專利名稱：無線通信方法及其裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用多個發(fā)送機構(gòu)成的發(fā)送裝置和多個接收機構(gòu)成的接收裝置在同一頻帶上復(fù)用多個信號進行傳輸?shù)臒o線通信方法及其裝置。
背景技術(shù)：
在今后的無線通信中，為了實現(xiàn)圖像分發(fā)等高速傳輸，要求頻率利用效率高的無線通信方法。一般定義的頻率利用效率可用通信量和使用的頻譜空間的大小之比來表示。使用的頻譜空間是使用的帶寬、占有的物理空間的大小、以及使用的時間之積。增大頻率利用效率的方法主要有以下3種方法。(1)增加單位頻率上傳輸?shù)男畔鬏斄俊?2)縮短小區(qū)半徑，增加可重復(fù)利用的頻率數(shù)。(3)通過交織信道配置來增加每個頻帶上可使用的信道數(shù)。
例如，在數(shù)字調(diào)制方式中，可以通過多值化來增加單位頻率的信息傳輸量。其例子有固定微波通信中從16QAM(Quadrature Amplitude Modulation，正交調(diào)幅)轉(zhuǎn)向256QAM。縮小帶寬的例子有移動通信中交織信道配置的例子?？s小物理空間的例子有像PHS(Personal Handyphone System，個人手持電話系統(tǒng))那樣實現(xiàn)了微小區(qū)的例子。縮短使用時間的例子有PDC(PersonalDigital Cellular，個人數(shù)字蜂窩)中從全速率語音編碼轉(zhuǎn)向半速率語音編碼的例子。
這樣，為了提高頻率利用效率，可組合各種無線傳輸技術(shù)。例如，在PDC中，通過組合基于扇區(qū)的頻率配置、高效率語音編碼、時分多址方式等技術(shù)，在3個扇區(qū)、1個載頻上復(fù)用了3個或6個語音信道。
作為提高頻率利用效率的簡單方法，使多個發(fā)送機的使用頻帶相互接近即可，但是隨著使用頻帶重疊，信號難以分離，其結(jié)果是，干擾量增加，通信質(zhì)量惡化。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種無線通信方法及其裝置，即使具有多個發(fā)送機的發(fā)送裝置對多個信號進行空分復(fù)用，接收端也能夠分離各個信道的接收信號。
根據(jù)本發(fā)明，在利用各發(fā)送信號間的傳播特性的互相關(guān)小的特點來進行信號分離、實現(xiàn)高的頻率利用效率的無線通信方法中，使各發(fā)送信號間具有頻率差，使發(fā)送信號頻帶的一部分相互重疊，使各發(fā)送信號的傳遞特性間的互相關(guān)減小來進行發(fā)送。然后，對其進行空間分集接收來進行信號分離。由此，即使在發(fā)送天線間距窄的情況下，也能以減小各發(fā)送信號的傳遞特性間的互相關(guān)來發(fā)送，接收端可進行信號分離。進而，提供下述無線通信方法及其裝置通過在多個發(fā)送裝置的發(fā)送系統(tǒng)間以同一載頻對傳遞特性的互相關(guān)小的發(fā)送信號進行復(fù)用并傳輸，來進行多路接入。
根據(jù)本發(fā)明的第1觀點，在發(fā)送裝置的多個發(fā)送機中，對各不相同的信息序列進行調(diào)制，以不同頻率的載波從發(fā)送天線同時發(fā)送，使得各系統(tǒng)的發(fā)送信號頻帶的一部分相互重疊。
根據(jù)本發(fā)明的第2觀點，用多個同樣的發(fā)送裝置來構(gòu)成發(fā)送臺裝置。這里，從各發(fā)送裝置發(fā)送的多個信息序列都不相同，減小各發(fā)送裝置以同一載頻發(fā)送的發(fā)送信號的傳遞特性間的互相關(guān)。
根據(jù)本發(fā)明的第3觀點，使發(fā)送臺裝置的各發(fā)送裝置內(nèi)使用的互不相同的載頻的組與其他發(fā)送裝置內(nèi)使用的載頻的組相同。
根據(jù)本發(fā)明的第4觀點，在構(gòu)成上述發(fā)送臺裝置的各發(fā)送裝置中，用各不相同的正交碼對多個發(fā)送機要發(fā)送的信息序列進行正交編碼。
根據(jù)本發(fā)明的第5觀點，在構(gòu)成上述發(fā)送臺裝置的各發(fā)送裝置中，分別用糾錯碼對多個發(fā)送機要發(fā)送的信息序列進行編碼。
根據(jù)本發(fā)明的第6觀點，實現(xiàn)了下述無線通信方法設(shè)置的上述天線的天線元的個數(shù)與發(fā)送機總數(shù)大致相同，設(shè)置的接收機的個數(shù)與發(fā)送機總數(shù)相同，在同一頻帶上對來自發(fā)送信號間的傳遞特性的互相關(guān)小的發(fā)送裝置的發(fā)送信號進行復(fù)用來傳輸，進行空間分集接收，減小所有信息序列之間的互相關(guān)，進行接收裝置中的信道間干擾消除器的信號分離。
根據(jù)本發(fā)明的第7觀點，消除信道間干擾的部件分配來自各個接收天線元的接收信號，施加加權(quán)系數(shù)并合成。根據(jù)合成所得的各輸出信號來自適應(yīng)地控制加權(quán)系數(shù)，使得各輸出信號間的相關(guān)最小。在該受控制的加權(quán)系數(shù)達到最佳時，能夠使各信道間的相互干擾最小。由此，能夠在同一載波頻帶上復(fù)用傳輸來自多個發(fā)送裝置的不同信息序列。
根據(jù)本發(fā)明的第8觀點，接收裝置通過用各個正交碼對接收信號進行相關(guān)檢波來還原發(fā)送信號。由此，能提高各信息序列的信號分量的檢測精度，包含信道間干擾消除器的不完全性在內(nèi)。
根據(jù)本發(fā)明的第9觀點，接收裝置使用與發(fā)送裝置端所用的糾錯碼對應(yīng)的解碼器。由此，能提高各信息序列的信號分量的檢測精度。
根據(jù)本發(fā)明的第10觀點，在相鄰配置各發(fā)送機的情況下，為了減小接收陣列天線間的接收信號的互相關(guān)，通過使相鄰的各發(fā)送系統(tǒng)中的載頻不同來減小頻率相關(guān)。其結(jié)果是，能提高接收裝置中的信號分離精度。由此，實現(xiàn)了下述無線通信方法在同一頻帶、或相鄰并且信號頻帶的一部分相互重疊的相鄰頻帶上減小復(fù)用傳輸，接收裝置分離所有信息序列。
根據(jù)本發(fā)明的第11觀點，實現(xiàn)了下述無線通信方法各發(fā)送裝置使信號頻帶的一部分重疊，但是發(fā)送頻率相關(guān)小的發(fā)送信號，并且在同一頻帶上對來自發(fā)送信號間的傳遞特性的互相關(guān)小的發(fā)送裝置的發(fā)送信號進行復(fù)用來傳輸，進行空間分集接收，減小所有信息序列之間的互相關(guān)，進行接收裝置中的信道間干擾消除器的信號分離。
根據(jù)本發(fā)明的第12觀點，從發(fā)送端發(fā)送訓(xùn)練序列，進行消除各信道間干擾的部件的加權(quán)系數(shù)的初始收斂。
根據(jù)本發(fā)明的第13觀點，為了在接收裝置中提高同道干擾信號的分離精度，發(fā)送端乘以正交碼，接收端對相應(yīng)的正交碼進行相關(guān)檢波。
根據(jù)本發(fā)明的第14觀點，為了在接收裝置中提高同道干擾信號的分離精度，發(fā)送端進行糾錯編碼，接收端用解碼器進行解碼。


圖1是本發(fā)明的原理性結(jié)構(gòu)的方框圖。
圖2是用于說明本發(fā)明的工作原理的方框圖。
圖3是用于說明本發(fā)明的信道間干擾消除器的工作的方框圖。
圖4是本發(fā)明的發(fā)送臺裝置的實施例的方框圖。
圖5是與圖4的發(fā)送臺裝置對應(yīng)的接收裝置的實施例的方框圖。
圖6是圖5的信道間干擾消除器的實施例的方框圖。
圖7是本發(fā)明的發(fā)送臺裝置的另一實施例的方框圖。
圖8是與圖7的發(fā)送臺裝置對應(yīng)的接收裝置的實施例的方框圖。
圖9是本發(fā)明的發(fā)送臺裝置的又一實施例的方框圖。
圖10是與圖9的發(fā)送臺裝置對應(yīng)的接收裝置的實施例的方框圖。
圖11是本發(fā)明的發(fā)送臺裝置的另一實施例的方框圖。
圖12是與圖11的發(fā)送臺裝置對應(yīng)的接收裝置的實施例的方框圖。
圖13是作為本發(fā)明的效果的、天線間隔和通信容量的關(guān)系圖。
圖14是作為本發(fā)明的效果的、頻帶分離度和通信容量的關(guān)系圖。
圖15是用于說明頻帶分離度的圖。
圖16是作為本發(fā)明的效果的、以發(fā)送天線間隔為參數(shù)的頻帶分離度和通信容量的關(guān)系圖。
具體實施例方式
圖1示出本發(fā)明的原理結(jié)構(gòu)。圖中示出發(fā)送臺裝置100使用分別由N個(N是2以上的整數(shù))發(fā)送機TR-m1～TR-mN(m＝1，…，M)構(gòu)成的M個(M是1以上的整數(shù))發(fā)送裝置10-1～10-M的情況。整個發(fā)送端有2個以上的發(fā)送機即可，因此，也可以使N為1以上的整數(shù)，M為2以上的整數(shù)。此外，各發(fā)送機TR-mn(m＝1…，M；n＝1…，N)具有信息序列生成器SG-n，生成要被傳輸?shù)男畔⑿蛄?；以及調(diào)制器11-n，對該信息序列進行調(diào)制。其中，總共N×M＝K個信息序列都不相同。此外，設(shè)發(fā)送裝置10-1～10-M間與同一號碼n對應(yīng)的發(fā)送機TR-1n～TR-Mn用同一頻率fn的載波來發(fā)送信息序列。在圖1的例子中，各發(fā)送裝置10-m(m＝1…，M)具有N個發(fā)送天線TA-ml～TA-mN，從對應(yīng)的發(fā)送機TR-ml～TR-mN送出調(diào)制過的載波。
例如，發(fā)送裝置10-1的發(fā)送機TR-11所用的載頻f1、和發(fā)送裝置10-M的發(fā)送機TR-M1所用的載頻f1相等。此外，在各發(fā)送裝置10-m中，從各發(fā)送機TR-ml～TR-mN發(fā)送的信號具有不同載頻f1～fN，各發(fā)送機TR-ml～TR-mN的各發(fā)送信號頻帶與另外至少1個發(fā)送機的發(fā)送信號頻帶相互偏離并重疊。
接收裝置20由具有M×N＝K個天線元RA-1～RA-K(以下K＝M×N)的陣列天線、信道間干擾消除器21以及K＝M×N個接收機RC-1～RC-K構(gòu)成。各接收機RC-k(k＝1…，K)包括解調(diào)器22-k，對分離出的接收信號進行解調(diào)；以及識別器23-k，識別解調(diào)出的信號并重現(xiàn)信息序列。這里，各發(fā)送裝置10-m通常與各用戶對應(yīng)，所以發(fā)送裝置間的距離被配置得足夠遠于發(fā)送裝置內(nèi)的各發(fā)送天線間的距離。一般通過擴大各發(fā)送接收天線配置間隔，各發(fā)送接收天線間唯一決定的傳遞特性的互相關(guān)減小，接收信號變得容易分離，所以在接收裝置20中接收天線元間適度遠離。
向信道間干擾消除器21中輸入來自接收陣列天線元RA-1～RA-K的接收信號。各接收信號分別在同一中心頻率上復(fù)用了M個發(fā)送信號。信道間干擾消除器21通過處理來自天線元RA-1～RA-K的接收信號，使得該輸出信號間的互相關(guān)最小，從而消除信道間干擾。由此，能夠分離包含從所有發(fā)送機發(fā)送的信息序列分量的發(fā)送信號。分離出的接收信號由各接收機RC-k的解調(diào)器22-k進行解調(diào)，由識別器23-k進行識別，重現(xiàn)信息序列。
接著具體說明信號分離的原理。為了便于說明，設(shè)M＝2，但是在M是1以上的任意整數(shù)時都能夠?qū)嵤┍景l(fā)明。圖2示出其結(jié)構(gòu)。設(shè)從發(fā)送裝置10-1的發(fā)送天線TA-11到接收天線元RA-1～RA-4的路徑分別為P11-1、P11-2、P11-3、P11-4。此外，設(shè)從發(fā)送裝置10-2的發(fā)送天線TA-12到接收天線元RA-1～RA-4的路徑分別為P12-1、P12-2、P12-3、P12-4。對發(fā)送裝置10-2也同樣規(guī)定路徑P21-1～P21-4及P22-1～P22-4。
從各發(fā)送裝置10-m的N個發(fā)送天線TA-ml～TA-mN分別以不同載頻來發(fā)送信號。傳播特性用傳播路徑的沖擊響應(yīng)來表示，為頻率的函數(shù)。因此，通過不同載頻來發(fā)送的信號間的傳播特性一般不同。在受不同傳播特性影響的各發(fā)送信號被天線接收到的情況下，其接收電平變動的形式各不相同。此時求出的與各發(fā)送信號對應(yīng)的接收信號間的互相關(guān)被稱為頻率相關(guān)。此外，所討論的2個接收信號的載頻差越大，則頻率相關(guān)越小。即，通過使發(fā)送機的載頻不同，能夠減小頻率相關(guān)，減小接收陣列天線接收的各接收信號間的互相關(guān)。其結(jié)果是，可以相鄰配置各發(fā)送天線。
例如，在路徑P11-1和P12-1上，在視線距離內(nèi)通信中，在同一發(fā)送裝置10-1內(nèi)的發(fā)送天線TA-11、TA-12的配置間隔為半波長、用兩個路徑以同一載頻來傳輸信號的情況下，接收天線RA-1上的2個接收信號間的相關(guān)非常高。但是，即使發(fā)送天線配置間隔相同，通過使兩個發(fā)送信號適當具有載頻差，減小頻率相關(guān)，也能夠減小接收信號間的互相關(guān)。在各發(fā)送裝置中，多個發(fā)送機的載頻互不相同，所以也可以通過在向天線饋電前對多個發(fā)送機分別合成發(fā)送信號，提供給1個發(fā)送天線，來減少天線數(shù)。
此外，將M個發(fā)送裝置相互遠離配置。這里，從不同發(fā)送裝置發(fā)送的信號間的傳遞特性的互相關(guān)一般很小。因此，可以在不同發(fā)送裝置間使用同一頻率的載波，并在同一載波頻帶上復(fù)用多個發(fā)送信號來傳輸。
在各發(fā)送裝置10-m(m＝1，2)中，設(shè)發(fā)送機TR-ml的載頻為f1，發(fā)送機TR-m2的載頻為f2。從各發(fā)送天線發(fā)送的信號頻譜及接收天線元接收的信號頻譜與圖2中各個天線相鄰示出。所有發(fā)送信號在各傳播路徑上傳輸，被接收天線元RA-1～RA-4接收。來自發(fā)送天線TA-11和TA-21的發(fā)送信號在同一中心頻率f1的頻帶上被復(fù)用傳輸。同樣，來自發(fā)送天線TA-12和TA-22的發(fā)送信號也在同一中心頻率f2的頻帶上被復(fù)用傳輸。此外，載頻為f1的頻帶信號和載頻為f2的頻帶信號使一部分頻譜相互重疊來傳輸。
在接收裝置20中，對各接收信號實施以下所示的用于消除信道間干擾的信號處理，分離各信息序列的信號分量。以下參照圖3來說明其原理。
為了簡化說明，設(shè)發(fā)送裝置數(shù)M＝2，各發(fā)送裝置內(nèi)的發(fā)送機數(shù)N＝1，接收天線元數(shù)為2，接收機數(shù)為2，但是在比這些值大的系統(tǒng)中也可同樣考慮。設(shè)所討論的發(fā)送天線和接收天線元間的路徑ij的衰減系數(shù)為aij，相位系數(shù)為θij，則各路徑的傳遞函數(shù)由下式給出。Pij=aijejθij---(1)]]>設(shè)發(fā)送信號序列為x，接收信號序列為y，從發(fā)送天線到接收天線的路徑矩陣為P，則y＝Px (2)x＝(x1x2)T(3)y＝(y1y2)T(4)P=p11p21p12p22---(5)]]>在信道間干擾消除器21中，設(shè)從接收天線元RA-1到接收機RC-1的路徑的加權(quán)系數(shù)為w11，從接收天線元RA-2到接收機RC-2的路徑的加權(quán)系數(shù)為w12，從接收天線元RA-2到接收機RC-1的路徑的加權(quán)系數(shù)為w21，從接收天線元RA-2到接收機RC-2的路徑的加權(quán)系數(shù)為w22，加權(quán)系數(shù)矩陣為W。如果此時的接收機輸入信號序列為z，則可以表示為
z＝Wy(6)W=w11w21w12w22---(7)]]>z＝(z1z2)T(8)由式(2)和(6)得z=WPx]]>=p11w11+p21w12p11w21+P21w22p12w11+P22w12p12w21+p22w22x1x2---(9)]]>這里，如果有將式(9)的矩陣WP變?yōu)閷蔷仃嚨木仃嘩，則能夠除去發(fā)送天線和接收天線間的路徑上的信道間干擾。即，通過決定加權(quán)系數(shù)w11、w12、w21、w22，使得矩陣的非對角元素為p11w21+p21w22＝0P12w11+P22w12＝0(10)接收端能夠分離還原發(fā)送的N個信道信號。在本發(fā)明中，通過操作加權(quán)系數(shù)矩陣W來使矩陣WP對角化。
使用各傳播路徑的估計傳播特性來自適應(yīng)地控制加權(quán)系數(shù)矩陣W。作為自適應(yīng)地控制W的算法，可以使用迫零準則、最小二乘誤差準則等準則。在自適應(yīng)信號處理中普遍使用這些算法，在本發(fā)明中也可以利用同樣的信號處理。作為一例，以下示出下述方法為了W的初始收斂，對各發(fā)送信號使用訓(xùn)練信號，通過自適應(yīng)算法來更新加權(quán)系數(shù)矩陣W。
在式(9)中，作為加權(quán)系數(shù)設(shè)定用發(fā)送信號，從各個發(fā)送機TR-1、TR-2經(jīng)天線TA-1、TA-2分別發(fā)送已知的序列(訓(xùn)練序列)，由接收機RC-1、RC-2進行接收后，集中計算加權(quán)系數(shù)矩陣W。
步驟1首先，將系數(shù)乘法器21W11～21W22的系數(shù)初始值表示為w11(0)～w22(0)，將對角分量wij(0)，i＝j(luò)例如全部設(shè)定為1，將非對角分量wij(0)，i≠j設(shè)定為0。
步驟2從各個發(fā)送機TR-1、TR-2依次發(fā)送的已知的訓(xùn)練序列x(x1，x2…)由接收天線元RA-1、RA-2接收，得到傳遞函數(shù)矩陣P＝(p11，…，P22)。具體地說，例如最初只從發(fā)送機TR-1進行發(fā)送，由接收天線RA-1、RA-2接收發(fā)送信號。對系數(shù)乘法器21W11、…、21W22設(shè)定對角分量系數(shù)wij(0)＝1，i＝j(luò)和非對角分量wij(0)＝0，i≠j。因此，各個接收天線元RA-1、RA-2接收到的信號不相互合成，原封不動地分別由對應(yīng)的接收機RC-1、RC-2進行檢波。設(shè)從發(fā)送機TR-1發(fā)送、由接收天線元RA-j接收到的信號為y1j。Px＝y(tǒng)，通過自適應(yīng)地決定P′，使得由估計傳遞函數(shù)P′和訓(xùn)練信號x算出的復(fù)本P′x和接收信號y1j之間的誤差最小，來對訓(xùn)練信號x求估計傳遞函數(shù)值p′11、p′22。
接著從發(fā)送機TR-2發(fā)送訓(xùn)練信號，對接收信號y2j同樣使傳遞函數(shù)矩陣P的估計矩陣P′收斂。由此，求出下述估計傳遞函數(shù)矩陣P′。P′=p′11p′12p′21p′22---(11)]]>得到的矩陣P′是從各個發(fā)送機到各個接收天線元的傳遞函數(shù)的估計矩陣，在理想的狀況下，P′＝P。
步驟3認為是理想的狀況，通過計算作為單位矩陣的傳遞函數(shù)矩陣P的逆矩陣來求式(9)中的矩陣WP。例如這里是2×2矩陣，所以如下所示。W=P-11p11p22-p21p12p22-p12-p21p11---(12)]]>顯然，通過這樣決定對角化了的矩陣W，接收機在理論上能夠完全分離發(fā)送信號x1、x2。
在接收訓(xùn)練序列以后的信息序列信號時，通過接收訓(xùn)練序列而求出了傳播路徑的傳遞函數(shù)估計值，將根據(jù)該傳遞函數(shù)估計值而求出的加權(quán)系數(shù)w11～w22作為初始設(shè)定值，將解調(diào)結(jié)果(解碼結(jié)果)作為參考信號通過自適應(yīng)算法來更新加權(quán)系數(shù)w11～w22，分別設(shè)定在信道間干擾消除器21的乘法器21W11～21W22中，接收以后的信息序列信號。在接收該信息序列信號時，也可以例如每隔一定時間用訓(xùn)練信號或接收機RC-1、RC-2的解調(diào)結(jié)果(解碼結(jié)果)通過自適應(yīng)算法來更新w11～w22。
應(yīng)注意的是，在圖3的原理性結(jié)構(gòu)中，從互不相同的位置上的發(fā)送天線進行發(fā)送，所以對發(fā)送機的發(fā)送載頻無需任何限制。即，即使2個發(fā)送機TR-1、TR-2使用同一頻率，通過使用不同位置上的2個發(fā)送天線TA-1、TA-2，也能夠分離接收信號。更重要的是，即使從同一天線發(fā)送發(fā)送信號x1、x2，如果發(fā)送頻率互不相同，則在傳播路徑上經(jīng)受的傳遞函數(shù)不同，所以還是能夠分離信號。
發(fā)送臺裝置及接收裝置圖4是本發(fā)明的發(fā)送臺裝置的實施例，構(gòu)成發(fā)送臺裝置100的各發(fā)送裝置由N個發(fā)送機構(gòu)成，各發(fā)送機由調(diào)制器和載波發(fā)生器構(gòu)成。在圖4中，示出發(fā)送裝置數(shù)M＝2、發(fā)送機數(shù)N＝2的情況。發(fā)送裝置10-1的發(fā)送機TR-11具有調(diào)制器11-1、變頻器12-1、以及載頻發(fā)生器13-1。在本例中，信息序列生成器SG生成的信息序列由串聯(lián)并聯(lián)變換器(S/P)15分離為2個序列的信號，作為互不相同的信息序列分別被輸入到發(fā)送機TR-11、TR-12。其他發(fā)送機TR-12、TR-21、TR-22也采用同樣的結(jié)構(gòu)。
載波發(fā)生器13-1產(chǎn)生頻率被設(shè)定為fL1的載波信號。調(diào)制器11-1的輸出在變頻器12-1中用載頻fL1進行上變頻，提供給發(fā)送天線TA-11。同一發(fā)送裝置10-1內(nèi)的發(fā)送機TR-12除了載頻fL2使用與頻率fL1不同的頻率之外，采用與發(fā)送機TR-11同樣的結(jié)構(gòu)。載波的設(shè)定頻率fL1、fL2在各發(fā)送裝置間使用同一組合的頻率，但是載頻發(fā)生器最好是頻率可變式的，以便能夠支持任何組合。
與圖4的發(fā)送臺裝置100對應(yīng)的接收裝置20的實施例示于圖5。與圖4對應(yīng)，示出接收天線元數(shù)為4的結(jié)構(gòu)。將天線元RA-1～RA-4接收到的接收信號分別輸入到信道間干擾消除器21中。輸入的信號可以是RF頻帶的信號，可以是下變頻到IF頻帶的信號，可以是基帶信號，也可以是對它們進行A/D變換后的數(shù)字信號，基本結(jié)構(gòu)不隨這些差異而改變。將基于后述手段的信道間干擾消除器21分離出的各信息序列的信號分量分別輸入到從屬的接收機RC-1～RC-4。在各個接收機RC-1～RC-4中，本地信號發(fā)生器25-1～25-4產(chǎn)生與輸入信號對應(yīng)的頻率為fL1、fL2的本地信號，變頻器24-1～24-4將接收信號變換到中頻或基帶。變頻過的接收信號由解調(diào)器22-1～22-4進行檢波，重現(xiàn)信號z1、z2、z3、z4。重現(xiàn)的信號z1、z2、z3、z4通過并聯(lián)串聯(lián)變換器26-1、26-2，還原出原來的2個信息序列。其中，解調(diào)器22-1～22-4的檢波方法可以使用同步檢波、延遲檢波等任何檢波方法。
接著，信道間干擾消除器21的實施例示于圖6。在圖6中，示出MN＝2。信道間干擾消除器21包括功率分配器21A-1、21A-2，將來自各天線元的輸入接收信號功率分配給所有接收機；振幅相位調(diào)整乘法器21W11、21W12、21W21、21W22，用于將輸入輸出間的每個路徑乘以用自適應(yīng)算法求出的加權(quán)系數(shù)(抽頭系數(shù))；功率合成器21B-1、21B-2，合成振幅相位調(diào)整過的各輸入信號；以及抽頭系數(shù)控制器21C，計算抽頭系數(shù)，提供給振幅相位調(diào)整乘法器21W11～21W22。
在接收訓(xùn)練信號時，向端子21R提供訓(xùn)練信號，并用作參考信號。在接收信息序列信號時，向端子21R反饋接收機的解調(diào)信號或判決信號z1、z2，用作參考信號。抽頭系數(shù)控制器21C根據(jù)這些參考信號而自適應(yīng)地控制各路徑的加權(quán)系數(shù)。自適應(yīng)地控制抽頭系數(shù)的方法可以應(yīng)用以往已知的使用峰值失真準則或最小二乘誤差準則的算法。
對于抽頭系數(shù)的初始收斂值的設(shè)定法，可以如前所述由發(fā)送裝置端分別發(fā)送訓(xùn)練信號，用它們與以往同樣地設(shè)定。這些電路可以用模擬電路來實現(xiàn)，也可以用數(shù)字電路來實現(xiàn)。
為了使圖4的發(fā)送臺裝置100的各發(fā)送機中所用的載波的相位的起伏或變動一致，各發(fā)送裝置內(nèi)的各發(fā)送機可以使用以公用的本地振蕩器為源的載波發(fā)生器。各發(fā)送裝置也使用同樣的結(jié)構(gòu)。再者，也可以使各發(fā)送裝置用作源的本地振蕩器與公用的本地振蕩器同步工作。例如，在各發(fā)送裝置上搭載GPS接收機，從衛(wèi)星將基準信號傳輸?shù)礁靼l(fā)送裝置，在各發(fā)送裝置內(nèi)使公用的本地振蕩器與基準信號同步。
發(fā)送裝置數(shù)M＝2的情況下，這種結(jié)構(gòu)的實施例示于圖7。該結(jié)構(gòu)是在圖4的結(jié)構(gòu)中的各發(fā)送裝置10-1、10-2中設(shè)置與基準振蕩器30產(chǎn)生的整個系統(tǒng)的基準信號同步來分別產(chǎn)生本地信號的本地振蕩器16。發(fā)送裝置10-1將來自該本地振蕩器16的本地信號分別提供給發(fā)送機TR-1、TR-2的載波發(fā)生器13-1、13-2，各載波發(fā)生器13-1、13-2與基準信號同步來產(chǎn)生頻率為fL1、fL2的載波。發(fā)送裝置10-2也采用同樣的結(jié)構(gòu)。由此，能夠使發(fā)送機TR-11、TR-12、TR-21、TR-22間的載波的相位的起伏或變動一致。
與圖7的發(fā)送臺裝置100對應(yīng)的接收裝置20的實施例示于圖8。為了使各接收機RC-1～RC-4中的本地信號發(fā)生器25-1～25-4的相位變動或起伏一致，設(shè)置產(chǎn)生公用本地信號的公用本地振蕩器27，各個本地信號發(fā)生器25-1～25-4以該公用本地信號為源來產(chǎn)生用于下變頻的頻率為fL1、fL2的本地信號。在本實施例中，還為了使接收裝置的所有本地信號與發(fā)送端的載波同步，公用本地振蕩器27例如與來自前述基于GPS的基準振蕩器30的基準信號同步來產(chǎn)生公用本地信號?？梢詫⒔庹{(diào)器22-1～22-4解調(diào)出的z1、z2、z3、z4反饋到信道間干擾消除器21，用作參考信號。解調(diào)出的信號通過并聯(lián)串聯(lián)變換器26-1、26-2，還原出原來的2個信息序列。
在圖4所示的發(fā)送臺裝置100的各接收裝置中為了提高信號分離精度，可以利用正交編碼或糾錯編碼等卷積編碼手法。圖9示出通過正交編碼來提高分離精度的結(jié)構(gòu)。如圖9所示，在各發(fā)送機中設(shè)置正交編碼器17-1、17-2，改善各發(fā)送機間的發(fā)送信號的正交性。在發(fā)送裝置10-1中，正交編碼器17-1由乘法器17A-1和正交碼發(fā)生器17B-1構(gòu)成。另一正交編碼器17-2也采用同樣的結(jié)構(gòu)。各個正交碼發(fā)生器17B-1、17B-2生成像CDMA通信中的擴頻碼那樣相互正交的正交碼，由乘法器17A-1、17A-2將正交碼與信息序列相乘，乘法結(jié)果分別被輸入到發(fā)送機TR-11、TR-12。在發(fā)送裝置10-2中也同樣。所有正交碼使用互不相同的碼。其他部分的結(jié)構(gòu)和工作與圖4的實施例相同。
圖10示出接收圖9的發(fā)送臺裝置100正交編碼過的發(fā)送信號的情況下的接收裝置20的結(jié)構(gòu)。向接收機RC-1～RC-4的輸出端分別插入相關(guān)器28A-1～28-4。向相關(guān)器28A-1～28-4分別提供正交碼發(fā)生器28B-1～28B-4產(chǎn)生的正交碼，與接收信號取相關(guān)。正交碼發(fā)生器28B-1～28B-4分別產(chǎn)生與圖9的分別對應(yīng)的4個正交碼發(fā)生器相同的碼，與接收信號取相關(guān)，來分離正交碼上疊加的輸入信號z1、z2、z3、z4。其他部分的結(jié)構(gòu)和工作與圖5的實施例相同。該方法應(yīng)用基于擴頻的通信方法。由此，能夠得到基于正交碼的序列長度的擴頻增益，能夠提高信號的識別度，所以即使殘留有信道間干擾也能夠進行良好的通信。
圖11示出使用糾錯碼的發(fā)送臺裝置100的實施例，采用將圖9的正交編碼器17-1、17-2置換為糾錯編碼器18-1、18-2的結(jié)構(gòu)。在發(fā)送裝置10-1中，要發(fā)送的信息序列由糾錯編碼器18-1、18-2進行糾錯編碼，輸入到發(fā)送機TR-11、TR-12中。發(fā)送裝置10-2也采用同樣的結(jié)構(gòu)。圖12示出與圖11的發(fā)送臺裝置100對應(yīng)的接收裝置20的結(jié)構(gòu)，將圖10的接收裝置中的相關(guān)器28A-1～28A-4及正交碼發(fā)生器28B-1～28B-4的分別對應(yīng)的組置換為解碼器29-1～29-4。接收機RC-1～RC-4的輸出分別由解碼器29-1～29-4進行解碼來得到接收信號z1、z2、z3、z4，這些重現(xiàn)的信號通過并聯(lián)串聯(lián)變換器26-1、26-2，能夠還原出原來的信息序列的信號。
通過使用圖11的發(fā)送裝置中的編碼器18-1、18-2和圖12中的解碼器29-1～29-4的組合，例如在編碼器使用卷積編碼器的情況下，與其對應(yīng)的解碼器例如使用維特比解碼器等最大似然估計器，能夠提高信號的識別度。
在上述各實施例中，發(fā)送天線可以使用任何天線，也可以在各發(fā)送裝置間使用偏振不同的天線，減小發(fā)送信號的傳遞特性間的互相關(guān)。
在上述各實施例中，各發(fā)送裝置內(nèi)的多個發(fā)送機產(chǎn)生的載頻相互略微偏離，從而得到提高信號分離度、并且提高頻率利用效率的效果，這示于圖13和圖14。這里，如圖15所示，將中心頻率f0和f1之差Δf與傳輸帶寬Ws之比定義為“頻帶分離度”。此外，在單址(發(fā)送裝置數(shù)M＝1)中，將用只依賴于同時發(fā)送總數(shù)的理想通信容量歸一化了的通信容量稱為“歸一化容量”。在圖13和圖14中設(shè)發(fā)送機數(shù)N＝2。圖13示出頻帶分離度為0％(利用頻帶完全一致)時與發(fā)送機的天線間隔對應(yīng)的歸一化容量。圖中示出，即使來自2個發(fā)送天線的發(fā)送信號的頻帶完全重疊，如果將天線間隔取得足夠大，接收裝置也能夠分離接收。在發(fā)送天線間隔為0.5個波長左右時，歸一化通信容量為零。此外，為了實現(xiàn)80％左右的歸一化通信容量，需要將發(fā)送天線間隔取為15個波長左右。圖14示出發(fā)送天線間隔為0.5個波長的情況下與頻帶分離度對應(yīng)的歸一化容量。即使發(fā)送天線間隔小至0.5個波長左右，通過偏離2個發(fā)送機的載頻，直至頻帶分離度達到30％左右，也能夠?qū)崿F(xiàn)80％的歸一化容量。
圖16以發(fā)送天線間隔為參數(shù)示出多址(發(fā)送裝置數(shù)M＝2)時與頻帶分離度對應(yīng)的歸一化容量。通過使發(fā)送天線間隔為30個波長左右，與單址的情況相比，能得到約2倍的通信容量。此外，隨著發(fā)送裝置間隔縮小，通信容量減少。
在圖13、14及16中，示出不用正交碼對信息序列進行編碼的情況下的評價結(jié)果，但是通過用正交碼對信息序列進行編碼，能夠進一步改善特性。
其中，在上述各實施例中，為了簡單，示出設(shè)置的接收陣列天線的天線元數(shù)與想要分離的信息序列的個數(shù)、即發(fā)送機總數(shù)相同的例子，但是陣列天線的天線元數(shù)可以比它多，也可以比它少。在此情況下，在圖6中設(shè)置的接收裝置的功率分配器(21A-1、21A-2)的個數(shù)也與接收陣列天線天線元數(shù)相同，但是各功率分配器將接收信號分配為與信息序列數(shù)相同個，在各個路徑上插入振幅相位調(diào)整乘法器即可。在天線元數(shù)多于信息序列數(shù)的情況下，能相應(yīng)地改善信號的分離特性。而在天線元數(shù)少于信息序列數(shù)的情況下，分離特性惡化，但是通過結(jié)合其他技術(shù)，例如圖9、圖10所示的正交編碼技術(shù)、或圖11、圖12所示的糾錯編碼技術(shù)等，能夠改善分離特性。
如上所述，根據(jù)本發(fā)明，如果使同一發(fā)送裝置內(nèi)的多個發(fā)送機的載頻相互略有不同，則即使發(fā)送信號頻帶相互大致重疊，接收裝置也能夠用多個接收天線根據(jù)每個路徑的傳遞函數(shù)的差異來分離接收信號，所以(1)能夠組合頻率軸上的復(fù)用、和空間軸上的復(fù)用來實現(xiàn)高的頻率利用效率；并且(2)能夠通過頻率相關(guān)和空間相關(guān)來降低復(fù)用信號間的互相關(guān)，提高信號分離精度，實現(xiàn)高的頻率利用效率。
權(quán)利要求
1.一種發(fā)送裝置，包含N個發(fā)送機，N是2以上的整數(shù)，該N個發(fā)送機分別包含調(diào)制器，對互不相同的信息序列進行調(diào)制；載波發(fā)生器，產(chǎn)生頻率互不相同的載波；以及變頻器，通過上述載波對上述調(diào)制器的輸出進行變頻，使得各發(fā)送信號頻帶與另外至少1個發(fā)送信號的發(fā)送信號頻帶部分重疊；以及1個以上的發(fā)送天線，送出來自上述N個發(fā)送機的輸出信號。
2.一種發(fā)送臺裝置，包括M個如權(quán)利要求1所述的發(fā)送裝置，M是2以上的整數(shù)，各發(fā)送裝置的各上述發(fā)送機發(fā)送都不相同的信息序列。
3.如權(quán)利要求2所述的發(fā)送臺裝置，其中，各上述發(fā)送裝置內(nèi)的上述發(fā)送機的各個互不相同的載頻的組與其他上述發(fā)送裝置內(nèi)的互不相同的載頻的組相同。
4.如權(quán)利要求2或3所述的發(fā)送臺裝置，其中，各上述發(fā)送裝置分別具有正交編碼器，該編碼器通過各不相同的正交碼對要被發(fā)送的所有信息序列進行編碼。
5.如權(quán)利要求2或3所述的發(fā)送臺裝置，其中，各上述發(fā)送裝置具有糾錯編碼器，該編碼器分別用糾錯碼對要被發(fā)送的所有信息序列進行編碼。
6.一種接收裝置，包含陣列天線，具有大致N×M個天線元來接收分別用不同的信息序列調(diào)制、由M組信號頻帶的一部分相互重疊的不同頻率的N個載波發(fā)送的信號，其中，N是2以上的整數(shù)，M是1以上的整數(shù)；信道間干擾消除器，將來自上述陣列天線的上述天線元的接收信號分別分配為N份，分別進行加權(quán)合成來分離N×M個信號；N×M個接收機，分別具有對上述分離出的N×M個信號分別進行解調(diào)的解調(diào)器；以及系數(shù)控制器，控制上述信道間干擾消除器的加權(quán)系數(shù)，使得上述信道間干擾消除器的輸出信號間的互相關(guān)最小。
7.如權(quán)利要求6所述的接收裝置，其中，上述信道間干擾消除器包含分配器，將來自上述陣列天線的各天線元的接收信號分配為與想要分離的信號序列數(shù)相同的份數(shù)；乘法器，將分配的信號分別乘以加權(quán)系數(shù)；以及個數(shù)與上述信息序列數(shù)相同的合成器，合成來自互不相同的天線元的加權(quán)過的每個信號，生成個數(shù)與想要分離的信息序列數(shù)相同的合成信號，將上述合成信號分別提供給個數(shù)與上述信息序列數(shù)相同的上述接收機；上述系數(shù)控制器通過根據(jù)來自上述信道間干擾消除器的上述合成信號來控制向上述乘法器提供的加權(quán)系數(shù)，使上述信道間干擾消除器的輸出信號間的互相關(guān)最小。
8.如權(quán)利要求6所述的接收裝置，其中，與正交碼對應(yīng)，在各接收機的輸出端上設(shè)有還原信息序列的相關(guān)器。
9.如權(quán)利要求6所述的接收裝置，其中，與糾錯碼對應(yīng)，在各接收機的輸出端上設(shè)有還原信息序列的解碼器。
10.一種無線通信方法，用于在多個發(fā)送機構(gòu)成的至少1個發(fā)送裝置、和具有陣列天線及個數(shù)與發(fā)送機總數(shù)相等的接收機的接收裝置之間進行無線通信，其中，該陣列天線具有個數(shù)與使用的總發(fā)射機數(shù)大致相等的接收天線元，該方法包含下述步驟在發(fā)送端，(a)上述多個發(fā)送機分別對不同信息序列進行調(diào)制，各發(fā)送信號頻帶與另外至少1個發(fā)送信號頻帶部分相互重疊，以互不相同的載頻從發(fā)送天線進行發(fā)送；在接收端，(b)接收陣列天線的多個天線元接收多個接收信號；(c)對上述接收信號實施信號處理而使處理后的輸出信號間的互相關(guān)最小，從上述接收信號中分離各個信息序列信號分量；以及(d)多個接收機對分離出的各信息序列信號分量分別進行解調(diào)、重現(xiàn)。
11.如權(quán)利要求10所述的無線通信方法，其中，在發(fā)送端相互拉開間隔設(shè)有多個上述發(fā)送裝置，各個發(fā)送裝置使用相同的上述不同載頻的組來發(fā)送各不相同的信息序列，在接收端，由個數(shù)與發(fā)送端的發(fā)送機總數(shù)大致相等的接收天線元進行接收。
12.如權(quán)利要求10或11所述的無線通信方法，其中，包含從各發(fā)送機發(fā)送已知的訓(xùn)練信號的步驟；上述步驟(c)預(yù)先用各接收裝置的接收天線元接收上述訓(xùn)練信號，接收裝置將已知的訓(xùn)練信號序列作為參考信號，使上述互相關(guān)最小，對其后的信息序列接收信號分離上述信息序列。
13.如權(quán)利要求10或11所述的無線通信方法，其中，上述步驟(a)包含下述步驟(a-1)各發(fā)送裝置的多個發(fā)送機用各不相同的正交碼對各不相同的信息序列進行編碼；以及(a-2)對其編碼輸出進行調(diào)制，以不同載頻使各發(fā)送信號頻帶的一部分相互重疊來進行發(fā)送；上述步驟(d)還包含通過求上述解調(diào)出的信號和正交碼之間的相關(guān)來還原信息序列的步驟。
14.如權(quán)利要求10或11所述的無線通信方法，其中，上述步驟(a)包含下述步驟(a-1)各發(fā)送裝置的多個發(fā)送機用糾錯碼對各不相同的信息序列進行編碼；以及(a-2)對其編碼輸出進行調(diào)制，以不同載頻使各發(fā)送信號頻帶的一部分相互重疊來進行發(fā)送；上述步驟(d)還包含對上述解調(diào)出的信號進行與糾錯碼對應(yīng)的解碼來還原信息序列的步驟。
全文摘要
一種無線通信方法及裝置，使發(fā)送裝置內(nèi)的多個發(fā)送機的載頻互不相同，并且將發(fā)送信號頻帶相互部分重疊，在接收裝置中，向信道間干擾消除器的輸入輸出間路徑提供加權(quán)系數(shù)，以便信道間干擾消除器(21)使輸出信號間的互相關(guān)最小。
文檔編號H04B7/06GK1426171SQ0215597
公開日2003年6月25日 申請日期2002年12月11日 優(yōu)先權(quán)日2001年12月12日
發(fā)明者福田敦史, 鈴木恭宜, 寺田矩芳, 野島俊雄 申請人:株式會社Ntt都科摩