(57)【要約】【課題】受信時には受信品質を最適化し、且つ送信時には所望波の到来方向へ放射電力を集中させて送信効率を最適化することができる無線装置を実現する。【解決手段】複数のアンテナ素子ＡＮＴ−１〜Ｎを有するアレーアンテナにより受信された受信信号に基づき第１の適応アルゴリズムにより、受信品質を最適化するようにアンテナ素子毎の受信用重み係数を算出する受信用重み制御部２と、該受信用重み係数により受信信号を制御する受信制御手段（乗算器３及び加算器４）と、アレーアンテナにより受信された受信信号に基づき第２の適応アルゴリズムにより、所望波の到来方向へ放射電力を集中させるようにアンテナ素子毎の送信用重み係数を算出する送信用重み制御部７と、該送信用重み係数により送信信号を制御する送信制御手段（乗算器９）とを備える。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のアンテナ素子を有するアレーアンテナにより無線信号を送信及び受信する無線装置において、
前記受信信号に基づき第１の適応アルゴリズムにより、受信品質を最適化するように前記アンテナ素子毎の受信用重み係数を算出する受信用重み制御手段と、
前記受信用重み係数により前記受信信号を制御する受信制御手段と、
前記受信信号に基づき第２の適応アルゴリズムにより、所望波の到来方向へ放射電力を集中させるように前記アンテナ素子毎の送信用重み係数を算出する送信用重み制御手段と、
前記送信用重み係数により前記送信信号を制御する送信制御手段と、
を備えたことを特徴とする無線装置。
【請求項２】
前記受信用重み制御手段は、前記受信制御手段の出力信号と所定の参照信号との誤差に基づいて、前記受信制御手段の出力信号の受信品質を示す値が最良になるように前記受信用重み係数を適応的に制御することを特徴とする請求項１に記載の無線装置。
【請求項３】
前記送信用重み制御手段は、前記アンテナ素子の受信信号に基づいて所望波の到来方向を検出し、送信用指向性パターンのメインビームが該所望波の到来方向に向くように前記送信用重み係数を適応的に制御することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の無線装置。
【請求項４】
複数のアンテナ素子を有するアレーアンテナにより無線信号を送信及び受信する無線装置における通信制御方法であって、
前記受信信号に基づき第１の適応アルゴリズムにより、受信品質を最適化するように前記アンテナ素子毎の受信用重み係数を算出する過程と、
前記受信用重み係数により前記受信信号を制御する過程と、
前記受信信号に基づき第２の適応アルゴリズムにより、所望波の到来方向へ放射電力を集中させるように前記アンテナ素子毎の送信用重み係数を算出する過程と、
前記送信用重み係数により前記送信信号を制御する過程と、
を含むことを特徴とする通信制御方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数のアンテナ素子を有するアレーアンテナにより無線信号を送受信する無線装置、通信制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、無線通信システムにおいて、移動局や無線基地局などの無線装置に複数のアンテナ素子を有する適応アレーアンテナシステムを備え、ＭＭＳＥ（最小２乗誤差法）準じの適応アルゴリズムなどを用いた受信波適応処理を行い、各アンテナ素子に対する重み付けを制御して指向性パターンを形成し無線信号を受信するものが知られている。また、その受信用指向性パターンを形成するために算出されたアレーアンテナ重み係数を元に、送信周波数に対応する補正などを行って受信用指向性パターンと同じパターンを送信用に形成するものもある（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開２０００−２２６１２号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上述した従来の無線装置では、受信用と送信用の各アレーアンテナ重み係数が本質上同じ適応アルゴリズムにより制御され、特にメインビームは受信時及び送信時に同じ指向性パターンが用いられるので、所望波と干渉波の各到来方向の組合せによっては、受信時の受信品質（例えばＳＩＮＲ値（Ｓｉｇｎａｌ  ｔｏ  Ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ  ａｎｄ  Ｎｏｉｓｅ  ｐｏｗｅｒ  Ｒａｔｉｏ））の最適化と、送信時の放射電力を所望波の到来方向に集中させる送信効率の最適化とが両立できないという問題がある。
【０００５】
例えば、アレーアンテナのアンテナ素子数が２、所望波の到来方向が０°（真北）方向、干渉波の到来方向が３０°方向である場合、ＭＭＳＥベースの適応アルゴリズムによって形成された指向性パターンは図４に示すようになる。この図４に示す指向性パターンによれば、３０°方向から到来する干渉波をキャンセルし、受信時のＳＩＮＲ値を最大とすることができる。しかし、この指向性パターンでは、最大放射電力の方向が３３０°方向であり、所望波の到来方向（０°方向）への放射電力は最大とはならない。図４の例では、０°方向への放射電力は、３３０°方向への最大放射電力に比べて約３ｄＢ小さい値、即ち、所望波の到来方向への放射電力は最大放射電力の半分である。さらに、所望波の到来方向とは異なる方向（３３０°方向）へ最大電力を出力しているので、悪影響を及ぼす虞がある。
【０００６】
本発明は、このような事情を考慮してなされたもので、その目的は、受信時には受信品質（例えばＳＩＮＲ値）を最適化し、且つ送信時には所望波の到来方向へ放射電力を集中させて送信効率を最適化することができる無線装置、通信制御方法を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために、請求項１に記載の無線装置は、複数のアンテナ素子を有するアレーアンテナにより無線信号を送信及び受信する無線装置において、前記受信信号に基づき第１の適応アルゴリズムにより、受信品質を最適化するように前記アンテナ素子毎の受信用重み係数を算出する受信用重み制御手段と、前記受信用重み係数により前記受信信号を制御する受信制御手段と、前記受信信号に基づき第２の適応アルゴリズムにより、所望波の到来方向へ放射電力を集中させるように前記アンテナ素子毎の送信用重み係数を算出する送信用重み制御手段と、前記送信用重み係数により前記送信信号を制御する送信制御手段とを備えたことを特徴としている。
【０００８】
請求項２に記載の無線装置においては、前記受信用重み制御手段は、前記受信制御手段の出力信号と所定の参照信号との誤差に基づいて、前記受信制御手段の出力信号の受信品質を示す値が最良になるように前記受信用重み係数を適応的に制御することを特徴とする。
【０００９】
請求項３に記載の無線装置においては、前記送信用重み制御手段は、前記アンテナ素子の受信信号に基づいて所望波の到来方向を検出し、送信用指向性パターンのメインビームが該所望波の到来方向に向くように前記送信用重み係数を適応的に制御することを特徴とする。
【００１０】
請求項４に記載の通信制御方法は、複数のアンテナ素子を有するアレーアンテナにより無線信号を送信及び受信する無線装置における通信制御方法であって、前記受信信号に基づき第１の適応アルゴリズムにより、受信品質を最適化するように前記アンテナ素子毎の受信用重み係数を算出する過程と、前記受信用重み係数により前記受信信号を制御する過程と、前記受信信号に基づき第２の適応アルゴリズムにより、所望波の到来方向へ放射電力を集中させるように前記アンテナ素子毎の送信用重み係数を算出する過程と、前記送信用重み係数により前記送信信号を制御する過程とを含むことを特徴としている。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照し、本発明の一実施形態について説明する。
図１は、本発明の一実施形態による無線装置１００の構成を示すブロック図である。この無線装置１００は、例えば無線通信システムの移動局として使用される携帯端末、あるいは無線基地局装置である。
【００１２】
図１において、無線装置１００は、複数のアンテナ素子ＡＮＴ−１〜Ｎからなるアレーアンテナと、各アンテナ素子ＡＮＴ−１〜Ｎに対応して設けられている分配器１と、受信用重み制御部２と、各アンテナ素子ＡＮＴ−１〜Ｎに対応して設けられている受信用重み係数の乗算器３と、これら乗算器３の出力を加算してアレー出力信号を出力する加算器４と、受信部５と、アレー出力信号と参照信号との誤差信号を求める減算器６と、送信用重み制御部７と、補正部８と、各アンテナ素子ＡＮＴ−１〜Ｎに対応して設けられている送信用重み係数の乗算器９と、送信部１０とを有する。
【００１３】
分配器１は、対応するアンテナ素子により送信と受信を切替えて行う。各アンテナ素子ＡＮＴ−１〜Ｎの受信信号は、受信用重み制御部２及び送信用重み制御部７に出力される。また、各アンテナ素子ＡＮＴ−１〜Ｎへの送信信号は、対応する乗算器９から入力される。
【００１４】
減算器６は、アレー出力信号と参照信号との誤差を取り、この誤差信号を受信用重み制御部２に出力する。
受信用重み制御部２は、入力された受信信号に基づき第１の適応アルゴリズムにより、受信品質を最適化するようにアンテナ素子毎の受信用重み係数Ｗｒ１〜ＷｒＮを算出する。例えば、信号を受信する期間において、入力された受信信号と誤差信号とに基づき、アレー出力信号のＳＩＮＲ値が最大になるように受信用重み係数Ｗｒ１〜ＷｒＮを適応的に制御する。この受信用重み制御アルゴリズムとして、アレー出力信号のＳＩＮＲ値を最大にすることができるＭＭＳＥベースの適応アルゴリズム、例えばＬＭＳ、ＲＬＳ、ＳＭＩなどが利用可能である。算出された重み係数Ｗｒ１〜Ｗｒは、それぞれ対応する乗算器３に出力される。
【００１５】
各乗算器３は、入力された受信信号と受信用重み係数を乗算して加算器４に出力する。加算器４はそれら乗算器３からの入力信号を加算し、アレー出力信号として受信部５及び減算器６に出力する。このアレー出力信号は、最適な受信品質が得られる信号となっている。受信部５は、そのアレー出力信号を使用して受信処理を行う。この結果、最適な受信品質を得ることができる。
【００１６】
送信用重み制御部７は、入力された受信信号に基づき第２の適応アルゴリズムにより、所望波の到来方向へ放射電力を集中させるようにアンテナ素子毎の送信用重み係数Ｗｓ１〜ＷｓＮを算出する。例えば、信号受信期間において信号到来方向検出アルゴリズムにより所望波の到来方向を検出し、信号を送信する期間において、送信用指向性パターンのメインビームが所望波の到来方向に向くように送信用重み係数Ｗｓ１〜ＷｓＮを適応的に制御する。所望波の到来方向の検出には、ＭＵＳＩＣ（ＭＵｌｔｉｐｌｅ  ＳＩｇｎａｌ  Ｃｌａｓｓｉｆｉｃａｔｉｏｎ）などのアルゴリズムが利用可能である。また、送信用重み係数Ｗｓ１〜ＷｓＮは、次式により算出することができる。この式は直列アンテナアレーについてのものである。
【００１７】
【数１】
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【００１８】
但し、θは所望波の到来方向、ｄはアンテナ素子の間隔、λは波長である。
なお、さらに低サイドローブ（ｌｏｗ  ｓｉｄｅ  ｌｏｂｅ）の重み制御技術も適用可能である。
【００１９】
補正部８は、送信用重み制御部７により算出された送信用重み係数Ｗｓ１〜ＷｓＮに対して送信周波数に対応する補正などを行い、補正後の送信用重み係数Ｗｓ１〜ＷｓＮをそれぞれ対応する乗算器９に出力する。各乗算器９は、送信部１０から入力された送信信号と送信用重み係数を乗算して分配器１に出力する。これにより、メインビームが所望波の到来方向に向くように送信用指向性パターンが形成され、所望波の到来方向へ放射電力が集中する。
【００２０】
図２は、本実施形態により形成された受信用指向性パターンの例を示す図である。図２の例では、所望波の到来方向が０°（真北）方向、３つの干渉波の到来方向が各々１５°，３０°，７０°方向である。無線装置１００が有するアンテナの条件は、アンテナ素子数が４、アンテナ素子の間隔がλ／２、直列アンテナアレーである。また、ＭＭＳＥベースの適応アルゴリズムの一つであるＲＬＳを用いて受信用重み係数を算出している。
【００２１】
図２に示す指向性パターンは、１５°，３０°，７０°方向にそれぞれヌル点を持つ。これにより、それら各方向から到来する干渉波をキャンセルし、受信時のＳＩＮＲ値を最大とすることができる。本実施形態では、この指向性パターンは受信時にのみ用いられる。
【００２２】
図３は、本実施形態により形成された送信用指向性パターンの例を示す図である。図３の例における所望波，干渉波及びアンテナの条件は上記図２の条件と同じである。図３に示す指向性パターンでは、メインビームが所望波の到来方向（０°方向）に向いている。これにより、所望波の到来方向への放射電力が最大となり、所望波の到来方向へ放射電力を集中させることができる。この結果、送信距離の増加、あるいは送信電力の削減が可能となり、送信効率を最適化することができる。
【００２３】
上述したように本実施形態によれば、受信用と送信用の各々のアレーアンテナ重み係数をそれぞれ独立の適応アルゴリズムにより算出する。これにより、受信用指向性パターンについては受信品質（例えばＳＩＮＲ値）を最適化するように形成することができる。さらに、送信用指向性パターンについては所望波の到来方向へ放射電力を集中させるように形成することができる。この結果、受信時には受信品質（例えばＳＩＮＲ値）を最適化することができ、且つ送信時には所望波の到来方向へ放射電力を集中させて送信効率を最適化することができる。
【００２４】
なお、上述した実施形態においては、受信用重み制御部２が受信用重み制御手段に対応する。また、乗算器３と加算器４が受信制御手段に対応する。また、送信用重み制御部７が送信用重み制御手段に対応する。また、乗算器９が送信制御手段に対応する。
【００２５】
以上、本発明の実施形態を図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。
【００２６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、受信用と送信用の各々のアレーアンテナ重み係数がそれぞれ独立の適応アルゴリズムにより算出されるので、受信用指向性パターンについては受信品質（例えばＳＩＮＲ値）を最適化するように形成することができ、さらに、送信用指向性パターンについては所望波の到来方向へ放射電力を集中させるように形成することができる。この結果、受信時には受信品質（例えばＳＩＮＲ値）を最適化することができ、且つ送信時には所望波の到来方向へ放射電力を集中させて送信効率を最適化することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態による無線装置１００の構成を示すブロック図である。
【図２】同実施形態により形成された受信用指向性パターンの例を示す図である。
【図３】同実施形態により形成された送信用指向性パターンの例を示す図である。
【図４】従来の無線装置による受信及び送信に兼用の指向性パターンの例を示す図である。
【符号の説明】
１…分配器、２…受信用重み制御部、３，９…乗算器、４…加算器、５…受信部、６…減算器、７…送信用重み制御部、８…補正部、１０…送信部、１００…無線装置、ＡＮＴ−１〜Ｎ…アンテナ素子
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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