(57)【要約】【課題】出力信号の生成に使用される受信信号と重み係数との整合を取ることにより、出力信号に誤差が含まれることを防止し、受信品質の向上を図る。【解決手段】乗算器４と加算器１０とウエイト制御部１２とからなる重み係数算出手段は、各アンテナ素子ＡＮＴ１〜ＡＮＴＮの受信信号ｘ１〜ｘＮと参照信号ｒとに基づいて、適応制御により、アレーアンテナの指向性を制御するための重み係数ｗ１〜ｗＮを算出する。遅延部６は、受信信号ｘ１〜ｘＮを、重み係数ｗ１〜ｗＮの更新周期の１周期分の期間遅延させる。乗算器８と加算器１４からなる出力信号生成手段は、重み係数ｗ１〜ｗＮを使用して遅延後の受信信号を重み付けし、この重み付け後の受信信号を合成して出力信号ｙを生成し出力する。【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からなるアレーアンテナと、
前記各アンテナ素子の受信信号と参照信号とに基づいて、適応制御により、前記アレーアンテナの指向性を制御するための重み係数を算出する重み係数算出手段と、
前記各アンテナ素子の受信信号を、前記重み係数算出手段から出力される重み係数の更新周期の１周期分の期間遅延させる遅延手段と、
前記重み係数算出手段から出力された重み係数を使用して前記遅延後の受信信号を重み付けし、この重み付け後の受信信号を合成して出力信号を生成する出力信号生成手段と、
を備えたことを特徴とするアダプティブアレーアンテナシステム。
【請求項２】
複数のアンテナ素子からなるアレーアンテナと、
前記各アンテナ素子の受信信号と参照信号とに基づいて、適応制御により、前記アレーアンテナの指向性を制御するための重み係数を算出する重み係数算出手段と、
前記重み係数算出手段から出力された重み係数を使用して前記各アンテナ素子の受信信号を重み付けし、この重み付け後の受信信号を合成して出力信号を生成する出力信号生成手段とを備え、
前記重み係数算出手段は、前回算出した重み係数を重み係数更新周期の１周期分の期間遅延させる遅延手段を有し、この遅延後の重み係数を今回の重み係数算出に使用する
ことを特徴とするアダプティブアレーアンテナシステム。
【請求項３】
前記アダプティブアレーアンテナシステムは、符号分割多元接続方式の無線通信システムで使用されるものであり、
前記各アンテナ素子で受信された無線信号を逆拡散して前記各アンテナ素子の受信信号を出力する逆拡散手段を備えることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のアダプティブアレーアンテナシステム。
【請求項４】
複数のアンテナ素子からなるアレーアンテナで無線信号を受信する無線信号受信過程と、
前記各アンテナ素子の受信信号と参照信号とに基づいて、適応制御により、前記アレーアンテナの指向性を制御するための重み係数を算出する重み係数算出過程と、
前記各アンテナ素子の受信信号を、前記重み係数算出過程から出力される重み係数の更新周期の１周期分の期間遅延させる遅延過程と、
前記重み係数算出過程から出力された重み係数を使用して前記遅延後の受信信号を重み付けし、この重み付け後の受信信号を合成して出力信号を生成する出力信号生成過程と、
を含むことを特徴とする適応受信制御方法。
【請求項５】
複数のアンテナ素子からなるアレーアンテナで無線信号を受信する無線信号受信過程と、
前記各アンテナ素子の受信信号と参照信号とに基づいて、適応制御により、前記アレーアンテナの指向性を制御するための重み係数を算出する重み係数算出過程と、
前記重み係数算出過程から出力された重み係数を使用して前記各アンテナ素子の受信信号を重み付けし、この重み付け後の受信信号を合成して出力信号を生成する出力信号生成過程とを含み、
前記重み係数算出過程において、前回算出した重み係数を重み係数更新周期の１周期分の期間遅延させ、この遅延後の重み係数を今回の重み係数算出に使用する
ことを特徴とする適応受信制御方法。
【請求項６】
前記適応受信制御方法は、符号分割多元接続方式の無線通信システムで使用されるものであり、
前記無線信号受信過程において、前記各アンテナ素子で受信された無線信号を逆拡散して前記各アンテナ素子の受信信号を出力することを特徴とする請求項４または請求項５に記載の適応受信制御方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、アダプティブアレーアンテナシステムおよび適応受信制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、アダプティブアレーアンテナシステムでは、複数のアンテナ素子からなるアレーアンテナを備え、各アンテナ素子の受信信号をアレーアンテナの指向性を制御するための重み係数を用いて重み付けした後に合成し出力している。また、その重み係数の算出方法としては、最小２乗誤差法（ＭＭＳＥ；Ｍｉｎｉｍｕｍ  Ｍｅａｎ  Ｓｑｕａｒｅ  Ｅｒｒｏｒ）に基づく適応アルゴリズムにより、各アンテナ素子の受信信号と参照信号との二乗誤差が最小になるように適応制御して重み係数を算出するものが知られている（例えば、非特許文献１参照）。上記したＭＭＳＥベースの適応アルゴリズムとしては、ＬＭＳ（Ｌｅａｓｔ  Ｍｅａｎ  Ｓｑｕａｒｅ）やＲＬＳ（Ｒｅｃｕｒｓｉｖｅ  Ｌｅａｓｔ−Ｓｑｕａｒｅｓ）などが使用される。
【０００３】
【非特許文献１】
菊間信良著，「アレーアンテナによる適応信号処理」，株式会社科学技術出版，１９９８年１１月，ｐ．１３−６６
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上述した従来の技術では、以下に示す問題がある。
従来のアダプティブアレーアンテナシステムでは、時刻ｍの受信信号を元に、時刻ｍ＋１の受信信号に使用する重み係数を算出する。このため、時刻ｍの時点と時刻ｍ＋１の時点で無線伝搬環境に変化があると、その算出された時刻ｍ＋１の受信信号用の重み係数は時刻ｍ＋１の時点の無線伝搬環境には合致せず、時刻ｍ＋１の受信信号に対して精度の悪いものとなる。例えば、激しいフェージング環境下や、或いは周波数オフセットが存在する場合には、時刻ｍの受信信号と時刻ｍ＋１の受信信号との間には振幅と位相の差が生じる。そして、時刻ｍ＋１の受信信号に対して、時刻ｍの受信信号に基づいて算出された重み係数を使用して重み付けし、この重み付け後の受信信号から出力信号を生成すると、該出力信号には、受信信号と重み係数の不整合に起因する振幅と位相の誤差が含まれることになり、受信品質が劣化する。
【０００５】
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、出力信号の生成に使用される受信信号と重み係数との整合を取ることにより、出力信号に誤差が含まれることを防止し、受信品質の向上を図ることができるアダプティブアレーアンテナシステムおよび適応受信制御方法を提供することにある。
【０００６】
【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に記載のアダプティブアレーアンテナシステムは、複数のアンテナ素子からなるアレーアンテナと、前記各アンテナ素子の受信信号と参照信号とに基づいて、適応制御により、前記アレーアンテナの指向性を制御するための重み係数を算出する重み係数算出手段と、前記各アンテナ素子の受信信号を、前記重み係数算出手段から出力される重み係数の更新周期の１周期分の期間遅延させる遅延手段と、前記重み係数算出手段から出力された重み係数を使用して前記遅延後の受信信号を重み付けし、この重み付け後の受信信号を合成して出力信号を生成する出力信号生成手段とを備えたことを特徴としている。
【０００７】
請求項２に記載のアダプティブアレーアンテナシステムは、複数のアンテナ素子からなるアレーアンテナと、前記各アンテナ素子の受信信号と参照信号とに基づいて、適応制御により、前記アレーアンテナの指向性を制御するための重み係数を算出する重み係数算出手段と、前記重み係数算出手段から出力された重み係数を使用して前記各アンテナ素子の受信信号を重み付けし、この重み付け後の受信信号を合成して出力信号を生成する出力信号生成手段とを備え、前記重み係数算出手段は、前回算出した重み係数を重み係数更新周期の１周期分の期間遅延させる遅延手段を有し、この遅延後の重み係数を今回の重み係数算出に使用することを特徴としている。
【０００８】
請求項３に記載のアダプティブアレーアンテナシステムにおいては、前記アダプティブアレーアンテナシステムは、符号分割多元接続方式の無線通信システムで使用されるものであり、前記各アンテナ素子で受信された無線信号を逆拡散して前記各アンテナ素子の受信信号を出力する逆拡散手段を備えることを特徴とする。
【０００９】
請求項４に記載の適応受信制御方法は、複数のアンテナ素子からなるアレーアンテナで無線信号を受信する無線信号受信過程と、前記各アンテナ素子の受信信号と参照信号とに基づいて、適応制御により、前記アレーアンテナの指向性を制御するための重み係数を算出する重み係数算出過程と、前記各アンテナ素子の受信信号を、前記重み係数算出過程から出力される重み係数の更新周期の１周期分の期間遅延させる遅延過程と、前記重み係数算出過程から出力された重み係数を使用して前記遅延後の受信信号を重み付けし、この重み付け後の受信信号を合成して出力信号を生成する出力信号生成過程とを含むことを特徴としている。
【００１０】
請求項５に記載の適応受信制御方法は、複数のアンテナ素子からなるアレーアンテナで無線信号を受信する無線信号受信過程と、前記各アンテナ素子の受信信号と参照信号とに基づいて、適応制御により、前記アレーアンテナの指向性を制御するための重み係数を算出する重み係数算出過程と、前記重み係数算出過程から出力された重み係数を使用して前記各アンテナ素子の受信信号を重み付けし、この重み付け後の受信信号を合成して出力信号を生成する出力信号生成過程とを含み、前記重み係数算出過程において、前回算出した重み係数を重み係数更新周期の１周期分の期間遅延させ、この遅延後の重み係数を今回の重み係数算出に使用することを特徴としている。
【００１１】
請求項６に記載の適応受信制御方法においては、前記適応受信制御方法は、符号分割多元接続方式の無線通信システムで使用されるものであり、前記無線信号受信過程において、前記各アンテナ素子で受信された無線信号を逆拡散して前記各アンテナ素子の受信信号を出力することを特徴とする。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照し、本発明の実施形態を順次説明する。
図１は、本発明の第１の実施形態によるアダプティブアレーアンテナシステムの構成を示すブロック図である。図１に示すアダプティブアレーアンテナシステムは、例えば、無線通信システムの無線基地局に具備されるものであり、移動局（例えば携帯電話機）から送信された無線信号を複数のアンテナ素子ＡＮＴ１〜ＡＮＴＮからなるアレーアンテナを用いて受信し、この受信信号を適応受信処理するものである。
【００１３】
図１において、アダプティブアレーアンテナシステムは、Ｎ個のアンテナ素子ＡＮＴ１〜ＡＮＴＮからなるアレーアンテナと無線部２と乗算器４，８と遅延部６と加算器１０，１４とウエイト制御部１２とを備える。
無線部２は、アンテナ素子ＡＮＴ１〜ＮからのＮ個の無線信号を増幅してベースバンド信号へ変換後、Ａ／Ｄ変換器（Ａｎａｌｏｇ  ｔｏ  Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）によりデジタル信号に変換して受信信号ｘ１〜ｘＮを出力する。これら受信信号ｘ１〜ｘＮはアンテナ素子ＡＮＴ１〜Ｎにそれぞれ対応している。
【００１４】
乗算器４，８と遅延部６は、アンテナ素子ＡＮＴ１〜Ｎの各々に対応して設けられている。それぞれの乗算器４と遅延部６には、該当するアンテナ素子に対応する受信信号が無線部２から入力される。また、それぞれの乗算器４，８には、当該アンテナ素子に対応する重み係数がウエイト制御部１２から入力される。
【００１５】
乗算器４は、入力された受信信号と重み係数を乗算する。この乗算結果は加算器１０に入力される。加算器１０は、各乗算器４の乗算結果を加算する。この加算結果の信号ｙ’はウエイト制御部１２に入力される。
【００１６】
ウエイト制御部１２は、ＭＭＳＥベースの適応アルゴリズムにより、アンテナ素子ＡＮＴ１〜Ｎからなるアレーアンテナの指向性を制御するための重み係数ｗ１〜ｗＮを算出する。この適応アルゴリズムとしては、ＬＭＳ（Ｌｅａｓｔ  Ｍｅａｎ  Ｓｑｕａｒｅ）やＲＬＳ（Ｒｅｃｕｒｓｉｖｅ  Ｌｅａｓｔ−Ｓｑｕａｒｅｓ）などが利用可能である。
【００１７】
ウエイト制御部１２には、所定の参照信号ｒと無線部２からの受信信号ｘ１〜ｘＮとが入力される。ウエイト制御部１２は、例えばＬＭＳを用いた場合、入力された参照信号ｒと受信信号ｘ１〜ｘＮと信号ｙ’を使用して、参照信号ｒと信号ｙ’の平均二乗誤差が最小となるように適応制御して重み係数ｗ１〜ｗＮを算出する。これら算出された重み係数ｗ１〜ｗＮは、それぞれ対応する乗算器４，８に入力される。
【００１８】
遅延部６は、無線部２からの受信信号を、ウエイト制御部１２から出力される重み係数の更新周期の１周期分の期間遅延させて出力する。この遅延後の受信信号は乗算器８に入力される。乗算器８は、入力された受信信号に対して、ウエイト制御部１２からの重み係数を乗ずることにより、重み付けを行う。この重み付け後の受信信号は、加算器１４に入力される。加算器１４は、各乗算器８から入力された重み付け後の受信信号ｘｗ１〜ｘｗＮを加算することにより合成して出力信号ｙを生成し出力する。
【００１９】
上記したように、遅延部６は、次回の重み係数更新時点まで受信信号ｘ１〜ｘＮを遅延させる。これにより、時刻ｍの受信信号ｘ１〜ｘＮを使用して算出された重み係数が該時刻ｍの受信信号ｘ１〜ｘＮの重み付けに使用されることになる。そして、出力信号ｙは、該重み付け後の受信信号ｘｗ１〜ｘｗＮから生成される。この出力信号ｙの生成過程を（１）〜（３）式に示す。
【００２０】
ｙ’（ｍ＋１）＝ＷＨ（ｍ＋１）Ｘ（ｍ＋１）  ・・・（１）
Ｗ（ｍ＋１）＝Ｗ（ｍ）＋μＸ（ｍ）［ｒ（ｍ）−ｙ’（ｍ）］＊  ・・・（２）
ｙ（ｍ＋１）＝ＷＨ（ｍ＋１）Ｘ（ｍ）  ・・・（３）
但し、
Ｗ（ｔ）は時刻ｔにおけるＮ個のアンテナ素子からなるアレーアンテナの重み係数ベクトル［ｗ（ｔ）１〜ｗ（ｔ）Ｎ］、
Ｘ（ｔ）はサンプリング時刻ｔにおけるＮ個のアンテナ素子からなるアレーアンテナの受信信号ベクトル［ｘ（ｔ）１〜ｘ（ｔ）Ｎ］、
ｍは「サンプリング番号ｍ×サンプリング周期Δｔ」に対応する時刻、
μは重み係数の更新のステップサイズ、
Ｈは複素共役転置の表記、
＊は複素共役の表記、
である。
【００２１】
上記（１）〜（３）式に示すように、時刻ｍの受信信号「Ｘ（ｍ）」に対しては、該時刻ｍの受信信号「Ｘ（ｍ）」に基づいて算出された重み係数「Ｗ（ｍ＋１）」を使用して重み付けが行われる。そして、この重み付け後の受信信号から出力信号「ｙ（ｍ＋１）」が生成される。
【００２２】
上述したように第１の実施形態によれば、受信信号を遅延させることにより受信信号と重み係数との整合が取られ、この受信信号と重み係数から重み付け後の受信信号が算出されて出力信号の生成に使用される。この結果、出力信号には、受信信号と重み係数との不整合に起因する振幅と位相の誤差は含まれず、受信品質が向上する。
【００２３】
次に、第２の実施形態を説明する。図２は、本発明の第２の実施形態によるアダプティブアレーアンテナシステムの構成を示すブロック図である。このアダプティブアレーアンテナシステムは、符号分割多元接続（ＣＤＭＡ）方式の無線通信システムに適用されるものである。例えば「ｃｄｍａ２０００  ｌｘＥＶ−ＤＯ」と呼ばれる方式に適用される。
【００２４】
図２に示すアダプティブアレーアンテナシステムでは、上記図１の構成に逆拡散部２０をさらに設けている。逆拡散部２０は、アンテナ素子ＡＮＴ１〜Ｎの各々に対応して設けられている。各逆拡散部２０には、無線部２から、該当するアンテナ素子に対応する受信信号が入力される。逆拡散部２０は、入力された受信信号を逆拡散して出力する。図２においては、各逆拡散部２０から出力されるＮ個の信号ｘ１〜ｘＮが、それぞれ対応する乗算器４及び遅延部６と、ウエイト制御部１２に入力される。
【００２５】
上記図２の構成によれば、ＣＤＭＡ方式のシステムにおける参照信号ｒの生成が簡単になる。
【００２６】
なお、上述した第１，第２の実施形態においては、乗算器４と加算器１０とウエイト制御部１２が重み係数算出手段に対応する。また、遅延部６が遅延手段に対応する。また、乗算器８と加算器１４が出力信号生成手段に対応する。
【００２７】
次に、第３の実施形態を説明する。図３は、本発明の第３の実施形態によるアダプティブアレーアンテナシステムの構成を示すブロック図である。上記図１の構成では、受信信号を遅延させることにより重み係数との整合を図ったが、この図３のアダプティブアレーアンテナシステムでは、重み係数を遅延させて受信信号との整合を図っている。
【００２８】
図３においては、上記図１の構成に遅延部３０をさらに設けている。この遅延部３０は、乗算器４の各々に対応して設けられている。遅延部３０は、ウエイト制御部１２から出力される重み係数を、重み係数の更新周期の１周期分の期間遅延させて乗算器４へ出力する。また、遅延部６ａは、無線部２からの受信信号を、ウエイト制御部１２の重み係数算出に要する期間遅延させて乗算器８へ出力する。
【００２９】
この図３の構成によれば、時刻ｍ−１の受信信号によりウエイト制御部１２で算出された重み係数Ｗ（ｍ−１）は、遅延部３０で次回（時刻ｍ）の重み係数更新時点まで遅延されて乗算器４に入力される。次いで、その重み係数Ｗ（ｍ−１）は、時刻ｍの受信信号の重み付けに使用され、この重み付け後の受信信号によって信号ｙ’が生成される。次いで、この信号ｙ’と該時刻ｍの受信信号によりウエイト制御部１２が重み係数Ｗ（ｍ）を算出して出力する。次いで、この重み係数Ｗ（ｍ）が算出されるまで遅延部６ａで遅延されていた時刻ｍの受信信号は、乗算器８により、該重み係数Ｗ（ｍ）と乗算されて重み付けされる。次いで、この重み付け後の受信信号は加算器１４により合成され、出力信号ｙが生成される。この出力信号ｙの生成過程を（４）〜（５）式に示す。
【００３０】
ｙ’（ｍ）＝ＷＨ（ｍ−１）Ｘ（ｍ）  ・・・（４）
Ｗ（ｍ）＝Ｗ（ｍ−１）＋μＸ（ｍ）［ｒ（ｍ）−ｙ’（ｍ）］＊  ・・・（５）
ｙ（ｍ）＝ＷＨ（ｍ）Ｘ（ｍ）  ・・・（６）
【００３１】
上記（４）〜（６）式に示すように、時刻ｍの受信信号「Ｘ（ｍ）」に対しては、該時刻ｍの受信信号「Ｘ（ｍ）」に基づいて算出された重み係数「Ｗ（ｍ）」を使用して重み付けが行われる。そして、この重み付け後の受信信号から出力信号「ｙ（ｍ）」が生成される。
【００３２】
上述したように第３の実施形態によれば、重み係数を遅延させることにより受信信号と重み係数との整合が取られ、この受信信号と重み係数から重み付け後の受信信号が算出されて出力信号の生成に使用される。この結果、出力信号には、受信信号と重み係数との不整合に起因する振幅と位相の誤差は含まれず、受信品質が向上する。さらに、時刻ｍの受信信号から出力信号が生成される過程での処理遅延が、遅延部６ａでの重み係数算出期間分の遅延のみとなるので、適応受信の処理時間が短縮される。
【００３３】
なお、上述した第３の実施形態においては、乗算器４と加算器１０とウエイト制御部１２が重み係数算出手段に対応し、遅延部３０が重み係数算出手段が有する遅延手段に対応する。また、遅延部６ａと乗算器８と加算器１４が出力信号生成手段に対応する。
【００３４】
なお、本発明のアダプティブアレーアンテナシステムは、移動局、例えば携帯電話機等の携帯端末にも同様に適用することができる。また、アレーアンテナを使用して適応受信するシステムであれば、上記した「ｃｄｍａ２０００  ｌｘＥＶ−ＤＯ」方式など、各種の無線通信方式に適用可能である。
【００３５】
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。
【００３６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、出力信号の生成に使用される受信信号と重み係数との整合が取られ、この受信信号と重み係数から重み付け後の受信信号が算出されて出力信号の生成に使用される。この結果として出力信号に誤差が含まれることが防止され、受信品質の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態によるアダプティブアレーアンテナシステムの構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の第２の実施形態によるアダプティブアレーアンテナシステムの構成を示すブロック図である。
【図３】本発明の第３の実施形態によるアダプティブアレーアンテナシステムの構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
２…無線部、４，８…乗算器、６，６ａ，３０…遅延部、１０，１４…加算器、１２…ウエイト制御部、２０…逆拡散部、ＡＮＴ１〜ＡＮＴＮ…アンテナ素子
【図１】
2004304529.tif 000003
【図２】
2004304529.tif 000004
【図３】
2004304529.tif 000005