CN1358362A - 到来方向估计方法和无线接收装置 - Google Patents

Abstract

空间分布形成部102用通过天线振子101－1～101－4接收的解扩前的接收信号对信号的到来方向形成接收信号的强度分布、即空间分布或空间信息。到来方向估计部103根据空间分布形成部102中形成的空间信息来假定从通信对方发送的信号的到来方向,将到来方向的信息按每个到来方向分配输出到接收单元104－1～104－4。接收单元104－1～104－4内的波束形成部111根据到来方向的信息将从天线振子101－1～101－4输出的接收信号分别按规定的角度进行相位旋转合成,提高从到来方向发送来的信号的接收电平。

Description

到来方向估计方法和无线接收装置

                        技术领域

本发明涉及使用阵列天线的到来方向估计方法和无线接收装置。

                        背景技术

图1表示使用阵列天线的现有的无线接收装置的结构方框图。在图1中，现有的无线接收装置具有接收信道数的接收单元10-1～10-N。

接收单元10-1～10-N主要由与各个阵列天线11的天线振子数相同数量的解扩部12-1～12-M、根据各解扩部12-1～12-M的输出来估计信号的到来方向的到来方向估计部13、沿到来方向估计部13估计的到来方向形成方向性并相对于形成的方向性使各解扩部12-1～12-M的输出通过的波束形成部14、从波束形成部14的输出取出信道信号的信道接收部15构成。阵列天线具有将多个天线振子直线状、以载波频率的半波长的间隔来配置的结构。

这里，作为到来方向估计方法的示例，说明波束搜索方法。天线的输入信号矢量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(称为转向矢量)a(θ)用式(2)表示。

通过用

a(θ)＝[1，exp(-jπsinθ)，…，exp(-jnπsinθ)]T    …(2)来进行接收，可以观测X(t)中包含的θ方向的功率。即，空间分布H(θ)可以根据以下的式(3)来求。

假设

H(θ)＝a(θ)T·X(t)                                 …(3)，可以获得遍及前一个180°区间的X(t)的空间分布。这里，θ取从-90°至90°范围的值。

阵列天线中的波束形成通过将来自阵列天线的各天线振子的接收信号和复数振幅相乘，用该结果赋予任意方向性来获得。

以下说明阵列天线的波束形成的示例。图2是表示波束形成的示例的图。在图2中，基站装置21具有4个天线振子，形成方向性，与移动台22和移动台23进行通信。

基站装置21在与θ方向上的移动台22进行通信的情况下，4个天线振子的输入信号矢量使用式(1)由式(4)来表示。

X(t)＝[x0(t)，x1(t)，x2(t)，x3(t)]T                             …(4)

而且，在使阵列天线的方向性从基站装置21朝向θ方向的移动台22的情况下，转向矢量a(θ)用式(5)表示。

a(θ)＝[1，exp(-jπsinθ)，exp(-j2πsinθ)，exp(-j3πsinθ)]T   …(5)

通过对接收信号进行式(4)和式(5)的矢量相乘，基站装置21的阵列天线在θ方向上形成增益大的方向性。例如，在直线状配置4个天线振子的阵列天线中，在θ方向上具有最大增益，在从θ方向离开22.5°以上的角度时，增益变为最大增益的一半以下。

这样，由于波束形成将通过阵列天线的各天线振子接收的信号分别以任意的角度进行相位旋转合成而形成方向性，所以将通过各天线振子接收的信号分支为多个，通过分别进行不同的合成，可以在不同的多个方向上形成增益大的方向性。其结果，在与多个通信对方进行通信时可以形成适当的方向性。

例如，可以同时进行在与θ方向的移动台22的通信时使用向θ方向的波束24，而在与φ方向的移动台23的通信时使用向φ方向的波束25这样的处理。

这样，基站装置21通过对每个通信对方具有对应的接收单元来处理从波束形成部输出的信号，从而可以分别接收多个通信对方的信号。

但是，在现有的无线接收装置中，由于对各信道单独估计信号的到来方向，所以在多个移动台相邻存在的状况下，因从其他台受到的干扰，在到来方向的估计上不能获得充分的精度，存在接收上不能形成最佳的天线方向性的问题。

此外，由于对每个信道估计无线信号的到来方向，所以需要对每个信道设置接收单元10-1、10-2、…、10-N，由于需要各接收单元10-1、10-2、…、10-N中接收的信道数的到来方向估计部和接收的信道数×天线数的解扩部，所以存在电路规模大，成本升高的问题。

                         发明内容

本发明的目的在于提供一种到来方向估计方法和无线接收装置，可以降低电路规模，即使在多个移动台相邻存在、信号的到来方向估计精度恶化的情况下，也可以防止接收品质恶化。

该目的如下来实现：通过根据每个信道分离前状态的接收信号来求信号到来方向所对应的接收信号的强度分布，根据该强度分布来对每个频道假定信号的到来方向，决定并接收天线的方向性，通过将从大致同一方向到来的信号进行成组来估计到来方向，沿以组单位估计的到来方向来形成天线的方向性，进行无线接收，从而以组单位接收信号，进行期望的信号的分离或提取。

                          附图说明

图1表示现有的无线接收装置的结构方框图；

图2表示波束形成的示例图；

图3表示本发明一实施例的无线接收装置的结构方框图；

图4表示本发明一实施例的无线接收装置的工作状况的说明图；

图5表示本发明一实施例的无线接收装置中的解扩前的所有接收信号的空间频谱的图；

图6是表示本发明一实施例的无线接收装置中的解扩后的信道2的空间频谱的图；以及

图7是表示本发明一实施例的无线接收装置中的波束图案的图。

                        具体实施方式

以下，参照附图来说明本发明的实施例。

(实施例1)

以下，参照附图来详细说明本发明的一实施例。

图3表示本发明一实施例的无线接收装置的结构方框图。在图3中，无线接收装置100主要由多个天线振子101-1～101-4、空间分布形成部102、到来方向估计部103、多个接收单元104-1～104-4构成。无线接收装置100可以形成波束形成部111的数量的方向性。

这里，说明本实施例的无线接收装置100可以使用的信道数的最大值为20，将对接收单元104-1～104-4进行解调的信号均等分配给5个信道，由天线振子101-1～101-4形成的波束数为4的情况。在本实施例的无线接收装置100中，天线振子的数目、解扩部、信道接收部的数目没有特别限定。

接收单元104-1～104-4主要由各个波束形成部111、多个解扩部112-1～112-m、多个信道接收部113-1～113-m构成。

天线振子101-1～101-4将接收的无线信号作为接收信号输出到空间分布形成部102和接收单元104-1～104-4。

空间分布形成部102用通过天线振子101-1～101-4接收的解扩前的接收信号来对信号的到来方向形成接收信号的强度分布、即空间分布或空间信息。

到来方向估计部103根据空间分布形成部102中形成的空间信息来假定从通信对方发送的信号的到来方向，将到来方向信息按每个到来方向分配输出到接收单元104-1～104-4。

接收单元104-1～104-4根据各自到来方向的信息来生成天线的方向性，即生成波束，接收无线信号，将接收的信号和到来方向的信号所对应的扩频码相乘，对各信道的信号进行分离。

以下，说明接收单元104-1～104-4的内部结构。

波束形成部111根据到来方向的信息将从天线振子101-1～101-4输出的接收信号分别以规定的角度进行相位旋转合成，以提高从到来方向发送的信号的接收电平。其结果，波束形成部111沿到来方向估计部103估计的信号的到来方向来生成波束。

解扩部112-1～112-m对波束形成部111中合成的信号进行解扩，输出到信道接收部113-1～113-m。这里，解扩中使用的扩频码是从到来方向发送的信号解扩时使用的扩频码。

信道接收部113-1～113-m对从解扩部112-1～112～m输出的信号进行解调。

通过采用这样的结构，接收单元104-1～104-4用形成相同方向性的天线来接收、分离大致从同一方向到来的信号，从而可以获得期望的信号。

下面说明本实施例的无线接收装置100的工作状况。图4表示与本实施例的无线接收装置通信的通信对方的方向示意图。

在图4中，无线接收装置用16个信道来与通信对方进行通信。这里，用ch1、ch3、ch10、以及ch19的信道进行通信的通信对方从无线接收装置来看存在于相邻的方向上。到来方向估计部103将用这些ch1、ch3、ch10、以及ch19的信道进行通信的通信对方作为一个组G1来估计到来方向，在进行相同的波束形成处理并取出信号后，分别乘以扩频码来进行解扩，取出各信道的信号。

此外，用ch2、ch5、ch9、ch12、以及ch17的信道进行通信的通信对方从无线接收装置来看存在于相邻的方向上。到来方向估计部103将用这些ch2、ch5、ch9、ch12、以及ch17的信道进行通信的通信对方作为一个组G2来估计到来方向，在进行相同的波束形成处理并取出信号后，分别乘以扩频码来进行解扩，取出各信道的信号。

同样，用ch0、ch4、以及ch7的信道进行通信的通信对方从无线接收装置来看存在于相邻的方向上。到来方向估计部103将用这些ch0、ch4、以及ch7的信道进行通信的通信对方作为一个组G3来估计到来方向，在进行相同的波束形成处理并取出信号后，分别乘以扩频码来进行解扩，取出各信道的信号。

另外，用ch6、ch15、ch16、以及ch20的信道进行通信的通信对方从无线接收装置来看存在于相邻的方向上。到来方向估计部103将用这些ch6、ch15、ch16、以及ch20的信道进行通信的通信对方作为一个组G4来估计到来方向，在进行相同的波束形成处理并取出信号后，分别乘以扩频码来进行解扩，取出各信道的信号。

这样，本实施例的无线接收装置用进行解扩处理前的接收信号来对信号的到来方向求接收信号的强度分布，通过来对每个具有峰值的频带进行到来方向的估计，可以将相邻方向上存在的通信对方集中作为一个组来估计到来方向。

下面说明信号的到来方向对应的接收信号的强度分布。图5表示用解扩处理前的接收信号进行估计了到来方向的空间频谱的示例的图。

在图5中，纵轴表示接收功率值的绝对值的平方值，横轴表示从本实施例的无线接收装置观察的到来方向的角度。在图5的空间频谱中，显示将从彼此相邻的通信对方发送的信号汇总为一个后的峰值G1、G2、G3、和G4。本实施例的无线接收装置测定这些峰值G1、G2、G3、以及G4的到来方向，形成天线的方向性。

例如，如果图5所示的频带B1对应的波束由接收单元104-1生成，频带B2对应的波束由接收单元104-2生成，频带B3对应的波束由接收单元104-3生成，频带B4对应的波束由接收单元104-4生成，那么未图示的控制部件对接收单元104-1的m个解扩部121-1～121-m赋予ch1、ch3、ch19、ch10的各用户所对应的扩频码，对接收单元22-2的5个解扩部12赋予ch2、ch9、ch12、ch15、ch17的各用户所对应的扩频码，对接收单元22-3的3个解扩部12赋予ch0、ch4、ch7的各用户所对应的扩频码，对接收单元22-4的4个解扩部12赋予ch6、ch15、ch16、ch20的各用户所对应的扩频码。

形成的方向性对期望的到来方向以外存在的峰值方向来说，接收灵敏度可为零，即可形成零方向性。该方法还披露于例如特开平(日本)9-261008号公报。

这种情况下，本发明的接收装置通过对期望的到来方向以外存在的峰值的方向形成接收灵敏度为零的天线方向性，可以降低干扰分量的接收强度，可以良好地形成期望信号的SIR(Signal to Interference Ratio：信号干扰比)。

图6表示作为天线方向性的波束图案的示例的图。在图6中，纵轴表示天线的增益，横轴表示方向性的方向。

在图6中，形成接收自峰值G2到来的信号的情况下的天线方向性。在图6的波束图案中，在峰值G2的方向上增益大。此外，在图6的波束图案中，峰值G1、G3、以及G4的方向上增益小，成为所谓的零。

通过在波束图案中形成图6的方向性，使峰值G2方向上增益变大，可以用高强度来接收从峰值G2方向到来的无线信号。由于图6的波束图案在峰值G1、G3、以及G4的方向上增益小，所以以弱的强度来接收作为干扰分量的从峰值G1、G3、以及G4的方向到来的无线信号，从而接收从峰值G2方向到来的包含多个信号的来自频带B2的信号，可以降低从峰值G1方向到来的包含多个信号的来自频带B1的信号、从峰值G3方向到来的包含多个信号的来自频带B3的信号、以及从峰值G4方向到来的包含多个信号的来自频带B4的信号，即可以降低干扰分量。

对从形成图6所示的方向性的天线接收的信号实施接收处理，通过与ch2的扩频码相乘，可以从峰值G2方向到来的信号、即频带B2中包含的ch2、ch5、ch9、ch12、以及ch17的信道信号中取出ch2的信号。

图7表示解扩后的波束图案的示例的图。在图7中，纵轴表示接收功率的绝对值的平方值，横轴表示从本实施例的无线接收装置来看的到来方向的角度。图7的空间频谱是将接收信号与ch2对应的扩频码相乘后的频谱。

包含ch2的信号的峰值G2′和B2′的接收功率高，而其他方向的接收功率低。

这样，根据本发明的接收装置，通过对信号的到来方向生成接收信号的强度分布，根据所述强度分布以频带单位来假定信号的到来方向，以从大致同一方向到来的多个信号单位来形成并接收天线的方向性，进行信号的分离，所以信号分离所需的电路比信道数少，只有成组后的信号数量即可，所以可以减小电路规模，可以实现成本下降。

由于进行组单位的到来方向的估计，而不需对每个信道设置到来方向估计部件，所以可以减小电路规模，可以实现成本下降。

根据本发明的接收装置，在多个移动台相邻存在，到来方向估计的精度恶化的情况下，通过按移动台存在的方向生成可增强接收信号的波束，将多个信号进行集中处理，从而可以防止精度恶化。

可将本实施例用作多用户型干扰消除器的前级处理。在将多用户型干扰消除器和阵列天线组合时，由于需要对每个波束图案进行其他信道的传播路径估计，所以可用波束图案的共有化来大幅度削减电路规模。

这种情况下，在图3的解扩部112-1～112-m中通过包括干扰分量消除部可以实现从接收信号中分离期望的信号和干扰分量，从波束形成部111输出的接收信号中减去干扰分量。

在本实施例中，说明了编码复用方式的情况，但不限于此，也可以用于多路通信、分时方式等。

此外，通过以解扩前的信号来形成空间分布，不能获得执行扩频、解扩步骤时所得的过程增益的效果。因此，通过将空间分布的值进行时间平均，可以消除噪声。

从以上说明可知，通过对信号的到来方向生成接收信号的强度分布，根据所述强度分布以频带单位来假定信号的到来方向，以从大致同一方向到来的多个信号为单位来形成天线的方向性并进行接收，进行信号的分离，可以减小电路规模。即使在多个移动台相邻存在，信号的到来方向估计精度恶化的情况下，也可以防止接收品质恶化。

本说明书基于2000年1月17日申请的(日本)特愿2000-008292专利申请。其内容全部包含于此。

Claims (9)

1、一种无线接收装置，其特征在于，包括：频谱生成部件，对信号的到来方向生成接收信号的强度分布；到来方向假定部件，根据所述强度分布以频带单位来假定信号的到来方向；方向性形成部件，沿假定的到来方向来形成天线的方向性；以及信号分离部件，用所述方向性对应每个所述频带单位来接收信号，从接收的信号中分离期望的信号。

2、如权利要求1所述的无线接收装置，其特征在于，到来方向假定部件将强度分布的峰值作为到来方向来假定。

3、如权利要求1所述的无线接收装置，其特征在于，方向性形成部件沿包含期望信号的到来方向以外的假定到来方向形成接收灵敏度低的方向性。

4、如权利要求1所述的无线接收装置，其特征在于，频谱生成部件用解扩前的接收信号来生成与信号的到来方向对应的强度分布，信号分离部件从乘以期望的信号对应的扩频码而接收的信号中分离期望的信号。

5、如权利要求1所述的无线接收装置，其特征在于，信号分离部件包括干扰消除部件，该部件从接收信号中分离期望的信号和干扰分量，从所述接收信号中减去所述干扰分量。

6、如权利要求1所述的无线接收装置，其特征在于，信号分离部件将接收信号分别乘以各信道的扩频码后分离所述各信道的扩频解调信号，干扰消除部件从所述接收信号中减去所述期望信号以外的扩频解调信号。

7、一种基站装置，其特征在于，包括权利要求1所述的无线接收装置。

8、一种通信终端装置，其特征在于，包括权利要求1所述的无线接收装置。

9、一种到来方向估计方法，其特征在于，对信号的到来方向生成接收信号的强度分布，根据所述强度分布以频带单位来假定信号的到来方向，沿假定的到来方向形成天线的方向性，用所述方向性按每个所述频带单位来接收信号，从接收的信号中分离期望的信号。

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