(57)【要約】【課題】  より計算量を少なくして、無線で同時に受信された複数の信号各々を抽出するための重み係数を演算する。【解決手段】  複数のアンテナにより無線で同時に複数の信号が受信されると、べき乗法実行器１２Ｎ１は、各アンテナからの信号からなる信号系列Ｘ(t)から、大きさが最大の信号を抽出するための重み係数としての固有ベクトルｗ1を演算すると共に、信号系列Ｘ(t)の各信号に固有ベクトルｗ1を乗算することにより、大きさが最大の信号ｙ1を抽出する。信号系列Ｘ(t)と、べき乗法実行器１２Ｎ１により求められた固有ベクトルｗ1及び信号ｙ1とは、減次実行器１４Ｎ１に入力され、減次実行器１４Ｎ１は、信号系列Ｘ(t)から、受信した複数の信号の内、大きさが最大の信号の成分を除去する。べき乗法実行器１２Ｎ２は、信号系列X1に対してべき乗法を実行することにより、大きさが２番目の固有値に対応する固有ベクトルｗ2を求める。【選択図】        図１
2006054603.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
各々信号を受信する複数の信号受信手段から出力されかつ該受信した信号の成分が反映された複数の信号からなる信号系列の各信号に乗算することにより、該複数の信号受信手段で受信した少なくとも１つの信号を抽出するための重み係数を演算する重み係数演算装置であって、
複数の信号成分が反映された複数の信号からなる信号系列を入力し、入力した信号系列に反映された信号の内の大きさが最大の信号の成分を除去し、該大きさが最大の信号の成分が除去された信号系列を出力する第１の手段と、
前記第１の手段から前記信号系列を入力し、該信号系列に反映された信号の内の大きさが最大の信号を抽出するための重み係数を演算する第２の手段と、
を備えた重み係数演算装置。
【請求項２】
前記第１の手段及び前記第２の手段で構成される組を複数備え、
前記複数の組各々の第２の手段は、前記複数の信号受信手段からから出力された信号からなる信号系列を入力又は他の１つの組の第２の手段から信号系列を入力することを特徴とする請求項１記載の重み係数演算装置。
【請求項３】
前記複数の組は、前記複数の組の第１の手段により、前記複数の信号受信手段で受信した複数の信号の内、大きさが大きい信号の順に該信号の成分が除去されるように、接続されることを特徴とする請求項２記載の重み係数演算装置。
【請求項４】
前記重み係数は、前記複数の信号で相関行列を形成した場合の固有値に対応する固有ベクトルに対応することを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れか１項に記載の重み係数演算装置。
【請求項５】
前記第１の手段は、減次を用いて、前記大きさが最大の信号の成分を除去することを特徴とする請求項１乃至請求項４の何れか１項に記載の重み係数演算装置。
【請求項６】
前記第１の手段は、
前記信号系列に反映された信号の内の大きさが最大の信号の成分を算出する算出手段と、
前記入力された信号系列から、前記算出手段により算出された大きさが最大の信号の成分を除去する除去手段と、
を備えたことを特徴とする請求項１乃至請求項５の何れか１項に記載の重み係数演算装置。
【請求項７】
前記第２の手段は、べき乗法を用いて、前記重み係数を演算することを特徴とする請求項１乃至請求項６の何れか１項に記載の重み係数演算装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、重み係数演算装置に係り、より詳細には、各々信号を受信する複数の信号受信手段から出力されかつ該受信した信号の成分が反映された複数の信号からなる信号系列の各信号に乗算することにより、該複数の信号受信手段で受信した少なくとも１つの信号を抽出するための重み係数を演算する重み係数演算装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、基地局と、複数のユーザの移動端末と、の間で無線通信を行う際、各ユーザの移動端末からの信号に異なる周波数を用いることは、無線周波数が有限であるため、難しい。したがって、各ユーザの移動端末からの信号に同一の周波数を用いることが要請され、基地局では、同一の周波数の複数の信号を同一時刻に受信しても、各々の信号を分離して、無線通信することが要請されている。そこで、複数のアンテナで複数の信号を同時に無線で受信し、各アンテナから出力される信号からなる信号系列から、受信した複数の信号の各々を分離する信号分離装置が提案されている（非特許文献１〜４）。
【０００３】
このような信号分離装置は、各移動端末からの信号は空間的に分離されていることに鑑み、各信号を分離している。即ち、信号分離装置は、各移動端末から信号が来る方向の感度を、信号の大きさに着目し、大きくしている。具体的には、複数のアンテナからの信号からなる信号系列の各信号で相関行列を求め、相関行列の最大固有値に対応する固有ベクトルを重み係数として、複数のアンテナからの各信号に乗算することにより、大きさが最大の信号の感度を大きくしている。そして、大きさが２番目の信号を分離する方法も上記方法と同じように行う。なお、この場合には、上記相関行列の２番目に大きい固有値に対応する固有ベクトルを求めている。以下、３番目以降の各信号も同様に行う。
【０００４】
なお、このように、各移動端末から信号が来る方向の感度を大きくして信号を受信することを一般的に固有ベクトルビームを形成すると言われている。
【０００５】
ところで、上記のように、各アンテナから出力される信号で構成される相関行列を求め、この相関行列の各固有値に対応する固有ベクトルをそれぞれ求めて、受信した複数の信号の各々を分離することは計算量が大きい。そこで、この計算量を少なくするため、種々の方法が提案されている（特許文献１、非特許文献５、６）。この内、特許文献１の内容は次の通りである。即ち、特許文献１の装置では、相関行列を求める前の上記信号系列に対して、べき乗法を実行して、次のように各信号を分離する。
【０００６】
まず、信号系列に対して最初にべき乗法を実行することにより、上記最大固有値に対応する固有ベクトルを求める。すなわち、最初に、求めたい固有ベクトルに初期値を暫定的与えておく。信号系列とこの暫定的に与えられた固有ベクトルとの内積を求める。信号系列の複素共役と、上記内積により得られたベクトルとを乗算し、所定期間中に求められた該乗算値（ベクトル）を平均し、平均値を正規化して、新たな固有ベクトルとして、この固有ベクトルが一定値に収束するまで、上記計算を繰り返し実行する。そして、この収束された固有ベクトルと信号系列との内積をとることにより、複数の信号の中の大きさが最大の信号が分離される。
【０００７】
次に、２番目に大きさが大きい信号を分離するため、次のように計算している。まず、２番目に大きい固有値に対応する固有ベクトルを、上記のように求める。すなわち、最初に、求めたい固有ベクトルに初期値を暫定的与えておく。信号系列とこの暫定的に与えられた固有ベクトルとの内積を求める。また、信号系列の複素共役と、上記内積により得られたベクトルとを乗算し、所定期間中に求められた該乗算値を平均する。上記のように正規化して固有ベクトルを求める前に、上記平均値として求められたベクトルの内、上記最大固有値に対応する固有ベクトルに直交するベクトルを求め、求められたベクトルを正規化して、新たな固有ベクトルとして、この固有ベクトルが一定値に収束するまで、上記計算を繰り返し実行する。そして、この収束された固有ベクトルと信号系列とを内積をとることにより、受信した複数の信号の中の、２番目の大きさの信号が分離される
そして、３番目以降に大きさが大きい信号を分離する際も上記方法と同様の方法を実行する。ただし、上記のように正規化して固有ベクトルを求める前に、上記平均値として求められたベクトルの内、それまでに求められた固有ベクトル全てに直交するベクトルを求める。例えば、３番目の大きさの固有値に対応する固有ベクトルをもとめる場合には、上記最大固有値に対応する固有ベクトル及び２番目に大きい固有値に対応する固有ベクトル各々に直交するベクトルを求めて、固有ベクトルを求める。
【非特許文献１】F.シャトラン、(伊理正夫、伊理由美訳)、「行列の固有値  新装版  最新の解法と応用」、シュプリンガー・フェアラーク東京、2003年6月(新装版)
【非特許文献２】数的線形代数、産業及び応用数学のための社会（L. N. Trefethen, D. Bau III、“Numerical Linear Algebra", Society for Industrial and Applied Mathematics, 1997）
【非特許文献３】ＣＤＭＡ環境の実際のスマートアンテナシステムのために適応可能なビーム形成アルゴリズム（M. Kim, S. Ahn, S. Choi, T. K. Sarkar, “An Adaptive Beam-forming Algorithm for Smart Antenna System in Practical CDMA Environment". IEICE Trans, Commun., vol. E86-B,no. 3, March 2003年）
【非特許文献４】ＷＣＤＭＡシステムにおけるスマートアンテナのために適応可能なビーム形成技術（W-C. Lee, S. Choi, J. Choi, M. Suk,“An Adaptive Beamforming Technique for Smart Antennas in WCDMA System", IEICE Trans. Commun.,vo1.E86-B,no.9,September  2003年）
【非特許文献５】鷹取、長、“複数固有ベクトルビームを用いたＳＤＭＡ用初期ビーム形成法の基礎実験評価"、電子情報通信学会技術研究報告、AP2002-91.2002年10月
【非特許文献６】ソフトウエアーアンテナ：固有値分解に基づく再構成可能なアダプティブアレー（Y. Kamiya, Y. Karasawa, S. Denno, Y. Mizuguchi,“A Software Antenna: Reconfigurable Adaptive Arrays Based on Eigenvalue Decomposition", IEICE Trans. Commun., vol. E82-B,no.12,Dec8mber1999年）
【特許文献１】米国特許第4,513,383号（Charles M. Hackett, Jr., “Separation of Communication Signals in an Adaptive Antenna Array", USPatent4513383）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかし、上記の２番目以降の固有値に対応する固有ベクトルを求めるためには、上記のように、それまでに求められた固有ベクトル全てに直交するようにベクトルを求めなければならない。よって、求める固有ベクトルの数が多くなればなるほど、それまでに求められた固有ベクトル全てに直交するベクトルを求める際の計算量が大きくなる。
【０００９】
本発明は、上記事実に鑑み成されたもので、無線で同時に受信された少なくとも１つの信号を抽出するための重み係数を、それまでに求められた重み係数を考慮しないで、演算することの可能な重み係数演算装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的達成のため請求項１記載の発明にかかるた重み係数演算装置は、各々信号を受信する複数の信号受信手段から出力されかつ該受信した信号の成分が反映された複数の信号からなる信号系列の各信号に乗算することにより、該複数の信号受信手段で受信した少なくとも１つの信号を抽出するための重み係数を演算する重み係数演算装置であって、複数の信号成分が反映された複数の信号からなる信号系列を入力し、該信号系列に反映された信号の内の大きさが最大の信号を抽出するための重み係数を演算する第１の手段と、複数の信号成分が反映された複数の信号からなる信号系列を入力し、入力した信号系列から大きさが最大の信号の成分を除去し、該大きさが最大の信号の成分が除去された信号系列を出力する第２の手段と、前記第２の手段から前記信号系列を入力し、該信号系列に反映された信号の内の大きさが最大の信号を抽出するための重み係数を演算する第３の手段と、を備えている。
【００１１】
即ち、本発明は、各々信号を受信する複数の信号受信手段から出力されかつ該受信した信号の成分が反映された複数の信号からなる信号系列の各信号に乗算することにより、該複数の信号受信手段で受信した少なくとも１つの信号を抽出するための重み係数を演算する重み係数演算装置である。
【００１２】
ここで、上記重み係数は、複数の信号で相関行列を形成した場合の固有値に対応する固有ベクトルに対応する。
【００１３】
第１の手段は、複数の信号成分が反映された複数の信号からなる信号系列を入力し、入力した信号系列から大きさが最大の信号の成分を除去し、該大きさが最大の信号の成分が除去された信号系列を出力する。
【００１４】
このように、信号系列から大きさが最大の信号の成分が除去されているので、この大きさが最大の信号の成分を除去した信号系列を用いれば、この信号系列の範囲内における、大きさが最大の信号を抽出するための重み係数を求めることができる。
【００１５】
そこで、第２の手段は、第１の手段から前記信号系列を入力し、該信号系列に反映された信号の内の大きさが最大の信号を抽出するための重み係数を演算する。
【００１６】
第１の手段は、減次を用いて、大きさが最大の信号の成分を除去し、第２の手段は、べき乗法を用いて、重み係数を演算する。
【００１７】
なお、第２の手段は、前記信号系列に反映された信号の内の大きさが最大の信号の成分を算出する算出手段と、前記入力された信号系列から、前記算出手段により算出された大きさが最大の信号の成分を除去する除去手段と、を備える。
【００１８】
このように、信号系列から大きさが最大の信号の成分を除去し、この大きさが最大の信号の成分を除去した信号系列を用いて、この信号系列の範囲内において、大きさが最大の信号を抽出するための重み係数を求めており、各々の固有値に対応する固有ベクトルを求める際に、もともとの信号系列を用い、各固有ベクトルを、以前に求めた固有ベクトルと直交するように求める必要がないので、それまでに求められた各固有ベクトル等の重み係数を考慮しないで重み係数を演算することができる。
【００１９】
なお、本発明では、第１の手段及び第２の手段を１つづつ備えるようにしてもよいが、第１の手段及び第２の手段で構成される組を複数備えるようにしてもよい。そして、第１の手段及び第２の手段で構成される組を複数備える場合、複数の組各々の第１の手段は、複数の信号受信手段からから出力された信号からなる信号系列を入力又は他の１つの組の第１の手段から信号系列を入力するようにしてもよい。
【００２０】
この場合、複数の組は、複数の組の第１の手段により、複数の信号受信手段で受信した複数の信号の内、大きさが大きい信号の順に該信号の成分が除去されるように、接続されるようにしてもよい。
【００２１】
なお、次の方法の発明も提案される。即ち、各々信号を受信する複数の信号受信手段から出力されかつ該受信した信号の成分が反映された複数の信号からなる信号系列の各信号に乗算することにより、該複数の信号受信手段で受信した少なくとも１つの信号を抽出するための重み係数を演算する重み係数演算方法であって、複数の信号成分が反映された複数の信号からなる信号系列を入力し、入力した信号系列に反映された信号の内の大きさが最大の信号の成分を除去し、該大きさが最大の信号の成分が除去された信号系列を出力する第１のステップと、前記第１のステップで出力された前記信号系列を入力し、該信号系列に反映された信号の内の大きさが最大の信号を抽出するための重み係数を演算する第２のステップと、を備えた重み係数演算方法である。
【００２２】
なお、上記第１のステップ及び上記第２のステップを複数実行すると共に、各第１のステップでは、前記複数の信号受信手段から出力された信号からなる信号系列を入力又は今回の第１のステップ以前の第１のステップで出力された信号系列を入力するようにしてもよい。
【００２３】
上記第１のステップ及び上記第２のステップを複数実行する際、複数の信号受信手段で受信した複数の信号の内、大きさが大きい信号の順に該信号の成分を除去するようにしてもよい。
【００２４】
なお、上記重み係数は、前記複数の信号で相関行列を形成した場合の固有値に対応する固有ベクトルに対応する。
【００２５】
また、第１のステップは、減次を用いて、前記大きさが最大の信号の成分を除去する。更に、上記第２のステッププは、べき乗法を用いて、前記重み係数を演算する。
【発明の効果】
【００２６】
以上説明したように本発明は、信号系列から大きさが最大の信号の成分を除去し、この大きさが最大の信号の成分を除去した信号系列を用いて、この信号系列の範囲内において、大きさが最大の信号を抽出するための重み係数を求めるので、それまでに求められた各固有ベクトル等の重み係数を考慮しないで重み係数を演算することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
以下、図面を参照して、本発明の第１の実施の形態を詳細に説明する。
【００２８】
本実施の形態にかかる信号分離装置は、各々信号を受信する複数の信号受信手段としてのアンテナから出力されかつ各々該受信した信号の成分が反映された複数の信号からなる信号系列の各信号に乗算することにより、該複数のアンテナで受信した複数の信号各々を抽出するための重み係数を演算する重み係数演算装置を備え、該重み係数演算装置により演算された重み係数を用いて、複数のアンテナで受信された少なくとも１つの信号を分離する。
【００２９】
図１に示すように、本実施の形態にかかる信号分離装置は、アンテナをＭ（１より大きい整数）個備えた場合、Ｍ個のアンテナで受信された複数の信号の内、最大Ｍ個の信号を分離することができる。なお、本信号分離装置により、最大Ｍ個の信号を分離することは、請求項１における「すくなくとも１つの信号を抽出する」ことに対応する。
【００３０】
本実施の形態にかかる信号分離装置では、上記複数のアンテナ（アダプティブアレー）により複数の信号を無線で同時に受信し、各アンテナから信号が出力される。この各アンテナから出力される信号には、上記受信した少なくとも１つの信号の成分が反映されている。そして、本実施の形態にかかる信号分離装置は、各アンテナから出力された信号からなる信号系列Ｘ(t)から大きさが最大の信号ｙ1を抽出するための重み係数としての固有ベクトルｗ1を演算すると共に、固有ベクトルｗ1により信号ｙ1を抽出する、べき乗法実行器１２Ｎ１を備えている。
【００３１】
また、本実施の形態にかかる信号分離装置は、第１の手段としての減次実行器及び第２の手段としてのべき乗法実行器で各々構成される複数の組Ｋ１、Ｋ２…を備えている。なお、図１には、２つの組Ｋ１、Ｋ２を備えている例が示されているが、組の数は２つに限定されるものでない。組を１つのみ備えてもよく、また、２より大きい数の組を備えるようにしてもよい。なお、以下は説明の便宜上、２つの組Ｋ１、Ｋ２を備える例を説明する。
【００３２】
本実施の形態にかかる信号分離装置は、上記複数のアンテナにより複数の信号を無線で同時に受信し、各アンテナから出力された信号からなる信号系列Ｘ(t)から大きさが２番目の信号を抽出するための重み係数としての固有ベクトルｗ2を演算する第１の組Ｋ１と、大きさが３番目の信号を抽出するための重み係数としての固有ベクトルＷ3を演算する第２の組Ｋ２を備えている。
【００３３】
即ち、第１の組Ｋ１は、上記信号系列Ｘ(t)と、べき乗法実行器１２Ｎ１から固有ベクトルｗ1及び後述する内積ｙ1と、を入力し、信号系列Ｘ(t)から、複数の信号の内の、大きさが最大の信号の成分を除去する減次実行器１４Ｎ１を備えている。また、第１の組Ｋ１は、減次実行器１４Ｎ１により、上記信号系列Ｘ(t)から大きさが最大の信号の成分が除去された信号系列Ｘ1を入力し、この信号系列Ｘ1にべき乗法を実行して、大きさが２番目の固有値に対応する固有ベクトルｗ2と、後述する信号ｙ2とを求めるべき乗法実行器１２Ｎ２を備えている。
【００３４】
また、第２の組Ｋ２は、他の組である第１の組Ｋ１の減次実行器１４Ｎ１から、上記信号系列Ｘ(t)から大きさが最大の信号の成分が除去された信号系列Ｘ1と、第１の組Ｋ１のべき乗法実行器１２Ｎ２により求められた、固有ベクトルW2及び後述する内積ｙ2と、を入力し、該入力した信号系列Ｘ1内において大きさが最大の信号の成分を除去する、即ち、全体としては２番目に大きい信号の成分を除去する減次実行器１４Ｎ２を備えている。また、第２の組Ｋ２は、減次実行器１４Ｎ２から信号系列X２を入力し、大きさが３番目の固有値に対応する固有ベクトルｗ3と、後述する信号ｙ3とを求めるべき乗法実行器１２Ｎ２を備えている。
【００３５】
また、本実施の形態にかかる信号分離装置は、上記第１の組Ｋ１のべき乗法実行器１２Ｎ２により求められた固有ベクトルｗ2と、信号系列Ｘ(t)と、の内積を取って、２番目に大きい信号を抽出する内積実行器４０と、上記第２の組Ｋ２のべき乗法実行器１２Ｎ３により求められた大きさが３番目の固有値に対応する固有ベクトルｗ3と、信号系列Ｘ(t)と、の内積を取って、３番目に大きい信号を抽出する内積実行器５０と、を備えている。
【００３６】
なお、信号分離装置において、上記内積実行器４０、５０を除いた部分が上記重み係数演算装置に対応する。
【００３７】
以下、説明の便宜上、第１の組Ｋ１に対して、べき乗法実行器１２Ｎ１は、前段に位置し、第２の組Ｋ２は後段に位置しているといい、また、第２の組Ｋ１に対して、第１の組Ｋ１は前段に位置しているという。
【００３８】
上記べき乗法実行器１２Ｎ１〜１２Ｎ３は各々同一の構成であるので、これらを代表して、図２（Ａ）を用いて、べき乗法実行器１２として説明する。べき乗法実行器１２は、信号系列Ｘk-1と固有ベクトルｗkとの内積をとる内積実行器２０と、信号系列Ｘk-1の複素共役ＸHk-1を求める複素共役算出器２２と、信号系列Ｘk-1の複素共役ＸHk-1と、信号系列Ｘk-1と固有ベクトルｗkとの内積と、を乗算する乗算器２４、乗算器２４によって所定期間内に演算された乗算値を所定期間毎に平均する平均化実行器２６と、平均化実行器２６により求められた平均値のベクトルを正規化して、固有ベクトルｗkの候補を求める正規化実行器２８と、を備えている。なお、ｋは自身を示し、k-1は前段を示す。
【００３９】
減次実行器１４Ｎ１、１４Ｎ２は各々同一の構成であるので、これらを代表して、図２（Ｂ）を用いて、減次実行器１４として説明する。減次実行器１４は、前段のべき乗法実行器により求められた固有ベクトルｗkの複素共役ｗHkを求める複素共役実行器３０と、複素共役実行器３０により求められた複素共役ｗHkと、前段において抽出された信号ykと、を乗算する乗算器３２と、前段の信号系列ｘk-1から、複素共役ｗHkと信号ykとの乗算値を減算する減算器３４と、を備えている。
【００４０】
なお、複素共役実行器３０と乗算器３２とにより算出手段を構成し、減算器３４は除去手段に対応する。
【００４１】
次に、本実施の形態の作用を説明する。
【００４２】
上記図示しない複数のアンテナにより無線で同時に複数の信号が受信されると、べき乗法実行器１２Ｎ１（図１参照）は、べき乗法を実行して、各アンテナからの信号からなる信号系列Ｘ(t)から、大きさが最大の信号を抽出するための固有ベクトルｗ1を演算すると共に、信号系列Ｘ(t)と固有ベクトルｗ1との内積を求めることにより、大きさが最大の信号ｙ1を抽出する。これにより、複数のアンテナにより同時に受信された複数の信号の中から、大きさが最大の信号ｙ1＝Z1が分離される。即ち、大きさが最大の信号に対して固有ベクトルビームを形成する。
【００４３】
上記信号系列Ｘ(t)と、べき乗法実行器１２Ｎ１により求められた固有ベクトルｗ1及び信号ｙ1とは、第１の組Ｋ１の減次実行器１４Ｎ１に入力される。減次実行器１４Ｎ１は、減次を実行することにより、上記信号系列Ｘ(t)から、受信した複数の信号の内、大きさが最大の信号の成分を除去する。信号系列Ｘ(t)から上記大きさが最大の信号の成分が除去された信号系列Ｘ1は、べき乗法実行器１２Ｎ２と後述する第２の組Ｋ２の減次実行器１４Ｎ２に入力される。
【００４４】
ここで、減次実行器１４Ｎ１は、上記信号系列Ｘ(t)から、受信した複数の信号の内、大きさが最大の信号の成分を除去しているので、この信号系列Ｘ(t)から上記大きさが最大の信号の成分が除去された信号系列Ｘ1を用いてべき乗法を実行すれば、最大固有値に対応する固有ベクトルに直交することを考慮しなくとも、２番目の固有値に対応する固有ベクトルを求めることができる。
【００４５】
そこで、本実施の形態では、信号系列Ｘ1は、べき乗法実行器１２Ｎ２に入力され、べき乗法実行器１２Ｎ２は、入力した信号系列Ｘ1に対してべき乗法を実行することにより、大きさが２番目の固有値に対応する固有ベクトルｗ2を求める。
【００４６】
この固有ベクトルｗ2は、内積実行器４０に入力され、内積実行器４０は、上記信号系列Ｘ(t)と固有ベクトルｗ2との内積をとり、大きさが２番目に大きい信号を抽出する。これにより、複数のアンテナにより同時に受信された複数の信号の中から、大きさが２番目に大きい信号ｚ2が分離される。即ち、大きさが２番目の信号に対して固有ベクトルビームを形成する。
【００４７】
上記信号系列Ｘ1と、べき乗法実行器１２Ｎ２により求められた固有ベクトルｗ2及び信号ｙ2は、第２の組Ｋ２の減次実行器１４Ｎ２に入力される。減次実行器１４Ｎ１は、減次を実行することにより、上記信号系列Ｘ1から、大きさが２番目に大きい信号の成分を除去する。信号系列Ｘ1から上記大きさが２番目に大きい信号の成分が除去された信号系列X2は、べき乗法実行器１２Ｎ３に入力される。べき乗法実行器１２Ｎ３は、入力した信号系列X2に対してべき乗法を実行することにより、大きさが３番目の固有値に対応する固有ベクトルｗ3を求める。
【００４８】
この固有ベクトルｗ3は、内積実行器５０に入力され、内積実行器５０は、上記信号系列Ｘ(t)と固有ベクトルｗ3との内積をとり、大きさが３番目に大きい信号を抽出する。これにより、複数のアンテナにより同時に受信された複数の信号の中から、大きさが３番目に大きい信号ｚ3が分離される。即ち、大きさが３番目の信号に対して固有ベクトルビームを形成する。
【００４９】
次に、べき乗法実行器１２Ｎ１（図２（Ａ））の作用を説明する。
【００５０】
べき乗法実行器１２Ｎ１の内積実行器２０は、前段から信号系列Ｘk-1、即ち、べき乗法実行器１２Ｎ１の場合には、次式に示される信号系列Ｘ(t)を入力する。
【００５１】
【数１】
2006054603.tif 000003
【００５２】
また、正規化実行器２８には、求めたい固有ベクトルｗk（ｗ1）に予め初期値が用意されている。
【００５３】
なお、固有ベクトルｗk（ｗ1）として予め用意された初期値ｗ1,0は、
【００５４】
【数２】
2006054603.tif 000004
【００５５】
であり、本実施の形態では、
【００５６】
【数３】
2006054603.tif 000005
【００５７】
を用いる。即ち、
【００５８】
【数４】
2006054603.tif 000006
【００５９】
そして、内積実行器２０は、信号系列Ｘk-1（Ｘ(t)）と予め初期値が用意された固有ベクトルｗk（ｗ1）との内積をとる。即ち、
【００６０】
【数５】
2006054603.tif 000007
【００６１】
また、複素共役算出器２２は、信号系列Ｘk-1（Ｘ(t)）の複素共役ＸHk-1（ＸH(t)）を求める。乗算器２４は、信号系列Ｘk-1（Ｘ(t)）の複素共役ＸHk-1（ＸH(t)）と、内積実行器２０により求められたベクトルとを乗算して、ベクトルｖk（ｖ1）を求める。即ち、
【００６２】
【数６】
2006054603.tif 000008
【００６３】
なお、上記式に示されるように、Ｒは、信号系列Ｘk-1（Ｘ(t)）の各信号で作成されるＭ×Ｍの相関行列（エルミート行列になる）に相当する。
【００６４】
平均化実行器２６は、乗算器２４によって所定期間内に演算された乗算値（ベクトル）を所定期間毎に平均する。
【００６５】
そして、正規化実行器２８は、平均化実行器２６により求められた平均のベクトルを正規化、即ち、
【００６６】
【数７】
2006054603.tif 000009
【００６７】
を計算して、固有ベクトルｗk（ｗ1）の候補を求める。上記の計算を繰り返すと、信号系列Ｘk-1（Ｘ(t)）の各信号の大きさが変らなければ、ｗ1は、上記行列Ｒの最大固有値に対応する固有ベクトルに収束する。
【００６８】
なお、他のべき乗法実行器１２Ｎ２、１２Ｎ３も同様に作用するが、べき乗法実行器１２Ｎ２、１２Ｎ３のそれぞれには固有ベクトルｗ2、ｗ3に、べき乗法実行器１２Ｎ１と同様に、初期値が予め与えられている。
【００６９】
次に、減次実行器１４Ｎ１（図２（Ｂ））の作用を説明する。減次実行器１４Ｎ１における複素共役実行器３０は、前段のべき乗法実行器１２Ｎ１により求められた固有ベクトルｗk（ｗ1）の複素共役ｗHk（ｗH1）を求める。
【００７０】
乗算器３２は、複素共役実行器３０により求められた固有ベクトルｗk（ｗ1）の複素共役ｗHk（ｗH1）と、前段において抽出された信号yk（ｙ1）と、を乗算する。この乗算値は、信号系列Ｘk-1（Ｘ(t)）の中の大きさが最大の信号に対応する。
【００７１】
減算器３４は、前段の信号系列Ｘk-1（Ｘ(t)）から、複素共役ｗHk（ｗH1）と信号yk（ｙ1）との乗算値を減算する。これにより、信号系列Ｘk-1（Ｘ(t)）から、信号系列Ｘk-1（Ｘ(t)）の中の大きさが最大の信号の成分が除去される。
【００７２】
信号系列Ｘk-1（Ｘ(t)）から信号系列Ｘk-1（Ｘ(t)）の中の大きさが最大の信号の成分が除去されて生成される新たな信号系列は、２段目のべき乗法実行器１２Ｎ２に入力され、上記べき乗法実行器１２Ｎ１の作用と同様に作用する。
【００７３】
ここで、減次実行器１４Ｎ１とべき乗法実行器１２Ｎ２により、上記２番目の固有ベクトルが求めることができる原理を説明する。
【００７４】
ここで、
【００７５】
【数８】
2006054603.tif 000010
【００７６】
と変換した受信信号を考える。なお、固有ベクトル（候補）ｗ1は、固有ベクトルe１に収束しているとする。
【００７７】
減次実行器１４Ｎ１の処理後の信号系列Ｘ1の相関行列Ｒ1は次式となる。
【００７８】
【数９】
2006054603.tif 000011
【００７９】
第１項は、
【００８０】
【数１０】
2006054603.tif 000012
【００８１】
減次実行器１４Ｎ１の処理前の信号系列Ｘ（Ｘk-1（Ｘ(t)））の相関行列であり、第２項〜第４項は、次式のようになる。
【００８２】
【数１１】
2006054603.tif 000013
【００８３】
ここで、第２項では、e1eH1がエルミート行列であり、λ1が実数であることを利用している。
【００８４】
また、第４項では、
【００８５】
【数１２】
2006054603.tif 000014
【００８６】
を利用している。
【００８７】
以上から、
【００８８】
【数１３】
2006054603.tif 000015
【００８９】
したがって、
【００９０】
【数１４】
2006054603.tif 000016
【００９１】
と変換した新しい信号系列Ｘ1を用いて、べき乗法を行うことで、相関行列Ｒの２番目に大きい固有値に対応する固有ベクトルが求められることが示された。
【００９２】
次に、本発明の第２の実施の形態を説明する。本実施の形態の構成は、図３に示すように、前述した第１の実施の形態の構成と略同様であるので、同一の部分には同一の符号を付してその説明を省略し、異なる部分を説明する。即ち、本実施の形態では、第１の実施の形態における構成（図１参照）における、内積実行器４０、５０を省略している。
【００９３】
次に本実施の形態の作用を説明するが、本実施の形態の作用は前述した第１の実施の形態の作用と略同様であるので、異なる作用の部分のみ説明する。
【００９４】
即ち、本実施の形態では、べき乗法実行器１２Ｎ１〜１２Ｎ３で求められる、各信号y1、y2、y3をそのまま出力する。
【００９５】
本実施の形態では、固有ベクトルｗ1、ｗ2は共に収束していると考える。
【００９６】
即ち、第１段におけるべき乗法実行器１２Ｎ１の出力である、
【００９７】
【数１５】
2006054603.tif 000017
【００９８】
は、最大固有値に対応する固有ベクトルによる重み付けを行った結果に一致する。
【００９９】
また、第２段におけるべき乗法実行器１２Ｎ２に出力は、
【０１００】
【数１６】
2006054603.tif 000018
【０１０１】
となる。なお、上記では、エルミート行列の呼吸ベクトルは直交する、即ち、
【０１０２】
【数１７】
2006054603.tif 000019
【０１０３】
を用いている。
【０１０４】
第２段におけるべき乗法実行器１２Ｎ２に出力は、２番目に大きい固有値に対応する固有ベクトルによる重み付けを行った結果に一致する。
【０１０５】
本実施の形態では、前述した第１の実施の形態のおける、
【０１０６】
【数１８】
2006054603.tif 000020
【０１０７】
を得るための内積は不要である。
【０１０８】
以上説明したように第１の本実施の形態及び第２の実施の形態では、信号系列から大きさが最大の信号の成分を除去し、この大きさが最大の信号の成分を除去した信号系列を用いて、この信号系列の範囲内において、大きさが最大の信号を抽出するための重み係数を求めるので、計算量を少なくすることができる。
【０１０９】
具体的には、アンテナの数をＭ、求めたい固有ベクトルの数をＬとすると、第１の実施の形態におけるブロック平均は、
【０１１０】
【数１９】
2006054603.tif 000021
【０１１１】
となり、移動平均、指数平均は、
【０１１２】
【数２０】
2006054603.tif 000022
【０１１３】
となる。
【０１１４】
また、第２の実施の形態におけるブロック平均は、
【０１１５】
【数２１】
2006054603.tif 000023
【０１１６】
となり、移動平均、指数平均は、
【０１１７】
【数２２】
2006054603.tif 000024
【０１１８】
となる。
【０１１９】
そして、上記特許文献１のおけるブロック平均は、
【０１２０】
【数２３】
2006054603.tif 000025
【０１２１】
となり、移動平均、指数平均は、
【０１２２】
【数２４】
2006054603.tif 000026
【０１２３】
となる。
【０１２４】
上記のように特許文献１のおけるブロック平均は、Ｌの二乗のオーダーとなっているのに対し、第１の本実施の形態及び第２の実施の形態では、Ｌの１乗となっている。よって、第１の本実施の形態及び第２の実施の形態のほうが計算量は少なくてすむ。
【０１２５】
以上説明した第１の本実施の形態及び第２の実施の形態では、複数の組Ｋ１、Ｋ２を、アンテナにより受信された複数の信号の内、大きさが大きい信号の順に該信号の成分が除去されるように、接続しているが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、組Ｋ１、Ｋ２それぞれを複数備え、それぞれの組で求められた固有ベクトルｗ2、ｗ3を平均して最終的な固有ベクトルｗ2、ｗ3として、大きさが２番目、３番目の信号を抽出するようにしてもよい。
【０１２６】
また、上記例では、べき乗法実行器を備えているが、本発明はこれに限定されるものではなく、べき乗法実行器に代えて、信号系列の各信号から相関行列を求め、この相関行列から固有値に対応する固有ベクトルを求めると共に、求められた固有ベクトルを用いて信号を抽出する装置を備えるようにしてもよい。
【０１２７】
更に、大きさが２番目以降の固有値に対応する固有ベクトルを求めるのにそれそれ上記組を備えているが、本発明はこれに限定されるものではなく、大きさが２番目以降の固有値に対応する複数の固有ベクトルを求めるために少なくとも１つ上記組を備えるようにしてもよい。例えば、組Ｋ２は残し、組Ｋ１の代わりに、上記特許文献１のように、大きさが２番目の固有値に対応する固有ベクトルは最大固有値に対応する固有ベクトルに直交するように求める。この場合でも、少なくとも１つは上記組（Ｋ２）を残しているので、その部分における固有ベクトル（ｗ3）を求める際には、それまでに求められた固有ベクトルを考慮していないので、この限りでは固有ベクトルを簡易に求めることができる。
【０１２８】
なお、以上説明した第１の本実施の形態及び第２の実施の形態では、アダプティブアレイにおいて、複数の固有ベクトルビームを形成しているが、本発明はこれに限定されず、到来波の検出や、レーダーの信号処理などにも利用することができる。
【０１２９】
次に、第１の実施の形態及び第２の実施の形態の第１応用例乃至第４の応用例にかかる信号処理システムを説明する。なお、各応用例に係る信号処理システムに設けられた信号分離装置は、第１の実施の形態及び第２の実施の形態の何れの信号分離装置を応用することができる。そこで、第１の実施の形態及び第２の実施の形態の信号分離装置を代表して、信号分離装置１００として説明する。
【０１３０】
図４に示すように、第１の応用例における信号処理システムは、複数のユーザ、本例では、２つのユーザ端末（送信機）６０Ｎ１、６０Ｎ２からの信号を受信する複数のアンテナ６２を備え、各固有ベクトルビーム１、２それぞれの信号を出力する信号分離装置１００と、信号分離装置１００により出力された各固有ベクトルビーム１、２それぞれの信号を受信し、復調デートとして出力する受信機６４Ｎ１、６４Ｎ２と、を備えている。
【０１３１】
なお、各固有ベクトルビーム１、２それぞれの信号は、最大固有値に対応する固有ベクトルにより抽出された最大の信号、次に大きい固有値に対応する固有ベクトルにより抽出された信号である。以下、各応用例において同様である。
【０１３２】
本第１の応用例は、異なるユーザ端末６０Ｎ１、６０Ｎ２からの信号が多重化された状態でアンテナ６２により受信される。信号分離装置１００は、各固有ベクトルビームによって各ユーザ端末（送信機）６０Ｎ１、６０Ｎ２からの信号を分離し、データを復調する。
【０１３３】
図５に示すように、第２の応用例における信号処理システムは、送信機６０Ｎからの信号を受信する複数のアンテナ６２を備え、各固有ベクトルビーム１、２それぞれの信号を出力する信号分離装置１００と、信号分離装置１００により出力された固有ベクトルビーム１の信号に対して、後述するように遅延補償する遅延補償機６６と、遅延補償機６６から出力された信号を受信すると共に、信号分離装置１００により出力された信号を直接受信し、受信した各々の信号をダイバーシチ合成するダイバーシチ合成機６８と、復調器７０と、を備えている。
【０１３４】
送信器６０Ｎから出力された信号は、アンテナ６２に直接受信される場合と、例えば、ビル６１を反射してアンテナ６２に受信される場合と、がある。アンテナ６２により直接受信される信号をＤ波、ビル６１を反射して受信される信号をＵ波ということとする。Ｄ波及びＵ波はともに同一の発信源である送信器６０Ｎから発信されたものであるが、Ｕ波は、ビル６１を反射して受信される分、Ｄ波より遅延しており、Ｄ波は、アンテナ６２により直接受信されるので、Ｕ波より大きい。
【０１３５】
このようなＵ波及びＤ波が多重化された信号は、信号分離装置１００の固有ベクトルビーム１，２によってそれぞれＤ波の信号、Ｕ波の信号に分離される。
【０１３６】
上記のようにＵ波はＤ波より遅延している、すなわち、Ｄ波はＵ波より進んでいるので、Ｕ波及びＤ波のそれぞれに信号の位相を一致させるため、遅延補償機６６は、Ｄ波の信号を遅延させることにより、Ｕ波の遅延を補償し、Ｄ波及びＵ波のそれぞれの信号をダイバーシチ合成機６８でダイバーシチ合成し、復調器７０により復調して、復調データを得る。以上により、パスダイバーシチ受信を実現することができる。
【０１３７】
図６に示すように、第３の応用例は、第２の応用例と同様な構成部分を有するので、同一の構成部分には同一の符号を付してその説明を省略し、異なる部分を説明する。すなわち、図６に示すように、信号分離装置１００とダイバーシチ合成機６８との間には、ＯＦＤＭ復調器７２Ｎ１、７２Ｎ２が接続されている。
【０１３８】
第３の応用例の作用も第２の応用例の作用と同一の部分があるので、異なる部分を説明する。すなわち、信号分離装置１００により分離されて得られたＤ波及びＵ波に対応する信号はそれぞれ、ＯＦＤＭ復調器７２Ｎ１、７２Ｎ２に入力し、ＯＦＤＭ（直交周波数分割多元通信）復調される。ＯＦＤＭでは、ガードインターバルにより遅延時間差の影響が除去されるため、各固有ベクトルビームの出力のＯＦＤＭ信号をサブキャリア毎に分離している。そして、ダイバーシチ合成機６８で、サブキャリア毎にダイバーシチ合成することによりパスダイバーシチを実現する。
【０１３９】
図７に示すように、第４の応用例では、複数、図７に示す例では、２つのアンテナ８２を備えた送信機８０の各々のアンテナ８２が発信された信号を受信する複数のアンテナ６２を備え、各固有ベクトルビーム１、２それぞれの信号を出力する信号分離装置１００と、信号分離装置１００により出力された各固有ベクトルビーム１、２それぞれの信号を受信し、復調デートとして出力する受信機６４Ｎ１、６４Ｎ２と、を備えている。
【０１４０】
本応用例では、ユーザの１つの送金機８０からは、異なるアンテナ８２から異なる信号が同時に送信され、信号分離装置１００は、各固有ベクトルビームによって各信号を分離し、データを復調する。なお、ユーザ側は、異なる信号を同じに伝送することにより、情報伝送量を像化できる。
【図面の簡単な説明】
【０１４１】
【図１】第１の実施の形態にかかる信号分離装置のブロック図である。
【図２】（Ａ）は、べき乗法実行器のブロック図であり、（Ｂ）は、減次実行器のブロック図である。
【図３】第２の実施の形態にかかる信号分離装置のブロック図である。
【図４】第１の応用例にかかる信号処理システムのブロック図である。
【図５】第２の応用例にかかる信号処理システムのブロック図である。
【図６】第３の応用例にかかる信号処理システムのブロック図である。
【図７】第４の応用例にかかる信号処理システムのブロック図である。
【符号の説明】
【０１４２】
１２Ｎ１              べき乗法実行器
１２Ｎ２、１２Ｎ３    べき乗法実行器（第２の手段）
１４Ｎ１〜１４Ｎ３    減次実行器（第１の手段）
Ｋ１、Ｋ２            組
４０、５０            内積算出器
【図１】
2006054603.tif 000027
【図２】
2006054603.tif 000028
【図３】
2006054603.tif 000029
【図４】
2006054603.tif 000030
【図５】
2006054603.tif 000031
【図６】
2006054603.tif 000032
【図７】
2006054603.tif 000033