(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
無線信号を送受信するための励振素子と、上記励振素子から所定の間隔だけ離れて設けられた複数の非励振素子と、上記複数の非励振素子にそれぞれ接続された複数の可変リアクタンス素子とを備え、上記各可変リアクタンス素子のリアクタンス値を変化させることによりアレーアンテナの指向特性を変化させるアレーアンテナの制御装置において、
上記励振素子によって受信された受信信号に基づいて、主ビームの方向が実質的に所望波の方向に向くように上記受信信号に対して時間領域の信号処理を実行して処理信号を出力する第１の処理手段と、
上記第１の処理手段から出力される処理信号に基づいて、上記処理信号の絶対値と所定の定数との差である評価値を演算し、もしくは、上記処理信号と所定の学習信号との差の絶対二乗値である評価値を演算して、当該評価値を示す評価値信号を出力する演算手段と、
上記演算手段から出力される評価値信号に基づいて、実質的に所望値の評価値信号を得るように空間領域の信号処理を実行することにより、上記所望値の評価値信号が得られた、上記各可変リアクタンス素子のリアクタンス値に対応する信号を発生して上記各可変リアクタンス素子に出力する第２の処理手段とを備えたことを特徴とするアレーアンテナの制御装置。
【請求項２】
上記第２の処理手段は、
（ａ）上記各可変リアクタンス素子のリアクタンス値を変化して上記各可変リアクタンス素子に出力したときに上記演算手段から出力される評価値信号によって示される上記変化前後の２つの評価値の差の絶対値が所定のしきい値未満であるか否かを判断し、
（ｂ）上記計算された差の絶対値が所定のしきい値未満であるとき、上記変化後の評価値に対応し上記各可変リアクタンス素子のリアクタンス値に対応する信号を発生して上記各可変リアクタンス素子に出力する一方、上記計算された差の絶対値が所定のしきい値未満でないとき、上記変化後の評価値に対応する上記各可変リアクタンス素子のリアクタンス値をさらに変化して上記各可変リアクタンス素子に出力したときに上記演算手段から出力される評価値信号によって示される上記変化前後の２つの評価値の差の絶対値が所定のしきい値未満であるか否かを判断して上記判断後の処理を上記計算された差の絶対値が所定のしきい値未満となるまで繰り返すことを特徴とする請求項１記載のアレーアンテナの制御装置。
【請求項３】
上記第２の処理手段は、
（ａ）上記各可変リアクタンス素子のリアクタンス値を乱数発生法を用いて変化して上記各可変リアクタンス素子に出力したときに上記演算手段から出力される評価値信号によって示される上記変化前後の２つの評価値の差の絶対値が所定のしきい値未満であるか否かを判断し、
（ｂ）上記計算された差の絶対値が所定のしきい値未満であるとき、上記変化後の評価値に対応し上記各可変リアクタンス素子のリアクタンス値に対応する信号を発生して上記各可変リアクタンス素子に出力する一方、上記計算された差の絶対値が所定のしきい値未満でないとき、上記変化後の評価値に対応する上記各可変リアクタンス素子のリアクタンス値をソートして取捨選択し、交叉し、突然変異させことによりさらに変化して上記各可変リアクタンス素子に出力したときに上記演算手段から出力される評価値信号によって示される上記変化前後の２つの評価値の差の絶対値が所定のしきい値未満であるか否かを判断して上記判断後の処理を上記計算された差の絶対値が所定のしきい値未満となるまで繰り返すことにより、遺伝的アルゴリズムを用いて空間領域の信号処理を実行することを特徴とする請求項１記載のアレーアンテナの制御装置。
【請求項４】
上記第２の処理手段は、
（ａ）上記各可変リアクタンス素子のリアクタンス値の初期値を設定して上記各可変リアクタンス素子に出力したときに上記演算手段から出力される評価値信号によって示される評価値と、上記各可変リアクタンス素子のリアクタンス値を所定のすべての組み合わせについて変化して上記各可変リアクタンス素子に出力したときに上記演算手段から出力される評価値信号によって示される各評価値との間のそれぞれの差の最小値を有する評価値との差の絶対値が所定のしきい値未満であるか否かを判断し、
（ｂ）上記計算された差の絶対値が所定のしきい値未満であるとき、上記変化後の評価値に対応し上記各可変リアクタンス素子のリアクタンス値に対応する信号を発生して上記各可変リアクタンス素子に出力する一方、上記計算された差の絶対値が所定のしきい値未満でないとき、前回の最小値を有する評価値と、上記各可変リアクタンス素子のリアクタンス値を所定のすべての組み合わせについて変化して上記各可変リアクタンス素子に出力したときに上記演算手段から出力される評価値信号によって示される各評価値との間のそれぞれの差の最小値を有する評価値との差の絶対値が所定のしきい値未満であるか否かを判断して上記判断後の処理を上記計算された差の絶対値が所定のしきい値未満となるまで繰り返すことにより、差分ベクトルの簡易探索法を用いて空間領域の信号処理を実行することを特徴とする請求項１記載のアレーアンテナの制御装置。
【請求項５】
上記第１の処理手段は、ＣＭアルゴリズム、ＲＬＳアルゴリズム又はＬＭＳアルゴリズムに基づく線形等化器を用いて時間領域の信号処理を実行することを特徴とする請求項１乃至４のうちのいずれか１つに記載のアレーアンテナの制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、無線信号を送受信するための励振素子と、励振素子から所定の間隔だけ離れて設けられた複数の非励振素子と、複数の非励振素子にそれぞれ接続された複数の可変リアクタンス素子とを備え、各可変リアクタンス素子のアクタンス値を変化させることによりアレーアンテナの指向特性を変化させる電子制御導波器アレーアンテナ装置（Electronically Steerable Passive Array Radiator (ESPAR) Antenna；以下、エスパアンテナという。）などのアレーアンテナ装置のための制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来技術のエスパアンテナ（以下、第１の従来例という。）の基本構成は、例えば、従来技術文献１「T. Ohira et al., "Electronically steerable passive array radiator antennas for low-cost analog adaptive beamforming," 2000 IEEE International Conference on Phased Array System & Technology pp. 101-104, Dana point, California, May 21-25, 2000」や特願平１１−１９４４８７号の特許出願において提案されている。このエスパアンテナは、無線信号が送受信される励振素子と、この励振素子から所定の間隔だけ離れて設けられ、無線信号が送受信されない少なくとも１個の非励振素子と、この非励振素子に接続された可変リアクタンス素子とから成るアレーアンテナを備え、上記可変リアクタンス素子のリアクタンス値を変化させることにより、上記アレーアンテナの指向特性を変化させることができる。
【０００３】
また、従来技術である複数のアンテナ素子を備えた適応型アレーアンテナ（以下、第２の従来例という。）において、適応的なビーム形成によって実現される空間領域信号処理と、等化器による時間領域信号処理を組み合わせた時空間信号処理（以下、時空間信号処理という。）が、高速無線通信で問題となるマルチパスフェージングに対する対策として有効であることが知られている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
第１の従来例のエスパアンテナは、第２の従来例の適応型アレーアンテナに比較して、単一の励振素子のみから構成されているので、経済性の面から非常に有利である。一方、第２の従来例においては、複数のアンテナ素子毎に時空間信号処理を行うハードウェア回路を設けなければならず、その回路構成は複雑であり、高価であるという問題点があった。
【０００５】
本発明の目的は以上の問題点を解決し、第２の従来例に比較して回路構成が簡単であって、エスパアンテナで受信された受信信号に対して時空間信号処理を行うことができるアレーアンテナの制御装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明に係るアレーアンテナの制御装置は、無線信号を送受信するための励振素子と、上記励振素子から所定の間隔だけ離れて設けられた複数の非励振素子と、上記複数の非励振素子にそれぞれ接続された複数の可変リアクタンス素子とを備え、上記各可変リアクタンス素子のリアクタンス値を変化させることによりアレーアンテナの指向特性を変化させるアレーアンテナの制御装置において、
上記励振素子によって受信された受信信号に基づいて、主ビームの方向が実質的に所望波の方向に向くように上記受信信号に対して時間領域の信号処理を実行して処理信号を出力する第１の処理手段と、
上記第１の処理手段から出力される処理信号に基づいて、所定の評価基準を用いて評価値を演算して、評価値を示す評価値信号を出力する演算手段と、
上記演算手段から出力される評価値信号に基づいて、実質的に所望値の評価値信号を得るように空間領域の信号処理を実行することにより、上記所望値の評価値信号が得られた、上記各可変リアクタンス素子のリアクタンス値に対応する信号を発生して上記各可変リアクタンス素子に出力する第２の処理手段とを備えたことを特徴とする。
【０００７】
上記アレーアンテナの制御装置において、上記第２の処理手段は、好ましくは、遺伝的アルゴリズム、又は差分ベクトルの簡易探索法を用いて空間領域の信号処理を実行することを特徴とする。また、上記アレーアンテナの制御装置において、上記第１の処理手段は、好ましくは、ＣＭアルゴリズム、ＲＬＳアルゴリズム又はＬＭＳアルゴリズムに基づく線形等化器を用いて時間領域の信号処理を実行することを特徴とする。
【０００８】
本発明に係るアレーアンテナの制御方法は、無線信号を送受信するための励振素子と、上記励振素子から所定の間隔だけ離れて設けられた複数の非励振素子と、上記複数の非励振素子にそれぞれ接続された複数の可変リアクタンス素子とを備え、上記各可変リアクタンス素子のリアクタンス値を変化させることによりアレーアンテナの指向特性を変化させるアレーアンテナの制御方法において、
上記励振素子によって受信された受信信号に基づいて、主ビームの方向が実質的に所望波の方向に向くように上記受信信号に対して時間領域の信号処理を実行して処理信号を出力するステップと、
上記処理信号に基づいて、所定の評価基準を用いて評価値を演算して、評価値を示す評価値信号を出力するステップと、
上記評価値信号に基づいて、実質的に所望値の評価値信号を得るように空間領域の信号処理を実行することにより、上記所望値の評価値信号が得られた、上記各可変リアクタンス素子のリアクタンス値に対応する信号を発生して上記各可変リアクタンス素子に出力するステップとを含むことを特徴とする。
【０００９】
上記アレーアンテナの制御方法において、上記空間領域の信号処理を実行するステップは、好ましくは、遺伝的アルゴリズム、又は差分ベクトルの簡易探索法を用いて空間領域の信号処理を実行することを特徴とする。また、アレーアンテナの制御方法において、上記時間領域の信号処理を実行するステップは、好ましくは、ＣＭアルゴリズム、ＲＬＳアルゴリズム又はＬＭＳアルゴリズムに基づく線形等化器を用いて時間領域の信号処理を実行することを特徴とする。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明に係る実施形態について説明する。
【００１１】
＜実施形態＞
図１は、本発明に係る実施形態である、エスパアンテナと呼ばれるアレーアンテナ装置１００のための制御装置の構成を示すブロック図である。この制御装置の特徴は、アレーアンテナ装置１００に対して、時間領域信号処理部４と、評価値計算部５と、空間領域信号処理部６とを備えたことを特徴としている。
【００１２】
図１において、このアレーアンテナの制御装置は、１つの励振素子Ａ０と、６個の非励振素子Ａ１乃至Ａ６と、接地導体１１とを備えてなる従来技術のエスパアンテナで構成されたアレーアンテナ装置１００のための制御装置である。アレーアンテナ装置１００においては、１つの励振素子Ａ０と、６個の非励振素子Ａ１乃至Ａ６とは、図１に示すように、励振素子Ａ０を中心とする半径ｄの円周上に非励振素子Ａ１乃至Ａ６が等間隔となるように配置される。ここで、非励振素子Ａ１乃至Ａ６の各一端はそれぞれ、各可変リアクタンス素子１２−１乃至１２−６を介して接地されている。また、非励振素子Ａ１乃至Ａ６は、図２に示すように、各素子Ａ０乃至Ａ６の長さに対して十分に大きい広さを有する導体板にてなる接地導体１１とは電気的に絶縁されるように支持され、各非励振素子Ａ１乃至Ａ６の接地導体１１側の他端はそれぞれ、可変リアクタンス素子１２−１乃至１２−６を介して接地されている。また、各可変リアクタンス素子１２は例えば可変容量ダイオードにてなる。なお、各素子Ａ０乃至Ａ６は例えば１／４波長の長さを有するモノポール型アンテナ素子である。また、半径ｄは１／４波長である。ここで、１波長は送受信する無線信号の波長である。
【００１３】
アレーアンテナ装置１００の励振素子Ａ０で受信された受信信号は、低雑音増幅器１により増幅された後、ダウンコンバータ２により例えば中間周波信号にダウンコンバートされ、さらにはＡ／Ｄ変換器３によりディジタル形式の受信信号ｘ（ｋ）にＡ／Ｄ変換されて時間領域信号処理部４に入力される。次いで、時間領域信号処理部４は、入力される受信信号ｘ（ｋ）に基づいて、主ビームの方向が実質的に所望波の方向に向くように上記受信信号ｘ（ｋ）に対して時間領域の信号処理を実行して処理信号ｙ（ｋ）を評価値計算部５及び復調器７に出力する。時間領域信号処理部４における具体的な時間領域の処理は、詳細後述するように、図３に示すようなトランスバーサルフィルタ回路２０及びＣＭＡ処理コントローラ２１からなる時間領域信号処理部４−１により実行される第１の実施形態に係る処理、もしくは、図５に示すようなトランスバーサルフィルタ回路２０及びＬＭＳ処理コントローラ２１ａからなる時間領域信号処理部４−２により実行される第２の実施形態に係る処理などである。一方、復調器７は、入力される処理信号ｙ（ｋ）に対して、送信側の変調方式に対応した復調処理を施し、復調後の復調信号を外部装置に出力する。
【００１４】
次いで、評価値計算部５は、一時記憶メモリを有する例えばＤＳＰ（ディジタル・シグナル・プロセッサ）などのＭＰＵで構成され、入力される処理信号ｙ（ｋ）に基づいて、所定の評価基準を用いて評価値を演算して、評価値を示す評価値信号を空間領域信号処理部６に出力する。さらに、空間領域信号処理部６は、一時記憶メモリを有する例えばＤＳＰなどのＭＰＵで構成され、入力される評価値信号に基づいて、実質的に所望値の評価値信号を得るように空間領域の信号処理を実行することにより、上記所望値の評価値信号が得られた、各可変リアクタンス素子１２−１乃至１２−６のリアクタンス値に対応する印加電圧信号を発生して各可変リアクタンス素子１２−１乃至１２−６に出力する。ここで、各可変リアクタンス素子１２−１乃至１２−６がそれぞれ可変容量ダイオードで構成される場合は、上記印加電圧信号は、印加バイアス電圧である。すなわち、各印加バイアス電圧を変化することにより、各可変リアクタンス素子１２−１乃至１２−６のリアクタンス値を変化させることにより、所望の指向性パターンを得るように制御できる。ここで、空間領域信号処理部６における具体的な空間領域の処理は、詳細後述するように、図４に示す遺伝的アルゴリズム（ＧＡ）を用いた空間領域信号処理（第１の実施形態）、もしくは、図６に示す差分ベクトルの簡易探索法を用いた空間領域信号処理（第２の実施形態）などの処理である。なお、上記評価値は、評価関数の関数値であり、その所望値は第１及び第２の実施形態の場合のように最小値である場合であってもよいし、その評価関数に依存して最大値であってもよい。
【００１５】
以上説明したように、本実施形態によれば、アレーアンテナ装置１００に対して、時間領域信号処理部４と、評価値計算部５と、空間領域信号処理部６とを備えたことにより、アレーアンテナ装置１００で受信された受信信号に対して、主ビームの方向が実質的に所望波の方向に向くようにかつ実質的に所望値の評価値信号を得るように、時間領域信号処理と、空間領域信号処理とを組み合わせた時空間信号処理を実行することができる。本実施形態の回路構成は、１つの励振素子Ａ０に対する１系統の受信回路のみからなっているので、第２の従来例に比較して簡単化できるとともに、高速無線通信で問題となるマルチパスフェージングの影響を軽減するのに有効である。
【００１６】
なお、アレーアンテナ装置１００は、可逆回路であって、送信アンテナとして用いるときは、励振素子Ａ０のみに無線信号が給電される一方、受信アンテナとして用いるときは、相手先の送信機からの無線信号が励振素子Ａ０により受信信号として受信される。
【００１７】
＜第１の実施形態＞
図３は、図１の時間領域信号処理部４の第１の実施形態である時間領域信号処理部４−１及び評価値計算部５−１の内部構成を示すブロック図である。
【００１８】
図３において、時間領域信号処理部４−１は、線形等化器であるトランスバーサルフィルタ回路２０と、ＣＭＡ処理コントローラ２１とを備えて構成される。Ａ／Ｄ変換器３から出力される受信信号ｘ（ｋ）は、トランスバーサルフィルタ２０に入力され、ここで、ＣＭＡ処理コントローラ２１に出力されるとともに、乗算器１４−１を介して加算器１５に出力され、また、受信信号ｘ（ｋ）は、それぞれ例えば１シンボルの１／４ないし１／２の遅延時間を有し互いに縦続接続された複数（Ｍ−１）個の遅延回路１３−１乃至１３−（Ｍ−１）を介して乗算器１４−Ｍ及びＣＭＡ処理コントローラ２１に出力される。遅延回路１３−１から出力される受信信号はＣＭＡ処理コントローラ２１に出力されるとともに、乗算器１４−２を介して加算器１５に出力される。また、遅延回路１３−ｍ（ｍ＝２，３，…，Ｍ−１）から出力される受信信号はＣＭＡ処理コントローラ２１に出力されるとともに、乗算器１４−（ｍ＋１）を介して加算器１５に出力される。ここで、各乗算器１４−ｍの重み係数ｗｋ，ｍ（ｍ＝１，２，…，Ｍ）は後述するＣＭＡ処理コントローラ２１により演算されて各乗算器１４−ｍにセットされ、各乗算器１４−ｍは入力される信号に対して重み係数ｗｋ，ｍを乗算した後加算器１５に出力する。さらに、加算器１５は入力される複数Ｍ個の信号を加算して加算結果の信号を処理信号ｙ（ｋ）としてＣＭＡ処理コントローラ２１及び評価値計算部５−１に出力する。
【００１９】
ＣＭＡ処理コントローラ２１は、以下に示すように、加算器１５からの処理信号ｙ（ｋ）と、各遅延回路１３−１乃至１３−（Ｍ−１）からの信号とに基づいて、公知のコンスタント・モジュラス・アルゴリズム（以下、ＣＭＡ又はＣＭアルゴリズムという。）を用いて、加算器１５からの信号が一定値の信号となるように、すなわち、主ビームの方向が実質的に所望波の方向に向くように上記受信信号ｘ（ｋ）に対して時間領域の信号処理を実行することにより、各乗算器１４−ｍの重み係数ｗｋ，ｍ（ｍ＝１，２，…，Ｍ）を演算して出力する。ここで、遅延回路１３−１乃至１３−（Ｍ−１）からＣＭＡ処理コントローラ２１に入力される時刻ｋにおける受信信号ベクトルＸ（ｋ）は次式で表される。
【数１】
Ｘ（ｋ）＝［ｘ１（ｋ）  ｘ２（ｋ）  …  ｘＭ−１（ｋ）］Ｔ
【００２０】
ここで、添字Ｔは行列の転置を表す。また、受信信号ベクトルＸ（ｋ）に乗算される重み係数ベクトルＷ（ｋ）を次式で表される。
【数２】
Ｗ（ｋ）＝［ｗｋ，１  ｗｋ，２  …  ｗｋ，Ｍ−１］Ｔ
【００２１】
このとき、加算器１５からの処理信号ｙ（ｋ）は次式で表される。
【数３】
ｙ（ｋ）＝Ｗ（ｋ）ＴＸ（ｋ）
【００２２】
本実施形態に係るＣＭＡ処理コントローラ２１は、ＣＭアルゴリズムに係る次式の更新式を用いて重み係数ベクトルＷ（ｋ）を更新する。
【００２３】
【数４】
Ｗ（ｋ＋１）←Ｗ（ｋ）−μ［４・Ｘ（ｋ）ｙ＊（ｋ）（｜ｙ（ｋ）｜２−σ２）］
【００２４】
ここで、σは予め決められた定数であり、本実施形態では１に設定される。また、添字＊は複素共役を表す。さらに、μは予め決められたステップサイズであり、本実施形態では、好ましくは０．０１に設定される。
【００２５】
次いで、図３の評価値計算部５−１の構成及び動作について説明する。図３において、評価値計算部５−１は、絶対値計算器２２と、減算器２３と、定数信号発生器２４と、時間積分器２５とを備えて構成される。加算器１５から出力される処理信号ｙ（ｋ）は、評価値計算部５−１の絶対値計算器２１に入力され、絶対値計算器２１は処理信号ｙ（ｋ）の絶対値を計算し、計算結果を示す信号を減算器２３に出力する。次いで、減算器２３は、絶対値計算器２２からの信号から、定数信号発生器２４により発生された所定の一定値を有する定数信号を減算し、減算結果の値を示す信号を時間積分器２５に出力する。さらに、時間積分器２５は、入力される信号に対して所定の時間間隔で時間積分し、時間積分後の信号であって上記定数信号との誤差を示す評価値信号を空間領域信号処理部６に出力する。
【００２６】
図４は、図１の空間領域信号処理部６の第１の実施形態である空間領域信号処理部６−１によって実行される、遺伝的アルゴリズム（ＧＡ）を用いた空間領域信号処理を示すフローチャートである。
【００２７】
図４に示すように、まず、ステップＳ１において第１世代の複数Ｎｐセットの印加電圧ベクトルＶＶ１乃至ＶＶＮｐを公知の一様乱数発生法を用いて発生する。ここで、Ｎｐは母集団に含まれる印加電圧ベクトルＶＶのセット数を表し、印加電圧ベクトルＶＶは、次式で表される。
【００２８】
【数５】
ＶＶ＝［ｖ１，ｖ２，…，ｖ６］
【００２９】
次いで、ステップＳ２において、評価前の最小評価値として初期値１０１０を設定した後、ステップＳ３において現在の母集団の各印加電圧ベクトルに対応する印加電圧信号を発生して可変リアクタンス素子１２−１乃至１２乃至６に出力しかつ時間領域信号処理部４−１及び評価値計算部５−１を動作させ、評価値計算部５−１から評価値を示す評価値信号を得ることにより、各印加電圧ベクトルの性能を評価する。そして、ステップＳ４において評価前後の最小評価値の差の絶対値が所定の評価しきい値ε１（例えば、１０−３である。）以下であるか否かが判断され、ＮＯのときはステップＳ５に進む一方、ＹＥＳのときはステップＳ９に進む。
【００３０】
ステップＳ５において評価された各印加電圧ベクトルの評価値を昇順でソートし、より高いＮｐａ（＜Ｎｐ）セットの印加電圧ベクトルを取捨選択した後、ステップＳ６において各２つの印加電圧ベクトルの対の前半部（各ベクトルの前半に位置する要素）と後半部（各ベクトルの後半に位置する要素）とを交換することにより、交叉を行う。そして、ステップＳ７において一様乱数法により発生された乱数によってランダムに選択された各２つの印加電圧ベクトルの対で、先頭の要素（例えば３つ）を交換することにより、突然変異を行った後、ステップＳ８において、上述のステップＳ３の処理と同様に、現在の母集団の各印加電圧ベクトルに対応する印加電圧信号を発生して可変リアクタンス素子１２−１乃至１２乃至６に出力しかつ時間領域信号処理部４−１及び評価値計算部５−１を動作させ、評価値計算部５−１から評価値を示す評価値信号を得ることにより、各印加電圧ベクトルの性能を評価した後、ステップＳ４の判断ステップに戻る。ここで、ＹＥＳであれば、ステップＳ９において評価後の印加電圧ベクトルの母集団のうち、最小の評価値を有する印加電圧ベクトルを選択して印加電圧信号を発生して可変リアクタンス素子１２−１乃至１２−６に出力して当該アレーアンテナの制御装置を運用し、当該空間領域信号処理を終了する。
【００３１】
以上のように実行される空間領域信号処理においては、入力される評価値信号に基づいて、実質的に所望値の評価値信号を得るように空間領域の信号処理を実行することにより、上記所望値の評価値信号が得られた、各可変リアクタンス素子１２−１乃至１２−６のリアクタンス値に対応する印加電圧信号を発生して各可変リアクタンス素子１２−１乃至１２−６に出力している。
【００３２】
＜第２の実施形態＞
次いで、第２の実施形態に係る時間領域信号処理及び空間領域信号処理について以下に説明する。
【００３３】
図５は、図１の時間領域信号処理部４の第２の実施形態である時間領域信号処理部４−２及び評価値計算部５−２の内部構成を示すブロック図であり、図５において、図３と同様の処理部については同様の符号を付している。
【００３４】
図５において、時間領域信号処理部４−２は、トランスバーサルフィルタ回路２０と、ＬＭＳ処理コントローラ２１ａと、学習シーケンス信号発生器２６とを備えて構成される。Ａ／Ｄ変換器３から出力される受信信号ｘ（ｋ）は、図３と同様の構成を有するトランスバーサルフィルタ２０に入力され、当該トランスバーサルフィルタ回路２０内の遅延回路１３−１乃至１３−（Ｍ−１）の入出力端子から出力される信号は、図３の第１の実施形態と同様に、ＬＭＳ処理コントローラ２１ａに出力される。また、トランスバーサルフィルタ回路２０の加算器１５から出力される処理信号ｙ（ｋ）はＬＭＳ処理コントローラ２１ａ及び評価値計算部５−２内の減算器２７に出力される。学習シーケンス信号発生器２６は、ディジタルデータ無線通信の通信前の学習処理において、送信機側で発生される学習シーケンス信号の信号パターンと同一の信号パターンを有する学習シーケンス信号ｒ（ｋ）を繰り返し発生してＬＭＳ処理コントローラ２１ａ及び減算器２７に出力する。
【００３５】
また、評価値計算部５−２は、減算器２７と、絶対二乗値計算器２８と、時間積分器２９とを備えて構成される。減算器２７は、学習シーケンス信号発生器２６により発生される学習シーケンス信号ｒ（ｋ）から、トランスバーサルフィルタ回路２０の加算器１５から出力される処理信号ｙ（ｋ）を減算し、減算結果の信号を絶対二乗値計算器２８に出力する。次いで、絶対二乗値計算器２８は、入力される信号の絶対値の二乗値を演算し、その演算値を有する信号を時間積分器２９に出力する。さらに、時間積分器２９は、入力される信号に対して所定の時間間隔で時間積分し、時間積分後の信号であって上記処理信号ｙ（ｋ）と学習シーケンス信号ｒ（ｋ）との間の誤差を示す評価値信号を空間領域信号処理部６に出力する。
【００３６】
ＬＭＳ処理コントローラ２１ａは、以下に示すように、加算器１５からの処理信号ｙ（ｋ）と、各遅延回路１３−１乃至１３−（Ｍ−１）からの信号と、学習シーケンス信号とに基づいて、公知のＬＭＳ（最小二乗平均誤差法）アルゴリズムを用いて、評価値計算部５−２の絶対二乗値計算器２８の出力が最小となるように、言いかえれば、処理信号ｙ（ｋ）と学習シーケンス信号との間の二乗平均値誤差が最小となるように、すなわち、主ビームの方向が実質的に所望波の方向に向くように上記受信信号ｘ（ｋ）に対して時間領域の信号処理を実行することにより、各乗算器１４−ｍの重み係数ｗｋ，ｍ（ｍ＝１，２，…，Ｍ）を演算して出力する。ここで、本実施形態に係るＬＭＳ処理コントローラ２１ａは、ＬＭＳアルゴリズムに係る次式の更新式を用いて重み係数ベクトルＷ（ｋ）を更新する。
【００３７】
【数６】
Ｗ（ｋ＋１）←Ｗ（ｋ）＋μ・Ｘ（ｋ）・ｅ＊（ｋ）
ここで、
【数７】
ｅ（ｋ）＝ｒ（ｋ）−ｙ（ｋ）
【００３８】
ここで、μは予め決められたステップサイズであり、本実施形態では、好ましくは０．０１に設定される。
【００３９】
図６は、図１の空間領域信号処理部６の第２の実施形態である空間領域信号処理部６−２によって実行される、差分ベクトルの簡易探索法を用いた空間領域信号処理を示すフローチャートである。図６のステップＳ１１における初期化処理において、所定の初期値ベクトルＶＶ０＝［ｖ１０，ｖ２０，…，ｖ６０］をセットし、評価前の印加電圧ベクトルの初期値ＶＶ２の評価値を１０５にセットした後、評価前の印加電圧ベクトルＶＶ２に初期値ベクトルＶＶ０をセットする。次いで、ステップＳ１２において印加電圧ベクトルＶＶ２と各差分ベクトルΔＶＶ１乃至ΔＶＶ２６（ここで、下付き添字は２６である。）との和のベクトル（２６通り）を発生し、それに対応する印加電圧信号を発生して可変リアクタンス素子１２−１乃至１２−６に出力して、時間領域信号処理部５−２及び評価値計算部５−２を動作させ、評価値計算部５からの評価値信号の評価値を得ることにより、各印加電圧ベクトルの性能を評価する。ここで、上記差分ベクトルΔＶＶ１乃至ΔＶＶ２６とは、本実施形態におけるシンボルを０とαの２つのシンボルとし、２の６乗個存在する２進法６桁のすべての組み合わせを並べたものであり、次式で表される。
【００４０】
【数８】
0003672830.tif 000002
【００４１】
次いで、ステップＳ１３において最小の評価値を有する印加電圧ベクトルに対応する差分ベクトルΔＶＶｂｅｓｔを検索し、ステップＳ１４において評価後の印加電圧ベクトルＶＶ１にＶＶ２＋ΔＶＶｂｅｓｔをセットする。そして、ステップＳ１５において印加電圧ベクトルＶＶ１に対応する印加電圧信号を発生して可変リアクタンス素子１２−１乃至１２−６に出力して、時間領域信号処理部５−２及び評価値計算部５−２を動作させ、評価値計算部５からの評価値信号の評価値を得ることにより、各印加電圧ベクトルの性能を評価する。さらに、ステップＳ１６において印加電圧ベクトルＶ１とＶ２の評価値の差の絶対値が所定のしきい値ε２（例えば１０−３）であるか否かが判断され、ＮＯであれば、ステップＳ１７で現在の印加電圧ベクトルＶＶ１を評価前の印加電圧ベクトルＶＶ２とした後、ステップＳ１２に戻り、上述の処理を繰り返す。一方、ステップＳ１６でＹＥＳであるときは、ステップＳ１８において印加電圧ベクトルＶＶ１に対応する印加電圧信号を発生して可変リアクタンス素子１２−１乃至１２−６に出力して当該アレーアンテナの制御装置を運用して当該空間領域信号処理を終了する。
【００４２】
以上のように構成されたアレーアンテナの制御装置においては、時空間信号処理を、低価格で実現できるエスパアンテナであるアレーアンテナの制御装置１００と等化器（トランスバーサルフィルタ回路２０）を組み合わせることにより実現し、両者を連動して制御することにより、励振素子Ａ０は１個のみなので、それ以降の回路は１系統のみでよく、従来高価だった時空間信号処理装置を低価格化でき、すなわち、回路構成を簡単化し、安価に製造できる。なお、従来技術において、エスパアンテナを利用した時空間信号処理装置はなく、エスパアンテナの指向性制御を行う空間領域信号処理部６は、時間領域信号処理部４及び評価値計算部５からの評価値信号の情報を得て、それに基づきエスパアンテナの指向性制御を行っている。
【００４３】
従って、本実施形態に係るアレーアンテナの制御装置によれば、時空間信号処理は、その名の通り、アンテナの指向性制御による空間領域の信号処理と、等化器等による時間領域の信号処理を組み合わせた信号処理であり、高速無線通信で問題となるマルチパスフェージングの影響を軽減するのに有効である。
【００４４】
＜変形例＞
以上の実施形態においては、非励振素子Ａ１乃至Ａ６の個数を６個としているが、本発明はこれに限らず、任意の複数個であってもよい。
【００４５】
以上の第２の実施形態においては、時間領域信号処理においてＬＭＳアルゴリズムを用いているが、本発明はこれに限らず、以下の更新式を用いるＲＬＳアルゴリズムを用いてもよい。
【００４６】
【数９】
Ｗ（ｋ＋１）←Ｗ（ｋ）＋ｋａ（ｋ＋１）［ｒ（ｋ＋１）−ＷＴ（ｋ）Ｘ（ｋ＋１）］
【数１０】
ｋａ（ｋ＋１）
←Ｐ（ｋ）・Ｘ（ｋ＋１）・［１＋ＸＴ（ｋ＋１）Ｐ（ｋ）Ｘ（ｋ＋１）］−１
【数１１】
Ｐ（ｋ＋１）←［Ｉ−ｋ（ｋ＋１）ＸＴ（ｋ＋１）］Ｐ（ｋ）
【００４７】
ここで、Ｉは（Ｍ−１）×（Ｍ−１）の単位行列であり、行列Ｐ（ｋ）は（Ｍ−１）×（Ｍ−１）の行列であり、その初期値Ｐ（０）は次式で表される。
【００４８】
【数１２】
Ｐ（０）＝１０００００・Ｉ
【００４９】
以上の第１の実施形態においては、時間領域信号処理においてＣＭアルゴリズムを用いかつ空間領域信号処理においては遺伝的アルゴリズムを用いている。また、第２の実施形態又はその変形例においては、時間領域信号処理においてＬＭＳアルゴリズム又はＲＬＳアルゴリズムを用いかつ空間領域信号処理においては差分ベクトルの簡易探索法を用いている。しかしながら、本発明はこれに限らず、時間領域信号処理においてＣＭアルゴリズムを用いかつ空間領域信号処理においては差分ベクトルの簡易探索法を用いてもよい。とって代わって、時間領域信号処理においてＬＭＳアルゴリズム又はＲＬＳアルゴリズムを用いかつ空間領域信号処理においては遺伝的アルゴリズムを用いてもよい。
【００５０】
【発明の効果】
以上詳述したように本発明によれば、エスパアンテナと呼ばれるアレーアンテナ装置のための制御装置及び制御方法において、受信信号に対して時間領域の信号処理を実行する時間領域信号処理部と、処理信号に基づいて評価値を演算する評価値計算部と、評価値に基づいて空間領域の信号処理を実行する空間領域信号処理部とを備えたことを特徴としている。このアレーアンテナ装置の励振素子は１個のみなので、それ以降の回路は１系統のみでよく、従来高価だった時空間信号処理装置を低価格化でき、すなわち、回路構成を簡単化し、安価に製造できる。なお、従来技術において、エスパアンテナを利用した時空間信号処理装置はない。ここで、時空間信号処理は、その名の通り、アンテナの指向性制御による空間領域の信号処理と、等化器等による時間領域の信号処理を組み合わせた信号処理であり、高速無線通信で問題となるマルチパスフェージングの影響を軽減するのに有効であるという特有の効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明に係る実施形態である、エスパアンテナと呼ばれるアレーアンテナ装置１００のための制御装置の構成を示すブロック図である。
【図２】  図１のアレーアンテナの制御装置１００における励振素子Ａ０及び非励振素子Ａ１，Ａ４と接地導体板１１との関係を示す断面図である。
【図３】  図１の時間領域信号処理部４の第１の実施形態である時間領域信号処理部４−１及び評価値計算部５−１の内部構成を示すブロック図である。
【図４】  図１の空間領域信号処理部６の第１の実施形態である空間領域信号処理部６−１によって実行される、遺伝的アルゴリズム（ＧＡ）を用いた空間領域信号処理を示すフローチャートである。
【図５】  図１の時間領域信号処理部４の第２の実施形態である時間領域信号処理部４−２及び評価値計算部５−２の内部構成を示すブロック図である。
【図６】  図１の空間領域信号処理部６の第２の実施形態である空間領域信号処理部６−２によって実行される、差分ベクトルの簡易探索法を用いた空間領域信号処理を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１…低雑音増幅器、
２…ダウンコンバータ、
３…Ａ／Ｄ変換器、
４，４−１，４−２…時間領域信号処理部、
５，５−１，５−２…評価値計算部、
６…空間領域信号処理部、
７…復調器、
８…同軸ケーブル、
１１…接地導体、
１２−１乃至１２−６…可変リアクタンス素子、
１３−１乃至１３−（Ｍ−１）…遅延回路、
１４−１乃至１４−Ｍ…乗算器、
１５…加算器、
２０…トランスバーサルフィルタ回路、
２１…ＣＭＡ処理コントローラ、
２１ａ…ＬＭＳ処理コントローラ、
２２…絶対値計算器、
２３…減算器、
２４…定数信号発生器、
２５…時間積分器、
２６…学習シーケンス信号発生器、
２７…減算器、
２８…絶対二乗値計算器、
２９…時間積分器。
１００…アレーアンテナ装置、
Ａ０…励振素子、
Ａ１乃至Ａ６…非励振素子。
【図１】
0003672830.tif 000003
【図２】
0003672830.tif 000004
【図３】
0003672830.tif 000005
【図４】
0003672830.tif 000006
【図５】
0003672830.tif 000007
【図６】
0003672830.tif 000008