專利名稱：到來方向估計(jì)方法和無線接收裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及使用陣列天線的到來方向估計(jì)方法和無線接收裝置。
背景技術(shù)：
圖1表示使用陣列天線的現(xiàn)有的無線接收裝置的結(jié)構(gòu)方框圖。在圖1中，現(xiàn)有的無線接收裝置具有接收信道數(shù)的接收單元10-1～10-N。
接收單元10-1～10-N主要由與各個(gè)陣列天線11的天線振子數(shù)相同數(shù)量的解擴(kuò)部12-1～12-M、根據(jù)各解擴(kuò)部12-1～12-M的輸出來估計(jì)信號(hào)的到來方向的到來方向估計(jì)部13、沿到來方向估計(jì)部13估計(jì)的到來方向形成方向性并相對(duì)于形成的方向性使各解擴(kuò)部12-1～12-M的輸出通過的波束形成部14、從波束形成部14的輸出取出信道信號(hào)的信道接收部15構(gòu)成。陣列天線具有將多個(gè)天線振子直線狀、以載波頻率的半波長的間隔來配置的結(jié)構(gòu)。
這里，作為到來方向估計(jì)方法的示例，說明波束搜索方法。天線的輸入信號(hào)矢量X(t)用以下的式(1)表示。
X(t)＝[x0(t)，x1(t)，…，xn(t)]T…(1)此外，沿Θ方向具有峰值的矢量(稱為轉(zhuǎn)向矢量)a(θ)用式(2)表示。
通過用a(θ)＝[1，exp(-jπsinθ)，…，exp(-jnπsinθ)]T…(2)來進(jìn)行接收，可以觀測X(t)中包含的θ方向的功率。即，空間分布H(θ)可以根據(jù)以下的式(3)來求。
假設(shè)H(θ)＝a(θ)T·X(t) …(3)，可以獲得遍及前一個(gè)180°區(qū)間的X(t)的空間分布。這里，θ取從-90°至90°范圍的值。
陣列天線中的波束形成通過將來自陣列天線的各天線振子的接收信號(hào)和復(fù)數(shù)振幅相乘，用該結(jié)果賦予任意方向性來獲得。
以下說明陣列天線的波束形成的示例。圖2是表示波束形成的示例的圖。在圖2中，基站裝置21具有4個(gè)天線振子，形成方向性，與移動(dòng)臺(tái)22和移動(dòng)臺(tái)23進(jìn)行通信。
基站裝置21在與θ方向上的移動(dòng)臺(tái)22進(jìn)行通信的情況下，4個(gè)天線振子的輸入信號(hào)矢量使用式(1)由式(4)來表示。
X(t)＝[x0(t)，x1(t)，x2(t)，x3(t)]T …(4)而且，在使陣列天線的方向性從基站裝置21朝向θ方向的移動(dòng)臺(tái)22的情況下，轉(zhuǎn)向矢量a(θ)用式(5)表示。
a(θ)＝[1，exp(-jπsinθ)，exp(-j2πsinθ)，exp(-j3πsinθ)]T …(5)通過對(duì)接收信號(hào)進(jìn)行式(4)和式(5)的矢量相乘，基站裝置21的陣列天線在θ方向上形成增益大的方向性。例如，在直線狀配置4個(gè)天線振子的陣列天線中，在θ方向上具有最大增益，在從θ方向離開22.5°以上的角度時(shí)，增益變?yōu)樽畲笤鲆娴囊话胍韵隆?br> 這樣，由于波束形成將通過陣列天線的各天線振子接收的信號(hào)分別以任意的角度進(jìn)行相位旋轉(zhuǎn)合成而形成方向性，所以將通過各天線振子接收的信號(hào)分支為多個(gè)，通過分別進(jìn)行不同的合成，可以在不同的多個(gè)方向上形成增益大的方向性。其結(jié)果，在與多個(gè)通信對(duì)方進(jìn)行通信時(shí)可以形成適當(dāng)?shù)姆较蛐浴?br> 例如，可以同時(shí)進(jìn)行在與θ方向的移動(dòng)臺(tái)22的通信時(shí)使用向θ方向的波束24，而在與φ方向的移動(dòng)臺(tái)23的通信時(shí)使用向φ方向的波束25這樣的處理。
這樣，基站裝置21通過對(duì)每個(gè)通信對(duì)方具有對(duì)應(yīng)的接收單元來處理從波束形成部輸出的信號(hào)，從而可以分別接收多個(gè)通信對(duì)方的信號(hào)。
但是，在現(xiàn)有的無線接收裝置中，由于對(duì)各信道單獨(dú)估計(jì)信號(hào)的到來方向，所以在多個(gè)移動(dòng)臺(tái)相鄰存在的狀況下，因從其他臺(tái)受到的干擾，在到來方向的估計(jì)上不能獲得充分的精度，存在接收上不能形成最佳的天線方向性的問題。
此外，由于對(duì)每個(gè)信道估計(jì)無線信號(hào)的到來方向，所以需要對(duì)每個(gè)信道設(shè)置接收單元10-1、10-2、…、10-N，由于需要各接收單元10-1、10-2、…、10-N中接收的信道數(shù)的到來方向估計(jì)部和接收的信道數(shù)×天線數(shù)的解擴(kuò)部，所以存在電路規(guī)模大，成本升高的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種到來方向估計(jì)方法和無線接收裝置，可以降低電路規(guī)模，即使在多個(gè)移動(dòng)臺(tái)相鄰存在、信號(hào)的到來方向估計(jì)精度惡化的情況下，也可以防止接收品質(zhì)惡化。
該目的如下來實(shí)現(xiàn)通過根據(jù)每個(gè)信道分離前狀態(tài)的接收信號(hào)來求信號(hào)到來方向所對(duì)應(yīng)的接收信號(hào)的強(qiáng)度分布，根據(jù)該強(qiáng)度分布來對(duì)每個(gè)頻道假定信號(hào)的到來方向，決定并接收天線的方向性，通過將從大致同一方向到來的信號(hào)進(jìn)行成組來估計(jì)到來方向，沿以組單位估計(jì)的到來方向來形成天線的方向性，進(jìn)行無線接收，從而以組單位接收信號(hào)，進(jìn)行期望的信號(hào)的分離或提取。


圖1表示現(xiàn)有的無線接收裝置的結(jié)構(gòu)方框圖；圖2表示波束形成的示例圖；圖3表示本發(fā)明一實(shí)施例的無線接收裝置的結(jié)構(gòu)方框圖；圖4表示本發(fā)明一實(shí)施例的無線接收裝置的工作狀況的說明圖；圖5表示本發(fā)明一實(shí)施例的無線接收裝置中的解擴(kuò)前的所有接收信號(hào)的空間頻譜的圖；圖6是表示本發(fā)明一實(shí)施例的無線接收裝置中的解擴(kuò)后的信道2的空間頻譜的圖；以及圖7是表示本發(fā)明一實(shí)施例的無線接收裝置中的波束圖案的圖。
具體實(shí)施例方式
以下，參照附圖來說明本發(fā)明的實(shí)施例。
(實(shí)施例1)以下，參照附圖來詳細(xì)說明本發(fā)明的一實(shí)施例。
圖3表示本發(fā)明一實(shí)施例的無線接收裝置的結(jié)構(gòu)方框圖。在圖3中，無線接收裝置100主要由多個(gè)天線振子101-1～101-4、空間分布形成部102、到來方向估計(jì)部103、多個(gè)接收單元104-1～104-4構(gòu)成。無線接收裝置100可以形成波束形成部111的數(shù)量的方向性。
這里，說明本實(shí)施例的無線接收裝置100可以使用的信道數(shù)的最大值為20，將對(duì)接收單元104-1～104-4進(jìn)行解調(diào)的信號(hào)均等分配給5個(gè)信道，由天線振子101-1～101-4形成的波束數(shù)為4的情況。在本實(shí)施例的無線接收裝置100中，天線振子的數(shù)目、解擴(kuò)部、信道接收部的數(shù)目沒有特別限定。
接收單元104-1～104-4主要由各個(gè)波束形成部111、多個(gè)解擴(kuò)部112-1～112-m、多個(gè)信道接收部113-1～113-m構(gòu)成。
天線振子101-1～101-4將接收的無線信號(hào)作為接收信號(hào)輸出到空間分布形成部102和接收單元104-1～104-4。
空間分布形成部102用通過天線振子101-1～101-4接收的解擴(kuò)前的接收信號(hào)來對(duì)信號(hào)的到來方向形成接收信號(hào)的強(qiáng)度分布、即空間分布或空間信息。
到來方向估計(jì)部103根據(jù)空間分布形成部102中形成的空間信息來假定從通信對(duì)方發(fā)送的信號(hào)的到來方向，將到來方向信息按每個(gè)到來方向分配輸出到接收單元104-1～104-4。
接收單元104-1～104-4根據(jù)各自到來方向的信息來生成天線的方向性，即生成波束，接收無線信號(hào)，將接收的信號(hào)和到來方向的信號(hào)所對(duì)應(yīng)的擴(kuò)頻碼相乘，對(duì)各信道的信號(hào)進(jìn)行分離。
以下，說明接收單元104-1～104-4的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。
波束形成部111根據(jù)到來方向的信息將從天線振子101-1～101-4輸出的接收信號(hào)分別以規(guī)定的角度進(jìn)行相位旋轉(zhuǎn)合成，以提高從到來方向發(fā)送的信號(hào)的接收電平。其結(jié)果，波束形成部111沿到來方向估計(jì)部103估計(jì)的信號(hào)的到來方向來生成波束。
解擴(kuò)部112-1～112-m對(duì)波束形成部111中合成的信號(hào)進(jìn)行解擴(kuò)，輸出到信道接收部113-1～113-m。這里，解擴(kuò)中使用的擴(kuò)頻碼是從到來方向發(fā)送的信號(hào)解擴(kuò)時(shí)使用的擴(kuò)頻碼。
信道接收部113-1～113-m對(duì)從解擴(kuò)部112-1～112～m輸出的信號(hào)進(jìn)行解調(diào)。
通過采用這樣的結(jié)構(gòu)，接收單元104-1～104-4用形成相同方向性的天線來接收、分離大致從同一方向到來的信號(hào)，從而可以獲得期望的信號(hào)。
下面說明本實(shí)施例的無線接收裝置100的工作狀況。圖4表示與本實(shí)施例的無線接收裝置通信的通信對(duì)方的方向示意圖。
在圖4中，無線接收裝置用16個(gè)信道來與通信對(duì)方進(jìn)行通信。這里，用ch1、ch3、ch10、以及ch19的信道進(jìn)行通信的通信對(duì)方從無線接收裝置來看存在于相鄰的方向上。到來方向估計(jì)部103將用這些ch1、ch3、ch10、以及ch19的信道進(jìn)行通信的通信對(duì)方作為一個(gè)組G1來估計(jì)到來方向，在進(jìn)行相同的波束形成處理并取出信號(hào)后，分別乘以擴(kuò)頻碼來進(jìn)行解擴(kuò)，取出各信道的信號(hào)。
此外，用ch2、ch5、ch9、ch12、以及ch17的信道進(jìn)行通信的通信對(duì)方從無線接收裝置來看存在于相鄰的方向上。到來方向估計(jì)部103將用這些ch2、ch5、ch9、ch12、以及ch17的信道進(jìn)行通信的通信對(duì)方作為一個(gè)組G2來估計(jì)到來方向，在進(jìn)行相同的波束形成處理并取出信號(hào)后，分別乘以擴(kuò)頻碼來進(jìn)行解擴(kuò)，取出各信道的信號(hào)。
同樣，用ch0、ch4、以及ch7的信道進(jìn)行通信的通信對(duì)方從無線接收裝置來看存在于相鄰的方向上。到來方向估計(jì)部103將用這些ch0、ch4、以及ch7的信道進(jìn)行通信的通信對(duì)方作為一個(gè)組G3來估計(jì)到來方向，在進(jìn)行相同的波束形成處理并取出信號(hào)后，分別乘以擴(kuò)頻碼來進(jìn)行解擴(kuò)，取出各信道的信號(hào)。
另外，用ch6、ch15、ch16、以及ch20的信道進(jìn)行通信的通信對(duì)方從無線接收裝置來看存在于相鄰的方向上。到來方向估計(jì)部103將用這些ch6、ch15、ch16、以及ch20的信道進(jìn)行通信的通信對(duì)方作為一個(gè)組G4來估計(jì)到來方向，在進(jìn)行相同的波束形成處理并取出信號(hào)后，分別乘以擴(kuò)頻碼來進(jìn)行解擴(kuò)，取出各信道的信號(hào)。
這樣，本實(shí)施例的無線接收裝置用進(jìn)行解擴(kuò)處理前的接收信號(hào)來對(duì)信號(hào)的到來方向求接收信號(hào)的強(qiáng)度分布，通過來對(duì)每個(gè)具有峰值的頻帶進(jìn)行到來方向的估計(jì)，可以將相鄰方向上存在的通信對(duì)方集中作為一個(gè)組來估計(jì)到來方向。
下面說明信號(hào)的到來方向?qū)?yīng)的接收信號(hào)的強(qiáng)度分布。圖5表示用解擴(kuò)處理前的接收信號(hào)進(jìn)行估計(jì)了到來方向的空間頻譜的示例的圖。
在圖5中，縱軸表示接收功率值的絕對(duì)值的平方值，橫軸表示從本實(shí)施例的無線接收裝置觀察的到來方向的角度。在圖5的空間頻譜中，顯示將從彼此相鄰的通信對(duì)方發(fā)送的信號(hào)匯總為一個(gè)后的峰值G1、G2、G3、和G4。本實(shí)施例的無線接收裝置測定這些峰值G1、G2、G3、以及G4的到來方向，形成天線的方向性。
例如，如果圖5所示的頻帶B1對(duì)應(yīng)的波束由接收單元104-1生成，頻帶B2對(duì)應(yīng)的波束由接收單元104-2生成，頻帶B3對(duì)應(yīng)的波束由接收單元104-3生成，頻帶B4對(duì)應(yīng)的波束由接收單元104-4生成，那么未圖示的控制部件對(duì)接收單元104-1的m個(gè)解擴(kuò)部121-1～121-m賦予ch1、ch3、ch19、ch10的各用戶所對(duì)應(yīng)的擴(kuò)頻碼，對(duì)接收單元22-2的5個(gè)解擴(kuò)部12賦予ch2、ch9、ch12、ch15、ch17的各用戶所對(duì)應(yīng)的擴(kuò)頻碼，對(duì)接收單元22-3的3個(gè)解擴(kuò)部12賦予ch0、ch4、ch7的各用戶所對(duì)應(yīng)的擴(kuò)頻碼，對(duì)接收單元22-4的4個(gè)解擴(kuò)部12賦予ch6、ch15、ch16、ch20的各用戶所對(duì)應(yīng)的擴(kuò)頻碼。
形成的方向性對(duì)期望的到來方向以外存在的峰值方向來說，接收靈敏度可為零，即可形成零方向性。該方法還披露于例如特開平(日本)9-261008號(hào)公報(bào)。
這種情況下，本發(fā)明的接收裝置通過對(duì)期望的到來方向以外存在的峰值的方向形成接收靈敏度為零的天線方向性，可以降低干擾分量的接收強(qiáng)度，可以良好地形成期望信號(hào)的SIR(Signal to Interference Ratio信號(hào)干擾比)。
圖6表示作為天線方向性的波束圖案的示例的圖。在圖6中，縱軸表示天線的增益，橫軸表示方向性的方向。
在圖6中，形成接收自峰值G2到來的信號(hào)的情況下的天線方向性。在圖6的波束圖案中，在峰值G2的方向上增益大。此外，在圖6的波束圖案中，峰值G1、G3、以及G4的方向上增益小，成為所謂的零。
通過在波束圖案中形成圖6的方向性，使峰值G2方向上增益變大，可以用高強(qiáng)度來接收從峰值G2方向到來的無線信號(hào)。由于圖6的波束圖案在峰值G1、G3、以及G4的方向上增益小，所以以弱的強(qiáng)度來接收作為干擾分量的從峰值G1、G3、以及G4的方向到來的無線信號(hào)，從而接收從峰值G2方向到來的包含多個(gè)信號(hào)的來自頻帶B2的信號(hào)，可以降低從峰值G1方向到來的包含多個(gè)信號(hào)的來自頻帶B1的信號(hào)、從峰值G3方向到來的包含多個(gè)信號(hào)的來自頻帶B3的信號(hào)、以及從峰值G4方向到來的包含多個(gè)信號(hào)的來自頻帶B4的信號(hào)，即可以降低干擾分量。
對(duì)從形成圖6所示的方向性的天線接收的信號(hào)實(shí)施接收處理，通過與ch2的擴(kuò)頻碼相乘，可以從峰值G2方向到來的信號(hào)、即頻帶B2中包含的ch2、ch5、ch9、ch12、以及ch17的信道信號(hào)中取出ch2的信號(hào)。
圖7表示解擴(kuò)后的波束圖案的示例的圖。在圖7中，縱軸表示接收功率的絕對(duì)值的平方值，橫軸表示從本實(shí)施例的無線接收裝置來看的到來方向的角度。圖7的空間頻譜是將接收信號(hào)與ch2對(duì)應(yīng)的擴(kuò)頻碼相乘后的頻譜。
包含ch2的信號(hào)的峰值G2′和B2′的接收功率高，而其他方向的接收功率低。
這樣，根據(jù)本發(fā)明的接收裝置，通過對(duì)信號(hào)的到來方向生成接收信號(hào)的強(qiáng)度分布，根據(jù)所述強(qiáng)度分布以頻帶單位來假定信號(hào)的到來方向，以從大致同一方向到來的多個(gè)信號(hào)單位來形成并接收天線的方向性，進(jìn)行信號(hào)的分離，所以信號(hào)分離所需的電路比信道數(shù)少，只有成組后的信號(hào)數(shù)量即可，所以可以減小電路規(guī)模，可以實(shí)現(xiàn)成本下降。
由于進(jìn)行組單位的到來方向的估計(jì)，而不需對(duì)每個(gè)信道設(shè)置到來方向估計(jì)部件，所以可以減小電路規(guī)模，可以實(shí)現(xiàn)成本下降。
根據(jù)本發(fā)明的接收裝置，在多個(gè)移動(dòng)臺(tái)相鄰存在，到來方向估計(jì)的精度惡化的情況下，通過按移動(dòng)臺(tái)存在的方向生成可增強(qiáng)接收信號(hào)的波束，將多個(gè)信號(hào)進(jìn)行集中處理，從而可以防止精度惡化。
可將本實(shí)施例用作多用戶型干擾消除器的前級(jí)處理。在將多用戶型干擾消除器和陣列天線組合時(shí)，由于需要對(duì)每個(gè)波束圖案進(jìn)行其他信道的傳播路徑估計(jì)，所以可用波束圖案的共有化來大幅度削減電路規(guī)模。
這種情況下，在圖3的解擴(kuò)部112-1～112-m中通過包括干擾分量消除部可以實(shí)現(xiàn)從接收信號(hào)中分離期望的信號(hào)和干擾分量，從波束形成部111輸出的接收信號(hào)中減去干擾分量。
在本實(shí)施例中，說明了編碼復(fù)用方式的情況，但不限于此，也可以用于多路通信、分時(shí)方式等。
此外，通過以解擴(kuò)前的信號(hào)來形成空間分布，不能獲得執(zhí)行擴(kuò)頻、解擴(kuò)步驟時(shí)所得的過程增益的效果。因此，通過將空間分布的值進(jìn)行時(shí)間平均，可以消除噪聲。
從以上說明可知，通過對(duì)信號(hào)的到來方向生成接收信號(hào)的強(qiáng)度分布，根據(jù)所述強(qiáng)度分布以頻帶單位來假定信號(hào)的到來方向，以從大致同一方向到來的多個(gè)信號(hào)為單位來形成天線的方向性并進(jìn)行接收，進(jìn)行信號(hào)的分離，可以減小電路規(guī)模。即使在多個(gè)移動(dòng)臺(tái)相鄰存在，信號(hào)的到來方向估計(jì)精度惡化的情況下，也可以防止接收品質(zhì)惡化。
本說明書基于2000年1月17日申請(qǐng)的(日本)特愿2000-008292專利申請(qǐng)。其內(nèi)容全部包含于此。
權(quán)利要求
1.一種無線接收裝置，其特征在于，包括頻譜生成部件，對(duì)信號(hào)的到來方向生成接收信號(hào)的強(qiáng)度分布；到來方向假定部件，根據(jù)所述強(qiáng)度分布以頻帶單位來假定信號(hào)的到來方向；方向性形成部件，沿假定的到來方向來形成天線的方向性；以及信號(hào)分離部件，用所述方向性對(duì)應(yīng)每個(gè)所述頻帶單位來接收信號(hào)，從接收的信號(hào)中分離期望的信號(hào)。
2.如權(quán)利要求1所述的無線接收裝置，其特征在于，到來方向假定部件將強(qiáng)度分布的峰值作為到來方向來假定。
3.如權(quán)利要求1所述的無線接收裝置，其特征在于，方向性形成部件沿包含期望信號(hào)的到來方向以外的假定到來方向形成接收靈敏度低的方向性。
4.如權(quán)利要求1所述的無線接收裝置，其特征在于，頻譜生成部件用解擴(kuò)前的接收信號(hào)來生成與信號(hào)的到來方向?qū)?yīng)的強(qiáng)度分布，信號(hào)分離部件從乘以期望的信號(hào)對(duì)應(yīng)的擴(kuò)頻碼而接收的信號(hào)中分離期望的信號(hào)。
5.如權(quán)利要求1所述的無線接收裝置，其特征在于，信號(hào)分離部件包括干擾消除部件，該部件從接收信號(hào)中分離期望的信號(hào)和干擾分量，從所述接收信號(hào)中減去所述干擾分量。
6.如權(quán)利要求1所述的無線接收裝置，其特征在于，信號(hào)分離部件將接收信號(hào)分別乘以各信道的擴(kuò)頻碼后分離所述各信道的擴(kuò)頻解調(diào)信號(hào)，干擾消除部件從所述接收信號(hào)中減去所述期望信號(hào)以外的擴(kuò)頻解調(diào)信號(hào)。
7.一種基站裝置，其特征在于，包括權(quán)利要求1所述的無線接收裝置。
8.一種通信終端裝置，其特征在于，包括權(quán)利要求1所述的無線接收裝置。
9.一種到來方向估計(jì)方法，其特征在于，對(duì)信號(hào)的到來方向生成接收信號(hào)的強(qiáng)度分布，根據(jù)所述強(qiáng)度分布以頻帶單位來假定信號(hào)的到來方向，沿假定的到來方向形成天線的方向性，用所述方向性按每個(gè)所述頻帶單位來接收信號(hào)，從接收的信號(hào)中分離期望的信號(hào)。
全文摘要
空間分布形成部102用通過天線振子101－1～101－4接收的解擴(kuò)前的接收信號(hào)對(duì)信號(hào)的到來方向形成接收信號(hào)的強(qiáng)度分布、即空間分布或空間信息。到來方向估計(jì)部103根據(jù)空間分布形成部102中形成的空間信息來假定從通信對(duì)方發(fā)送的信號(hào)的到來方向,將到來方向的信息按每個(gè)到來方向分配輸出到接收單元104－1～104－4。接收單元104－1～104－4內(nèi)的波束形成部111根據(jù)到來方向的信息將從天線振子101－1～101－4輸出的接收信號(hào)分別按規(guī)定的角度進(jìn)行相位旋轉(zhuǎn)合成,提高從到來方向發(fā)送來的信號(hào)的接收電平。
文檔編號(hào)H04B7/08GK1358362SQ01800034
公開日2002年7月10日 申請(qǐng)日期2001年1月17日 優(yōu)先權(quán)日2000年1月17日
發(fā)明者星野正幸, 宮和行 申請(qǐng)人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會(huì)社