1和PS2而設(shè)置了n個天線#1～#n(n自然數(shù))。
在接收動作中，天線的輸出提供給RF電路2101，在RF電路2101中，用接收放大器放大并由本機振蕩信號進行頻率變換后，用濾波器除去不需要的頻率信號，進行A/D變換后作為數(shù)字信號提供給數(shù)字信號處理器2102。
數(shù)字信號處理器2102中設(shè)有信道分配基準計算器2103、信道分配器2104及自適應(yīng)陣列2100。信道分配基準計算器2103預(yù)先計算來自兩個用戶的信號是否能夠由自適應(yīng)陣列來分離。根據(jù)該計算結(jié)果，信道分配器2104將包含選擇頻率和時間的用戶信息的信道分配信息提供給自適應(yīng)陣列2100。自適應(yīng)陣列2100基于信道分配信息，實時地對來自天線#1～#n的信號進行加權(quán)運算，由此只分離出特定用戶的信號。
圖13是表示自適應(yīng)陣列2100中與一位用戶對應(yīng)的發(fā)送接收部2100a的結(jié)構(gòu)的框圖。在圖13所示的例中，從包含多個用戶信號的輸入信號中抽出期望的用戶信號，因此，設(shè)置了接受來自天線#1～#n的信號的n個輸入端口2020-1～2020-n。
輸入到各輸入端口2020-1～2020-n的信號，經(jīng)由開關(guān)電路2010-1～2010-n提供給權(quán)矢量計算器2011和乘法器2012-1～2012-n。
權(quán)矢量計算器2011利用輸入信號、預(yù)先存儲在存儲器2014中的參考信號即唯一字信號以及加法器2013的輸出，計算出權(quán)矢量w1i～wni。這里，下標i表示用于與第i個用戶之間發(fā)送接收的權(quán)矢量。因此，唯一字信號是用以自適應(yīng)陣列處理的訓(xùn)練信號。
乘法器2012-1～2012-n分別將來自各輸入端口2020-1～2020-n的輸入信號和權(quán)矢量w1i～wni相乘并提供給加法器2013。加法器2013將乘法器2012-1～2012-n的輸出信號相加作為接收信號SRX(t)輸出，且該接收信號SRX(t)也提供給權(quán)矢量計算器2011。
另外，發(fā)送接收部2100a中還包括乘法器2015-1～2015-n，該乘法器接受來自自適應(yīng)陣列無線基站的輸出信號STX(t)，分別與由權(quán)矢量計算器2011提供的權(quán)矢量w1i～wni相乘，然后輸出。乘法器2015-1～2015-n的輸出分別提供給開關(guān)電路2010-1～2010-n。也就是說，開關(guān)電路2010-1～2010-n在接收信號時，將從輸入端口2020-1～2020-n提供的信號提供給信號接收部1R，在發(fā)送信號時，將來自信號發(fā)送部1T的信號提供給輸入輸出端口2020-1～2020-n。
以下，就圖13中所示的發(fā)送接收部2100a的工作原理進行簡單的說明。
在以下使用公式的說明時，為了簡化說明將天線元件數(shù)設(shè)為四個，同時進行通信發(fā)用戶數(shù)PS設(shè)為兩個。此時，從各天線向接收部1R提供的信號用如以下式來表示。
RX1(t)＝h11Srx1(t)+h12Srx2(t)+n1(t)...(1)RX2(t)＝h21Srx1(t)+h22Srx2(t)+n2(t)...(2)RX3(t)＝h31Srx1(t)+h32Srx2(t)+n3(t)...(3)RX4(t)＝h41Srx1(t)+h42Srx2(t)+n4(t)...(4)
這里，信號RXj(t)表示第j個(j＝1，2，3，4)天線的接收信號，信號Srxi(t)表示第i個(i＝1，2)用戶所發(fā)送的信號。
另外，系數(shù)hji表示在第j個天線接收的來自第i個用戶的信號的復(fù)系數(shù)，nj(t)表示包含在第j個接收信號中的噪聲。
將上式(1)～(4)以矢量形式表示如下。
X(t)＝H1Srx1(t)+H2Srx2(t)+N(t) ...(5)X(t)＝[RX1(t)，RX2(t)，...，RX4(t)]T...(6)Hi＝[h1i，h2i，...，h4i]T，(i＝1，2)...(7)N(t)＝[n1(t)，n2(t)，...，n4(t)]T...(8)再有，式(6)～(8)中，[...]T表示[...]的轉(zhuǎn)置。
這里，X(t)表示輸入信號矢量，Hi表示第i個用戶的接收響應(yīng)矢量，N(t)表示噪聲矢量。
如圖13所示，自適應(yīng)陣列天線以對來自各天線的輸入信號乘上加權(quán)系數(shù)w1i～w4i并合成后的信號作為接收信號SRX(t)輸出。
那么，在做了如上述的準備的基礎(chǔ)上，例如抽出由第一個用戶發(fā)送的信號Srx1(t)時的自適應(yīng)陣列的動作如下。
如下式，自適應(yīng)陣列2100的輸出信號y1(t)可通過輸入信號矢量X(t)和權(quán)矢量W1的矢量的相乘來表示。
y1(t)＝X(t)W1T...(9)W1＝[w11，w21，w31，w41]T...(10)即，權(quán)矢量W1為以相乘到第j個輸入信號RXj(t)上的加權(quán)系數(shù)wj1(j＝1，2，3，4)作為元素的矢量。
這里，若向如式(9)所示的y1(t)代入由式(5)所表示的輸入信號矢量X(t)，則成為如以式。
y1(t)＝H1W1TSrx1(t)+H2W1TSrx2(t)+N(t)W1T...(11)這里，若自適應(yīng)陣列2100工作在理想狀態(tài)，則通過眾所周知的方法，權(quán)矢量W1依次由權(quán)矢量計算器2011控制，使得滿足以下聯(lián)立方程式。
H1W1T＝1 ...(12)H2W1T＝0 ...(13)若權(quán)矢量W1完全被控制以致滿足式(12)和式(13)，則來自自適應(yīng)陣列2100的輸出信號y1(t)最終如以下式來表示。
y1(t)＝Srx1(t)+N1(t)...(14)N1(t)＝n1(t)w11+n2(t)w21+n3(t)w31+n4(t)w41...(15)即，在輸出信號y1(t)中得到兩個用戶中的第一個用戶所發(fā)送的信號Srx1(t)。
另一方面，在圖13中，對自適應(yīng)陣列2100的輸入信號STX(t)提供給自適應(yīng)陣列2100中的發(fā)送部1T，作為乘法器2015-1，2015-2，2015-3，...，2015-n的一個輸入提供。而在這些乘法器的另一個輸入上，分別復(fù)制并施加由權(quán)矢量計算器2011如以上所述基于接收信號算出的權(quán)矢量w1i，w2i，w3i，...，wni。
通過這些乘法器加權(quán)的輸入信號，經(jīng)由對應(yīng)的開關(guān)2010-1，2010-2，2010-3，...，2010-n傳送到對應(yīng)的天線#1，#2，#3，...，#n，發(fā)送出去。
這里，用戶PS1，PS2的識別如以下所述進行。也就是說，攜帶電話機的電波信號以幀結(jié)構(gòu)傳送。攜帶電話機的電波信號主要由前置碼和數(shù)據(jù)(語音等)構(gòu)成，其中，前置碼由無線基站已知的信號序列構(gòu)成，數(shù)據(jù)(語音等)由無線基站未知的信號序列構(gòu)成。
前置碼的信號序列包含用于無線基站辨認該用戶是不是要進行通話的期望用戶的信息的信號串(唯一字信號)。自適應(yīng)陣列無線基站1的權(quán)矢量計算器2011進行權(quán)矢量控制(加權(quán)系數(shù)的確定)，以便對比從存儲器2014取出的唯一字信號和所接收的信號序列，并抽出認為包含與用戶PS1對應(yīng)的信號序列的信號。
再有，在以上的說明中，發(fā)送信號時復(fù)制接收時的權(quán)矢量來形成發(fā)送信號的定向性，但考慮到終端裝置的移動速度等，也可以在發(fā)送時以修正接收時的權(quán)矢量后的權(quán)矢量作為發(fā)送用權(quán)矢量使用。
另一方面，作為頻率利用率高的通信方式，有正交頻分復(fù)用(OFDMOrthogonal Frequency Division Multiplexing)方式。
OFDM方式是將一個信道的數(shù)據(jù)分散成多個載波來進行調(diào)制的多載波調(diào)制的一種。在OFDM方式中，通信中所使用的信號的頻譜為接近于矩形的形狀。
圖14是在這種OFDM方式中使用的多個載波(carrier waves)的頻譜中抽出三個載波表示的圖。
如圖14所示，在OFDM方式中多個載波的頻率間隔被設(shè)定，使得對于一個載波的頻譜其頻譜零點與鄰接載波的頻率一致。換句話說，各載波以互相不干擾的頻率排列，而且各載波互相正交。
這里，令所發(fā)送數(shù)據(jù)的一碼元的持續(xù)時間為Ts時，各載波的頻率間隔Δf由以下式來提供。
Δf＝1/Ts×n(n自然數(shù))圖15是表示以這種OFDM方式傳送的傳送碼元的波形的圖。
作為將i＝1到i＝N的N個載波的波形合成后的結(jié)果，用圖15中最下方的波形所表示的信號作為OFDM的傳送碼元使用。
在OFDM方式的調(diào)制中，為了得到各載波分量對基帶信號進行反離散傅里葉變換。與此對應(yīng)地，在接收波的解調(diào)處理中，對接收信號用所謂的快速傅里葉變換(FFT)的算法進行離散傅里葉變換。
這里，在圖15中，在OFDM的信號波形中的有效碼元期間之前設(shè)有“保護間隔”。作為這種保護間隔，是將有效碼元波形的一部分例如有效碼元波形的最后的預(yù)定期間Tg期間的信號復(fù)制后附加上去的部分。
這種保護間隔為防止由多路徑干擾所產(chǎn)生的干擾波信號而設(shè)置。
當期望波和時間延遲到達的干擾波合成而成為接收信號時，若干擾波的延遲時間在作為保護間隔而設(shè)定的時間內(nèi)，則干擾波的影響限定在保護間隔期間內(nèi)。若將保護間隔期間設(shè)定得比預(yù)先予想的干擾波的延遲時間長，則如以下所說明能夠排除該干擾波的影響來進行解調(diào)。
圖16是說明接收了這種期望波和干擾波時的解調(diào)動作的概念圖。
如圖16所示，在OFDM方式的解調(diào)中，在各碼元期間設(shè)有稱為FFT窗的時間窗。該時間窗表示在所接收的OFDM的傳送碼元中，進行只切取有效碼元區(qū)間的處理的區(qū)間。這里，設(shè)這種FFT窗與有效碼元期間長Ts相等。另外，如上所述，保護間隔期間設(shè)定得比干擾波的延遲時間長。這樣，即使在干擾波存在的場合，由于存在于保護間隔期間的信號為同一個有效碼元內(nèi)的信號，所以也能夠維持接收波的各載波的正交性。因此，能夠在接收側(cè)進行排除這種干擾波影響后的解調(diào)。
因此，如果將如上述的自適應(yīng)陣列方式和這種OFDM方式組合，則有望實現(xiàn)更高的通信質(zhì)量和更高頻率利用率的接收方式。
但是，在簡單地組合這樣的兩種方式時，存在如下問題。
以下，就利用自適應(yīng)陣列進行OFDM傳送的第一結(jié)構(gòu)例進行說明。
若利用這種結(jié)構(gòu)，則還可以通過采用自適應(yīng)陣列技術(shù)來進行如上述的SDMA方式的復(fù)用連接。
圖17是說明這種自適應(yīng)陣列基站3000的結(jié)構(gòu)的概略框圖。
參照圖17，為了簡化說明，設(shè)自適應(yīng)陣列基站3000利用具有四個天線#1～#4的自適應(yīng)陣列天線進行發(fā)送接收。另外，在圖17中，從自適應(yīng)陣列基站的結(jié)構(gòu)中抽出進行接收的結(jié)構(gòu)進行說明。
參照圖17，自適應(yīng)陣列基站3000設(shè)有A/D轉(zhuǎn)換部3010和FFT部3020，其中，A/D轉(zhuǎn)換部3010接受來自自適應(yīng)陣列天線#1～#4的信號，進行檢波或模/數(shù)轉(zhuǎn)換，F(xiàn)FT部3020接受從A/D轉(zhuǎn)換部3010輸出的數(shù)字信號，進行快速傅里葉變換并分離出各載波的信號。
以下，在從FFT部3020輸出的信號中，將對第一個載波的來自第i個天線的信號表示為信號f1，i(1，i自然數(shù))。
另外，自適應(yīng)陣列基站3000對每一個載波還設(shè)有N個(N載波總數(shù))自適應(yīng)陣列塊3030.1～3030.N，它們各自接受用FFT部3020對來自天線#1～#4的信號進行傅里葉變換而得到的相應(yīng)載波分量，進行自適應(yīng)陣列處理。
但是，在圖17中，只抽出對第一個載波的自適應(yīng)陣列塊3030.1表示。
與圖13中所示的自適應(yīng)陣列基站相同，自適應(yīng)陣列塊3030.1設(shè)有接收權(quán)矢量計算器3041、乘法器3042-1～3042-4、加法器3043以及存儲器3044，其中，接收權(quán)矢量計算器3041接受信號f1，1～f1，4計算接收權(quán)矢量，乘法器3042-1～3042-4在一輸入端分別接受信號f1，1～f1，4，在另一輸入端分別接收來自接收權(quán)矢量計算器3041的接收權(quán)矢量，加法器3043接受乘法器3042-1～3042-4的輸出并合成，存儲器3044在接收權(quán)矢量計算器3041中預(yù)先存儲進行自適應(yīng)陣列處理的計算時所使用的唯一字信號(參考信號)。從加法器3043輸出對載波1的期望信號S1(t)，而該期望信號S1(t)還提供給接收權(quán)矢量計算器3041。
通過這種結(jié)構(gòu)，可由自適應(yīng)陣列基站通過自適應(yīng)陣列處理按每個載波地分離出來自期望用戶的信號來接收以O(shè)FDM傳送方式傳送的信號。
但是，在這種自適應(yīng)陣列基站3000的結(jié)構(gòu)中，存在如下問題。
如上所述，在OFDM方式中，將一個信道的信號分散成許多載波來進行傳送。
因此，在一般以O(shè)FDM方式傳送的信號中，各載波中所包含的參考信號的碼元數(shù)通常不夠。例如，在由總務(wù)省等推進的“多媒體移動存取系統(tǒng)(MMACMultimedia Mobile Access Communicationsystems)”中，規(guī)定OFDM的各載波(副載波)的參考信號為二碼元。
在這種場合，在如圖17所示的自適應(yīng)陣列基站3000的結(jié)構(gòu)中很難使權(quán)收斂，于是存在不能形成良好精度的定向性的問題。
另外，在圖17中所示的自適應(yīng)陣列基站3000的結(jié)構(gòu)中還存在如以下說明的問題。
圖18是表示圖17中所示的自適應(yīng)陣列基站3000所接收的信號的定時的概念圖。
在圖18中，接收信號中的以“G”表示的部分表示如上述的保護間隔期間。
另外，原來的期望波是一般最先到達基站的信號，以下，將最初到達的信號稱為“起始到達信號”。
另外，相對該起始到達信號，因多路徑的影響而以保護間隔期間內(nèi)的延遲時間到達的信號稱為“短延遲信號”，因多路徑的影響而比起始到達信號延遲保護間隔期間以上到達的信號稱為“長延遲信號”。另外，將分別傳送這種起始到達信號、短延遲信號及長延遲信號的路徑稱為“通路”。
另外，在圖18中，自適應(yīng)陣列塊3030.1中用箭頭表示進行信號取樣的定時。
由于在自適應(yīng)陣列基站3000中對按各載波分割后的信號進行自適應(yīng)陣列處理，因此，該取樣定時也可設(shè)定成足以抽出該各載波的信號波形的時間間隔。
通過進行自適應(yīng)陣列處理，能夠除去如圖18所示的長延遲信號。
另一方面，被頻分的載波的帶寬窄到不能分離短延遲信號的程度，因此，在自適應(yīng)陣列處理中將起始到達信號和短延遲信號看作同一信號來進行處理。
圖19是表示與通過這樣的自適應(yīng)陣列后的與各載波對應(yīng)的信號的強度分布的圖。
在圖19中，如上所述，在各載波的頻率f1～fN中起始到達信號(“起始波”)的頻譜和短延遲信號(“短延遲波”)的頻譜徑自適應(yīng)陣列處理后被看作同一信號。但是，由于全載波的頻帶非常寬，因此，例如在用圖19的箭頭表示的載波中，可能存在起始波和短延遲波反相的場合。
圖20是表示在如圖19所示的場合各載波的信號合成后的強度分布的圖。
當使用與起始波定時相一致的參考信號進行自適應(yīng)陣列接收時，在該起始信號和短延遲信號反相的頻率的載波，只能取出低電平信號。也就是說，在按各載波進行自適應(yīng)陣列接收時，如圖19所示，在起始波和短延遲波反相的頻率的載波，只能取出信號電平下降到極端的信號。
因此，在以圖19的箭頭表示的載波中，不能進行充分的信號傳送，于是必需進行使用冗余碼或不使用該載波而通信的控制。后者的場合相當于將本來作為短延遲信號到達基站的信號作為不需要信號除去，這將導(dǎo)致接收靈敏度的下降。
因此，綜合上述，在如圖17所示使每一載波進行不同的自適應(yīng)陣列動作的結(jié)構(gòu)的場合，首先，第一很難確保足夠的用以進行良好精度的定向性控制的參考信號。
另外，由于不能以最大比率合成保護間隔以內(nèi)的多路徑信號，因此存在接收靈敏度下降的問題。
也就是說，由于保護間隔以內(nèi)的延遲時間的信號(短延遲分量)與起始信號相關(guān)度高，因此，使用與起始信號定時相一致的參考信號來進行自適應(yīng)陣列合成時，陣列合成輸出中包含短延遲分量。但是，在OFDM傳送方式中，當用于通信的多個載波分布到非常寬的頻帶時，依據(jù)載波，起始波和短延遲波的相位有時為反相。在這種場合，從載波整體來看存在不能以最大比率合成的問題。

由于在自適應(yīng)陣列基站3000的結(jié)構(gòu)中存在如上述的問題，因此，也可以考慮另一結(jié)構(gòu)，即對徑FFT處理被頻分前的信號進行自適應(yīng)陣列處理的結(jié)構(gòu)。
圖21是說明計算這種對所有的載波共用的權(quán)并使自適應(yīng)陣列工作的自適應(yīng)陣列基站4000的結(jié)構(gòu)的概略框圖。
參照圖21，與圖17中所示的自適應(yīng)陣列基站3000相同，自適應(yīng)陣列基站4000設(shè)有接受來自四個天線#1～#4的信號，進行檢波或模/數(shù)轉(zhuǎn)換的A/D轉(zhuǎn)換部4010；接受A/D轉(zhuǎn)換部4010的輸出并計算對各天線的信號的接收權(quán)矢量的接收權(quán)矢量計算器4041；在一輸入端分別接受來自各陣列天線的信號，在另一輸入端分別接受來自接收權(quán)矢量計算器4041的權(quán)矢量的乘法器4042-1～4042-4；接受來自乘法器4042-1～4042-4的輸出進行合成的加法器4043；預(yù)先存儲用于接收權(quán)矢量計算器4041計算權(quán)矢量時用的參考信號的存儲器4044；接受加法器4043的輸出進行快速傅里葉變換處理，并分離各載波的期望波的信號S1(t)～SN(t)的FFT部4050。加法器4043的輸出提供給接收權(quán)矢量計算器4041，而且用于接收權(quán)矢量的計算。
圖22是說明圖21中所示的自適應(yīng)陣列基站4000的動作的概念圖。
在圖22中，“G”也表示保護間隔期間。另外，為了對頻分之前的信號進行自適應(yīng)陣列處理，在自適應(yīng)陣列中，必需以例如接收權(quán)矢量計算器4041的取樣定時比如圖18所示的對頻分之后的信號的取樣定時短的期間來進行取樣。
在該場合，也可以通過自適應(yīng)陣列塊的自適應(yīng)陣列處理來除去長延遲信號。
另一方面，輸入到自適應(yīng)陣列塊的信號還未頻分，因此為頻帶非常寬的信號。也就是說，在接收權(quán)矢量計算器4041中起始到達信號和短延遲信號作為完全不同的信號被識別。因此，這種短延遲信號也通過自適應(yīng)陣列處理被去掉。
通過進行這種動作，與實際將短延遲信號本身作為期望波有效利用而改善其特性的場合相比，由于這種短延遲信號本身也通過自適應(yīng)陣列處理被去掉，因此導(dǎo)致通信質(zhì)量下降。
另外，由于將短延遲信號也看作干擾信號，因此，從自適應(yīng)陣列基站4000來看似乎有非常多的干擾波到達。如果為了除去這些信號而由自適應(yīng)陣列形成定向性，則有可能用盡天線自由度。
這樣，在天線自由度用盡的場合，存在以下問題對期望波方向的增益下降，或者由于似乎超過天線自由度的干擾而不能去掉所有的干擾。
本發(fā)明為了解決如上述問題而提出，其目的在于提供一種即使在對OFDM傳送方式進行自適應(yīng)陣列接收的場合，也能夠以最大比率合成保護間隔以內(nèi)的多路徑信號并改善接收靈敏度的自適應(yīng)陣列基站。
本發(fā)明的另一目的在于提供一種對保護間隔期間以內(nèi)的多路徑信號進行合成時能夠不耗用天線自由度地維持干擾抑制性能的自適應(yīng)陣列基站。

發(fā)明內(nèi)容
總之，本發(fā)明是一種發(fā)送接收通過使用多個載波的正交頻分通信方式在各有效碼元區(qū)間上附加保護間隔區(qū)間來傳送的信號的無線裝置，其中設(shè)有具有多個天線的陣列天線；從由陣列天線接收的信號檢測出期望波的到達定時的到達定時檢測部件；估計對期望波中從起始到達波在保護間隔區(qū)間內(nèi)到達的信號的第一響應(yīng)矢量和對期望波中從起始到達波在保護間隔區(qū)間以后到達的信號的第二響應(yīng)矢量的接收響應(yīng)矢量估計部件；對第一和第二響應(yīng)矢量進行傅里葉變換，抽出對多個載波中的各載波的分量的第一傅里葉變換部件；對來自陣列天線的接收信號進行傅里葉變換，抽出對每一個天線的接收信號的各載波的分量的第二傅里葉變換部件；以及按多個載波中的每一個載波設(shè)置，各自從第二傅里葉變換部件接受在對每一個天線的接收信號的載波的分量中相應(yīng)載波分量，抽出期望波中的相應(yīng)載波分量的自適應(yīng)陣列處理部件。其中，自適應(yīng)陣列處理部件，基于對來自第一傅里葉變換部件的至少第一和第二響應(yīng)矢量的相應(yīng)載波的分量，導(dǎo)出用以抽出相應(yīng)載波的分量的權(quán)矢量。
到達定時檢測部件，最好根據(jù)在第二傅里葉變換部件中進行傅里葉變換之前的接收信號和包含與多個載波對應(yīng)的訓(xùn)練信號分量的參考信號之間的互相關(guān)之超過預(yù)定的閾值，對每一個天線檢測期望波。
接收響應(yīng)矢量估計部件，最好將由到達定時檢測部件檢測出的到達定時以外的時刻的第一和第二響應(yīng)矢量中的響應(yīng)的電平設(shè)為0。
自適應(yīng)陣列處理部件，最好通過基于對第一和第二響應(yīng)矢量的相應(yīng)載波的分量導(dǎo)出的每一個載波的相關(guān)矩陣，導(dǎo)出用以抽出關(guān)于相應(yīng)載波的期望波的權(quán)矢量。
無線裝置最好這樣到達定時檢測部件，還從由陣列天線接收的信號檢測出n個干擾波(n自然數(shù)，n≥1)的到達定時；接收響應(yīng)矢量估計部件，就n個干擾波中的各干擾波估計出對從各起始到達波在保護間隔區(qū)間內(nèi)到達的信號的第3～第(2n+1)響應(yīng)矢量，并就n個干擾波中的各干擾波估計出分別對從各起始到達波在保護間隔區(qū)間以后到達的信號的第4～第(2n+2)響應(yīng)矢量；第一傅里葉變換部件，還對第3～第(2n+2)響應(yīng)矢量進行傅里葉變換，抽出對多個載波中的各載波的分量；自適應(yīng)陣列處理部件，基于對來自第一傅里葉變換部件的從第1至第(2n+2)響應(yīng)矢量的相應(yīng)載波的分量，導(dǎo)出用以抽出相應(yīng)載波的分量的權(quán)矢量。
另外，到達定時檢測部件，最好根據(jù)在第二傅里葉變換部件中進行傅里葉變換之前的接收信號和包含與多個載波對應(yīng)的訓(xùn)練信號分量的參考信號之間的互相關(guān)之超過預(yù)定的閾值，對每一個天線檢測期望波和干擾波。
接收響應(yīng)矢量估計部件，最好將由到達定時檢測部件檢測出的到達定時以外的時刻的從第1至第(2n+2)響應(yīng)矢量中的響應(yīng)的電平設(shè)為0。
自適應(yīng)陣列處理部件，最好通過基于對從第1至第(2n+2)響應(yīng)矢量的相應(yīng)載波的分量導(dǎo)出的每一個載波的相關(guān)矩陣，導(dǎo)出用以抽出關(guān)于相應(yīng)載波的期望波的權(quán)矢量。
自適應(yīng)陣列處理部件，最好通過每一個載波的相關(guān)矩陣導(dǎo)出用以抽出關(guān)于相應(yīng)載波的干擾波的權(quán)矢量。
接收響應(yīng)矢量估計部件，最好通過最小均方誤差法估計出從第1至第(2n+2)響應(yīng)矢量。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，是一種通過自適應(yīng)陣列處理，按與載波對應(yīng)的每一分量抽出通過使用多個載波的正交頻分通信方式在各有效碼元區(qū)間上附加保護間隔區(qū)間來傳送的信號的自適應(yīng)陣列處理方法，其中包括從由具有多個天線的陣列天線接收的信號，至少檢測出期望波的到達定時的步驟；估計對期望波中從起始到達波在保護間隔區(qū)間內(nèi)到達的信號的第一響應(yīng)矢量和對期望波中從起始到達波在保護間隔區(qū)間以后到達的信號的第二響應(yīng)矢量的步驟；對第一和第二響應(yīng)矢量進行傅里葉變換，抽出對多個載波中的各載波的分量的步驟；至少基于第一和第二響應(yīng)矢量的每一個載波的分量，導(dǎo)出用以通過自適應(yīng)陣列處理分離出關(guān)于期望波的與載波對應(yīng)的分量的權(quán)矢量的步驟；對來自陣列天線的接收信號進行傅里葉變換，抽出每一個天線的接收信號的載波分量的步驟；以及通過對每一個天線的接收信號的載波分量乘上權(quán)矢量，抽出關(guān)于期望波的相應(yīng)載波的分量的步驟。
自適應(yīng)陣列處理方法最好這樣檢測到達定時的步驟還包括檢測出至少一個干擾波的到達定時的步驟；還包括，估計對干擾波中從起始到達波在保護間隔區(qū)間內(nèi)到達的信號的第三響應(yīng)矢量和對干擾波中從起始到達波在保護間隔區(qū)間以后到達的信號的第四響應(yīng)矢量的步驟，及對第三和第四響應(yīng)矢量進行傅里葉變換，抽出對多個載波中的各載波的分量的步驟；導(dǎo)出權(quán)矢量的步驟，基于從第一至第四響應(yīng)矢量的每一個載波的分量導(dǎo)出權(quán)矢量。
附圖的簡單說明圖1是表示本發(fā)明實施例的自適應(yīng)陣列基站1000的結(jié)構(gòu)的概略框圖。
圖2是說明圖1中所示的自適應(yīng)陣列基站1000的接收信號的概念圖。
圖3是說明期望波Sd(t)和干擾波Su(t)的結(jié)構(gòu)的概念圖。
圖4是說明圖1所示的自適應(yīng)陣列基站1000中相關(guān)器1030的動作的概念圖。
圖5是表示相關(guān)函數(shù)ρn，d(t)的時間相關(guān)性的圖。
圖6是表示圖5中所示的相關(guān)函數(shù)ρn，d(t)的絕對值分量的時間相關(guān)性的圖。
圖7是表示響應(yīng)ρn，dd(t)和響應(yīng)ρn，du(t)的時間變化的圖。
圖8是表示復(fù)響應(yīng)ρn，dd(t)和與此對應(yīng)的由快速傅里葉變換得到的各載波的復(fù)響應(yīng)ξn，dd(k)的圖。
圖9是說明整個自適應(yīng)陣列基站1000的動作的第一流程圖。
圖10是說明整個自適應(yīng)陣列基站1000的動作的第二流程圖。
圖11是頻分多址、時分多址及空分多址各種通信系統(tǒng)中的信道的配置圖。
圖12是表示傳統(tǒng)的SDMA用基站的發(fā)送接收系統(tǒng)2000的結(jié)構(gòu)的概略框圖。
圖13是表示自適應(yīng)陣列2100中與一位用戶對應(yīng)的發(fā)送接收部2100a的結(jié)構(gòu)的框圖。
圖14是在OFDM方式中使用的多個載波(carrier waves)的頻譜中抽出三個載波表示的圖。
圖15是表示以O(shè)FDM方式傳送的傳送碼元的波形的圖。
圖16是說明接收了期望波和干擾波時的解調(diào)動作的概念圖。
圖17是說明自適應(yīng)陣列基站3000的結(jié)構(gòu)的概略框圖。
圖18是表示圖17中所示的自適應(yīng)陣列基站3000所接收的信號的定時的概念圖。
圖19是表示與自適應(yīng)陣列通過后的與各載波對應(yīng)的信號的強度分布的圖。
圖20是表示在圖19中所示的場合各載波的信號合成后的強度分布的圖。
圖21是說明自適應(yīng)陣列基站4000的結(jié)構(gòu)的概略框圖。
圖22是說明圖21中所示的自適應(yīng)陣列基站4000的動作的概念圖。
最佳實施方式[實施例1]圖1是表示本發(fā)明實施例的自適應(yīng)陣列基站1000的結(jié)構(gòu)的概略框圖。本發(fā)明的自適應(yīng)陣列基站1000，在用戶的終端等移動電臺之間進行通過自適應(yīng)陣列處理具有定向性的信號的發(fā)送接收。但是，通過以下說明可知，自適應(yīng)陣列基站1000也可以通過空分復(fù)用方式來進行與移動電臺之間的信號的發(fā)送接收。
參照圖1，自適應(yīng)陣列基站1000設(shè)有由n個(n自然數(shù))天線構(gòu)成的陣列天線；接受來自陣列天線#1～#n的信號，進行檢波或模/數(shù)轉(zhuǎn)換的A/D轉(zhuǎn)換部1010；按每一個天線設(shè)置，并接受來自A/D轉(zhuǎn)換部1010的輸出來分離抽出對應(yīng)天線的各載波的信號的n個FFT部1020.1～1020.n；接受來自A/D轉(zhuǎn)換部1010的信號，如后所說明檢測期望波和干擾波的到達定時的相關(guān)器1030；為了在相關(guān)器1030中檢測期望波和干擾波的到達定時，保持與各期望波和干擾波對應(yīng)的參考信號的存儲器1040；從相關(guān)器1030接受快速傅里葉變換前的信號即從A/D轉(zhuǎn)換部1010提供給相關(guān)器1030的信號和對在相關(guān)器1030中被檢測的信號的到達定時的信息，以后面說明的順序?qū)ζ谕ê透蓴_波估計響應(yīng)矢量的接收響應(yīng)矢量估計器1050；對應(yīng)每個天線設(shè)置，接受在接收響應(yīng)矢量估計器1050中被估計的各天線的接收響應(yīng)，并通過進行快速傅里葉變換，抽出各載波的響應(yīng)矢量的FFT部1060.1～1060.n；按每一載波設(shè)置，從FFT部1060.1～1060.n接受天線#1～#n的相應(yīng)載波的響應(yīng)矢量來進行自適應(yīng)陣列處理的自適應(yīng)陣列塊1070.1～1070.N(N為載波總數(shù))。
在圖1中，只取出與第k個載波對應(yīng)的自適應(yīng)陣列塊1070.k加以表示。
自適應(yīng)陣列塊1070.k設(shè)有計算權(quán)矢量的接收權(quán)計算器1072.k；在一個輸入節(jié)點分別接受來自FFT部1020.1～1020.n的與第k個載波對應(yīng)的信號，在另一輸入節(jié)點接受來自接收權(quán)計算器1072.k的權(quán)矢量的乘法器1080-1～1080-n；接受來自乘法器1080-1～1080-n的信號進行加法運算，并輸出第k個載波的期望信號Sk(t)的加法器1090。
圖2是說明圖1中所示的自適應(yīng)陣列基站1000的接收信號的概念圖。
作為自適應(yīng)陣列基站1000的接收波，有期望波Sd(t)、期望波的延遲波Sd(t-τs)、干擾波Su(t)、干擾波的延遲波Su(t-τi)。這里，時間τs和τi為延遲時間。這里，信號的下標d表示期望波的信號。另外，干擾波的信號加下標u來表示。
圖3是說明期望波Sd(t)和干擾波Su(t)的結(jié)構(gòu)的概念圖。
期望波Sd(t)沒有特別的限定，例如包括起始的二碼元的參考信號區(qū)間(訓(xùn)練信號區(qū)間)d(t)和與之連續(xù)的數(shù)據(jù)信號區(qū)間。
這里，參考信號d(t)是對排列在頻域內(nèi)的輸入信號的訓(xùn)練碼元進行反向傅里葉變換后的信號，為時域信號。
同樣地，干擾波Su(t)也包括例如起始的二碼元的參考信號區(qū)間u(t)和與之連續(xù)的數(shù)據(jù)信號區(qū)間。
這里，不失一般性地假設(shè)期望波的參考信號區(qū)間d(t)為與干擾波的參考信號區(qū)間u(t)不同的信號的區(qū)間。
因此，自適應(yīng)陣列基站1000可通過這種不同的參考信號(訓(xùn)練信號)來識別用戶的終端等移動電臺。
圖4是說明圖1所示的自適應(yīng)陣列基站1000中的相關(guān)器1030的動作的概念圖。
對于期望波，設(shè)輸入到相關(guān)器1030的信號中有起始到達信號Sd(t)、以比保護間隔期間小的延遲時間τ2到達的短延遲信號Sd(t-τ2)及以保護間隔期間以上的延遲時間τ3到達的長延遲信號Sd(t-τ3)。對于干擾波也同樣，設(shè)其中有起始到達信號Su(t)、以比保護間隔期間小的延遲時間τ2到達的短延遲信號Su(t-τ2)及以保護間隔期間以上的延遲時間τ3到達的長延遲信號Su(t-τ3)。
在自適應(yīng)陣列基站1000中，相關(guān)器1030工作時需要對進行FFT處理前的信號進行處理，因此，為了進行這樣的FFT前的信號處理，相關(guān)器1030用充分短的取樣定時取樣接收信號。
從天線#n輸入到相關(guān)器1030的信號Xn(t)，可由以下式(16)來表示。
Xn(t)＝hn，1Sd(t)+hn，2Sd(t-τ2)+hn，3Sd(t-τ3)+...+pn，1Su(t)+pn，2Su(t-τ2)+pn，3Su(t-τ3)+...+nn(t)...(16)在式(16)中，hn，1表示用第n個天線#n接收的期望波的起始波的響應(yīng)(響應(yīng)矢量的元素)，pn，1表示用第n個天線#n接收的干擾波(SDMA中的復(fù)用方)的起始波的響應(yīng)。
同樣地，系數(shù)hn，2和hn，3表示用第n個天線#n接收的期望波的延遲波的響應(yīng)(響應(yīng)矢量的元素)，系數(shù)pn，2和pn，3表示用第n個天線#n接收的干擾波(SDMA中的復(fù)用方)的延遲波的響應(yīng)。
另外，如上所述信號Sd(t)為期望波的信號，信號Su(t)為干擾波(SDMA中的復(fù)用方)的信號。
但是，在另外存在干擾或復(fù)用用戶時，在式(16)中增加干擾波的項。
計算天線#n的接收信號Xn(t)與期望波的參考信號Sd(t)(t為參考信號區(qū)間)之間的相關(guān)函數(shù)ρn，d(t)和天線#n的接收信號Xn(t)與干擾波的參考信號Su(t)(t為參考信號區(qū)間)之間的相關(guān)函數(shù)ρn，u(t)如下。
ρn，d(t)＝hn，1δ(t)+hn，2δ(t-τ2)+hn，3δ(t-τ3)+Id(t)...(17)ρn，u(t)＝pn，1δ(t)+pn，2δ(t-τ2)+pn，3δ(t-τ3)+Iu(t)...(18)在期望波的參考信號和天線#n的接收信號之間的相關(guān)函數(shù)ρn，d(t)中，留有期望波和參考信號之間的相關(guān)分量，還留有小的干擾波和噪聲之間的相關(guān)分量Id(t)。
同樣地，在天線#n的接收信號和干擾波的參考信號之間的相關(guān)函數(shù)ρn，u(t)中，不僅留有干擾波和參考信號之間的相關(guān)分量，還留有少量的干擾波和噪聲之間的相關(guān)分量Iu(t)。
這樣的相關(guān)函數(shù)ρn，d(t)或者相關(guān)函數(shù)ρn，u(t)也稱為“滑動相關(guān)”。
圖5是表示這種相關(guān)函數(shù)ρn，d(t)的時間相關(guān)性的圖。
再有，相關(guān)函數(shù)ρn，d(t)實際上是復(fù)數(shù)，因此，是一種在復(fù)平面上其絕對值和相位隨時間變化的信號，但在圖5中，為了簡化而只表示了復(fù)平面上的預(yù)定方向的分量。
參照圖5，首先，在相關(guān)函數(shù)ρn，d(t)中作為起始到達信號分量存在峰值P1。在緊接著該峰值P1之后，與短延遲信號分量對應(yīng)地存在峰值P2。另外，在從該短延遲信號分量的峰值P2延遲的時刻存在與長延遲信號分量對應(yīng)的峰值P3。
對干擾波的相關(guān)函數(shù)ρn，u(t)也有相同的情況。
圖6是表示圖5中所示的相關(guān)函數(shù)ρn，d(t)的絕對值分量的時間相關(guān)性的圖，在圖6中，值Vt表示用以進行如后所說明的處理的閾值。
上述的相關(guān)函數(shù)ρn，d(t)相當于第n個天線的期望波信號的接收響應(yīng)(復(fù)數(shù))，但通過這種相關(guān)性求出的復(fù)響應(yīng)中有噪聲或干擾的非正交分量殘留，因此誤差大。
但是，通過該相關(guān)函數(shù)ρn，d(t)，能夠正確地求出起始到達信號的到達時刻或延遲信號的到達時間的延遲時間本身。
因此，接收響應(yīng)矢量估計器1050按如下所說明的步驟進行利用由相關(guān)函數(shù)ρn，d(t)或相關(guān)函數(shù)ρn，u(t)求出的延遲時間能更正確地求出期望波用戶終端的接收響應(yīng)和干擾波用戶終端的接收響應(yīng)的程序。
(步驟1)首先，相對如圖6中所示的相關(guān)函數(shù)的絕對值|ρn，d(t)|和|ρn，u(t)|，預(yù)先設(shè)定閾值Vt，并提取閾值以上的信號。這里，作為這樣的閾值Vt，可采用預(yù)定的值，或者采用抽出從最大的信號電平到低預(yù)定值的信號等的基準。
(步驟2)如以下說明，通過所謂的將陣列輸出和參考信號之間的均方誤差最小化的MMSE(Minimum Mean Square Error最小均方誤差)法，對這樣提取的信號正確地估計出復(fù)響應(yīng)。
這里，對于天線中的某一個，設(shè)對該天線的接收信號取樣后的信號串為矢量X，則如下所示。
X＝[x1，x2，x3，...]T...(19)雖然沒有特別的限制，但這種矢量的元素數(shù)量可以是例如64樣值或128樣值。
另外，將對期望波的參考信號進行反向傅里葉變換后的信號設(shè)為sd1、sd2、sd3、...。若設(shè)期望波的延遲信號經(jīng)路徑k到達，且其延遲時間為τk，則關(guān)于這種期望波的參考信號可與由上述的接收信號的取樣值構(gòu)成的矢量對應(yīng)，表示如下。
dk＝[□，□，...□，sd1，sd2，...]T...(20)在上述的式(20)中，用□表示的元素存在與延遲時間τk相當?shù)膫€數(shù)。另外，例如在參考信號的前端存在保護間隔時，作為用□表示的元素的值，存在于該保護間隔的信號的反向傅里葉變換的分量存在于該部分內(nèi)。
另外，為了簡化說明，在以下的說明中只考慮存在一個干擾信號的情況。
這時，與上述相同地，將對干擾信號的參考信號進行反向傅里葉變換后的元素的時序列表示為su1、su2、...。設(shè)干擾波的延遲信號路徑k′到達，且其延遲時間為τk′，則干擾信號的參考信號的時序列可與由接收信號的取樣元素構(gòu)成的矢量X對應(yīng)，表示如下。
uk′＝[□，□，...□，su1，su2，...]T...(21)以下，設(shè)通過MMSE法估計響應(yīng)矢量時，對于期望波存在多個具有不同延遲時間的路徑k例如三個，干擾波的路徑k′也存在多個例如三個。
在這種條件下，例如對第n個天線的接收信號求出響應(yīng)矢量的處理，相當于求出對期望波的響應(yīng)hk和對干擾波的響應(yīng)pk′，使得用以下式(22)表示的評價函數(shù)J1極小化。
J1=||X-Σkhk·dk-Σk′pk′·uk′||2···(22)]]>這里，若將矩陣Q和矢量a如式(23)和(24)定義，則評價函數(shù)J1成為如(25)所示。
路徑1 路徑2 ...路徑k 路徑1′路徑2′...路徑k′ J1＝‖X-Qa‖2＝(X-Qa)H(X-Qa)＝XHX-XHQa-aHQHX+aHQHQa...(25)另外，可根據(jù)該評價函數(shù)J1對矢量a極小的條件，通過以下步驟如式(26)求出矢量a。
∂∂aJ1=∂∂a(XHX)-∂∂a(XHQa)-∂∂a(aHQHX)+∂∂a(aHQHQa)]]>=0-0-2QHX+2QHQa=0]]>∴a=(QHQ)-1QHx····(26)]]>
通過如上所述，能夠?qū)ζ谕盘柡透蓴_信號求出各路徑的復(fù)振幅。
以上的程序例如是對第n個天線的導(dǎo)出處理，但這種處理同樣適用于其它天線，從而對每一個天線求出期望波和干擾波的響應(yīng)。
(步驟3)將除如上所述因閾值以上而被提取且復(fù)響應(yīng)被估計的信號以外的信號電平均設(shè)在0。
通過這種處理，可除去殘留的噪聲或干擾分量。
(步驟4)以下，對于比保護間隔時間長延遲時間，將其復(fù)響應(yīng)設(shè)為0，只將由與保護間隔時間以內(nèi)的延遲波對應(yīng)的分量構(gòu)成的復(fù)響應(yīng)的信號，對于期望波設(shè)為接收響應(yīng)ρn，dd(t)，對于干擾波設(shè)為接收響應(yīng)(相關(guān)函數(shù))ρn，ud(t)。這里，下標dd表示對期望波在保護間隔以內(nèi)的信號，下標ud表示對干擾波在保護間隔以內(nèi)的信號。
(步驟5)同樣地，將比保護間隔時間短延遲波的復(fù)響應(yīng)均設(shè)為0，將其以外的復(fù)響應(yīng)的電平殘留的響應(yīng)重新設(shè)定，對于期望波設(shè)為響應(yīng)(相關(guān)函數(shù))ρn，du(t)，對于干擾波設(shè)為響應(yīng)(相關(guān)函數(shù))ρn，uu(t)。
這里，下標du表示對期望波比保護間隔時間長的延遲波，下標uu表示對干擾波具有比保護間隔時間長的延遲時間的延遲波。
對這樣求出的干擾波的響應(yīng)，在SDMA中相當于對復(fù)用用戶的復(fù)響應(yīng)。
圖7是表示通過如上所述計算出的響應(yīng)ρn，dd(t)和響應(yīng)ρn，du(t)的時間變化的圖。
圖7中存在三個路徑，對起始到達波和第一個延遲波的來自路徑1和路徑2的信號以保護間隔長以內(nèi)到達基站，與路徑3對應(yīng)的延遲波，在從起始波的到達時間經(jīng)過保護間隔長以上的延遲時間之后到達自適應(yīng)陣列基站1000。
因此，響應(yīng)ρn，dd(t)中包含兩個峰值，響應(yīng)ρn，du(t)中包含一個峰值。
通過這樣的程序，對期望波導(dǎo)出與響應(yīng)ρn，dd(t)相當?shù)挠筛魈炀€的響應(yīng)構(gòu)成的第一響應(yīng)矢量和與響應(yīng)ρn，du(t)相當?shù)挠筛魈炀€的響應(yīng)構(gòu)成的第二響應(yīng)矢量。
同樣，對于干擾波的響應(yīng)，也導(dǎo)出與響應(yīng)ρn，ud(t)相當?shù)挠筛魈炀€的響應(yīng)構(gòu)成的第三響應(yīng)矢量和與響應(yīng)ρn，uu(t)相當?shù)挠筛魈炀€的響應(yīng)構(gòu)成的第四響應(yīng)矢量。
再有，當干擾波存在m波(m≥2)時，同樣對第m波的干擾波，導(dǎo)出相當于只由與保護間隔時間以內(nèi)的延遲波對應(yīng)的分量構(gòu)成的復(fù)響應(yīng)的由各天線的響應(yīng)構(gòu)成的第(2m+1)的響應(yīng)矢量，及相當于只留下與保護間隔時間以后的延遲波對應(yīng)的分量的復(fù)響應(yīng)的由各天線的響應(yīng)構(gòu)成的第(2m+2)的響應(yīng)矢量。
通過如上所述，在接收響應(yīng)矢量估計器1050中逐個天線地求出響應(yīng)。
接著，在FFT部1060.1～1060.n中進行如下處理。
通過對從期望終端發(fā)送并以保護間隔以內(nèi)到達的信號的復(fù)響應(yīng)ρn，dd(t)進行快速傅里葉變換，變換成每一個載波的復(fù)響應(yīng)ξn，dd(k)。這里，k是載波的編號。
圖8是表示復(fù)響應(yīng)ρn，dd(t)和與此對應(yīng)的由快速傅里葉變換得到的每個載波的復(fù)響應(yīng)ξn，dd(k)的圖。
對所有的天線進行同樣的操作，從而計算出所有天線的每個載波的復(fù)響應(yīng)。按每一個載波算出將復(fù)響應(yīng)作為元素的響應(yīng)矢量。另外，通過對復(fù)響應(yīng)ρn，du(t)進行快速傅里葉變換得到每一個載波的復(fù)響應(yīng)ξn，du(k)。
若進行這樣的處理，則例如將對在第k個載波的保護間隔期間以內(nèi)到達的信號的響應(yīng)矢量dd(k)以式(27)表示。同樣地，根據(jù)從期望終端發(fā)送并以保護間隔以上的延遲時間到達的信號的復(fù)響應(yīng)ρn，du(t)，由式(28)計算出第k個載波的響應(yīng)矢量du(k)。
dd(k)＝[ξ1，dd(k)，ξ2，dd(k)，...，ξn，dd(k)]T...(27)du(k)＝[ξ1，du(k)，ξ2，du(k)，...，ξn，du(k)]T...(28)同樣地，通過對從干擾用戶(在SDMA中，除期望用戶以外的所有連接用戶)發(fā)送并以保護間隔以內(nèi)到達的信號的復(fù)響應(yīng)ρn，ud(t)進行快速傅里葉變換，變換成每一個載波的響應(yīng)ξn，ud(k)，由式(29)計算出干擾波的第k個載波的響應(yīng)矢量id(k)。
同樣地，對于干擾波，通過對以保護間隔期間以后到達的信號的復(fù)響應(yīng)ρn，uu(t)進行快速傅里葉變換，變換成每一個載波的響應(yīng)ξn，uu(k)，對以保護間隔以上的延遲時間到達的干擾波的響應(yīng)矢量iu(k)由式(30)表示。
id(k)＝[ξ1，ud(k)，ξ2，ud(k)，...，ξn，ud(k)]T...(29)iu(k)＝[ξ1，uu(k)，ξ2，uu(k)，...，ξn，uu(k)]T...(30)再有，存在多個干擾或復(fù)用用戶時，按每一個干擾波或復(fù)用用戶計算出這樣的響應(yīng)矢量。
基于如上所述由快速傅里葉變換求出的每一個天線的第k個載波的響應(yīng)矢量，接收權(quán)計算器1070.k通過如下所述計算出對第k個載波的接收權(quán)矢量。
如下所述，由FFT部1060.1～1060.n求出第k個載波的保護間隔以內(nèi)的延遲時間的期望波的響應(yīng)矢量dd(k)、超過保護間隔的延遲時間的期望波的響應(yīng)矢量du(k)、保護間隔以內(nèi)的延遲時間的干擾波的響應(yīng)矢量id(k)、超過保護間隔的延遲時間的干擾波的響應(yīng)矢量iu(k)。
dd(k)＝[ξ1，dd(k)，ξ2，dd(k)，...，ξn，dd(k)]Tdu(k)＝[ξ1，du(k)，ξ2，du(k)，...，ξn，du(k)]Tid(k)＝[ξ1，ud(k)，ξ2，ud(k)，...，ξn，ud(k)]T...(31)
iu(k)＝[ξ1，uu(k)，ξ2，uu(k)，...，ξn，uu(k)]T根據(jù)這些信號，由式(32)計算出第k個載波的相關(guān)矩陣Rxx(k)，并基于此由式(33)計算出期望信號的接收權(quán)矢量。
另外，由式(34)計算出在SDMA的場合對復(fù)用信號對象的接收權(quán)矢量。
Rxx(k)＝dd*(k)dd(k)T+du*(k)du(k)T+id*(k)id(k)T+iu*(k)iu(k)T+σ2I...(32)Wd(k)＝Rxx(k)-1dd*(k) ...(33)Wi(k)＝Rxx(k)-1id*(k) ...(34)在式(32)中，σ2為正實數(shù)，該值可以根據(jù)經(jīng)驗避免相關(guān)矩陣的奇異點來求出，也可作為系統(tǒng)的熱噪聲功率的值。另外，I表示n×n的單位矩陣。
再有，當不存在干擾波時，在式(32)中相當于干擾波的項變成0，即使在只有期望波的場合，也由式(33)計算出期望信號的接收權(quán)矢量。
圖9和圖10是說明以上所說明的自適應(yīng)陣列基站1000的整個動作的流程圖。
參照圖9，處理開始時(步驟S100)，在相關(guān)器1030中，對陣列天線的各天線取得接收信號和期望波的參考信號之間的滑動相關(guān)(步驟S102)。
另外，在相關(guān)器1030中，對陣列天線的各天線取得接收信號和干擾波的參考信號之間的滑動相關(guān)(步驟S104)。
接著，在接收響應(yīng)矢量估計器1050中，對期望波提取具有超過預(yù)定的閾值的相關(guān)值的絕對值的信號，對干擾波提取具有超過預(yù)定的閾值的相關(guān)值的絕對值的信號(步驟S106，S108)。
另外，在接收響應(yīng)矢量估計器1050中，通過MMSE法等對期望波和干擾波估計出對提取的信號的復(fù)響應(yīng)(步驟S110)。然后，將除所提取的信號以外的信號的電平設(shè)為0(步驟S112)。
然后，在接收響應(yīng)矢量估計器1050中，將比保護間隔長延遲時間的信號分量設(shè)為0，求出對期望波的接收響應(yīng)ρn，dd(t)和對干擾波的接收響應(yīng)ρn，ud(t)(步驟S114)。另外，在接收響應(yīng)矢量估計器1050中，將比保護間隔短延遲時間的信號分量設(shè)為0，求出對期望波的接收響應(yīng)ρn，du(t)和對干擾波的接收響應(yīng)ρn，uu(t)(步驟S116)。
接著，參照圖10，在FFT部1060.1～1060.n中，通過對接收響應(yīng)ρn，dd(t)、接收響應(yīng)ρn，ud(t)、接收響應(yīng)ρn，du(t)及接收響應(yīng)ρn，uu(t)進行傅里葉變換，對各天線求出每一個載波的復(fù)響應(yīng)(步驟S118)。
由此導(dǎo)出1)對期望波中以保護間隔以內(nèi)的延遲到達的信號的每一個載波的復(fù)響應(yīng)矢量dd(k)，2)對期望波中以超過保護間隔的延遲到達的信號的每一個載波的復(fù)響應(yīng)矢量du(k)，3)對干擾波中以保護間隔以內(nèi)的延遲到達的信號的每一個載波的復(fù)響應(yīng)矢量id(k)，以及4)對干擾波中以超過保護間隔的延遲到達的信號的每一個載波的復(fù)響應(yīng)矢量iu(k)(步驟S120)。
另外，在接收權(quán)計算器1072.k中，基于導(dǎo)出的復(fù)響應(yīng)矢量，導(dǎo)出第k個載波的相關(guān)矩陣Rxx(k)，對期望波計算出對第k個載波的權(quán)矢量(步驟S122)。
在乘法器1080-1～1080-n和加法器1090中，在對來自陣列天線的各天線的接收信號進行傅里葉變換后所得到的每一個載波的信號上乘上權(quán)矢量，從而抽出對第k個載波的期望信號(步驟S124)。再有，在SDMA方式中，根據(jù)需要也對干擾波求出權(quán)矢量并抽出干擾波。
另外，若合成每一個載波的分量，則能夠進行以O(shè)FDM方式傳送的信號的解調(diào)。由此結(jié)束處理(步驟S130)。
在如上所述的方法中，短延遲信號沒有因與起始到達波之間的相位差而衰減反而被合成的理由是由于每一個載波的響應(yīng)矢量dd(k)中包含起始信號和短延遲信號兩種分量，因此，逐個載波地對各起始信號和短延遲信號進行自適應(yīng)陣列動作以使波束對準。
因此，即使載波的頻率不同也不會以反相合成。另外，根據(jù)相關(guān)矩陣Rxx(k)的式有四個有效的信號分量項(干擾為其中一項)，所以被耗用的自由度為3，因此，例如在4陣元天線中，能夠進行完全零方向(complete null direction)控制。
相對地，在不根據(jù)如上述的方式而對所有的信號進行零控制(nullcontrol)時，也需對短延遲進行指向零(direct null)的控制。這時，4陣元天線中自由度不足，不能得到足夠的特性。
在實施例1中，作為接收響應(yīng)矢量估計器1050的動作，根據(jù)式(22)～(26)中所說明的方法，求出了期望信號的復(fù)響應(yīng)和干擾信號的復(fù)響應(yīng)。
但是，在期望信號的參考信號區(qū)間與干擾信號的參考信號區(qū)間之間不存在重疊時，就不能直接照樣采用式(22)～(26)中所說明的方法。
在實施例2中，就即使在這種場合也能使用的期望信號的復(fù)響應(yīng)和干擾信號的復(fù)響應(yīng)的導(dǎo)出方法進行說明。
(期望信號響應(yīng)的估計)在求出期望信號的復(fù)響應(yīng)時，使用由以下式(35)提供的評價函數(shù)J2。再有，若無特別說明，則以下式中的符號與式(22)～(26)相同。
J2=||X-Σkhk·dk||2···(35)]]>這里，使用由以下式(36)和式(37)定義的矩陣Q′和矢量h。
此時，式(35)改寫成如下。
J2＝‖X-Q′h‖2...(38)與式(26)相同地，對于矢量h根據(jù)極小值的條件，由以下式(39)求出對期望波的路徑k的復(fù)響應(yīng)hk。
h＝(Q′HQ′)-1Q′X ...(39)(干擾信號響應(yīng)的估計)在求出干擾信號的復(fù)響應(yīng)時，使用由以下式(40)給出的評價函數(shù)J3。
J3=||X-Σk′pk′·uk′||2·····(40)]]>這里，使用由以下式(41)和式(42)定義的矩陣Q″和矢量p。
此時，式(40)改寫成如下。
J3＝‖X-Q″p‖2...(43)與式(39)相同地，對于矢量p根據(jù)極小值的條件，由以下式(44)求出對干擾波的路徑k′的復(fù)響應(yīng)pk′。
p＝(Q″HQ″)-1Q″X ...(44)通過由接收響應(yīng)矢量估計器1050執(zhí)行如以上所說明的復(fù)響應(yīng)的估計方法，可取得與實施例1相同的效果。
如以上所說明，若采用本發(fā)明的自適應(yīng)陣列基站結(jié)構(gòu)，則能夠?qū)⒈Ｗo間隔以內(nèi)的多路徑信號完全以最大比率合成，從而使接收靈敏度最大化。另外，在合成保護間隔以內(nèi)的多路徑信號時，不耗用天線自由度，因此，可維持干擾抑制性能。
工業(yè)上的可利用性如上所述，根據(jù)本發(fā)明的無線裝置和自適應(yīng)陣列處理方法，即使在對OFDM傳送方式進行自適應(yīng)陣列接收的場合也提高接收靈敏度，因此特別適用于自適應(yīng)陣列基站。
權(quán)利要求
1.一種發(fā)送接收通過使用多個載波的正交頻分通信方式在各有效碼元區(qū)間上附加保護間隔區(qū)間來傳送的信號的無線裝置，其中設(shè)有具有多個天線(#1～#n)的陣列天線；從由所述陣列天線接收的信號檢測出期望波的到達定時的到達定時檢測部件(1030)；接收響應(yīng)矢量估計部件(1050)，它估計對所述期望波中從起始到達波在所述保護間隔區(qū)間內(nèi)到達的信號的第一響應(yīng)矢量和對所述期望波中從起始到達波在所述保護間隔區(qū)間以后到達的信號的第二響應(yīng)矢量；對所述第一和第二響應(yīng)矢量進行傅里葉變換，抽出對所述多個載波中的各載波的分量的第一傅里葉變換部件(1060.1～1060.n)；對來自所述陣列天線的接收信號進行傅里葉變換，抽出對每一個所述天線的接收信號的各載波的分量的第二傅里葉變換部件(1020.1～1020.n)；以及自適應(yīng)陣列處理部件(1070.1～1070.n)，它按所述多個載波中的每一個載波設(shè)置，各自從所述第二傅里葉變換部件接受在對每一個所述天線的接收信號的載波的分量中相應(yīng)載波的分量，抽出所述期望波中的相應(yīng)載波的分量；所述自適應(yīng)陣列處理部件基于對來自所述第一傅里葉變換部件的至少所述第一和第二響應(yīng)矢量的相應(yīng)載波的分量，導(dǎo)出用以抽出所述相應(yīng)載波的分量的權(quán)矢量。
2.如權(quán)利要求1所述的無線裝置，其特征在于所述到達定時檢測部件，根據(jù)在所述第二傅里葉變換部件中進行傅里葉變換前的所述接收信號和包含與所述多個載波對應(yīng)的訓(xùn)練信號分量的參考信號之間的互相關(guān)之超過預(yù)定的閾值，對每一個所述天線檢測所述期望波。
3.如權(quán)利要求1所述的無線裝置，其特征在于所述接收響應(yīng)矢量估計部件，將由所述到達定時檢測部件檢測的所述到達定時以外的時刻的所述第一和第二響應(yīng)矢量中的響應(yīng)的電平設(shè)為0。
4.如權(quán)利要求1所述的無線裝置，其特征在于所述自適應(yīng)陣列處理部件，通過基于對所述第一和第二響應(yīng)矢量的相應(yīng)載波的分量導(dǎo)出的每一個所述載波的相關(guān)矩陣，導(dǎo)出用以抽出關(guān)于所述相應(yīng)載波的所述期望波的權(quán)矢量。
5.如權(quán)利要求1所述的無線裝置，其特征在于所述到達定時檢測部件，還從由所述陣列天線接收的信號檢測出n個干擾波(n自然數(shù)，n≥1)的到達定時；所述接收響應(yīng)矢量估計部件，就所述n個干擾波中的各干擾波估計對從各起始到達波在所述保護間隔區(qū)間內(nèi)到達的信號的第3～第(2n+1)響應(yīng)矢量，并就所述n個干擾波中的各干擾波估計分別對從各所述起始到達波在所述保護間隔區(qū)間以后到達的信號的第4～第(2n+2)響應(yīng)矢量；所述第一傅里葉變換部件，還對所述第3～第(2n+2)響應(yīng)矢量進行傅里葉變換，抽出對所述多個載波中的各載波的分量；所述自適應(yīng)陣列處理部件，基于對來自所述第一傅里葉變換部件的從所述第1至第(2n+2)響應(yīng)矢量的相應(yīng)載波的分量，導(dǎo)出用以抽出所述相應(yīng)載波的分量的權(quán)矢量。
6.如權(quán)利要求5所述的無線裝置，其特征在于所述到達定時檢測部件，根據(jù)在所述第二傅里葉變換部件中進行傅里葉變換前的所述接收信號和包含與所述多個載波對應(yīng)的訓(xùn)練信號分量的參考信號之間的互相關(guān)之超過預(yù)定的閾值，對每一個所述天線檢測所述期望波和所述干擾波。
7.如權(quán)利要求5所述的無線裝置，其特征在于所述接收響應(yīng)矢量估計部件，將由所述到達定時檢測部件檢測的所述到達定時以外的時刻的從所述第1至第(2n+2)響應(yīng)矢量中的響應(yīng)的電平設(shè)為0。
8.如權(quán)利要求5所述的無線裝置，其特征在于所述自適應(yīng)陣列處理部件，通過基于對從所述第1至第(2n+2)響應(yīng)矢量的相應(yīng)載波的分量導(dǎo)出的每一個所述載波的相關(guān)矩陣，導(dǎo)出用以抽出關(guān)于所述相應(yīng)載波的所述期望波的權(quán)矢量。
9.如權(quán)利要求8所述的無線裝置，其特征在于所述自適應(yīng)陣列處理部件，通過每一個所述載波的相關(guān)矩陣導(dǎo)出用以抽出關(guān)于所述相應(yīng)載波的所述干擾波的權(quán)矢量。
10.如權(quán)利要求5所述的無線裝置，其特征在于所述接收響應(yīng)矢量估計部件，通過最小均方誤差法估計從所述第1至第(2n+2)響應(yīng)矢量。
11.一種通過自適應(yīng)陣列處理，按與所述載波對應(yīng)的每一分量抽出通過使用多個載波的正交頻分通信方式在各有效碼元區(qū)間上附加保護間隔區(qū)間來傳送的信號的自適應(yīng)陣列處理方法，其特征在于包括從由具有多個天線(#1～#n)的陣列天線接收的信號，至少檢測出期望波的到達定時的步驟；估計對所述期望波中從起始到達波在所述保護間隔區(qū)間內(nèi)到達的信號的第一響應(yīng)矢量和對所述期望波中從起始到達波在所述保護間隔區(qū)間以后到達的信號的第二響應(yīng)矢量的步驟；對所述第一和第二響應(yīng)矢量進行傅里葉變換，抽出對所述多個載波中的各載波的分量的步驟；至少基于所述第一和第二響應(yīng)矢量的每一個載波的分量，導(dǎo)出用以通過自適應(yīng)陣列處理分離出關(guān)于期望波的與所述載波對應(yīng)的分量的權(quán)矢量的步驟；對來自所述陣列天線的接收信號進行傅里葉變換，抽出每一個所述天線的接收信號的載波分量的步驟；以及通過對每一個所述天線的接收信號的載波分量乘上所述權(quán)矢量，抽出關(guān)于所述期望波的所述相應(yīng)載波的分量的步驟。
12.如權(quán)利要求11所述的自適應(yīng)陣列處理方法，其特征在于所述檢測到達定時的步驟還包括檢測出至少一個干擾波的到達定時的步驟；還包括，估計對所述干擾波中從起始到達波在所述保護間隔區(qū)間內(nèi)到達的信號的第三響應(yīng)矢量和對所述干擾波中從起始到達波在所述保護間隔區(qū)間以后到達的信號的第四響應(yīng)矢量的步驟，及對所述第三和第四響應(yīng)矢量進行傅里葉變換，抽出對所述多個載波中的各載波的分量的步驟；所述導(dǎo)出權(quán)矢量的步驟，基于從所述第一至第四響應(yīng)矢量的每一個載波的分量導(dǎo)出所述權(quán)矢量。
全文摘要
相關(guān)器(1030)從由正交頻分復(fù)用方式傳送的信號檢測出期望波和干擾波的到達定時。接收響應(yīng)矢量估計器(1050)，估計對期望波中從起始到達波在保護間隔區(qū)間內(nèi)到達的信號的第一響應(yīng)矢量和對從起始到達波在保護間隔區(qū)間以后到達的信號的第二響應(yīng)矢量，以及對干擾波中從起始到達波在保護間隔區(qū)間內(nèi)到達的信號的第三響應(yīng)矢量和對從起始到達波在保護間隔區(qū)間以后到達的信號的第四響應(yīng)矢量。自適應(yīng)陣列塊(1070.k)基于從第一至第四響應(yīng)矢量的傅里葉變換結(jié)果導(dǎo)出權(quán)矢量。
文檔編號H04B7/08GK1605167SQ02824959
公開日2005年4月6日 申請日期2002年10月11日 優(yōu)先權(quán)日2001年10月17日
發(fā)明者小川恭孝, 大鐘武雄, 土居義晴 申請人:國立大學法人北海道大學, 三洋電機株式會社