(57)【要約】【課題】所望波の信号を効率よく受信することにより、通信品質の向上を図ることができる無線受信装置を実現する。【解決手段】アレーアンテナ１を回転させる回転部２と、回転部２を駆動するモーター３と、アレーアンテナ１の受信信号に基づいて所望波の到来方向を検出する到来方向検出部６と、該検出された到来方向とアレーアンテナ１の受信能力が最大になるアレーアンテナ１の向きとが一致するように、モーター３を制御してアレーアンテナ１の回転を制御するアレー回転制御部４と、前記受信信号に基づき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重み係数を算出する重み制御部７と、該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８、加算器９）とを備える。【選択図】    図１
2004297665.tif 000002
【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受信する無線受信装置において、
前記アレーアンテナを回転させる回転手段と、
前記回転手段を駆動する駆動手段と、
前記受信信号に基づいて所望波の到来方向を検出する到来方向検出手段と、
前記検出された到来方向と前記アレーアンテナの受信能力が最大になる前記アレーアンテナの向きとが一致するように、前記駆動手段を制御して前記アレーアンテナの回転を制御するアレー回転制御手段と、
前記受信信号に基づき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重み係数を算出する重み制御手段と、
前記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、
を備えたことを特徴とする無線受信装置。
【請求項２】
前記複数のアンテナ素子は直列に配置され、
前記アレー回転制御手段は、前記検出された到来方向と前記複数のアンテナ素子の配列方向に対する直角方向とが一致するように、前記回転制御を行う
ことを特徴とする請求項１に記載の無線受信装置。
【請求項３】
前記重み制御手段は、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重み係数を制御することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の無線受信装置。
【請求項４】
前記重み制御手段は、前記検出された到来方向に基づき、ビームステアリングアルゴリズムにより、該到来方向に前記アレーアンテナの受信指向性パターンのメインビームを向かせるように前記重み係数を制御することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の無線受信装置。
【請求項５】
複数のアンテナ素子を有するアレーアンテナと、前記アレーアンテナを回転させる回転手段と、前記回転手段を駆動する駆動手段とを備え、前記アレーアンテナにより無線信号を受信する無線受信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いて所望波の到来方向を検出する過程と、
前記検出された到来方向と前記アレーアンテナの受信能力が最大になる前記アレーアンテナの向きとが一致するように、前記駆動手段を制御して前記アレーアンテナの回転を制御する過程と、
前記受信信号に基づき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重み係数を算出する過程と、
前記重み係数により前記受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受信する無線受信装置、通信制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、移動通信システムでは、基地局が複数のアンテナ素子からなるアレーアンテナを備え、送受信の指向性パターンを形成し、移動局（携帯端末）の移動に追従する制御を行なっている。また、携帯電話機等の携帯端末の対基地局追従性能（基地局との間で無線通信接続を維持し続ける能力）が、通信品質面でますます重要となっている。このため、携帯端末が基地局と同様にアレーアンテナを備え、送受信の指向性パターンを形成するものもある。
【０００３】
従来のアレーアンテナ指向性制御方法として、例えば、最小平均二乗誤差（ＭＭＳＥ；Ｍｉｎｉｍｕｍｕ  Ｍｅａｎ−Ｓｑｕａｒｅｄ  Ｅｒｒｏｒ）に基づいた適応アルゴリズム（ＲＬＳアルゴリズム、ＳＭＩアルゴリズム、ＬＭＳアルゴリズム等）を用いるものが知られている。この方法では、基地局から受信した受信信号と参照信号について、その二乗誤差を最小化するように、アレーアンテナの指向性パターンを形成するための各アンテナ素子の重み係数を適応アルゴリズムにより計算して求める。これにより、干渉波の到来方向にヌル点を向かせ、さらに所望波の到来方向にメインビームを向かせるようにアレーアンテナの指向性を制御している（例えば、非特許文献１参照）。
【０００４】
【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
【０００５】
【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、アレーアンテナのアンテナ素子数が少ないと、多数の干渉波による影響をキャンセルしきれず、所望波の信号を効率よく受信することができないという問題がある。特に、携帯端末等の小型の無線装置では、アンテナ素子数が少なく、干渉波の数が多い移動通信において十分に干渉波をキャンセルすることが難しく、通信品質に悪影響を及ぼす虞がある。
【０００６】
また、従来、アンテナ素子は円周上に配置されている（アンテナ素子が４つの場合は正方形の各頂点に配置と同じ）。このため、あるアンテナ素子が対向するアンテナ素子により遮蔽される状況が発生することがある。すると、有効なアンテナ素子数が実際の素子数より少ない状態となり、電波受信能力が低下する。例えば、実際のアンテナ素子数が４の場合、有効な素子数が２〜３になる。この結果、電波受信能力が低下し、干渉をキャンセルする能力が悪化し、通信品質に及ぼす悪影響の度合いが増加する。
【０００７】
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、所望波の信号を効率よく受信することにより、通信品質の向上を図ることができる無線受信装置、通信制御方法を提供することにある。
【０００８】
【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に記載の無線受信装置は、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受信する無線受信装置において、前記アレーアンテナを回転させる回転手段と、前記回転手段を駆動する駆動手段と、前記受信信号に基づいて所望波の到来方向を検出する到来方向検出手段と、前記検出された到来方向と前記アレーアンテナの受信能力が最大になる前記アレーアンテナの向きとが一致するように、前記駆動手段を制御して前記アレーアンテナの回転を制御するアレー回転制御手段と、前記受信信号に基づき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重み係数を算出する重み制御手段と、前記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を備えたことを特徴としている。
【０００９】
請求項２に記載の無線受信装置においては、前記複数のアンテナ素子は直列に配置され、前記アレー回転制御手段は、前記検出された到来方向と前記複数のアンテナ素子の配列方向に対する直角方向とが一致するように、前記回転制御を行うことを特徴とする。
【００１０】
請求項３に記載の無線受信装置においては、前記重み制御手段は、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（例えばＳＩＮＲ値（Ｓｉｇｎａｌ  ｔｏ  Ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ  ａｎｄ  Ｎｏｉｓｅ  ｐｏｗｅｒ  Ｒａｔｉｏ）が最大になるように）、前記重み係数を制御することを特徴とする。
【００１１】
請求項４に記載の無線受信装置においては、前記重み制御手段は、前記検出された到来方向に基づき、ビームステアリングアルゴリズムにより、該到来方向に前記アレーアンテナの受信指向性パターンのメインビームを向かせるように前記重み係数を制御することを特徴とする。
【００１２】
請求項５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と、前記アレーアンテナを回転させる回転手段と、前記回転手段を駆動する駆動手段とを備え、前記アレーアンテナにより無線信号を受信する無線受信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いて所望波の到来方向を検出する過程と、前記検出された到来方向と前記アレーアンテナの受信能力が最大になる前記アレーアンテナの向きとが一致するように、前記駆動手段を制御して前記アレーアンテナの回転を制御する過程と、前記受信信号に基づき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重み係数を算出する過程と、前記重み係数により前記受信信号を制御する過程とを含むことを特徴としている。
【００１３】
【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受信装置１００の構成を示すブロック図である。この無線受信装置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に具備される。
【００１４】
図１において、無線受信装置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１と、回転部２と、モーター３と、アレー回転制御部４と、無線部５と、到来方向検出部６と、重み制御部７と、各アンテナ素子ＡＮＴ−１〜Ｎに対応して設けられている乗算器８と、加算器９と、減算器１０とを有する。
【００１５】
アレーアンテナ１は、アンテナ素子ＡＮＴ−１〜Ｎが直列に配置された直列アレーアンテナである。回転部２は、アレーアンテナ１を回転させる。この回転範囲は、アンテナ素子ＡＮＴ−１〜Ｎの配列面内の３６０°である。モーター３は、回転部２を駆動する。アレー回転制御部４は、モーター３を制御してアレーアンテナ１の回転を制御する。この回転制御は、到来方向検出部６から通知される所望波の到来方向と、アンテナ素子ＡＮＴ−１〜Ｎの配列方向（以下、アレー配列方向と称する）とが直角となるように行われる。すなわち、所望波の到来方向とアレー配列方向に対する直角方向とが一致するように、アレーアンテナ１が回転される。アレー配列方向に対する直角方向は、アレーアンテナ１の受信能力が最大になる方向である。
【００１６】
無線部５は、ローノイズ増幅器、ダウンコンバータ等を備え、アレーアンテナ１で受信されたアレー素子受信信号Ａ１〜ＡＮを高周波から低周波（例えばベースバンド周波数）に変換し、さらに増幅し、受信信号Ｂ１〜ＢＮとして出力する。受信信号Ｂ１〜ＢＮは、到来方向検出部６と重み制御部７と対応する乗算器８に入力される。
【００１７】
到来方向検出部６は、入力された受信信号Ｂ１〜ＢＮに基づいて、所望波の到来方向を検出する。この検出された到来方向は、アレー配列方向に対する相対的な方向である。例えば、アレー配列方向に対する直角方向が０°、即ちアレー配列方向が９０°として予め設定され、これを基準にして所望波の到来方向を示す相対角度が求められる。到来方向検出部６によって検出された所望波の到来方向を示す相対角度は、アレー回転制御部４及び重み制御部７に出力される。そして、アレー回転制御部４は、常時、所望波の到来方向（相対角度）とアレー配列方向に対する直角方向（０°）とが一致するように、アレーアンテナ１の回転を制御する。これにより、例えば移動局である無線受信装置１００が移動しても、所望波の到来方向にアレーアンテナ１の受信能力が最大になるアレーアンテナ１の向きが追従することとなり、受信品質が向上する。
【００１８】
上記到来方向検出部６における所望波到来方向の検出には、一般的に、例えばＭＵＳＩＣ（ＭＵｌｔｉｐｌｅ  Ｓｉｇｎａｌ  Ｃｌａｓｓｉｆｉｃａｔｉｏｎ）などのアルゴリズムが利用可能である。また、特定の無線通信方式、例えばパイロット信号が含まれるＣＤＭＡ方式に特化した方法などを利用することも可能である。
【００１９】
重み制御部７は、入力された受信信号Ｂ１〜ＢＮに基づき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重み係数Ｗ１〜ＷＮを算出する。これら重み係数Ｗ１〜ＷＮは、各々対応する乗算器８により受信信号Ｂ１〜ＢＮと乗算される。これら乗算後の信号は加算器９により加算される。この加算後の信号はアレー出力信号として出力される。これにより、受信品質が最適となる受信指向性パターンが形成される。
減算器１０は所定の参照信号とアレー出力信号の誤差を求め、この誤差信号を重み制御部７に出力する。
【００２０】
上記重み制御部７は、例えば、入力された受信信号及び参照信号との誤差信号とに基づき、アレー出力信号のＳＩＮＲ値（Ｓｉｇｎａｌ  ｔｏ  Ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ  ａｎｄ  Ｎｏｉｓｅ  ｐｏｗｅｒ  Ｒａｔｉｏ）が最大になるように重み係数Ｗ１〜ＷＮを制御する。この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。
又は、重み制御部７は、到来方向検出部６から入力された所望波の到来方向を示す相対角度に基づき、ビームステアリングアルゴリズムにより、所望波の到来方向にアレーアンテナ１の受信指向性パターンのメインビームを向かせるように重み係数Ｗ１〜ＷＮを制御する。
【００２１】
上述したように本実施形態によれば、所望波の到来方向にアレーアンテナ１の受信能力が最大になるアレーアンテナ１の向きが追従し、さらに、受信品質が最適となる受信指向性パターンが形成される。これにより、所望波の信号を効率よく受信することができ、通信品質が向上する。
【００２２】
また、複数のアンテナ素子を直列に配置して直列アレーアンテナを構成し、所望波の到来方向と該アレーアンテナのアレー配列方向に対する直角方向とが一致するように、アレーアンテナが回転される。これにより、アンテナ素子間で遮蔽が生じることが防止され、電波受信能力を良好に維持することができる。
【００２３】
なお、上述した実施形態において、アレーアンテナ１は送受信で切替えて使用するものであってもよい。
【００２４】
なお、上述した実施形態においては、各アンテナ素子ＡＮＴ−１〜Ｎに対応して設けられている乗算器８と加算器９が受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、所望波の到来方向にアレーアンテナの受信能力が最大になるアレーアンテナの向きが追従し、さらに、受信品質が最適となる受信指向性パターンが形成されるので、所望波の信号を効率よく受信することができ、通信品質が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態による無線受信装置１００の構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
１…アレーアンテナ、２…回転部、３…モーター、４…アレー回転制御部、５…無線部、６…到来方向検出部、７…重み制御部、８…乗算器、９…加算器、１０…減算器、１００…無線受信装置、ＡＮＴ−１〜Ｎ…アンテナ素子
【図１】
2004297665.tif 000003