(57)【要約】【課題】従来技術に比較して、収束速度を早くしかつ収束時のシンボル誤り率を低く改善するアレーアンテナの制御方法及び装置を提供する。【解決手段】送信される無線信号はｍ相ＰＳＫ変調信号であり、適応制御型コントローラ２０は、アレーアンテナ装置１００の励振素子Ａ０によって受信された受信信号に基づいて最急勾配法を用いて可変リアクタンス素子のリアクタンス値を計算するときに、計算した勾配ベクトルが最大となる規範関数を用いてリアクタンス値の更新を行った後、所定の反復回数になったとき所定期間における受信信号のｍ乗値の平均値の絶対値の２乗値を受信信号のｍ乗値の絶対値の２乗値の平均値で除算した関数である高次モーメント比法による規範関数を用いてリアクタンス値の更新を行ってアレーアンテナの主ビームを所望波の方向に向けかつ干渉波の方向にヌルを向ける可変リアクタンス素子のリアクタンス値を計算して設定する。【選択図】  図５
2004254182.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ｍ相ＰＳＫ変調されて（ここで、ｍは２以上の整数である。）送信された無線信号を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少なくとも１つの非励振素子と、
上記非励振素子に接続された可変リアクタンス素子とを備え、
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、上記非励振素子をそれぞれ導波器又は反射器として動作させ、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を用いて、上記励振素子によって受信された受信信号に基づいて、非線形計画法における反復的な数値解法を用いて、所定の規範関数の値が実質的に最大又は最小となるように、上記規範関数の評価関数を計算しながら上記リアクタンス値の更新を行って、上記アレーアンテナの主ビームを所望波の方向に向けかつ干渉波の方向にヌルを向けるための可変リアクタンス素子のリアクタンス値を計算して設定するアレーアンテナの制御方法において、
所定の少なくとも１つの規範関数のうち計算した勾配が最大となる規範関数を用いて、上記リアクタンス値の更新を行った後、所定の反復回数になったとき、所定の期間における上記受信信号のｍ乗値の平均値の絶対値の２乗値を上記受信信号のｍ乗値の絶対値の２乗値の平均値で除算した関数である高次モーメント比法による第１の規範関数を用いて、上記リアクタンス値の更新を行うことにより、上記アレーアンテナの主ビームを所望波の方向に向けかつ干渉波の方向にヌルを向けるための可変リアクタンス素子のリアクタンス値を計算して設定することを特徴とするアレーアンテナの制御方法。
【請求項２】
ｍ相ＰＳＫ変調されて（ここで、ｍは２以上の整数である。）送信された無線信号を、複数Ｐ個のアンテナ素子が互いに所定の間隔で並置されてなるアレーアンテナで受信されてなる複数Ｐ個の受信信号をそれぞれＰ個の移相手段により所定の移相量だけ移相させた後合成して、合成後の受信信号を出力するアレーアンテナを用いて、上記アレーアンテナによって受信された合成後の受信信号に基づいて、非線形計画法における反復的な数値解法を用いて、所定の規範関数の値が実質的に最大又は最小となるように、上記規範関数の評価関数を計算しながら各移相手段の移相量の更新を行って、上記アレーアンテナの主ビームを所望波の方向に向けかつ干渉波の方向にヌルを向けるための各移相手段の移相量を計算して設定するアレーアンテナの制御方法において、
所定の少なくとも１つの規範関数のうち計算した勾配が最大となる規範関数を用いて、上記各移相手段の移相量の更新を行った後、所定の反復回数になったとき、所定の期間における上記受信信号のｍ乗値の平均値の絶対値の２乗値を上記受信信号のｍ乗値の絶対値の２乗値の平均値で除算した関数である高次モーメント比法による第１の規範関数を用いて、上記各移相手段の移相量の更新を行うことにより、上記アレーアンテナの主ビームを所望波の方向に向けかつ干渉波の方向にヌルを向けるための各移相手段の移相量を計算して設定することを特徴とするアレーアンテナの制御方法。
【請求項３】
上記少なくとも１つの規範関数は、所定の期間における上記受信信号の４乗値の平均値を上記受信信号の２乗値の平均値の２乗値で除算した関数であるクトシス法による第２の規範関数であることを特徴とする請求項１又は２記載のアレーアンテナの制御方法。
【請求項４】
上記少なくとも１つの規範関数は、
（ａ）上記高次モーメント比法による第１の規範関数と、
（ｂ）上記クトシス法による第２の規範関数と、
（ｃ）所定の期間における上記受信信号の絶対値の平均値の２乗値を上記受信信号の２乗値の平均値で除算した関数であるコンスタント・モジュラス・アルゴリズム（ＣＭＡ）法による第３の規範関数と
のうちの少なくとも１つであることを特徴とする請求項１又は２記載のアレーアンテナの制御方法。
【請求項５】
上記非線形計画法における反復的な数値解法は最急勾配法であ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方法。
【請求項６】
ｍ相ＰＳＫ変調されて（ここで、ｍは２以上の整数である。）送信された無線信号を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少なくとも１つの非励振素子と、
上記非励振素子に接続された可変リアクタンス素子とを備え、
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、上記非励振素子をそれぞれ導波器又は反射器として動作させ、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を用いて、上記励振素子によって受信された受信信号に基づいて、非線形計画法における反復的な数値解法を用いて、所定の規範関数の値が実質的に最大又は最小となるように、上記規範関数の評価関数を計算しながら上記リアクタンス値の更新を行って、上記アレーアンテナの主ビームを所望波の方向に向けかつ干渉波の方向にヌルを向けるための可変リアクタンス素子のリアクタンス値を計算して設定するアレーアンテナの制御装置において、
所定の少なくとも１つの規範関数のうち計算した勾配が最大となる規範関数を用いて、上記リアクタンス値の更新を行った後、所定の反復回数になったとき、所定の期間における上記受信信号のｍ乗値の平均値の絶対値の２乗値を上記受信信号のｍ乗値の絶対値の２乗値の平均値で除算した関数である高次モーメント比法による第１の規範関数を用いて、上記リアクタンス値の更新を行うことにより、上記アレーアンテナの主ビームを所望波の方向に向けかつ干渉波の方向にヌルを向けるための可変リアクタンス素子のリアクタンス値を計算して設定する制御手段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７】
ｍ相ＰＳＫ変調されて（ここで、ｍは２以上の整数である。）送信された無線信号を、複数Ｐ個のアンテナ素子が互いに所定の間隔で並置されてなるアレーアンテナで受信されてなる複数Ｐ個の受信信号をそれぞれＰ個の移相手段により所定の移相量だけ移相させた後合成して、合成後の受信信号を出力するアレーアンテナを用いて、上記アレーアンテナによって受信された合成後の受信信号に基づいて、非線形計画法における反復的な数値解法を用いて、所定の規範関数の値が実質的に最大又は最小となるように、上記規範関数の評価関数を計算しながら各移相手段の移相量の更新を行って、上記アレーアンテナの主ビームを所望波の方向に向けかつ干渉波の方向にヌルを向けるための各移相手段の移相量を計算して設定するアレーアンテナの制御装置において、
所定の少なくとも１つの規範関数のうち計算した勾配が最大となる規範関数を用いて、上記各移相手段の移相量の更新を行った後、所定の反復回数になったとき、所定の期間における上記受信信号のｍ乗値の平均値の絶対値の２乗値を上記受信信号のｍ乗値の絶対値の２乗値の平均値で除算した関数である高次モーメント比法による第１の規範関数を用いて、上記各移相手段の移相量の更新を行うことにより、上記アレーアンテナの主ビームを所望波の方向に向けかつ干渉波の方向にヌルを向けるための各移相手段の移相量を計算して設定する制御手段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８】
上記少なくとも１つの規範関数は、所定の期間における上記受信信号の４乗値の平均値を上記受信信号の２乗値の平均値の２乗値で除算した関数であるクトシス法による第２の規範関数であることを特徴とする請求項６又は７記載のアレーアンテナの制御装置。
【請求項９】
上記少なくとも１つの規範関数は、
（ａ）上記高次モーメント比法による第１の規範関数と、
（ｂ）上記クトシス法による第２の規範関数と、
（ｃ）所定の期間における上記受信信号の絶対値の平均値の２乗値を上記受信信号の２乗値の平均値で除算した関数であるコンスタント・モジュラス・アルゴリズム（ＣＭＡ）法による第３の規範関数と
のうちの少なくとも１つであることを特徴とする請求項６又は７記載のアレーアンテナの制御装置。
【請求項１０】
上記非線形計画法における反復的な数値解法は最急勾配法であることを特徴とする請求項６乃至９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、複数のアンテナ素子からなるアレーアンテナ装置の指向特性を変化させることができるアレーアンテナの制御方法及び装置に関し、特に、電子制御導波器アレーアンテナ装置（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃａｌｌｙ  Ｓｔｅｅｒａｂｌｅ  Ｐａｓｓｉｖｅ  Ａｒｒａｙ  Ｒａｄｉａｔｏｒ  Ａｎｔｅｎｎａ）の指向特性を適応的に変化させることができるアレーアンテナの制御方法及び装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来技術の電子制御導波器アレーアンテナ装置は、例えば、非特許文献１や特許文献１において提案されている。この電子制御導波器アレーアンテナ装置は、無線信号が給電される励振素子と、この励振素子から所定の間隔だけ離れて設けられ、無線信号が給電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】
この電子制御導波器アレーアンテナ装置を受信側で適応制御する方法として、一般的に、以下の方法が用いられている。すなわち、送信側で各無線パケットデータの先頭部分に学習シーケンス信号を予め含ませておき、当該学習シーケンス信号と同一の信号を受信側でも発生させ、受信側において、受信された学習シーケンス信号と、上記発生された学習シーケンス信号との相互相関が実質的に最大となることを規範（規範基準）として、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てその指向特性を変化させる。これにより、電子制御導波器アレーアンテナ装置の指向性を最適パターンとし、すなわち所望波の方向に主ビームを向けかつ干渉波の方向にヌルを形成するパターンとなる。
【０００４】
この電子制御導波器アレーアンテナ装置におけるリアクタンス値を適応制御するための規範として、参照信号を用いないブラインド規範が検討されている（例えば、非特許文献２、３及び４参照。）。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００１−２４４３１号公報。
【非特許文献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。
【非特許文献２】
大平孝，“モーメント規範に基づくエスパアンテナの定振幅ブラインド適応ビーム形成”，電子情報通信学会研究技術報告，ＥＤ０１−１５５，電子情報通信学会発行，ｐｐ．２３−２８，２００１年１１月。
【非特許文献３】
大平孝，“エスパアンテナのｍ相ＰＳＫ波ブラインド適応ビーム形成”，電子情報通信学会研究技術報告，ＲＣＳ０２−４５，ｐｐ．１６５−１７０，電子情報通信学会発行，２００２年４月。
【非特許文献４】
滝沢賢一ほか，“Ｍ相ＰＳＫ信号におけるブラインドＳＮＲ推定方法の比較”，電子情報通信学会第二種研究会資料，  ＳＲ０２−２０，電子情報通信学会発行ｐｐ．６７−７４，２００２年１２月。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、これら従来技術に係る、参照信号を用いないブラインド規範を用いた場合、収束速度がいまだ遅く、収束時のシンボル誤り率も高いという問題点があった。
【０００７】
本発明の目的は以上の問題点を解決し、従来技術に比較して、収束速度を早くしかつ収束時のシンボル誤り率を低くなるように改善することができるアレーアンテナの制御方法及び装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
第１の発明に係るアレーアンテナの制御方法は、ｍ相ＰＳＫ変調されて（ここで、ｍは２以上の整数である。）送信された無線信号を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少なくとも１つの非励振素子と、
上記非励振素子に接続された可変リアクタンス素子とを備え、
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、上記非励振素子をそれぞれ導波器又は反射器として動作させ、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を用いて、上記励振素子によって受信された受信信号に基づいて、非線形計画法における反復的な数値解法を用いて、所定の規範関数の値が実質的に最大又は最小となるように、上記規範関数の評価関数を計算しながら上記リアクタンス値の更新を行って、上記アレーアンテナの主ビームを所望波の方向に向けかつ干渉波の方向にヌルを向けるための可変リアクタンス素子のリアクタンス値を計算して設定するアレーアンテナの制御方法において、
所定の少なくとも１つの規範関数のうち計算した勾配が最大となる規範関数を用いて、上記リアクタンス値の更新を行った後、所定の反復回数になったとき、所定の期間における上記受信信号のｍ乗値の平均値の絶対値の２乗値を上記受信信号のｍ乗値の絶対値の２乗値の平均値で除算した関数である高次モーメント比法による第１の規範関数を用いて、上記リアクタンス値の更新を行うことにより、上記アレーアンテナの主ビームを所望波の方向に向けかつ干渉波の方向にヌルを向けるための可変リアクタンス素子のリアクタンス値を計算して設定することを特徴とする。
【０００９】
第２の発明に係るアレーアンテナの制御方法は、ｍ相ＰＳＫ変調されて（ここで、ｍは２以上の整数である。）送信された無線信号を、複数Ｐ個のアンテナ素子が互いに所定の間隔で並置されてなるアレーアンテナで受信されてなる複数Ｐ個の受信信号をそれぞれＰ個の移相手段により所定の移相量だけ移相させた後合成して、合成後の受信信号を出力するアレーアンテナを用いて、上記アレーアンテナによって受信された合成後の受信信号に基づいて、非線形計画法における反復的な数値解法を用いて、所定の規範関数の値が実質的に最大又は最小となるように、上記規範関数の評価関数を計算しながら各移相手段の移相量の更新を行って、上記アレーアンテナの主ビームを所望波の方向に向けかつ干渉波の方向にヌルを向けるための各移相手段の移相量を計算して設定するアレーアンテナの制御方法において、
所定の少なくとも１つの規範関数のうち計算した勾配が最大となる規範関数を用いて、上記各移相手段の移相量の更新を行った後、所定の反復回数になったとき、所定の期間における上記受信信号のｍ乗値の平均値の絶対値の２乗値を上記受信信号のｍ乗値の絶対値の２乗値の平均値で除算した関数である高次モーメント比法による第１の規範関数を用いて、上記各移相手段の移相量の更新を行うことにより、上記アレーアンテナの主ビームを所望波の方向に向けかつ干渉波の方向にヌルを向けるための各移相手段の移相量を計算して設定することを特徴とする。
【００１０】
上記アレーアンテナの制御方法において、上記少なくとも１つの規範関数は、所定の期間における上記受信信号の４乗値の平均値を上記受信信号の２乗値の平均値の２乗値で除算した関数であるクトシス法による第２の規範関数であることを特徴とする。
【００１１】
また、上記アレーアンテナの制御方法において、上記少なくとも１つの規範関数は、
（ａ）上記高次モーメント比法による第１の規範関数と、
（ｂ）上記クトシス法による第２の規範関数と、
（ｃ）所定の期間における上記受信信号の絶対値の平均値の２乗値を上記受信信号の２乗値の平均値で除算した関数であるコンスタント・モジュラス・アルゴリズム（ＣＭＡ）法による第３の規範関数と
のうちの少なくとも１つであることを特徴とする。
【００１２】
さらに、上記アレーアンテナの制御方法において、上記非線形計画法における反復的な数値解法は最急勾配法であることを特徴とする。
【００１３】
第３の発明に係るアレーアンテナの制御装置は、ｍ相ＰＳＫ変調されて（ここで、ｍは２以上の整数である。）送信された無線信号を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少なくとも１つの非励振素子と、
上記非励振素子に接続された可変リアクタンス素子とを備え、
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、上記非励振素子をそれぞれ導波器又は反射器として動作させ、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を用いて、上記励振素子によって受信された受信信号に基づいて、非線形計画法における反復的な数値解法を用いて、所定の規範関数の値が実質的に最大又は最小となるように、上記規範関数の評価関数を計算しながら上記リアクタンス値の更新を行って、上記アレーアンテナの主ビームを所望波の方向に向けかつ干渉波の方向にヌルを向けるための可変リアクタンス素子のリアクタンス値を計算して設定するアレーアンテナの制御装置において、
所定の少なくとも１つの規範関数のうち計算した勾配が最大となる規範関数を用いて、上記リアクタンス値の更新を行った後、所定の反復回数になったとき、所定の期間における上記受信信号のｍ乗値の平均値の絶対値の２乗値を上記受信信号のｍ乗値の絶対値の２乗値の平均値で除算した関数である高次モーメント比法による第１の規範関数を用いて、上記リアクタンス値の更新を行うことにより、上記アレーアンテナの主ビームを所望波の方向に向けかつ干渉波の方向にヌルを向けるための可変リアクタンス素子のリアクタンス値を計算して設定する制御手段を備えたことを特徴とする。
【００１４】
第４の発明に係るアレーアンテナの制御装置は、ｍ相ＰＳＫ変調されて（ここで、ｍは２以上の整数である。）送信された無線信号を、複数Ｐ個のアンテナ素子が互いに所定の間隔で並置されてなるアレーアンテナで受信されてなる複数Ｐ個の受信信号をそれぞれＰ個の移相手段により所定の移相量だけ移相させた後合成して、合成後の受信信号を出力するアレーアンテナを用いて、上記アレーアンテナによって受信された合成後の受信信号に基づいて、非線形計画法における反復的な数値解法を用いて、所定の規範関数の値が実質的に最大又は最小となるように、上記規範関数の評価関数を計算しながら各移相手段の移相量の更新を行って、上記アレーアンテナの主ビームを所望波の方向に向けかつ干渉波の方向にヌルを向けるための各移相手段の移相量を計算して設定するアレーアンテナの制御装置において、
所定の少なくとも１つの規範関数のうち計算した勾配が最大となる規範関数を用いて、上記各移相手段の移相量の更新を行った後、所定の反復回数になったとき、所定の期間における上記受信信号のｍ乗値の平均値の絶対値の２乗値を上記受信信号のｍ乗値の絶対値の２乗値の平均値で除算した関数である高次モーメント比法による第１の規範関数を用いて、上記各移相手段の移相量の更新を行うことにより、上記アレーアンテナの主ビームを所望波の方向に向けかつ干渉波の方向にヌルを向けるための各移相手段の移相量を計算して設定する制御手段を備えたことを特徴とする。
【００１５】
上記アレーアンテナの制御装置において、上記少なくとも１つの規範関数は、所定の期間における上記受信信号の４乗値の平均値を上記受信信号の２乗値の平均値の２乗値で除算した関数であるクトシス法による第２の規範関数であることを特徴とする。
【００１６】
また、上記アレーアンテナの制御装置において、上記少なくとも１つの規範関数は、
（ａ）上記高次モーメント比法による第１の規範関数と、
（ｂ）上記クトシス法による第２の規範関数と、
（ｃ）所定の期間における上記受信信号の絶対値の平均値の２乗値を上記受信信号の２乗値の平均値で除算した関数であるコンスタント・モジュラス・アルゴリズム（ＣＭＡ）法による第３の規範関数と
のうちの少なくとも１つであることを特徴とする。
【００１７】
さらに、上記アレーアンテナの制御装置において、上記非線形計画法における反復的な数値解法は最急勾配法であることを特徴とする。
【００１８】
【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。
【００１９】
＜第１の実施形態＞
図１は本発明に係る第１の実施形態であるアレーアンテナの制御装置の構成を示すブロック図である。この実施形態のアレーアンテナの制御装置は、図１に示すように、１つの励振素子Ａ０と、６個の非励振素子Ａ１乃至Ａ６とを備えてなる電子制御導波器アレーアンテナ装置であるアレーアンテナ装置１００と、無線受信機１０と、適応制御型コントローラ２０とを備えて構成される。
【００２０】
図１において、アレーアンテナ装置１００は、接地導体１１上に設けられた励振素子Ａ０及び非励振素子Ａ１乃至Ａ６から構成され、励振素子Ａ０は、半径ｒの円周上に設けられた６本の非励振素子Ａ１乃至Ａ６によって囲まれるように配置されている。好ましくは、各非励振素子Ａ１乃至Ａ６は上記半径ｒの円周上に互いに等間隔を保って設けられる。各励振素子Ａ０及び非励振素子Ａ１乃至Ａ６の長さは、例えば約λ／４（但し、λは所望波の波長）になるように構成され、また、上記半径ｒはλ／４になるように構成される。励振素子Ａ０の給電点は同軸ケーブル８を介して低雑音増幅器（ＬＮＡ）１に接続され、また、非励振素子Ａ１乃至Ａ６はそれぞれ６個の可変リアクタンス素子１２−１乃至１２−６に接続され、これら可変リアクタンス素子１２−１乃至１２−６のリアクタンス値は適応制御型コントローラ２０からのリアクタンス値信号によって設定される。
【００２１】
この第１の実施形態においては、送信された無線信号はｍ相ＰＳＫ変調（ここで、ｍは２以上の整数である。）される。適応制御型コントローラ２０は、例えばコンピュータなどのディジタル計算機で構成され、アレーアンテナ装置１００の励振素子Ａ０によって受信された受信信号に基づいて、非線形計画法における反復的な数値解法である、例えば最急勾配法を用いて、所定の規範関数の値が実質的に最大又は最小となるように、上記規範関数の評価関数を計算しながら上記リアクタンス値の更新を行って、上記アレーアンテナの主ビームを所望波の方向に向けかつ干渉波の方向にヌルを向けるための可変リアクタンス素子のリアクタンス値を計算して設定する。このとき、適応制御型コントローラ２０は、それぞれ詳細後述する、クトシス法の規範関数と、高次モーメント比法の規範関数と、コンスタント・モジュラス・アルゴリズム法（以下、ＣＭＡ法という。）の規範関数とのうち、計算した勾配ベクトルが最大となる規範関数を用いて、上記リアクタンス値の更新を行った後、所定の反復回数になったとき、高次モーメント比法による規範関数を用いて、上記リアクタンス値の更新を行うことにより、上記アレーアンテナの主ビームを所望波の方向に向けかつ干渉波の方向にヌルを向けるための可変リアクタンス素子のリアクタンス値を計算して設定することを特徴としている。以下、この適応制御型コントローラ２０の制御方法について詳細に説明する。
【００２２】
上述の電子制御導波器アレーアンテナ装置のためのブラインド適応ビーム形成規範関数として、次の表に示す３つの規範（クトシス法、高次モーメント比法、ＣＭＡ法）が提案されており（例えば、非特許文献２、３及び４参照。）、これらの規範を比較すると次の表のようになる。
【００２３】
【表１】
2004254182.tif 000003
【００２４】
この比較は適応アルゴリズムとして最急勾配法を用いた場合の評価である。表１におけるｙｎはアレーアンテナ装置１００及び無線受信機１０により受信される受信信号であり、Ｎｓは当該受信信号ｙｎのサンプル数（＝シンボル数）を示している。表１における数１乃至数３の規範関数において、（１／Ｎｓ）Σ（・）は、実際には、所定の時間期間に対する時間平均値を意味する。この時間平均は、例えば周波数分割多重方式で送信されたデータ信号を一時に受信して並列処理する場合に、例えば１シンボルなどの所定の期間において複数のデータ信号についての平均値であってもよい。
【００２５】
表１から明らかなように、クトシス法及びＣＭＡ法は収束速度は速いものの、収束時のシンボル誤り率特性が悪いのに対して、高次モーメント比法は、収束速度は遅いものの、収束時のシンボル誤り率特性がよいことがわかる。これは、高次モーメント比法では、出力ＳＩＮＲ（出力信号対干渉及び雑音電力比）が低い場合に勾配ベクトルが小さくなるためであると考えられる。
【００２６】
そこで、以上の考察から、本発明者らは、ブラインド適応ビーム形成規範を適応的に切り替えを行う「規範ダイバーシティ法」を提案する。この方法は、具体的には、規範の切り替え方法として、「勾配ベクトルが最大となる規範で更新を行い、規定の更新回数以降は、高次モーメント比法に切り換える」。これにより、従来技術に比較して、収束速度を早くしかつ収束時のシンボル誤り率を低くなるように改善することを目的としている。
【００２７】
次いで、図面を参照して第１の実施形態に係るアレーアンテナの制御装置について以下に説明する。
【００２８】
図２は、アレーアンテナ装置１００の縦断面図である。励振素子Ａ０は接地導体１１と電気的に絶縁され、各非励振素子Ａ１乃至Ａ６は、可変リアクタンス素子１２−１乃至１２−６を介して、接地導体１１に対して高周波的に接地される。可変リアクタンス素子１２−１乃至１２−６の動作を説明すると、例えば励振素子Ａ０と非励振素子Ａ１乃至Ａ６の長手方向の長さが実質的に同一であるとき、例えば、可変リアクタンス素子１２−１がインダクタンス性（Ｌ性）を有するときは、可変リアクタンス素子１２−１は延長コイルとなり、非励振素子Ａ１乃至Ａ６の電気長が励振素子Ａ０に比較して長くなり、反射器として働く。一方、例えば、可変リアクタンス素子１２−１がキャパシタンス性（Ｃ性）を有するときは、可変リアクタンス素子１２−１は短縮コンデンサとなり、非励振素子Ａ１の電気長が励振素子Ａ０に比較して短くなり、導波器として働く。また、他の可変リアクタンス素子１２−２乃至１２−６に接続された非励振素子Ａ２乃至Ａ６についても同様に動作する。
【００２９】
従って、図１のアレーアンテナ装置１００において、各非励振素子Ａ１乃至Ａ６に接続された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、アレーアンテナ装置１００の平面指向性特性を変化させることができる。
【００３０】
図１のアレーアンテナの制御装置において、アレーアンテナ装置１００の励振素子Ａ０は無線信号を受信し、上記受信された無線信号である受信信号は同軸ケーブル８を介して無線受信機１０に入力され、無線受信機１０は入力された受信信号に対してＰＳＫ復調処理を行って、ＰＳＫ復調された、互いに直交した受信信号からの２つのデジタルベースバンド信号を得る。すなわち、無線受信機１０において、受信信号はまず低雑音増幅器（ＬＮＡ）１により高周波増幅された後２分配され、２分配された一方の受信信号は混合器２−１により局部発振器３からの局部発振信号と混合された後、ダイレクトコンバージョン後のＩ信号は、Ａ／Ｄ変換器５−１によりＡ／Ｄ変換されてデジタルベースバンドＩ信号を得る。一方、２分配された他方の受信信号は混合器２−２により、局部発振信号から９０度移相器４により９０度だけ移相された局部発振信号と混合された後、ダイレクトコンバージョン後のＱ信号は、Ａ／Ｄ変換器５−２によりＡ／Ｄ変換されてデジタルベースバンドＱ信号を得る。これら２つのデジタルベースバンド信号はデータ信号として出力されるとともに、適応制御型コントローラ２０に出力される。次いで、適応制御型コントローラ２０は、アレーアンテナ装置１００の励振素子Ａ０によって受信された受信信号を表す２つのデジタルベースバンド信号に基づいて、例えば最急勾配法を用いて、規範関数の値が実質的に最大又は最小となるように、上記規範関数の評価関数を計算しながら上記リアクタンス値の更新を行って、上記アレーアンテナの主ビームを所望波の方向に向けかつ干渉波の方向にヌルを向けるための可変リアクタンス素子のリアクタンス値を計算して設定するときに、表１に示した３つの規範関数のうち、計算した勾配ベクトルが最大となる規範関数を用いて、上記リアクタンス値の更新を行った後、所定の反復回数になったとき、高次モーメント比法による規範関数を用いて、上記リアクタンス値の更新を行うことにより、上記アレーアンテナの主ビームを所望波の方向に向けかつ干渉波の方向にヌルを向けるための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ｘｋ（ｋ＝１，２，…，６）を計算してその値を示すリアクタンス値信号を各可変リアクタンス素子１２−１乃至１２−６に出力することによりそれらリアクタンス値ｘｋを設定する。
【００３１】
図３は、図１のアレーアンテナ装置１００の非励振素子Ａｋと可変リアクタンス素子１２−ｋの接続点付近の回路を示す回路図である。図３において、適応制御型コントローラ２０からのリアクタンス値信号である直流バイアス電圧は、抵抗１４とキャパシタ１５とからなるＬ型の低域通過フィルタ１３を介して、例えばバラクタダイオードである可変リアクタンス素子１２−ｋ（ｋ＝１，２，…，６）に印加され、これにより、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ｘｋ（ｋ＝１，２，…，６）が制御される。
【００３２】
図４は図１の適応制御型コントローラ２０によって実行される、最急勾配法による適応制御処理を示すフローチャートである。
【００３３】
図４において、まず、ステップＳ１で反復回数パラメータｎを１に初期化し、リアクタンスベクトルｘ（１）にその初期値を設定挿入し、ステップＳ２において素子パラメータｋを１にリセットする。次いで、ステップＳ３において受信信号ｙｎを測定し、ステップＳ４において数１、数２及び数３を用いて３つの規範関数Ｊ１，Ｊ２，Ｊ３の値を計算してそれぞれＪ１（０），Ｊ２（０），Ｊ３（０）に設定挿入する。さらに、ステップＳ５においてリアクタンス値ｘｋに所定の摂動値Δｘｋを加算し、その加算値をリアクタンス値ｘｋとして設定した後、ステップＳ６において受信信号ｙｎを測定し、ステップＳ７において、図５の規範関数計算及び選択処理を実行する。このサブルーチン処理では、規範関数Ｊ１，Ｊ２，Ｊ３の計算、最大の勾配ベクトルΔｘｋの選択などの処理を実行するとともに、所定の反復回数以上（本実施形態では、ｎ＞７）では、高次モーメント比法の規範関数に切り換えて最急勾配法の反復更新処理を実行する。そして、ステップＳ８においてリアクタンス値ｘｋに所定の摂動値Δｘｋを減算しその減算値をリアクタンス値ｘｋとして設定することにより摂動前の値に戻した後、ステップＳ９において素子パラメータｋはＫ（＝６）以上であるか否かが判断される。ステップＳ９でＮＯであれば、ステップＳ１０で素子パラメータｋを１だけインクリメントしてステップＳ５に戻り、上述の処理を繰り返す。一方、ステップＳ９でＹＥＳであるときは、ステップＳ１１において、図４のステップＳ１１に示す漸化式を用いて、リアクタンスベクトルｘの次の推定値ｘ（ｎ＋１）を計算した後、ステップＳ１２において反復回数パラメータｎが所定の反復回数Ｎに到達しているか否かを判断し、ＮＯであれば、ステップＳ１３において反復回数パラメータｎを１だけインクリメントした後、ステップＳ２からの処理を繰り返す。一方、ステップＳ１２でＹＥＳであるときは、十分に収束しているものと判断し、計算されたリアクタンスベクトルｘの値を有するリアクタンス値信号を可変リアクタンス素子１２−１乃至１２−６に出力して設定する。
【００３４】
図５は、図４のサブルーチンである規範関数計算及び選択処理（ステップＳ７）を示すフローチャートである。
【００３５】
図５において、まず、ステップＳ２１においてｎ≦７であるか否かが判断され、ＹＥＳのときはステップＳ２２に進む一方、ＮＯのときはステップＳ２６に進む。ステップＳ２２において上記数１，数２，数３を用いて３つの規範関数Ｊ１、Ｊ２、Ｊ３の値を計算し、ステップＳ２３において次式を用いて各勾配の値を計算する。
【００３６】
【数１】
2004254182.tif 000004
【００３７】
次いで、ステップＳ２４において、次式の３つの勾配
【数２】
2004254182.tif 000005
のうちの最大値である規範関数の勾配をΔｘｋとして選択して設定する。なお、この勾配Δｘｋの素子数６個分は勾配ベクトルとなる。そして、ステップＳ２５において次式の置き換えを実行した後、元のメインルーチンに戻る。
【００３８】
【数３】
Ｊ１（０）←Ｊ１
Ｊ２（０）←Ｊ２
Ｊ３（０）←Ｊ３
【００３９】
一方、ステップＳ２１でＮＯであるときは、ステップＳ２６において高次モーメント比法による規範関数Ｊ３の値を数３を用いて計算し、ステップＳ２７において次式の勾配を計算して、計算された勾配をΔｘｋとして設定する。
【００４０】
【数４】
2004254182.tif 000006
【００４１】
さらに、ステップＳ２８で次式の置き換えを実行した後、元のメインルーチンに戻る。
【００４２】
【数５】
Ｊ３（０）←Ｊ３
【００４３】
以上の図５のサブルーチン処理において、規範関数を切り換える反復回数を７としているが、これは一例であって、本発明はこれに限定されず、２以上の所定の適当な回数であってもよい。
【００４４】
以上説明したように、本実施形態によれば、ブラインド適応ビーム形成規範を適応的に切り替えを行う「規範ダイバーシティ法」を用いて、アレーアンテナ装置１００の放射パターンを適応制御するので、従来技術に比較して、収束速度を早くしかつ収束時のシンボル誤り率を低くなるように改善することができる。
【００４５】
以上の実施形態においては、６本の非励振素子Ａ１乃至Ａ６を用いているが、その本数は少なくとも１本あれば、当該アレーアンテナ装置の指向特性を電子的に制御することができる。それに代わって、６個よりも多くの非励振素子を備えてもよい。また、非励振素子Ａ１乃至Ａ６の配置形状も上記の実施形態に限定されず、励振素子Ａ０から所定の距離だけ離れていればよい。すなわち、各非励振素子Ａ１乃至Ａ６に対する間隔は一定でなくてもよい。
【００４６】
以上の実施形態においては、規範関数Ｊを適応制御のためのリアクタンス値を求めるための規範関数とし、それを実質的に最大となるようにリアクタンスベクトルの最適解を計算しているが、本発明はこれに限らず、規範関数Ｊの逆数を適応制御のためのリアクタンス値を求めるための規範関数とし、それを実質的に最小となるようにリアクタンスベクトルの最適解を計算してもよい。
【００４７】
＜第２の実施形態＞
図６は、本発明に係る第２の実施形態であるアレーアンテナの制御装置の構成を示すブロック図である。
【００４８】
この実施形態では、アレーアンテナ装置５０の各アンテナ素子５１−１乃至５１−Ｐで受信した信号を、可変移相器５３−１乃至５３−Ｐと加算器である合成器５４によって構成されたＲＦ帯のＢＦＮ（Ｂｅａｍ  Ｆｏｒｍｉｎｇ  Ｎｅｔｗｏｒｋ）回路で合成する構成を採用し、このアレーアンテナの制御装置は、図６に示すように、複数Ｐ個のアンテナ素子１−１乃至１−Ｐが互いに所定の間隔で配置されてなるアレーアンテナ装置５０（例えば、リニアアレーアンテナ装置であり、２次元形状又は３次元形状で配置されてもよい。）のビームを制御するための適応制御型制御装置であり、適応制御型コントローラ６０を備えたことを特徴としている。ここで、送信された無線信号はｍ相ＰＳＫ変調され（ｍは２以上の整数である。）、適応制御型コントローラ６０は、合成後の受信信号に基づいて、非線形計画法における反復的な数値解法である、例えば、最急勾配法を用いて、所定の規範関数の値が実質的に最大又は最小となるように、上記規範関数の評価関数を計算しながら上記リアクタンス値の更新を行って、上記アレーアンテナの主ビームを所望波の方向に向けかつ干渉波の方向にヌルを向けるための可変移相器５３−１乃至５３−Ｐの移相量に対応する各移相制御電圧ｖｐ（ｐ＝１，２，…，Ｐ）を計算して設定するときに、クトシス法の規範関数と、高次モーメント比法の規範関数と、ＣＭＡ法の規範関数とのうち、計算した勾配ベクトルが最大となる規範関数を用いて、上記リアクタンス値の更新を行った後、所定の反復回数になったとき、高次モーメント比法による規範関数を用いて、各移相制御電圧ｖｐ（ｐ＝１，２，…，Ｐ）の更新を行うことにより、上記アレーアンテナの主ビームを所望波の方向に向けかつ干渉波の方向にヌルを向けるための各移相制御電圧ｖｐ（ｐ＝１，２，…，Ｐ）を計算して設定する。
【００４９】
以下、図６に示すアレーアンテナの制御装置の構成について説明する。図６において、複数Ｐ個のアンテナ素子５１−１乃至５１−Ｐが互いに所定の間隔で１直線上に並置されてなるアレーアンテナ装置５０によって無線信号が受信され、各アンテナ素子５１−１乃至５１−Ｐで受信された無線信号はそれぞれ、低雑音増幅器（ＬＮＡ）５２−１乃至５２−Ｐを介して可変移相器５３−１乃至５３−Ｐに入力される。各可変移相器５３−１乃至５３−Ｐはそれぞれ、入力される無線信号を、適応制御型コントローラ６０から出力される各移相制御電圧ｖｐ（ｐ＝１，２，…，Ｐ）に対応した各移相量だけ移相した後、合成器５４に出力する。合成器５４は入力されるＰ個の無線信号を電力合成して、合成後の無線信号を、受信信号として図１の無線受信機１０と同様の構成を有する無線受信機１０に出力する。
【００５０】
次いで、無線受信機１０は、入力される合成された受信信号に基づいて、図１の無線受信機１０と同様に、互いに直交した受信信号からの２つのデジタルベースバンド信号を得て、適応制御型コントローラ６０に出力する。適応制御型コントローラ６０は、入力される２つのデジタルベースバンド信号に基づいて、非線形計画法における反復的な数値解法である、例えば、最急勾配法を用いて、図４及び図５の適応制御処理と同様の処理を実行することにより、上記規範ダイバーシティ法を用いて、当該アレーアンテナ装置５０の主ビームを所望波の方向に向けかつ干渉波の方向にヌルを向けるための可変移相器５３−１乃至５３−Ｐの移相量に対応する各移相制御電圧ｖｐ（ｐ＝１，２，…，Ｐ）を計算し、それを可変移相器５３−１乃至５３−Ｐに印加することにより対応する各移相量を設定する。
【００５１】
この実施形態に係る適応制御型コントローラ６０においても、第１の実施形態に係る適応制御型コントローラ２０と同様に、ブラインド適応ビーム形成規範を適応的に切り替えを行う「規範ダイバーシティ法」を用いて、アレーアンテナ装置５０の放射パターンを適応制御するので、従来技術に比較して、収束速度を早くしかつ収束時のシンボル誤り率を低くなるように改善することができる。
【００５２】
以上の実施形態においては、最急勾配法を用いて各可変移相器５３−１乃至５３−Ｐの移相量に対応する移相制御電圧ｖｐを計算しているが、本発明はこれに限らず、公知の順次ランダム法、ランダム法、高次元二分法などの非線形計画法における反復的な数値解法を用いてもよい。また、規範関数Ｊはその逆数を用いてもよい。
【００５３】
【実施例】
本発明者らは、第１の実施形態に係るアレーアンテナ装置１００を試作して、計算機シミュレーションを実行した。そのときの条件を次の表に示すとともに、計算機シミュレーション結果として、図７に出力ＳＩＮＲ特性を示し、図８にシンボル誤り率特性を示す。なお、適応アルゴリズムには最急勾配法を用いた。また、高次モーメント比法への切り換える規定回数を７回とした。
【００５４】
【表２】
2004254182.tif 000007
【００５５】
図７及び図８の結果より、規範ダイバーシティ法を用いることで、収束速度はクトシス法及びＣＭＡ法と同程度の速さで収束し、収束時のシンボル誤り率は高次モーメント比法と同じオーダーで改善できることがわかった。なお、規範の切り換え前の規範はクトシス法がしばしば選択されていることを確認した。
【００５６】
以上の実施形態においては、規範関数の切り換え前の規範として、３つの規範を用いているが、本発明はこれに限らず、好ましくはクトシス法のみを用いてもよいし、もしくは、３つの規範の少なくとも１つ又は２つに限定してもよい。
【００５７】
【発明の効果】
以上詳述したように本発明に係るアレーアンテナの制御方法又は装置によれば、電子制御導波器アレーアンテナ装置又はリニアアレーアンテナ装置において、規範ダイバーシティ法を用いて、規範関数の切り換えを実行したので、従来技術に比較して、収束速度を早くしかつ収束時のシンボル誤り率を低くなるように改善することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る第１の実施形態であるアレーアンテナの制御装置の構成を示すブロック図である。
【図２】図１のアレーアンテナ装置１００の詳細な構成を示す断面図である。
【図３】図１のアレーアンテナ装置１００の非励振素子Ａｋと可変リアクタンス素子１２−ｋの接続点付近の回路を示す回路図である。
【図４】図１の適応制御型コントローラ２０によって実行される、最急勾配法による適応制御処理を示すフローチャートである。
【図５】図４のサブルーチンである規範関数計算及び選択処理（ステップＳ７）を示すフローチャートである。
【図６】本発明に係る第２の実施形態であるアレーアンテナの制御装置の構成を示すブロック図である。
【図７】第１の実施形態に係る規範ダイバーシティ法及びその他の従来法のシミュレーション結果であって、反復回数に対する出力ＳＩＮＲ（信号対干渉及び雑音電力比）特性を示すグラフである。
【図８】第１の実施形態に係る規範ダイバーシティ法及びその他の従来法のシミュレーション結果であって、反復回数に対するシンボル誤り率特性を示すグラフである。
【符号の説明】
Ａ０…励振素子、
Ａ１乃至Ａ６…非励振素子、
１…低雑音増幅器（ＬＮＡ）、
２−１，２−２…混合器、
３…局部発振器、
４…９０度移相器、
５−１，５−２…Ａ／Ｄ変換器、
８…給電用同軸ケーブル、
１１…接地導体、
１２−１乃至１２−６…可変リアクタンス素子、
１３…低域通過フィルタ、
１４…抵抗、
１５…キャパシタ、
２０…適応制御型コントローラ、
５０…アレーアンテナ、
５１−１乃至５１−Ｐ…アンテナ素子、
５２−１乃至５２−Ｐ…低雑音増幅器（ＬＮＡ），
５３−１乃至５３−Ｐ…可変移相器、
５４…合成器、
６０…適応制御型コントローラ、
１００…アレーアンテナ装置。
【図１】
2004254182.tif 000008
【図２】
2004254182.tif 000009
【図３】
2004254182.tif 000010
【図４】
2004254182.tif 000011
【図５】
2004254182.tif 000012
【図６】
2004254182.tif 000013
【図７】
2004254182.tif 000014
【図８】
2004254182.tif 000015