(57)【要約】【課題】入射波の入射方向が近接する場合においても、これらの方向に有効にビームを形成できるビーム形成装置およびビーム形成装置における荷重制御方法を提供する。【解決手段】受信された複数の入射波に対してそれぞれにビームを形成するビーム形成装置であって、各入射波の電力を推定する電力推定手段１１と、この推定された電力と入射波の固有ベクトルを用いて入射波のステアリングベクトルを推定するステアリングベクトル推定手段１２と、を備え、推定されたステアリングベクトルに基づいてビームを形成するビーム形成装置にある。【選択図】        図２
2004201103.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
受信された複数の入射波に対してそれぞれにビームを形成するビーム形成装置であって、各入射波の電力を推定する電力推定手段と、この推定された電力と入射波の固有ベクトルを用いて入射波のステアリングベクトルを推定するステアリングベクトル推定手段と、を備え、推定されたステアリングベクトルに基づいてビームを形成することを特徴とするビーム形成装置。
【請求項２】
受信された複数の入射波に対してそれぞれにビームを形成するビーム形成装置であって、
複数の入射波によるアレーアンテナの各素子アンテナの受信信号をそれぞれ形成するビーム数に分配する分配手段と、
上記分配手段の各出力信号に荷重を乗じる乗算手段およびこの乗算手段の出力を合成する合成手段をそれぞれ含みビームを形成する、形成するビーム毎に設けられた荷重合成手段と、
上記素子アンテナの受信信号から入射波の相関行列を求める相関行列計算手段と、
上記相関行列の固有値分解を行ない固有値と固有ベクトルを算出する固有値分解手段と、
上記固有値分布から入射波の数を推定する入射波数推定手段と、
上記素子アンテナの受信信号から各入射波の電力を推定する電力推定手段と、
上記電力推定手段の出力と上記固有値分解手段の出力から入射波のステアリングベクトルを推定するステアリングベクトル推定手段と、
上記ステアリングベクトル推定手段の出力から上記各乗算手段で乗じる荷重を求めこれらをそれぞれ乗じるビームフォーミング荷重計算手段と、
を備えたことを特徴とするビーム形成装置。
【請求項３】
受信波に含まれる２波の入射波に対してそれぞれビームを形成するビーム形成装置であって、
２波の入射波を含む受信波によるアレーアンテナの各素子アンテナの受信信号をそれぞれ２つに分配する分配手段と、
上記分配手段の各出力信号に荷重を乗じる乗算手段およびこの乗算手段の出力を合成する合成手段をそれぞれ含みビームを形成する、形成するビーム毎に設けられた荷重合成手段と、
上記素子アンテナの受信信号から入射波の相関行列を求める相関行列計算手段と、
上記相関行列の固有値分解を行ない固有値と固有ベクトルを算出する固有値分解手段と、
上記素子アンテナの受信信号から２波の入射波の電力を推定する電力推定手段と、
上記電力推定手段の出力と上記固有値分解手段の出力から入射波のステアリングベクトルを推定するステアリングベクトル推定手段と、
上記ステアリングベクトル推定手段の出力から上記各乗算器で乗じる荷重を求めこれらをそれぞれ乗じるビームフォーミング荷重計算手段と、
を備えたことを特徴とするビーム形成装置。
【請求項４】
受信された複数の入射波に対してそれぞれにビームを形成するビーム形成装置であって、
複数の入射波によるアレーアンテナの各素子アンテナの受信信号をそれぞれチャンネル別に分離するチャンネル分離手段と、
上記チャンネル分離手段の各出力信号に荷重を乗じる乗算手段およびこの乗算手段の出力を合成する合成手段をそれぞれ含みビームを形成する、チャンネル別の形成するビーム毎に設けられた荷重合成手段と、
上記素子各アンテナの受信信号から入射波の相関行列を求める相関行列計算手段と、
上記相関行列の固有値分解を行ない固有値と固有ベクトルを算出する固有値分解手段と、
上記固有値分布から入射波の数を推定する入射波数推定手段と、
上記チャンネル分離手段の出力信号から入射波の電力を推定する電力推定手段と、
上記電力推定手段の出力と上記固有値分解手段の出力から入射波のステアリングベクトルを推定するステアリングベクトル推定手段と、
上記ステアリングベクトル推定手段の出力から上記各乗算手段で乗じる荷重を求めこれらをそれぞれ乗じるビームフォーミング荷重計算手段と、
を備えたことを特徴とするビーム形成装置。
【請求項５】
受信された複数の入射波に対してそれぞれにビームを形成するビーム形成装置であって、
２波の入射波を含む受信波によるアレーアンテナの各素子アンテナの受信信号を２つのチャンネルに分離するチャンネル分離手段と、
上記チャンネル分離手段の各出力信号に荷重を乗じる乗算手段およびこの乗算手段の出力を合成する合成手段をそれぞれ含みビームを形成する、チャンネル別の形成するビーム毎に設けられた荷重合成手段と、
上記各素子アンテナの受信信号から入射波の相関行列を求める相関行列計算手段と、
上記相関行列の固有値分解を行ない固有値と固有ベクトルを算出する固有値分解手段と、
上記チャンネル分離器の出力信号から２波の入射波の電力を推定する電力推定手段と、
上記電力推定手段の出力と上記固有値分解手段の出力から入射波のステアリングベクトルを推定するステアリングベクトル推定手段と、
上記ステアリングベクトル推定手段の出力から上記乗算手段で乗じる荷重を求めこれらをそれぞれ乗じるビームフォーミング荷重計算手段と、
を備えたことを特徴とするビーム形成装置。
【請求項６】
ステアリングベクトル推定手段は、
上記電力推定手段の出力と上記固有値分解手段の出力を用いて複数の入射波の入射方向に対するステアリングベクトルの相関値を求める相関値計算手段と、
この相関値計算手段の出力と上記電力推定手段の出力から固有ベクトルを構成する各入射波の入射方向に対応するステアリングベクトルの構成比を求める構成比計算手段と、
上記固有値分解手段の出力と上記構成比計算手段の出力から各入射波の入射方向を算出するステアリングベクトル算出手段と、
を備えることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１項に記載のビーム形成装置。
【請求項７】
電力推定手段は、
上記素子アンテナの受信信号をチャンネル別に分離するチャンネル分離器と、上記チャンネル分離器の出力から各チャンネル信号の電力を求める電力計算手段と、
を備えることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載のビーム形成装置。
【請求項８】
電力推定手段は、
上記素子アンテナの受信信号をチャンネル別に分離するチャンネル分離器と、上記素子アンテナ毎に得られる同じチャンネル信号を用いて相関行列を算出する相関行列算出手段と、
上記相関行列算出手段の出力から各チャンネル信号の電力を求める電力計算手段と、
を備えることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載のビーム形成装置。
【請求項９】
電力推定手段に代わり各分配または分離された信号の電力比を求める電力比推定手段を備え、上記ステアリングベクトル推定手段は上記電力比推定手段の出力を用いることを特徴とする請求項３、５、７および８のいずれか１項に記載のビーム形成装置。
【請求項１０】
受信された複数の入射波に対してそれぞれにビームを形成するビーム形成装置における荷重制御方法であって、
アレーアンテナを構成する複数の素子アンテナの受信信号をそれぞれ形成するビーム数に分配する分配処理ステップと、
上記分配処理ステップの結果に荷重を乗じる乗算処理ステップと、
上記乗算処理ステップの結果を合成する合成処理ステップと、
上記素子アンテナの受信信号から相関行列を計算する相関行列計算処理ステップと、
上記相関行列の固有値分解を行う固有値分解処理ステップと、
上記固有値分解処理ステップの結果から入射波の数を推定する入射波数推定処理ステップと、
上記素子アンテナの受信信号から入射波の電力を推定する電力推定処理ステップと、
上記電力推定処理ステップの結果と上記固有値分解処理ステップの結果から入射波のステアリングベクトルを推定するステアリングベクトル推定処理ステップと、
上記ステアリングベクトル推定処理ステップの結果から上記乗算処理ステップで乗じる荷重を求めるビームフォーミング荷重計算処理ステップと、
を備えたことを特徴とするビーム形成装置における荷重制御方法。
【請求項１１】
受信された複数の入射波に対してそれぞれにビームを形成するビーム形成装置における荷重制御方法であって、
アレーアンテナを構成する複数の素子アンテナの受信信号をそれぞれチャンネル別に分離するチャンネル分離処理ステップと、
上記チャンネル分離処理ステップの結果に荷重を乗じる乗算処理ステップと、
上記乗算処理ステップの結果を合成する合成処理ステップと、
上記素子アンテナの受信信号から相関行列を計算する相関行列計算処理ステップと、
上記相関行列の固有値分解を行う固有値分解処理ステップと、
上記固有値分解処理ステップの結果から入射波の数を推定する入射波数推定処理ステップと、
上記チャンネル分離処理ステップの結果から入射波の電力を推定する電力推定処理ステップと、
上記電力推定処理ステップの結果と上記固有値分解処理ステップの結果から入射波のステアリングベクトルを推定するステアリングベクトル推定処理ステップと、
上記ステアリングベクトル推定処理ステップの結果から上記乗算処理ステップで乗じる荷重を求めるビームフォーミング荷重計算処理ステップと、
を備えたことを特徴とするビーム形成装置における荷重制御方法。
【請求項１２】
ステアリングベクトル推定処理ステップは、
上記電力推定処理ステップの結果と上記固有値分解処理ステップの結果を用いて複数の入射波の入射方向に対するステアリングベクトルの相関値を求める相関値計算処理ステップと、
上記相関値計算処理ステップの結果と上記電力推定処理ステップの結果から固有ベクトルを構成する各入射波の入射方向に対応するステアリングベクトルの構成比を求める構成比計算処理ステップと、
上記固有値分解処理ステップの結果と上記構成比計算処理ステップの結果から各入射波の入射方向を算出するステアリングベクトル算出処理ステップと、
を備えることを特徴とする請求項１０または１１に記載のビーム形成装置における荷重制御方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数の通信方向に対してそれぞれビームを形成するビーム形成装置およびこの装置における荷重制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、複数の各入射波に対しそれぞれの通信方向にビームを形成するビーム形成装置がある(例えば、非特許文献１参照)。
【０００３】
【非特許文献１】
「畑中  芳隆  他、“突発的に発生する強い干渉波に耐性を有するソフトウェアアンテナ  −アレーアンテナ相関行列第２固有値のパワーインバージョン特性を利用した−、”電子情報通信学会  信学技報A・P2001-68、2001 8月、pp27〜34」
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
このような従来の複数の通信方向にビームを形成するビーム形成装置においては、複数の入射波の入射方向が近接する場合には、これらの方向に十分なビーム形成ができないという課題がある。
【０００５】
本発明は上記の課題を解消するためになされたもので、入射波の電力あるいは複数の入射波の電力比を推定しこの電力推定値と固有ベクトルから入射波のステアリングベクトルを推定することで入射波の入射方向が近接する場合においても、これらの方向に有効にビームを形成できるビーム形成装置およびビーム形成装置における荷重制御方法を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記の目的に鑑み、本発明は、受信された複数の入射波に対してそれぞれにビームを形成するビーム形成装置であって、各入射波の電力を推定する電力推定手段と、この推定された電力と入射波の固有ベクトルを用いて入射波のステアリングベクトルを推定するステアリングベクトル推定手段と、を備え、推定されたステアリングベクトルに基づいてビームを形成することを特徴とするビーム形成装置にある。
【０００７】
【発明の実施の形態】
まず、本発明に係わる複数の通信方向にビームを形成するビーム形成装置の基本的原理を説明する。図１はこの種のビーム形成装置の構成図である。図１においてビーム形成装置は、それぞれ広い指向性を有しアレーアンテナを構成する複数の素子アンテナ１、各素子アンテナ１に対して設けられたＡ／Ｄ変換器８、例えば２つのビームを形成する場合に各ビームに対応した荷重合成装置１０−１、１０−２、荷重合成装置１０−１、１０−２の入力側に設けられたマッチドフィルタ(ＭＦ)９、荷重合成装置１０−１、１０−２に設けられた荷重を乗算するための複素の乗算器２およびこれらの出力を合成する合成器３、また各Ａ／Ｄ変換器８でディジタル化された信号から相関行列を求める相関行列計算手段４、相関行列の固有値分解を行う固有値分解手段５、固有値の分布から入射波の数を推定する入射波数推定手段６、入射波数に応じて固有ベクトルをビームフォーミング荷重として求めるビームフォーミング荷重計算手段７を備えている。素子アンテナ１の受信信号は、ベースバンドにダウンコンバートされＡ／Ｄ変換器８を用いてディジタル信号に変換されるものとする。
【０００８】
図１に従って固有ベクトルビーム法を用いたビーム形成装置の動作について説明する。素子数をＭとしｍ番目の素子アンテナ１の受信信号をダウンコンバート後Ａ／Ｄ変換した信号をｘｍ(ｔ)とする。ｔは時間を表す因子である。また、信号はすべて複素信号とする。まず、相関行列計算手段４において、式(１)に示すように信号ｘｍ(ｔ)で構成される受信信号ベクトルＸを用いて(２)式に示すように相関行列Ｒを計算する。
【０００９】
【数１】
2004201103.tif 000003
【００１０】
ここに、Ｅ［・］は時間平均、添え字Ｈは複素共役転置を表す。次に固有値分解手段５にて相関行列Ｒを固有値分解する。相関行列ＲはＭ×Ｍ行列なので、固有値の数はＭ、固有値に対応する固有ベクトル(要素数Ｍ)はＭ個得られる。各素子アンテナの受信機雑音がほぼ等しいとき、入射波が存在すると入射波に対応する固有値はその他の雑音だけに対応する固有値に比べ大きくなる。例えば独立な入射波がＫ波存在する場合、Ｋ個の固有値はその他の固有値に比べ大きくなることになる。このような特徴から入射波数推定手段６にて入射波数を推定する。入射波の固有値に対応した固有ベクトルは、複数の入射波の入射方向が比較的離れている場合には、それぞれの入射波の入射方向のステアリングベクトルと一致する。このことから、ビームフォーミング荷重計算手段７では、入射波に対応する大きな固有値に対応した固有ベクトルを用いてビームを形成するためのビームフォーミング荷重を求める。固有ベクトルは、各入射方向のステアリングベクトルに対応するので、固有ベクトルの各要素の逆数を荷重値として設定すればよい。入射波ｋに対応する固有ベクトルＥｋを式(３)のように表すと、入射波ｋ方向にビーム形成する荷重ベクトルＷｋは式(４)のようになる。
【００１１】
【数２】
2004201103.tif 000004
【００１２】
一方、コード多重通信(ＣＤＭＡ、Code Division Multiple Access)の場合にはＭＦ９により各通信チャンネル(各入射波)を分離してそれぞれの通信方向にビームが形成されるように別々の荷重を乗算する。乗算後の信号は合成手段３により合成して出力信号を得る。
【００１３】
以上述べた原理に基づき複数の通信方向にビームを形成することができる。ところで、複数の入射波の入射方向が近接する場合には、これらに対応したステアリングベクトルは近い値となり相関をもつ必要があるが、固有ベクトルは互いに直交しているため入射方向が近接するようなビーム形成荷重を算出することができず、十分なビーム形成ができない。本発明では入射波の入射方向が近接する場合においても、これらの方向に有効にビームを形成できるようにする。
【００１４】
実施の形態１．
図２は本発明の実施の形態１によるビーム形成装置の構成図である。図２においてビーム形成装置は、それぞれ広い指向性を有しアレーアンテナを構成する複数の素子アンテナ１、各素子アンテナ１に対して設けられたＡ／Ｄ変換器８、例えば２つのビーム(説明を簡単にするために入射波数を２つとして説明)を形成する場合に各ビームに対応した荷重合成装置１０−１、１０−２、荷重合成装置１０−１、１０−２に設けられた荷重を乗算するための複素の乗算器２およびこれらの出力を合成する合成器(合成手段)３、また荷重合成装置１０−１、１０−２の出力側にそれぞれ設けられたマッチドフィルタ(ＭＦ)９、各Ａ／Ｄ変換器８でディジタル化された信号から相関行列を求める相関行列計算手段４、相関行列の固有値分解を行う固有値分解手段５、固有値の分布から入射波の数を推定する入射波数推定手段６、入射波の電力を推定する電力推定手段１１、固有値分解手段５の出力と電力推定手段１１の出力から各入射波のステアリングベクトルを推定するステアリングベクトル推定手段１２、このステアリングベクトル推定手段１２の出力からビームフォーミング荷重を求めるビームフォーミング荷重計算手段１７とを備えている。素子アンテナ１の受信信号は、ベースバンドにダウンコンバートされＡ／Ｄ変換器８を用いてディジタル信号に変換されるものとする。なお、各Ａ／Ｄ変換器８からの信号をそれぞれ各荷重合成装置１０−１、１０−２に分配する信号線は分配手段を構成する。
【００１５】
図２を参照して、本発明のビーム形成装置の動作について説明する。素子数をＭとしｍ番目の素子アンテナ１の受信信号をダウンコンバート後Ａ／Ｄ変換した信号をｘｍ(ｔ)とする。ｔは時間を表す因子である。また、信号はすべて複素信号とする。ここで、信号ｘｍ(ｔ)で構成される受信信号ベクトルＸ、入射波ｋ(入射波数を２として説明)のステアリングベクトルａｋで構成されるアレーマニフォールドＡ、入射波ｋの時間波形ｕｋ(ｔ)で構成される入射信号ベクトルＵをそれぞれ次式のように定義する。
【００１６】
【数３】
2004201103.tif 000005
【００１７】
受信信号ベクトルＸは、アレーマニフォールドＡと入射信号ベクトルＵを用い、雑音を無視すると式(８)のような関係がある。これより相関行列計算手段４で求められる相関行列Ｒは式(９)のようになる。ＲＵは入射信号ベクトルＵの相関行列であり、入射波信号間の相関を０とし、それぞれの入射波電力をＰ１、Ｐ２とすると、式(１０)のようになる。
【００１８】
【数４】
2004201103.tif 000006
【００１９】
式(１０)を式(９)に代入すると相関行列Ｒは式(１１)の関係が得られる。また、固有ベクトルｅはステアリンベクトルａ１とａ２の線形結合なのでαとβを定数として式(１２)のように表せる。固有値分解手段５で求まる相関行列Ｒの固有値λと固有ベクトルｅは定義から式(１３)の関係があるので、式(１１)と式(１２)を代入し、ａ１Ｈａ１＝ａ２Ｈａ２＝１、ａ１Ｈａ２＝ｑとして整理すると式(１４)が得られる。
【００２０】
【数５】
2004201103.tif 000007
【００２１】
式(１４)においてステアリングベクトルａ１とａ２は独立なので、式(１５)に示す自明な解だけが存在する。ここでβ／α＝γとおくと式(１５)から式(１６)に示すγに関する２次方程式が得られる。この２次方程式の解は式(１７)のようになる。
【００２２】
【数６】
2004201103.tif 000008
【００２３】
ここに、γ１は複号の正号を取った方、γ２は複号の負号を取った方である。ここで求められた２つのγに対応して式(１２)において２つの固有ベクトルが存在する。γが分かれば、固有ベクトルから各入射波方向のステアリングベクトルを推定することができる。式(１７)を用いてγを求めるために入射波数推定手段６により入射波数を固有値の分布から推定し、電力推定手段１１により入射波の電力Ｐ１とＰ２を推定する。
【００２４】
次に以上の情報からステアリングベクトル推定手段１２にて各入射波の入射方向に対応するステアリングベクトルを推定する。図４にステアリングベクトル推定手段１２の詳細の一例を示しこれについて説明する。式(１７)において、入射波の電力Ｐ１とＰ２は電力推定手段１１で推定されるので、未知のパラメータはｑ＝ａ１Ｈａ２の値だけである。そこで相関値計算手段２１において相関値ｑを求める。相関値ｑを求めるため、まず固有値と相関値ｑと電力推定値Ｐ１とＰ２の関係を示す。固有値は、式(１７)の結果を式(１５)の関係に用いることにより以下の式が得られる。
【００２５】
【数７】
2004201103.tif 000009
【００２６】
式(１８)から大きい方の固有値(複号の正号をとった方)から小さい方の固有値(複号の負号をとった方)を引いた値λｄは次式のようになる。
【００２７】
【数８】
2004201103.tif 000010
【００２８】
式(１９)から相関値ｑを次式のように求めることができる。
【００２９】
【数９】
2004201103.tif 000011
【００３０】
式(２０)により相関値ｑが求められるので、構成比計算手段２２において、式(１７)に相関値ｑおよび電力推定値Ｐ１とＰ２を代入することにより構成比γを求めることができる。次にステアリングベクトル算出手段２３において固有ベクトルと構成比γを用いてステアリングベクトルを算出する。式(１２)より大きい２つの固有値に対応する固有ベクトルｅ１、ｅ２と各入射波に対応するステアリングベクトルａ１、ａ２の間には次式の関係がある。
【００３１】
【数１０】
2004201103.tif 000012
【００３２】
式(２１)において固有ベクトルｅ１、ｅ２は大きさが１となるように選び、ｋ１、ｋ２は大きさを表す定数である。これらは次式で得られる。
【００３３】
【数１１】
2004201103.tif 000013
【００３４】
式(２１)から、ステアリングベクトルａ１、ａ２は次式のように求めることができる。
【００３５】
【数１２】
2004201103.tif 000014
【００３６】
入射波ｋに対するステアリングベクトルの要素を式(２５)のように表すとき、ビームフォーミング荷重計算手段１７では式(２６)に示すようにステアリングベクトルの要素の逆数を取ってそれぞれの入射方向に形成する荷重を算出する。
【００３７】
【数１３】
2004201103.tif 000015
【００３８】
ビームフォーミング荷重計算手段１７で算出される荷重をビーム毎に各素子アンテナの受信信号のＡ／Ｄ変換出力に乗算し合成することにより、各入射波ｋの方向にそれぞれビームを形成できる。合成手段３の出力は、例えばＣＤＭＡではＭＦを用いて通信チャンネル毎に分離する。ＴＤＭＡ(Time Division Multiple Access)では時間タイミングごとに分離すればよい。
【００３９】
以上説明したように、実施の形態１のビーム形成装置では、複数の入射波の電力を推定し、固有ベクトルから各入射波のステアリングベクトルを推定するように構成したので、例えば複数の入射波の入射方向が近接し対応するステアリングベクトルが近い値となる場合においても、各入射波の方向に有効にビームを形成することができる。
【００４０】
実施の形態２．
図３は本発明の実施の形態２によるビーム形成装置の構成図である。実施の形態１と同一もしくは相当部分は、同一の符号を付し説明を省略する。実施の形態２では、チャンネル分離器１３により各素子アンテナ１の受信信号を通信チャンネルごとに分離後にビームフォーミング荷重を乗算して合成する。入射波の電力推定手段１１は、チャンネル分離器１３を通過後の信号を用いて行う(例えばチャンネル分離器１３の出力をそれぞれ直接入力してもよい)。通信チャンネルごとに信号が分離されているので、入射波ごとの電力推定は単純に相関演算を行うだけで算出することができる。なお、チャンネル分離器は、これまで説明したように例えばＣＤＭＡではＭＦを用いて分離し、ＴＤＭＡでは時間タイミングごとに分離する。本実施の形態においても入射波数Ｍは簡単のため２とする。
【００４１】
上記以外の構成および動作は実施の形態１と同様である。すなわち、相関行列計算手段４で素子アンテナ１の受信信号をＡ／Ｄ変換した信号から相関行列を求め、固有値分解手段５において相関行列の固有値および固有ベクトルを算出し、ステアリングベクトル推定手段１２では、入射波数推定手段６と電力推定手段１１の出力に基づいて上記固有値と固有ベクトルから各入射波のステアリングベクトルを推定して、ビームフォーミング荷重推定手段１７において上記ステアリングベクトルの要素の逆数をとってビームフォーミング荷重を算出する。本実施の形態では、ここで算出された荷重は素子アンテナの受信信号をチャンネルごとに分離した信号に対してそれぞれ乗算し合成する。
【００４２】
以上説明したように、実施の形態１のビーム形成装置と同様に、複数の入射波の電力を推定し、固有ベクトルから各入射波のステアリングベクトルを推定するように構成したので、例えば複数の入射波の入射方向が近接し対応するステアリングベクトルが近い値となる場合においても、各入射波の方向にビームを形成することができる。
【００４３】
実施の形態３．
図５は本発明の実施の形態３によるビーム形成装置の電力推定手段の構成図である。他の部分は上記実施の形態と同様である。実施の形態３では実施の形態１における電力推定手段１１が図５に示されるようにチャンネルを分離するＭＦ３１と電力計算手段３２で構成されている。素子アンテナのアンテナパターンがほぼ等しいとき、素子アンテナの受信信号のうちの１つの受信信号を入力とし(図２の波線部参照：この場合は１本のみ)、通信チャンネルごとのＭＦ３１を通してチャンネル信号を分離抽出する。電力計算手段３２では、分離された通信チャンネル信号を例えば相関演算を行うことにより算出する。なお、ＴＤＭＡによる通信方式では、ＭＦの代わりに時間タイミングで信号を分離するように構成してもよい。
【００４４】
以上説明したように電力推定手段を構成することで、実施の形態１において複数の通信チャンネル信号が合成されている素子アンテナの受信信号から、それぞれの通信チャンネル信号の電力を推定することができ、実施の形態１と同様に、入射波の入射方向が近接し対応するステアリングベクトルが近い値となる場合においても、各入射波の方向にビームを形成することができる。
【００４５】
実施の形態４．
図６は本発明の実施の形態４によるビーム形成装置の電力推定手段の構成図である。他の部分は上記実施の形態と同様である。実施の形態４は、実施の形態１における電力推定手段１１が図６に示されるようにチャンネルを分離するＭＦ３１と相関行列を算出する相関行列計算手段３３と、相関行列計算手段３３の出力信号から各通信チャンネル信号の電力を計算する電力計算手段３４を備えている。素子アンテナのアンテナパターンがほぼ等しいとき、素子アンテナの受信信号のうちの複数の受信信号を入力とし(図２の波線部参照)、通信チャンネルごとのＭＦを通してチャンネル信号を分離抽出し、相関行列計算手段３３において複数の素子アンテナの同じ通信チャンネルのＭＦの出力信号を用いて相関行列を算出する。各素子アンテナの受信信号に受信機雑音が含まれている場合、相関行列において、同じ素子アンテナの受信信号の相関値と違う素子アンテナの受信信号の相関値の違いから受信機雑音の大きさを推定することができる。これは、各素子アンテナの受信機雑音は互いに無相関となるからである。電力計算手段３４では、このような相関行列計算手段３３の出力から、各通信チャンネル信号の電力と受信機雑音を推定する。なお、ＴＤＭＡによる通信方式では、ＭＦの代わりに時間タイミングで信号を分離するように構成してもよい。
【００４６】
以上説明したように電力推定手段を構成することで、実施の形態１において複数の通信チャンネル信号が合成されている素子アンテナの受信信号において受信機雑音が含まれる場合にも、有効に各通信チャンネル信号の電力を推定することができ、実施の形態１と同様に、入射波の入射方向が近接し対応するステアリングベクトルが近い値となる場合においても、各入射波の方向にビームを形成することができる。
【００４７】
実施の形態５．
本発明の実施の形態５は、図２、３に示す実施の形態１または実施の形態２の電力推定手段１１に代わりに、通信チャンネル信号の電力比Ｐ１／Ｐ２を推定する電力比推定手段(図示省略)を備えたものである。実施の形態５のステアリングベクトル推定手段１２では、図４に示した相関値計算手段２１に電力比Ｐ１／Ｐ２を用いて相関値ｑを計算する。
【００４８】
相関値ｑと構成比γが求められた後は、実施の形態１や実施の形態２と同様にステアリングベクトル算出手段２３(図４参照)において各入射波に対応したステアリングベクトルを推定し、ビームフォーミング荷重計算手段１７においてビームフォーミング荷重を算出する。
【００４９】
以上説明したように実施の形態５では、電力推定手段１１に代わり、上述の電力比推定手段の出力を用いてビームフォーミング荷重を算出するので、各通信チャンネル信号の絶対受信電力が分からない場合においても、各入射波のステアリングベクトルを推定し、その方向に対するビームフォーミング荷重を算出できる。従って、実施の形態１と同様に、入射波の入射方向が近接し対応するステアリングベクトルが近い値となる場合においても、各入射波の方向にビームを形成することができる効果がある。
【００５０】
なお、上記各実施の形態は分かり易いように入射波数が２波の場合について説明しているが、この発明はこれに限定されることはなく、上記各実施の形態を拡張することにより入射波数が３波以上の場合においても適用可能であり、相当の効果が得られる。
【００５１】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明によるビーム形成装置では、複数の入射波の電力を推定し、固有ベクトルとから各入射波のステアリングベクトルを推定するように構成したので、例えば複数の入射波の入射方向が近接し対応するステアリングベクトルが近い値となる場合においても、各入射波の方向に有効にビームを形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この種の一般的なビーム形成装置の構成図である。
【図２】本発明の実施の形態１によるビーム形成装置の構成図である。
【図３】本発明の実施の形態２によるビーム形成装置の構成図である。
【図４】本発明によるステアリングベクトル推定手段の詳細の一例を示す図である。
【図５】本発明の実施の形態３によるビーム形成装置の電力推定手段の構成図である。
【図６】本発明の実施の形態４によるビーム形成装置の電力推定手段の構成図である。
【符号の説明】
１  素子アンテナ、２  乗算器、３  合成手段、４  相関行列計算手段、５  固有値分解手段、６  入射波数推定手段、８  Ａ／Ｄ変換器、９，３１  マッチドフィルタ(ＭＦ)、１０−１，１０−２  荷重合成装置、１１  電力推定手段、１２  ステアリングベクトル推定手段、１３  チャンネル分離器、１７  ビームフォーミング荷重計算手段、２１  相関値計算手段、２２  構成比計算手段、２３  ステアリングベクトル算出手段、３３  相関行列計算手段、３４  電力計算手段。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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