(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のアンテナにより受信された受信信号と参照信号から各アンテナの初期段階のウェイトを決定する決定手段と、各アンテナにより受信された受信信号にそれぞれウェイトを乗算するとともに、各乗算結果を合成してアレー出力信号を生成する合成手段と、上記合成手段により生成されたアレー出力信号と包絡線値から受信信号の振幅の歪みを評価する評価関数を求め、その評価関数に基づいて各アンテナのウェイトを更新する更新手段とを備えた信号受信装置において、上記更新手段が評価関数を求める際、アレー出力信号と包絡線値をアンテナの素子数で規格化することを特徴とする信号受信装置。
【請求項２】
複数のアンテナにより受信された受信信号と参照信号から各アンテナの初期段階のウェイトを決定する一方、各アンテナにより受信された受信信号にそれぞれウェイトを乗算するとともに、各乗算結果を合成してアレー出力信号を生成し、そのアレー出力信号と包絡線値から受信信号の振幅の歪みを評価する評価関数を求め、その評価関数に基づいて各アンテナのウェイトを更新する信号受信方法において、その評価関数を求める際、アレー出力信号と包絡線値をアンテナの素子数で規格化することを特徴とする信号受信方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、所望信号波にビームを形成するとともに、所望信号波の歪みを抑制する信号受信装置及び信号受信方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図３は例えば「多重波抑圧用アダプティブアレイ（信学技報のＣＳ８７−１２）」１９８７年５月発行に示された従来の信号受信装置を示す構成図であり、図において、Ａ1 〜Ａk はアダプティブアンテナを構成する素子アンテナ、Ｂ1 〜Ｂk は素子アンテナＡ1 〜Ａk により受信された受信信号Ｘ1 〜Ｘk （以下、受信信号Ｘ1 〜Ｘk をＸ（ｎ）を用いて表現するが、Ｘ（ｎ）は受信信号のベクトル表現であって、時刻ｎの受信信号を示すものである）をそれぞれアナログ・ディジタル変換するＡ／Ｄ変換器、Ｃ1 〜Ｃk はＡ／Ｄ変換器Ｂ1 〜Ｂk によりディジタル信号に変換された受信信号Ｘ（ｎ）にそれぞれウェイトＷ1 〜Ｗk （以下、ウェイトＷ1 〜Ｗk をＷ（ｎ）を用いて表現するが、Ｗ（ｎ）はウェイトのベクトル表現であって、時刻ｎのウェイトを示すものである）を乗算する重み付け部、１は重み付け部Ｃ1 〜Ｃk の乗算結果を合成してアレー出力信号Ｙ（ｎ）を出力する加算器、２は加算器１から出力されたアレー出力信号Ｙ（ｎ）と包絡線値σから受信信号Ｘ（ｎ）の振幅の歪みを評価する評価関数Ｑ（ｎ）を求め、その評価関数Ｑ（ｎ）に基づいて素子アンテナＡ1 〜Ａk のウェイトＷ（ｎ）を更新する信号処理部である。
【０００３】
次に動作について説明する。
まず、素子アンテナＡ1 〜Ａk は、図４（ａ）に示すように、包絡線値が一定の変調信号波（例えば、ＦＭやＰＳＫ等による変調信号波）にビームを形成して所望信号波を受信するものであるが、例えば同一の発振源から送信される変調信号波であっても、図５に示すように、伝搬路が異なるために、変調信号波ｆ2 が変調信号波ｆ1 より時間的に遅れてアダプティブアンテナに受信されることがある。
【０００４】
この場合、変調信号波ｆ1 と変調信号波ｆ2 の位相が異なるため（図４（ａ），図４（ｂ）を参照）、変調信号波ｆ1 と変調信号波ｆ2 の合成波の包絡線値が変化し（図４（ｃ）を参照）、包絡線値が一定の変調信号波の受信精度が劣化することになる。
【０００５】
そこで、受信精度の劣化を防止するため、信号処理部２は、まず、素子アンテナＡ1 〜Ａk により受信された受信信号Ｘ（ｎ）の振幅の歪みを評価する評価関数Ｑ（ｎ）を求める。
具体的には、加算器１から出力されたアレー出力信号Ｙ（ｎ）と包絡線値σを下記の演算式に代入して、評価関数Ｑ（ｎ）を求める。
なお、電力が最大の到来波が所望信号波であるとして、その電力に合わせて包絡線値σが設定される。
Ｑ（ｎ）＝（｜｜Ｙ（ｎ）｜p −σp ｜q ）
ただし、ｐ，ｑは、通常、１又は２の整数である。
【０００６】
そして、信号処理部２は、評価関数Ｑ（ｎ）を求めると、受信信号Ｘ（ｎ）の振幅の歪みを最小化するため、その評価関数Ｑ（ｎ）に基づいて受信信号Ｘ（ｎ）のウェイトＷ（ｎ）を更新する。
具体的には、下記に示すように、評価関数Ｑ（ｎ）をウェイトＷ（ｎ）により遍微分し、その微分結果▽W Ｑ（ｎ）を用いて次回のウェイトＷ（ｎ＋１）を決定する。
Ｗ（ｎ＋１）＝Ｗ（ｎ）−μ・▽W Ｑ（ｎ）
ただし、μはステップサイズ（評価の刻み幅）
【０００７】
なお、ウェイトＷ（ｎ）は、時間ｎのときのウェイトＷ1 〜Ｗk を示すベクトルであるが、初期段階では、規格化された定数が設定され、その一例を下記に示す。
Ｗ1 ＝１
Ｗ2 ＝０
Ｗ3 ＝０
・
・
・
Ｗk ＝０
【０００８】
これにより、重み付け部Ｃ1 〜Ｃk が、次回実施する重み付けは、更新されたウェイトＷ（ｎ＋１）を用いて実施することになり、受信信号Ｘ（ｎ）の振幅の歪みが最小化されることになる。
また、所望信号波より電力が小さい干渉信号波が到来しても、その干渉信号波は抑圧されることになる。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
従来の信号受信装置は以上のように構成されているので、受信信号Ｘ（ｎ）の振幅の歪みを最小化するウェイトＷ（ｎ）を逐次更新するが、初期段階のウェイトＷ（１）は規格化された定数に設定されるため、最適なウェイトＷ（ｎ）を得るまでに長時間を要する課題があった。
また、最適なウェイトＷ（ｎ）を速やかに得ることができないため、所望信号波より電力が大きい干渉信号波が到来すると、所望信号波が抑圧され、干渉信号波にビームが形成される場合がある課題があった。
【００１０】
この発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、最適なウェイトを速やかに得ることができるとともに、所望信号波より電力が大きい干渉信号波が到来しても、干渉信号波にビームが形成される確率を低下させることができる信号受信装置及び信号受信方法を得ることを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る信号受信装置は、複数のアンテナにより受信された受信信号と参照信号から各アンテナの初期段階のウェイトを決定する決定手段を設け、また、更新手段が評価関数を求める際、アレー出力信号と包絡線値をアンテナの素子数で規格化するようにしたものである。
【００１２】
この発明に係る信号受信方法は、複数のアンテナにより受信された受信信号と参照信号から各アンテナの初期段階のウェイトを決定し、また、評価関数を求める際、アレー出力信号と包絡線値をアンテナの素子数で規格化するようにしたものである。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の一形態を説明する。
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１による信号受信装置を示す構成図であり、図において、Ａ1 〜Ａk はアダプティブアンテナを構成する素子アンテナ（アンテナ）、Ｂ1 〜Ｂk は素子アンテナＡ1 〜Ａk により受信された受信信号Ｘ1 〜Ｘk （以下、受信信号Ｘ1 〜Ｘk をＸ（ｎ）のように表現するが、例えば、Ｘ（ｎ）は受信信号のベクトル表現であって、時刻ｎの受信信号を示すものである）をそれぞれアナログ・ディジタル変換するＡ／Ｄ変換器、Ｃ1 〜Ｃk はＡ／Ｄ変換器Ｂ1 〜Ｂk によりディジタル信号に変換された受信信号Ｘ（ｎ）にそれぞれウェイトＷ1 〜Ｗk （以下、ウェイトＷ1 〜Ｗk をＷ（ｎ）のように表現するが、例えば、Ｗ（ｎ）はウェイトのベクトル表現であって、時刻ｎのウェイトを示すものである）を乗算する重み付け部（合成手段）、１１は重み付け部Ｃ1 〜Ｃk の乗算結果を合成してアレー出力信号Ｙ（ｎ）を出力する加算器（合成手段）である。
【００１４】
また、１２は素子アンテナＡ1 〜Ａk により受信された受信信号Ｘ（ｉ）から相関行列Ｒxx（ｍ）を算出する相関行列算出器（決定手段）、１３は素子アンテナＡ1 〜Ａk により受信された受信信号Ｘ（ｉ）と、所望信号波と相関関係のある参照信号ｄ（ｉ）とから、相関ベクトルｒxd（ｍ）を算出する相関ベクトル算出器（決定手段）、１４は相関行列Ｒxx（ｍ）の逆行列Ｒ-1xx（ｍ）に相関ベクトルｒxd（ｍ）を乗算して、初期段階のウェイトＷ（１）を算出する初期ウェイト算出器（決定手段）、１５は加算器１１から出力されたアレー出力信号Ｙ（ｎ）と包絡線値σから受信信号Ｘ（ｎ）の振幅の歪みを評価する評価関数Ｑ（ｎ）を求め、その評価関数Ｑ（ｎ）に基づいて素子アンテナＡ1 〜Ａk のウェイトＷ（ｎ）を更新するウェイト設定器（更新手段）である。
なお、図２はこの発明の実施の形態１による信号受信方法を示すフローチャートである。
【００１５】
次に動作について説明する。
実際に受信信号Ｘ（ｎ）を受信して、アレー出力信号Ｙ（ｎ）を出力する前に、受信開始当初から最適なウェイトＷ（ｎ）を得ることができるようにするため、以下に示すような前処理を実施して、初期段階のウェイトＷ（１）を算出する。
【００１６】
まず、相関行列算出器１２が、素子アンテナＡ1 〜Ａk により受信された受信信号Ｘ（ｉ）を下記に示す演算式に代入して、相関行列Ｒxx（ｍ）を算出する（ステップＳＴ１）。
ただし、式（１）におけるｍの値は任意の整数である。
【００１７】
【数１】
0003638785.tif 000002
【００１８】
また、相関ベクトル算出器１３は、素子アンテナＡ1 〜Ａk により受信された受信信号Ｘ（ｉ）と、所望信号波と相関関係のある参照信号ｄ（ｉ）とを下記に示す演算式に代入して、相関ベクトルｒxd（ｍ）を算出する（ステップＳＴ２）。
ただし、式（２）におけるｍの値は任意の整数である。
【００１９】
【数２】
0003638785.tif 000003
【００２０】
そして、初期ウェイト算出器１４は、相関行列算出器１２が相関行列Ｒxx（ｍ）を算出し、相関ベクトル算出器１３が相関ベクトルｒxd（ｍ）を算出すると、相関行列Ｒxx（ｍ）の逆行列Ｒ-1xx（ｍ）を算出したのち、相関行列Ｒxx（ｍ）の逆行列Ｒ-1xx（ｍ）と、相関ベクトルｒxd（ｍ）とを下記に示す演算式に代入して、初期段階のウェイトＷ（１）を算出する（ステップＳＴ３）。
ただし、式（３）におけるｍの値は任意の整数である。
【００２１】
Ｗ（ｍ）＝Ｒ-1xx（ｍ）ｒxd（ｍ）                        …（３）
【００２２】
このようにして、初期段階のウェイトＷ（１）が決定すると前処理を完了し、実際に受信信号Ｘ（ｎ）を受信して、アレー出力信号Ｙ（ｎ）を生成する受信処理を開始するが（ステップＳＴ４）、上述したように、同一発振源から送信された所望信号波であっても、異なる伝搬路を通過することによる時間的なずれによって、アレー出力信号Ｙ（ｎ）の包絡線値が変化することがある。
ただし、一番最初の受信処理においては、先の前処理で算出したウェイトＷ（１）を用いて重み付けを実施する。
【００２３】
そこで、包絡線値の変化に伴う受信精度の劣化を防止するため、ウェイト設定器１５は、まず、素子アンテナＡ1 〜Ａk により受信された受信信号Ｘ（ｎ）の振幅の歪みを評価する評価関数Ｑ（ｎ）を求める（ステップＳＴ５）。
具体的には、加算器１１から出力されたアレー出力信号Ｙ（ｎ）と、包絡線値σを下記の演算式に代入して、評価関数Ｑ（ｎ）を求める。
なお、電力が最大の到来波が所望信号波であるとして、その電力に合わせて包絡線値σが設定される。
Ｑ（ｎ）＝（｜｜Ｙ（ｎ）｜p −σp ｜q ）                …（４）
ただし、ｐ，ｑは、通常、１又は２の整数である。
【００２４】
そして、ウェイト設定器１５は、評価関数Ｑ（ｎ）を求めると、受信信号Ｘ（ｎ）の振幅の歪みを最小化するため、その評価関数Ｑ（ｎ）に基づいて受信信号Ｘ（ｎ）のウェイトＷ（ｎ）を更新する（ステップＳＴ６）。
具体的には、下記に示すように、評価関数Ｑ（ｎ）をウェイトＷ（ｎ）により遍微分し、その微分結果▽W Ｑ（ｎ）を用いて次回のウェイトＷ（ｎ＋１）を決定する。
Ｗ（ｎ＋１）＝Ｗ（ｎ）−μ・▽W Ｑ（ｎ）                …（５）
ただし、μはステップサイズ（評価の刻み幅）
【００２５】
これにより、重み付け部Ｃ1 〜Ｃk が、次回実施する重み付けは、更新されたウェイトＷ（ｎ＋１）を用いて実施することになり、受信信号Ｘ（ｎ）の振幅の歪みが最小化されることになる。
また、所望信号波より電力が小さい干渉信号波が到来しても、その干渉信号波は抑圧されることになる。
【００２６】
以上で明らかなように、この実施の形態１によれば、素子アンテナＡ1 〜Ａk により受信された受信信号Ｘ（ｉ）と参照信号ｄ（ｉ）から素子アンテナＡ1 〜Ａk の初期段階のウェイトＷ（１）を決定するように構成したので、初期段階から最適なウェイトＷ（１）が得られるようになり、その結果、初期段階から所望信号波にビームが形成されるため、その後、所望信号波より電力が大きい干渉信号波が到来しても、干渉信号波にビームが形成される確率を低下させることができる効果を奏する。
【００２７】
実施の形態２．
上記実施の形態１では、加算器１１から出力されたアレー出力信号Ｙ（ｎ）と、包絡線値σを用いて、評価関数Ｑ（ｎ）を求めるものについて示したが、評価関数を求める際、アレー出力信号（ｎ）と包絡線値σを素子アンテナＡ1 〜Ａk の素子数ｋで規格化するようにしてもよい。
【００２８】
具体的には、下記に示すように、加算器１１から出力されたアレー出力信号Ｙ（ｎ）と、包絡線値σをそれぞれ素子アンテナＡ1 〜Ａk の素子数ｋで除算し、その除算結果を用いて、評価関数Ｑ（ｎ）を求める。
Ｑ（ｎ）＝（｜｜Ｙ（ｎ）／ｋ｜p −（σ／ｋ）p ｜q ）    …（６）
ただし、ｐ，ｑは、通常、１又は２の整数である。
【００２９】
これにより、素子アンテナＡ1 〜Ａk の素子数ｋに変更が生じても、ステップサイズμの調整が不要になる効果を奏する。
【００３０】
【発明の効果】
以上のように、この発明によれば、複数のアンテナにより受信された受信信号と参照信号から各アンテナの初期段階のウェイトを決定する決定手段を設けるように構成したので、初期段階から最適なウェイトが得られるようになり、その結果、初期段階から所望信号波にビームが形成されるため、その後、所望信号波より電力が大きい干渉信号波が到来しても、干渉信号波にビームが形成される確率を低下させることができる効果がある。
また、更新手段が評価関数を求める際、アレー出力信号と包絡線値をアンテナの素子数で規格化するように構成したので、アンテナの素子数に変更が生じても、ステップサイズの調整が不要になる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】  この発明の実施の形態１による信号受信装置を示す構成図である。
【図２】  この発明の実施の形態１による信号受信方法を示すフローチャートである。
【図３】  従来の信号受信装置を示す構成図である。
【図４】  合成波の包絡線値の変化を説明する説明図である。
【図５】  変調信号波の時間遅れを説明する説明図である。
【符号の説明】
Ａ1 〜Ａk   素子アンテナ（アンテナ）、Ｃ1 〜Ｃk   重み付け部（合成手段）、１１  加算器（合成手段）、１２  相関行列算出器（決定手段）、１３  相関ベクトル算出器（決定手段）、１４  初期ウェイト算出器（決定手段）、１５  ウェイト設定器（更新手段）。
【図１】
0003638785.tif 000004
【図２】
0003638785.tif 000005
【図３】
0003638785.tif 000006
【図４】
0003638785.tif 000007
【図５】
0003638785.tif 000008