(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
３本以上の複数のアンテナ素子と、
上記複数のアンテナ素子により受信された各受信信号に対してアダプティブ制御して、上記アダプティブ制御後の各受信信号を合成受信信号として出力するアダプティブ制御手段と、
上記合成受信信号を復調信号に復調するとともに、上記各アンテナ素子単体により受信された各アンテナ単体受信信号を復調信号に復調する復調手段と、
上記合成受信信号の復調信号の信号品位と、上記各アンテナ単体受信信号の復調信号の信号品位とを比較して、最良の信号品位を有する復調信号を選択し、上記選択された復調信号を含む受信信号を受信するように制御する装置制御手段とを備え、
上記アダプティブ制御手段は、上記３本以上のアンテナ素子のすべてのアンテナ素子により受信された各受信信号に対してアダプティブ制御して、上記アダプティブ制御後の各受信信号を第１の合成受信信号として出力するとともに、上記３本以上のアンテナ素子の一部のアンテナ素子により受信された各受信信号に対してアダプティブ制御して、上記アダプティブ制御後の各受信信号を第２の合成受信信号として出力し、
上記装置制御手段は、上記第１の合成受信信号の復調信号の信号品位と、上記第２の合成受信信号の復調信号の信号品位と、上記各アンテナ単体受信信号の復調信号の信号品位とを比較して、最良の信号品位を有する復調信号を選択し、上記選択された復調信号を含む受信信号を受信するように制御することを特徴とするアダプティブアンテナ装置。
【請求項２】
上記装置制御手段は、上記第１の合成受信信号の復調信号の信号品位が所定のしきい値以上であるときは、上記アダプティブ制御された第１の合成受信信号を受信するように制御し、上記第１の合成受信信号の復調信号の信号品位が所定のしきい値未満となったときは、上記第１の合成受信信号の復調信号の信号品位と、上記第２の合成受信信号の復調信号の信号品位と、上記各アンテナ単体受信信号の復調信号の信号品位とを比較して、最良の信号品位を有する復調信号を選択し、上記選択された復調信号を含む受信信号を受信するように制御する第１の受信アダプティブ制御処理を実行することを特徴とする請求項１記載のアダプティブアンテナ装置。
【請求項３】
上記装置制御手段は、上記各アンテナ単体受信信号の復調信号の信号品位のうちの最良の信号品位が所定のしきい値以上であるときは、上記各アンテナ単体受信信号の復調信号の信号品位のうちの最良の信号品位を有する復調信号を含むアンテナ単体受信信号を受信するように制御し、上記各アンテナ単体受信信号の復調信号の信号品位のうちの最良の信号品位が所定のしきい値未満となったときは、上記第１の合成受信信号の復調信号の信号品位と、上記第２の合成受信信号の復調信号の信号品位と、上記各アンテナ単体受信信号の復調信号の信号品位とを比較して、最良の信号品位を有する復調信号を選択し、上記選択された復調信号を含む受信信号を受信するように制御する第２の受信アダプティブ制御処理を実行することを特徴とする請求項１記載のアダプティブアンテナ装置。
【請求項４】
上記装置制御手段は、上記第１の合成受信信号の復調信号の信号品位と、上記第２の合成受信信号の復調信号の信号品位と、上記各アンテナ単体受信信号の復調信号の信号品位とをすべて取得した後、これらの信号品位を比較して、最良の信号品位を有する復調信号を選択し、上記選択された復調信号を含む受信信号を受信するように制御する第３の受信アダプティブ制御処理を実行することを特徴とする請求項１記載のアダプティブアンテナ装置。
【請求項５】
上記装置制御手段は、請求項２記載の上記第１の受信アダプティブ制御処理と、請求項３記載の上記第２の受信アダプティブ制御処理と、請求項４記載の上記第３の受信アダプティブ制御処理とを、上記復調信号の伝送速度Ｖｔｈに基づく所定の選択基準に従って選択的に切り換えて実行することを特徴とするアダプティブアンテナ装置。
【請求項６】
上記装置制御手段は、所定の２つのしきい値速度Ｖｔｈ１，Ｖｔｈ２を用いて上記３個の受信アダプティブ制御処理を選択的に切り換えて実行し、
（Ａ）上記伝送速度ＶｔｈがＶｔｈ＜Ｖｔｈ１のとき、上記第２の受信アダプティブ制御処理を実行し、
（Ｂ）上記伝送速度ＶｔｈがＶｔｈ１≦Ｖｔｈ＜Ｖｔｈ２のとき、上記第１の受信アダプティブ制御処理を実行し、
（Ｃ）上記伝送速度ＶｔｈがＶｔｈ≧Ｖｔｈ２のとき、上記第３の受信アダプティブ制御処理を実行することを特徴とする請求項５記載のアダプティブアンテナ装置。
【請求項７】
請求項１乃至６のうちのいずれか１つに記載のアダプティブアンテナ装置と、
上記アダプティブアンテナ装置を用いて無線信号を受信する無線受信回路とを備えたことを特徴とする無線通信装置。
【請求項８】
請求項１乃至６のうちのいずれか１つに記載のアダプティブアンテナ装置と、
上記アダプティブアンテナ装置を用いて無線信号を送受信する無線通信回路とを備えたことを特徴とする無線通信装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば移動体通信システムの携帯無線通信装置などにおいて通信品質を良好に保つために提供される、複数のアンテナ素子を用いてアダプティブ制御して無線信号を受信するためのアダプティブアンテナ装置と、それを用いた無線通信装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
図３２は、例えば後述する特許文献１及び２において開示された、従来技術に係るアダプティブアンテナ装置の構成を示すブロック図である。このアダプティブアンテナ装置は、アダプティブアンテナと選択ダイバーシチアンテナを組み合わせた構成の一例であり、アダプティブアンテナと選択ダイバーシチアンテナの切り替えにより、アンテナで受信される信号を良好品位に保つことができる。
【０００３】
図３２において、このアダプティブアンテナ装置は、２本のアンテナ素子１１１，１１２と、２個の処理回路１１５，１１６と、信号品位モニタ回路１１７と、選択回路１１８とを備えて構成される。まず、アンテナ素子１１１，１１２により受信された各無線信号はそれぞれ処理回路１１３，１１４に入力される。処理回路１１３は入力された無線信号に対してアダプティブ制御処理を実行した後、検波器１１５及び信号品位モニタ回路１１７に出力する。ここで、処理回路１１３は受信された無線信号における干渉波を抑圧することで信号品位を良好に保つ。すなわち、遅延波や隣接基地局からの同一チャンネル干渉波が到来する場合に大きな効果がある。また、処理回路１１４は入力された無線信号に対して選択ダイバーシチ処理を実行した後、検波器１１６及び信号品位モニタ回路１１７に出力する。ここで、処理回路１１４は、アンテナ素子１１１，１１２によりそれぞれ受信された各無線信号のうち、より大きな受信電力を有する無線信号を選択することにより、信号品位を良好に保つ。すなわち、フェージングのような受信電力の変動が大きいときに大きな効果を発揮する。
【０００４】
ここで、処理回路１１３によりアダプティブ制御された無線信号を復調したベースバンド信号の信号品位と、処理回路１１４により選択ダイバーシチ処理が行われた無線信号の信号品位とを、信号品質モニタ回路１１７において判定し、より良好な信号品位を有する信号に対応する、検波器１１５又は１１６からのベースバンド信号を選択回路１１８により選択し、選択されたベースバンド信号を出力端子１１９に出力する。以上のように構成されたアダプティブアンテナ装置においては、移動体通信システムにおける受信信号の信号品位劣化における２つの大きな要因である干渉波とフェージングの両方を解決できる。
【０００５】
【特許文献１】米国特許第５７１０９９５号の明細書。
【特許文献２】日本国特許出願公開平成１０年２０９８９０号公報。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述の従来技術に係るアダプティブアンテナ装置においては、以下のような問題点があった。ここで、例えば２本のアンテナ素子９１，９２を備えた携帯電話機等の図１８の無線通信装置９０を比較例として用いて、本発明者らによるシミュレーションとその結果について以下に説明する。
【０００７】
図１８において、無線通信装置９０は直方体形状の無線通信装置筐体９０Ａに収容され、その上面から垂直方向に突出するようにモノポールアンテナであるアンテナ素子９１が設けられる一方、無線通信装置筐体９０Ａの側面に対して平行となるように逆Ｆ型アンテナであるアンテナ素子９２が設けられる。アンテナ素子９２において、その１辺の略中央部の給電点９３ａに給電線９３を介して無線信号が給電され、アンテナ素子９２の面の略中央部の短絡点９４ａに短絡線９４が無線通信装置筐体９０Ａの短絡点９４ｂから接続されて短絡される。この比較例では、図１９に示すように、無線通信装置９０が水平方向９９に対して３０度だけ傾斜された場合を考える。
【０００８】
例えば無線信号の周波数が２ＧＨｚであれば、その波長は１５０ｍｍであり、図１８に示す無線通信装置９０の筐体９０Ａの長手方向の長さが１２５ｍｍであるとすると、筐体９０Ａは無線信号の波長に近い値となる。このとき、筐体９０Ａが小さいために放射指向性に受信電力の落ち込みが大きい角度の指向特性（以下、ヌルという。）ができることがある。例えば、図２０はアンテナ素子９１の指向特性を示し、図２１はアンテナ素子９２の指向特性を示す。なお、図２１においては、図２０のアンテナ素子９１で受信された最大受信電力を基準にして、アンテナ素子９２の受信電力を正規化している。図２１から明らかなように、アンテナ素子９２の指向特性には２個のヌルがあることが分かる。当該比較例では、ＸＹ平面上で−Ｙ軸方向の０度方向から所望波が到来し、ＸＹ平面上で２１０度方向から干渉波が到来した場合を考える。
【０００９】
図２２のアダプティブ制御回路において、アンテナ素子９１により受信された無線信号を乗算器９５ａにより重み付け係数Ｗ１を乗算する一方、アンテナ素子９２により受信された無線信号を乗算器９５ｂにより重み付け係数Ｗ２を乗算した後、信号合成器９６により合成して無線信号を得る場合を考える。ここで、例えば、図２３のアンテナ素子９１の指向特性及び図２４のアンテナ素子９２の指向特性において、上述の所望波及び干渉波が到来し、アダプティブ制御時にアンテナ素子９２において干渉波方向にヌルを形成するように制御する場合についてシミュレーションすると図２３乃至図２９の結果を得た。なお、図２３乃至図２８では、各放射パターンにおいてその受信電力を各最大受信電力で正規化している。図２３乃至図２９のこれらの結果から明らかなように、アダプティブ制御時の誤り率は、アンテナ素子９２単独の誤り率に比較して大きくなっている。すなわち、以上をまとめると以下のようになる。
【００１０】
例えば、所望波が１波で干渉波が１波あり、この２つの波が同じ大きさの場合を考える。さらに、アンテナ素子９２のヌルとなる角度から干渉波が到来した場合には、アンテナ素子９１では干渉波は受信されずに所望波のみ受信される。一方、アンテナ素子９２では所望波と干渉波の両方ともに受信される。当該アダプティブアレーアンテナ装置は、２本のアンテナ素子９１，９２で受信された干渉波の信号成分を同じ大きさで逆相に制御することによって干渉波成分を打ち消す。これにより、良好な信号品位を得る。すなわち、１本のアンテナ素子のみしか干渉波を受信しない場合には、アダプティブ制御による干渉波抑圧効果が得られない。一方、アンテナ素子９２では、干渉波を受信せずに所望波のみを受信するために良好な信号品質が得られる。すなわち、アダプティブ制御を行うことにより、アンテナ単体の時よりも信号品位が悪くなることがある。
【００１１】
一方、上述の従来技術に係るアダプティブアンテナ装置では、アダプティブ制御とダイバーシチ制御を行っているが、このような状況では良好な信号品位が得られない。すなわち、ダイバーシチ制御では、受信された信号の電力の大きい方を選択するために（特許文献２の明細書の段落００１９においては、ダイバーシチ判定基準は、平均電力か平均信号電圧のいずれかと開示している。）、所望波と干渉波の両方を受信する第１のアンテナ素子を選択する場合がある。このような状況では、アダプティブ制御による信号品位の改善が得られないとともに、ダイバーシチ制御においても信号品位の改善は得られない。すなわち、従来技術に係るアダプティブアンテナ装置では、アンテナの放射指向性にヌルがある場合に信号品位を改善することができないために、不適であると言わざるを得なかった。
【００１２】
本発明の目的は以上の問題点を解決し、複数のアンテナがある中で１本のアンテナ素子のみしか干渉波を受信しない場合においても、干渉波を抑圧することができるアダプティブアンテナ装置とそれを用いた無線通信装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
第１の発明に係るアダプティブアンテナ装置は、複数のアンテナ素子と、
上記複数のアンテナ素子により受信された各受信信号に対してアダプティブ制御して、上記アダプティブ制御後の各受信信号を合成受信信号として出力するアダプティブ制御手段と、
上記合成受信信号を復調信号に復調するとともに、上記各アンテナ素子単体により受信された各アンテナ単体受信信号を復調信号に復調する復調手段と、
上記合成受信信号の復調信号の信号品位と、上記各アンテナ単体受信信号の復調信号の信号品位とを比較して、最良の信号品位を有する復調信号を選択し、上記選択された復調信号を含む受信信号を受信するように制御する装置制御手段とを備えたことを特徴とする。
【００１４】
上記アダプティブアンテナ装置において、３本以上のアンテナ素子を備え、
上記アダプティブ制御手段は、上記３本以上のアンテナ素子のすべてのアンテナ素子により受信された各受信信号に対してアダプティブ制御して、上記アダプティブ制御後の各受信信号を第１の合成受信信号として出力するとともに、上記３本以上のアンテナ素子の一部のアンテナ素子により受信された各受信信号に対してアダプティブ制御して、上記アダプティブ制御後の各受信信号を第２の合成受信信号として出力し、
上記装置制御手段は、上記第１の合成受信信号の復調信号の信号品位と、上記第２の合成受信信号の復調信号の信号品位と、上記各アンテナ単体受信信号の復調信号の信号品位とを比較して、最良の信号品位を有する復調信号を選択し、上記選択された復調信号を含む受信信号を受信するように制御することを特徴とする。
【００１５】
また、上記アダプティブアンテナ装置において、上記装置制御手段は、上記合成受信信号の復調信号の信号品位が所定のしきい値以上であるときは、上記アダプティブ制御された合成受信信号を受信するように制御し、上記合成受信信号の復調信号の信号品位が所定のしきい値未満となったときは、上記合成受信信号の復調信号の信号品位と、上記各アンテナ単体受信信号の復調信号の信号品位とを比較して、最良の信号品位を有する復調信号を選択し、上記選択された復調信号を含む受信信号を受信するように制御する第１の受信アダプティブ制御処理を実行することを特徴とする。
【００１６】
さらに、上記アダプティブアンテナ装置において、上記装置制御手段は、上記各アンテナ単体受信信号の復調信号の信号品位のうちの最良の信号品位が所定のしきい値以上であるときは、上記各アンテナ単体受信信号の復調信号の信号品位のうちの最良の信号品位を有する復調信号を含むアンテナ単体受信信号を受信するように制御し、上記各アンテナ単体受信信号の復調信号の信号品位のうちの最良の信号品位が所定のしきい値未満となったときは、上記合成受信信号の復調信号の信号品位と、上記各アンテナ単体受信信号の復調信号の信号品位とを比較して、最良の信号品位を有する復調信号を選択し、上記選択された復調信号を含む受信信号を受信するように制御する第２の受信アダプティブ制御処理を実行することを特徴とする。
【００１７】
またさらに、上記アダプティブアンテナ装置において、上記装置制御手段は、上記合成受信信号の復調信号の信号品位と、上記各アンテナ単体受信信号の復調信号の信号品位とをすべて取得した後、これらの信号品位を比較して、最良の信号品位を有する復調信号を選択し、上記選択された復調信号を含む受信信号を受信するように制御する第３の受信アダプティブ制御処理を実行することを特徴とする。
【００１８】
また、上記アダプティブアンテナ装置において、上記装置制御手段は、上記第１の受信アダプティブ制御処理と、上記第２の受信アダプティブ制御処理と、上記第３の受信アダプティブ制御処理とを、所定の選択基準に従って選択的に切り換えて実行することを特徴とする。ここで、上記選択基準は、上記復調信号の伝送速度Ｖｔｈに基づく基準であることを特徴とする。また、上記装置制御手段は、所定の２つのしきい値速度Ｖｔｈ１，Ｖｔｈ２を用いて上記３個の受信アダプティブ制御処理を選択的に切り換えて実行し、
（Ａ）上記伝送速度ＶｔｈがＶｔｈ＜Ｖｔｈ１のとき、上記第２の受信アダプティブ制御処理を実行し、
（Ｂ）上記伝送速度ＶｔｈがＶｔｈ１≦Ｖｔｈ＜Ｖｔｈ２のとき、上記第１の受信アダプティブ制御処理を実行し、
（Ｃ）上記伝送速度ＶｔｈがＶｔｈ≧Ｖｔｈ２のとき、上記第３の受信アダプティブ制御処理を実行することを特徴とする。
【００１９】
第２の発明に係る無線通信装置は、上記アダプティブアンテナ装置と、
上記アダプティブアンテナ装置を用いて無線信号を受信する無線受信回路とを備えたことを特徴とする。
【００２０】
第３の発明に係る無線通信装置は、上記アダプティブアンテナ装置と、
上記アダプティブアンテナ装置を用いて無線信号を送受信する無線通信回路とを備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２１】
従って、本発明に係るアダプティブアンテナ装置とそれを用いた無線通信端末装置によれば、上記合成受信信号の復調信号の信号品位と、上記各アンテナ単体受信信号の復調信号の信号品位とを比較して、最良の信号品位を有する復調信号を選択し、上記選択された復調信号を含む受信信号を受信するように制御するので、複数のアンテナ素子がある中で１つのアンテナ素子のみしか干渉波を受信しない場合においても、干渉波を抑圧することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、本発明に係る実施形態について図面を参照して説明する。なお、以下の各実施形態において、同様の構成要素については同一の符号を付している。
【００２３】
第１の実施形態．
図１は本発明の第１の実施形態に係るアダプティブアンテナ装置の構成を示すブロック図である。図１において、本実施形態に係るアダプティブアンテナ装置は、４本のアンテナ素子１ａ乃至１ｄと、アナログ／ディジタル変換回路２（以下、アナログ／ディジタル変換をＡ／Ｄ変換という。）と、コントローラ３と、判定器４と、受信アダプティブ制御回路５と、復調器６と、出力端子７とを備えて構成される。
【００２４】
図１において、各アンテナ素子１乃至１ｄにより受信された無線信号はＡ／Ｄ変換回路２及び受信アダプティブ制御回路５に入力される。Ａ／Ｄ変換回路２は各アンテナ素子１乃至１ｄに対応したＡ／Ｄ変換器を備え、各Ａ／Ｄ変換器は各アンテナ素子１乃至１ｄにより受信された各無線信号をそれぞれディジタル信号にＡ／Ｄ変換した後、コントローラ３に出力する。
【００２５】
受信アダプティブ制御回路５は、４個の可変利得増幅器５１ａ乃至５１ｄと、４個の移相器５２ａ乃至５２ｄと、加算器である信号合成器５３とを備えて構成され、これら４個の可変利得増幅器５１ａ乃至５１ｄの可変振幅量及び４個の移相器５２ａ乃至５２ｄの移相量はコントローラ３により制御される。アンテナ素子１ａにより受信された無線信号は可変利得増幅器５１ａ及び移相器５２ａを介して信号合成器５３に出力され、アンテナ素子１ｂにより受信された無線信号は可変利得増幅器５１ｂ及び移相器５２ｂを介して信号合成器５３に出力され、アンテナ素子１ｃにより受信された無線信号は可変利得増幅器５１ｃ及び移相器５２ｃを介して信号合成器５３に出力され、アンテナ素子１ｄにより受信された無線信号は可変利得増幅器５１ｄ及び移相器５２ｄを介して信号合成器５３に出力される。信号合成器５３は入力される４個の無線信号を加算することにより合成して、合成後の無線信号を復調器６に出力する。
【００２６】
復調器６は信号合成器５３から入力される無線信号を所定のディジタル復調方式で復調信号であるベースバンド信号に復調して出力端子７及び判定器４に出力する。判定器４は、入力されるベースバンド信号に含まれ、予め決められた参照パターン期間内の参照パターンに基づいて誤り率を測定してコントローラ３に出力する。コントローラ３は詳細後述するアダプティブ制御方法を用いて、最良の信号品位を有する無線信号を受信して復調するように受信アダプティブ制御回路５を制御する。なお、図１において、周波数を分離する高周波フィルタ、無線信号を増幅するための高周波増幅器、無線信号を所定の中間周波数の中間周波信号に変換するための混合器等の高周波回路や、中間周波数回路、信号処理回路等が含まれるが、図１では省略した。すなわち、受信アダプティブ制御回路５においては、搬送波周波数で実行してもよいし、中間周波信号に周波数変換した後の中間周波において実行してもよい。また、受信アダプティブ制御回路５において、各可変利得増幅器５１ａ乃至５１ｄと、各移相器５２ａ乃至５２ｄの信号処理の順序は図１に限定されず、逆であってもよい。
【００２７】
まず、アダプティブアンテナ装置のアダプティブ制御方法について以下に説明する。アダプティブアンテナ装置は、所望の電波が到来してくる方向にアンテナの放射パターンを最大にし（すなわち、アンテナの放射パターンのうちの主ビームを所望波方向に実質的に向け）、妨害となる干渉波の方向に放射パターンにヌルを向けて（すなわち、アンテナの放射パターンのうちのヌルを実質的に干渉波方向に向けて）、安定した無線通信を実現するアダプティブ制御技術を用いている。通常、アダプティブアンテナ装置は、図１に示すように、アンテナ素子１ａ乃至１ｄ毎に、振幅調整回路である可変利得増幅器５１ａ乃至５１ｄと、移相器５２ａ乃至５２ｄとを備え、各アンテナ素子１ａ乃至１ｄで受信された無線信号（又は、無線信号から周波数変換された中間周波信号）に対して振幅差と位相差を与えることにより、最大の所望信号電力と、最小の干渉信号電力を実現するように制御する。
【００２８】
各アンテナ素子１ａ乃至１ｄにより受信された無線信号には、通常、所望波信号とともに熱雑音成分が受信される。さらに、隣接基地局からの同一周波数の同一チャンネル干渉波や、所望波であるが大きな経路を経由して到来したために時間的な遅れを生じる遅延波も受信される場合がある。遅延波は、テレビジョン放送やラジオ放送等のアナログ無線通信システムにおいて、例えばテレビジョン受像機で表示されるゴーストとして画面表示の品質を劣化させる。一方、ディジタル無線通信システムでは、熱雑音、同一チャンネル干渉波や遅延波は、いずれもビット誤りとして影響を及ぼし、直接的に信号品位を劣化させる。ここで、所望波電力をＣとし、熱雑音電力をＮとし、同一チャンネル干渉波と遅延波を含む干渉波電力をＩとすると、アダプティブアンテナ装置は、好ましくは、信号品位を改善させるために、Ｃ／（Ｎ＋Ｉ）を最大にするようにアダプティブ制御する。
【００２９】
次いで、具体的に、アダプティブアンテナ装置のアダプティブ制御動作を図１を参照して以下に説明する。
【００３０】
各アンテナ素子１ａ乃至１ｄにより受信された無線信号はＡ／Ｄ変換回路２によりディジタル信号ｘ（ｔ）（本実施形態においては、４つの要素を持つ信号ベクトルである。）に変換され、コントローラ３に入力される。コントローラ３は、受信アダプティブ制御回路５から出力される無線信号ｙ（ｔ）が最も信号品位が良くなるような、受信アダプティブ制御回路５内の可変利得増幅器５１ａ乃至５１ｄの振幅量と、移相器５２ａ乃至５２ｄの移相量を決定する。以下に、これらの振幅量と移相量を含む重み付け係数の算出方法を以下に示す。なお、重み付け係数Ｗｉは振幅量Ａｉと移相量φｉにより、次式により定義される。
【００３１】
［数１］
Ｗｉ＝Ａｉ・ｅｘｐ（ｊ・φｉ）      （１）
【００３２】
ここで、ｊは虚数単位である。また、ｉは１〜４の値をとり、それぞれ、各アンテナ素子１ａ乃至１ｄにより受信された無線信号を処理する系統に対応する。重み付け係数Ｗｉを要素とする重み付け係数ベクトルＷを定義して、以下に、重み付け係数Ｗｉを求める方法について示す。
【００３３】
重み付け係数Ｗｉを求める方法にはいくつか方法があるが、ここでは最急降下法（LMS:Least Means Squares）を用いた例を示す。この手法では、アダプティブアンテナ装置は予め既知の所望波に含まれる信号系列である参照信号ｒ（ｔ）を予め格納しており、受信された無線信号に含まれる信号系列が参照信号に近くなるように制御する。ここでは、一例としてコントローラ３に参照信号ｒ（ｔ）が予め格納されている場合を示す。具体的には、コントローラ３は、無線ディジタル信号ｘ（ｔ）に対して、振幅量と移相量の成分を持った重み付け係数ｗ（ｔ）を乗算するように受信アダプティブ制御回路５を制御する。この重み付け係数ｗ（ｔ）を無線ディジタル信号ｘ（ｔ）に乗算した乗算結果と、参照信号ｒ（ｔ）との残差ｅ（ｔ）を次式を用いて求める。
【００３４】
［数２］
ｅ（ｔ）＝ｒ（ｔ）−ｗ（ｔ）×ｘ（ｔ）      （２）
【００３５】
ここで、残差ｅ（ｔ）は正又は負の値をとる。従って、式（２）により求めた残差ｅ（ｔ）の２乗した値の最小値を漸化的に繰り返し計算により求める。すなわち、複数（ｍ＋１）回目の繰り返し計算により得られた重み付け係数ｗ（ｔ，ｍ＋１）はｍ回目の重み付け係数ｗ（ｔ，ｍ）を用いて次式により得られる。
【００３６】
［数３］
ｗ（ｔ，ｍ＋１）＝ｗ（ｔ，ｍ）＋ｕ×ｘ（ｔ）×ｅ（ｔ，ｍ）      （３）
【００３７】
ここで、ｕはステップサイズと呼ばれ、ステップサイズｕが大きいと重み付け係数ｗが最小値に収束する繰り返し計算回数が少なくなるという利点があるが、ステップサイズｕが大き過ぎると最小値付近で振動してしまうという欠点がある。従って、ステップサイズｕの選定にはシステムにより十分注意する必要がある。逆に、ステップサイズｕを小さくすることにより重み付け係数ｗは安定して最小値に収束する。しかしながら、繰り返し計算回数は増加する。繰り返し計算数が増加すると重み付け係数を求めるのに長い時間がかかる。仮に、重み付け係数ｗの算出時間が周囲環境の変化時間（例えば、数ミリ秒）よりも遅い場合には、この重み付け係数ｗによる信号品位の改善は不可能となる。そこで、ステップサイズｕを決定する場合にはできるだけ高速かつ安定な収束の条件を選ぶ必要がある。また、残差ｅ（ｔ，ｍ）は次式により定義される。
【００３８】
［数４］
ｅ（ｔ，ｍ）＝ｒ（ｔ）−ｗ（ｔ，ｍ）×ｘ（ｔ）      （４）
【００３９】
この式（４）の値を用いて式（３）を漸化的に更新する。なお、重み付け係数ｗを求めるための最大繰り返し計算回数は、重み付け係数算出時間が無線システムの切り替え時間よりも遅くならないように設定する。
【００４０】
ここでは、一例として最急降下法に基づく無線通信システムのアダプティブ制御のための判定法を説明したが、本発明はこれに限らず、例えば、より早く判定が可能なＲＬＳ（Recursive Least-Squares）法、ＳＭＩ（Sample Matrix inversion）法を用いることも可能である。この方法により判定は早くなるが、判定器４における計算が複雑になる。また、信号系列の変調方式がディジタル位相変調のような一定の包絡線を持つような低包絡線変調である場合には、ＣＭＡ（Constant Modulus Algorithm）を使用することも可能である。
【００４１】
図２は図１のコントローラ３によって実行される受信アダプティブ制御処理を示すフローチャートである。
【００４２】
図２において、まず、ステップＳ１においてＡ／Ｄ変換回路２から各アンテナ素子１ａ乃至１ｄの受信データを取得し、ステップＳ２において上記取得された受信データに基づいて受信アダプティブ制御回路５において受信アダプティブ制御すべき振幅量と移相量を計算する。次いで、ステップＳ３において、上記計算された振幅量と移相量に基づいて受信アダプティブ制御回路５を制御し、ステップＳ４において復調器６により受信信号を復調し、判定器４により判定された信号品位を取得する。そして、ステップＳ５において信号品位は所定のしきい値以上であるか否か、例えば信号品位である誤り率が１０−５以下であるか否かが判断され、ＹＥＳのときはステップＳ１に戻る一方、ＮＯのときはステップＳ６に進む。ステップＳ６において、受信アダプティブ制御回路５を制御して各アンテナ素子１ａ乃至１ｄ単体時の各受信信号を復調器６により復調し、各受信信号について判定器４により判定された信号品位である誤り率を取得する。ここで、各アンテナ素子１ａ乃至１ｄ単体時の各受信信号とは、各アンテナ素子１ａ乃至１ｄのみを動作させた場合であって、具体的には、アンテナ素子１ａのみを動作させる一方、アンテナ素子１ｂ乃至１ｄを非動作にするときは、可変利得増幅器５１ａの増幅度を１としかつ移相器５２ａの移相量を０とする一方、他の可変利得増幅器５１ｂ乃至５１ｄの増幅度を０として無線信号を通過させないように設定する。さらに、ステップＳ７においてアダプティブ制御合成出力時と各アンテナ素子１ａ乃至１ｄ単体時の各受信信号の信号品位である誤り率を比較し最良の信号品位である誤り率を選択して、選択された最良の信号品位である誤り率を有する受信信号を受信するように受信アダプティブ制御回路５を制御し、ステップＳ１に戻る。
【００４３】
なお、図２において、ステップＳ５からステップＳ１に戻る場合や、ステップＳ７からステップＳ１に戻る場合において、所定の時間だけ待機した後、再び同一の処理を実行することが好ましい。
【００４４】
図２の受信アダプティブ制御処理を実行することにより、４本のアンテナ素子１ａ乃至１ｄを用いてアダプティブ制御をしながら、信号品位である誤り率をチェックし、誤り率が所定のしきい値未満となったときに、各アンテナ素子１ａ乃至１ｄ単体時の各受信信号の信号品位を測定し、最良の誤り率を有する受信信号を受信するように受信アダプティブ制御回路５を制御する。従って、例えば、図２２乃至図２９に示すように、アンテナ素子９２の放射指向性にヌルがありこのヌルの方向から干渉波（同一チャンネル干渉波又は遅延波）が到来し、アンテナ素子９１のみでしか干渉波を受信しないために干渉波を抑圧することができない場合においても、図２のように、アダプティブ制御と各アンテナ素子単体時との切り替え制御を行うことにより、常に最良の信号品位を有する受信信号を選択することが可能になる。
【００４５】
図３は本発明の第１の実施形態の第１の変形例に係る図１のコントローラ３によって実行される受信アダプティブ制御処理を示すフローチャートである。
【００４６】
図３において、まず、ステップＳ１１においてＡ／Ｄ変換回路２から各アンテナ素子１ａ乃至１ｄの受信データを取得し、ステップＳ１２において受信アダプティブ制御回路５を制御して各アンテナ素子１ａ乃至１ｄ単体時の受信信号を復調器６により復調し、各受信信号について判定器４により判定された信号品位である誤り率を取得する。次いで、ステップＳ１３において最良の信号品位は所定のしきい値以上であるか否か、例えば信号品位である誤り率が１０−５以下であるか否かが判断され、ＹＥＳのときはステップＳ１４に進み一方、ＮＯのときはステップＳ１５に進む。ステップＳ１４において、最良の信号品位を有する受信信号を受信するように受信アダプティブ制御回路５を制御した後、ステップＳ１１に戻る。ステップＳ１５においてＡ／Ｄ変換回路２から取得された受信データに基づいて受信アダプティブ制御回路５において受信アダプティブ制御すべき振幅量と移相量を計算し、ステップＳ１６において計算された振幅量と移相量に基づいて受信アダプティブ制御回路５を制御して復調器６により受信信号を復調し、判定器４により判定された信号品位である誤り率を取得する。さらに、ステップＳ１７においてアダプティブ制御合成出力時と各アンテナ素子１ａ乃至１ｄ単体時の各受信信号の信号品位の誤り率を比較して最良の信号品位を選択して、最良の誤り率を有する受信信号を受信するように受信アダプティブ制御回路５を制御し、ステップＳ１１に戻る。
【００４７】
なお、図３において、ステップＳ１４からステップＳ１１に戻る場合や、ステップＳ１７からステップＳ１１に戻る場合において、所定の時間だけ待機した後、再び同一の処理を実行することが好ましい。
【００４８】
図３の受信アダプティブ制御処理を実行することにより、各アンテナ素子１ａ乃至１ｄ単体時の各受信信号の信号品位を測定して最良の信号品位を有する受信信号を受信するように受信アダプティブ制御回路５を制御し、もし、上記最良の信号品位が所定のしきい値未満となったときは、４本のアンテナ素子１ａ乃至１ｄを用いてアダプティブ制御をしてその信号品位を測定し、最良の誤り率を有する受信信号を受信するように受信アダプティブ制御回路５を制御する。従って、例えば、図２２乃至図２９に示すように、アンテナ素子９２の放射指向性にヌルがありこのヌルの方向から干渉波（同一チャンネル干渉波又は遅延波）が到来し、アンテナ素子９１のみでしか干渉波を受信しないために干渉波を抑圧することができない場合においても、図３のように、アダプティブ制御と各アンテナ素子単体時との切り替え制御を行うことにより、常に最良の信号品位を有する受信信号を選択することが可能になる。
【００４９】
図４は本発明の第１の実施形態の第２の変形例に係る図１のコントローラ３によって実行される受信アダプティブ制御処理を示すフローチャートである。
【００５０】
図４において、まず、ステップＳ２１においてＡ／Ｄ変換回路２から各アンテナ素子１ａ乃至１ｄの受信データを取得し、ステップＳ２２においてＡ／Ｄ変換回路２から取得された受信データに基づいて受信アダプティブ制御回路５において受信アダプティブ制御すべき振幅量と移相量を計算し、ステップＳ２３において上記計算された振幅量と移相量に基づいて受信アダプティブ制御回路５を制御する。ステップＳ２４において復調器６により復調し、受信信号について判定器４により判定された信号品位を取得する。さらに、ステップＳ２５において受信アダプティブ制御回路５を制御して各アンテナ素子１ａ乃至１ｄ単体時の受信信号を復調器６により復調し、各受信信号について判定器４により判定された信号品位を取得する。そして、ステップＳ２６においてアダプティブ制御合成出力時とアンテナ素子１ａ乃至１ｄ単体時の各受信信号の信号品位を比較し、最良の信号品位を選択して受信アダプティブ制御回路５を制御する。
【００５１】
なお、図４において、ステップＳ２６からステップＳ２１に戻る場合において、所定の時間だけ待機した後、再び同一の処理を実行することが好ましい。
【００５２】
図４の受信アダプティブ制御処理を実行することにより、４本のアンテナ素子１ａ乃至１ｄを用いてアダプティブ制御をしてその信号品位を測定し、かつ各アンテナ素子１ａ乃至１ｄ単体時の各受信信号の信号品位を測定し、最良の誤り率を有する受信信号を受信するように受信アダプティブ制御回路５を制御する。従って、例えば、図２２乃至図２９に示すように、アンテナ素子９２の放射指向性にヌルがありこのヌルの方向から干渉波（同一チャンネル干渉波又は遅延波）が到来し、アンテナ素子９１のみでしか干渉波を受信しないために干渉波を抑圧することができない場合においても、図４のように、アダプティブ制御と各アンテナ素子単体時との切り替え制御を行うことにより、常に最良の信号品位を有する受信信号を選択することが可能になる。
【００５３】
以上説明した図２乃至図４の３つの受信アダプティブ制御処理について以下に考察する。
【００５４】
図２の受信アダプティブ制御処理では、常にアダプティブ制御を行う場合である。この場合、高速で安定な無線通信に適している。すなわち、画像や動画といった伝送する情報量が多く、かつ、誤り率が画像の乱れに直結するために高い安定性が求められる無線ＬＡＮや次世代高速通信におけるホットスポットなどの近距離高速通信に最適である。この場合、基地局のカバー範囲が狭いために隣接する基地局からの同一チャンネル干渉波の存在が懸念される。さらに、高速通信であるために、伝送される信号系列の周期時間が短くなるために１信号周期以上遅延した波が存在し、これが干渉波となる。このように、干渉波の存在する確率が高いために、常にアダプティブ制御を行うこの制御処理が適している。ただし、常にアダプティブ制御を行うために、消費電力が大きいという欠点もある。
【００５５】
図３の受信アダプティブ制御処理では、各アンテナ素子単体での受信が主体であり、この場合には選択ダイバーシチとしての動作も期待でき、低速でも安定した通信の場合に適している。例えば、基地局から遠く、通話等の伝送する情報量が少ない場合である。このとき、端末に到来する電波が弱いために、干渉波抑圧よりもむしろ、受信電力を安定化させるアンテナ単体の切り替え（選択ダイバーシチ）が最適である。しかしながら、干渉波の存在により無視できない程度の誤りが生じる場合には、アダプティブ制御を行う。この受信アダプティブ制御処理によれば、図２の受信アダプティブ制御処理に比べ演算量も少ないために短い制御周期を実現し、また、常に各アンテナ素子の受信信号毎の振幅量と移相量を変化させる必要がないので消費電力の面で有利である。
【００５６】
図４の受信アダプティブ制御処理では、上記図２の処理と、図３の処理とを備えた処理である。この受信アダプティブ制御処理によれば、１回の制御で、アダプティブ制御後の結果と各アンテナ単体時の信号品位を比較することにより、常に最適な状態を引き出すことができる。すなわち、アダプティブ制御に加えて、上述のようにダイバーシチの効果も期待できる。しかしながら、上記図２と図３の２つの処理に比べて演算量も多く、切り替え数も多い。これにより、制御時間に多大の時間がかかることが想定される。すなわち、上記図２と図３の２つの処理に比べて長い制御周期が必要になる。また、上記図２と図３の２つの処理に比べて消費電力も増えることが懸念される。すなわち、この図４の受信アダプティブ制御処理では、上記図２と図３の２つの処理よりもより安定な高速通信が必要でかつ、制御周期が長く、消費電力に余裕のあるシステムに適している。例えば、パーソナルコンピュータに備えられた高速無線ＬＡＮのアンテナ装置に最適である。この例では、室内で使用されることが多く移動が少ないために、制御周期が遅くても良い。また、インターネット等で動画の送受信を行う場合には、非常に高速な信号の伝送速度が要求される。さらに、パーソナルコンピュータは通常は交流電源に接続して使用されるために消費電力の心配はない。また、移動体端末装置としてのノートコンピュータ等においても、他の移動通信端末装置と比較して電池容量の豊富な充電電池を備えている。以上の理由により、この図４の受信アダプティブ制御処理は、パーソナルコンピュータ等で必要となる高速無線ＬＡＮに最適である。
【００５７】
さらに、図２乃至図４の受信アダプティブ制御処理を用いた処理について以下に説明する。この場合、上記３つの処理に必要とされるハードウエア構成は同じであるために共用し、使用環境により切り替えることで、更なる効果が期待できる。切り替え方法は、例えば、無線信号に含まれるベースバンド信号の伝送速度Ｖｔｈにより、下記のごとく、２つのしきい値速度Ｖｔｈ１，Ｖｔｈ２（Ｖｔｈ１＜Ｖｔｈ２）を設定して切り替えることができる。このとき、図５に示すように、
（Ａ）上記伝送速度ＶｔｈがＶｔｈ＜Ｖｔｈ１のときの低速時には（ステップＳ３１でＹＥＳ)図３の受信アダプティブ制御処理を実行し（ステップＳ３３）、
（Ｂ）上記伝送速度ＶｔｈがＶｔｈ１≦Ｖｔｈ＜Ｖｔｈ２のときの中速時には（ステップＳ３２でＹＥＳ）図２の受信アダプティブ制御処理を実行し（ステップＳ３４）、
（Ｃ）上記伝送速度ＶｔｈがＶｔｈ≧Ｖｔｈ２のときの高速時には（ステップＳ３２でＮＯ）図４のアダプティブ制御処理を実行する（ステップＳ３５）ように切り替える。
すなわち、通話時には図３の処理に切り替え、歩行等の移動時のデータ通信等では図２の処理に切り替え、パソコン等のインターネット使用時には図４の処理に切り替える。図５の処理では、自動で切り替えが可能になる。また、大容量の電源に接続している場合にはそれを検知して図４の処理を実行するように切り替えることも可能である。さらに、使用者が手動で自由に切り替えることができるような構成も可能である。この場合、使用者の必要にあった制御方法を選択できるといった効果がある。
【００５８】
図３０は図２２の無線通信装置９０のアンテナ素子９１，９２に対して所望波（０度）と干渉波（１２０度）が到来したときに本実施形態の実施例１に係るアダプティブ制御したときの指向特性を示す図である。また、図３１は図３０の実施例１において各制御時における復調された受信データの誤り率を示す表である。当該実施例１においては、所望波方向と、干渉波方向とがともに、２本のアンテナ素子９１，９２のヌル方法ではない場合のシミュレーション結果である。図３０から明らかなように、アダプティブ制御時にいおいて、干渉波方向にヌルを向けることができることがわかる。また、この場合において、最良の誤り率を得ることができることが図３１から分かる。
【００５９】
以上の第１の実施形態及びその変形例では、一例として、全てのアンテナ素子１ａ乃至１ｄを用いた場合のアダプティブ制御後の出力信号の信号品位と、各アンテナ素子単体時の信号品位との比較により常に最良の信号品位を得たが、本発明はこれに限らず、以下のように制御してもよい。
【００６０】
例えば、図１の例のようにアンテナ素子が３つ以上である場合には、３つ以上のアンテナの素子全てを用いたときのアダプティブ制御合成出力時と、アンテナ素子のうちの一部を用いたときのアダプティブ制御合成出力時と、各アンテナ素子単体の出力時のうちで最良の信号品位を有する無線信号を選択することも可能である。この場合、図２の受信アダプティブ制御処理において、判定時に良好な特性が得られないと１つずつアンテナの数を減らしていく方法がある（以下、図２の変形例という。）。例えば、図１の場合には、はじめにまず、４本のアンテナ素子を用いたアダプティブ制御、次に、３本のアンテナ素子を用いた場合（４通り）、２本のアンテナ素子を用いた場合（６通り）、各アンテナ素子単体時のように判定していく。一方、図３の受信アダプティブ制御処理において、逆に各アンテナ単体時からアダプティブ制御に使用するアンテナ数を増やしていく方法もある（以下、図３の変形例という。）。この場合は、はじめに各アンテナ素子単体時（４通り）、次に、２本のアンテナ素子を用いたアダプティブ制御（６通り）、次に、３本のアンテナ素子を用いた場合（４通り）、４本のアンテナ素子を用いた場合のように判定していく。この場合も同様に、上記の図２の変形例では、アンテナ素子を切り替える回数が減ることにより、制御時間の短縮が可能になるという利点があり、上記の図３の変形例では、アダプティブ制御に必要な演算量と、振幅量及び移相量の調整が不要になることから消費電力の低減効果がある。
【００６１】
第２の実施形態．
図６は本発明の第２の実施形態に係るアダプティブアンテナ装置の構成を示すブロック図である。また、図７は図６の送信アダプティブ制御回路１０の構成を示すブロック図である。第２の実施形態に係るアダプティブアンテナ装置は、図１のアダプティブアンテナ装置に比較して、４個のスイッチ１１ａ乃至１１ｄを備えたスイッチ回路１１と、変調器９と送信アダプティブ制御回路１０とを備えた送信回路８と、入力端子５５とをさらに備えたことを特徴としている。以下、第１の実施形態との相違点について詳述する。
【００６２】
図６において、アンテナ素子１ａにより受信された無線信号はスイッチ１１ａの接点ａ側を介して受信アダプティブ制御回路５に入力され、アンテナ素子１ｂにより受信された無線信号はスイッチ１１ｂの接点ａ側を介して受信アダプティブ制御回路５に入力され、アンテナ素子１ｃにより受信された無線信号はスイッチ１１ｃの接点ａ側を介して受信アダプティブ制御回路５に入力され、アンテナ素子１ｄにより受信された無線信号はスイッチ１１ｄの接点ａ側を介して受信アダプティブ制御回路５に入力される。一方、入力端子５５を介して入力されるベースバンド信号は変調器９に入力され、変調器９は搬送波を入力されるベースバンド信号に従って所定のディジタル変調方式を用いて変調し、変調後の無線信号を送信アダプティブ制御回路１０の信号分配器６３（図７）に出力する。
【００６３】
図７の送信アダプティブ制御回路１０において、信号分配器６３は入力される無線信号を４分配し、第１の分配無線信号は移相器６２ａ及び可変利得増幅器６１ａ、並びに、図６のスイッチ１１ａの接点ｂ側を介してアンテナ素子１ａに出力されて放射される。また、第２の分配無線信号は移相器６２ｂ及び可変利得増幅器６１ｂ、並びに、図６のスイッチ１１ｂの接点ｂ側を介してアンテナ素子１ｂに出力されて放射される。さらに、第３の分配無線信号は移相器６２ｃ及び可変利得増幅器６１ｃ、並びに、図６のスイッチ１１ｃの接点ｂ側を介してアンテナ素子１ｃに出力されて放射される。またさらに、第４の分配無線信号は移相器６２ｄ及び可変利得増幅器６１ｄ、並びに、図６のスイッチ１１ｄの接点ｂ側を介してアンテナ素子１ｄに出力されて放射される。
【００６４】
図６の第２の実施形態では、４本のアンテナ素子１ａ乃至１ｄのうち受信に使用されないアンテナ素子を送信回路８に接続することで、同時に送受信することが可能になる。ここで、図６に示すように、送信回路８に送信アダプティブ制御回路１０と変調器９を備えることで、受信信号に対するアダプティブ制御に加えて、送信信号に対してもアダプティブ制御を行うことが可能になる。この場合には、通信相手となる基地局から無線端末装置へ基地局における受信電波の情報を送り返す必要がある。例えば、送り返す情報として、受信信号の誤り率や、電波の到来方向、受信電力等がある。この情報に基づいて、コントローラ３により送信アダプティブ制御回路１０の重み付け係数ｗを制御して、送信電波の方向を変化させることで、基地局における受信電力を最大化する。これにより、携帯無線機などの無線通信装置における信号品位を良好にする受信アダプティブ制御とともに、基地局における受信信号の信号品位を向上させる送信アダプティブ制御が可能になり、システム全体の信号品位の向上を実現することができる。
【００６５】
第３の実施形態．
図８は本発明の第３の実施形態に係るアダプティブアンテナ装置の構成を示すブロック図である。第３の実施形態に係るアダプティブアンテナ装置は、図６の第２の実施形態に係るアダプティブアンテナ装置に比較して、スイッチ回路１１の代わりに、いわゆるフィルタ共用器と呼ばれる４個のデュプレクサ１２ａ乃至１２ｄを備えたデュプレクサ回路１２を備えたことを特徴としている。
【００６６】
図８においては、受信信号の周波数と送信信号の周波数が異なり、各デュプレクサ１２ａ乃至１２ｄにより、各アンテナ素子１ａ乃至１ｄにより受信された受信信号と、各アンテナ素子１ａ乃至１ｄから送信される送信信号とを帯域通過ろ波して区別して、受信アダプティブ制御回路５及び送信アダプティブ制御回路８とアンテナ素子１ａ乃至１ｄとの接続を周波数帯別で区別して行う。すなわち、デュプレクサ１２ａは、受信信号のみを帯域通過ろ波する帯域通過フィルタ１２ａ−１と、送信信号のみを帯域通過ろ波する帯域通過フィルタ１２ａ−２とを備えて構成される。また、デュプレクサ１２ｂは、受信信号のみを帯域通過ろ波する帯域通過フィルタ１２ｂ−１と、送信信号のみを帯域通過ろ波する帯域通過フィルタ１２ｂ−２とを備えて構成される。さらに、デュプレクサ１２ｃは、受信信号のみを帯域通過ろ波する帯域通過フィルタ１２ｃ−１と、送信信号のみを帯域通過ろ波する帯域通過フィルタ１２ｃ−２とを備えて構成される。またさらに、デュプレクサ１２ｄは、受信信号のみを帯域通過ろ波する帯域通過フィルタ１２ｄ−１と、送信信号のみを帯域通過ろ波する帯域通過フィルタ１２ｄ−２とを備えて構成される。
【００６７】
以上のように構成されたアダプティブアンテナ装置において、アンテナ素子１ａにより受信された受信信号は帯域通過フィルタ１２ａ−１を介して受信アダプティブ制御回路５の可変利得増幅器５１ａに入力される一方、送信アダプティブ制御回路１０の可変利得増幅器６１ａからの送信信号は帯域通過フィルタ１２ａ−２を介してアンテナ素子１ａに出力されて放射される。また、アンテナ素子１ｂにより受信された受信信号は帯域通過フィルタ１２ｂ−１を介して受信アダプティブ制御回路５の可変利得増幅器５１ｂに入力される一方、送信アダプティブ制御回路１０の可変利得増幅器６１ｂからの送信信号は帯域通過フィルタ１２ｂ−２を介してアンテナ素子１ｂに出力されて放射される。さらに、アンテナ素子１ｃにより受信された受信信号は帯域通過フィルタ１２ｃ−１を介して受信アダプティブ制御回路５の可変利得増幅器５１ｃに入力される一方、送信アダプティブ制御回路１０の可変利得増幅器６１ｃからの送信信号は帯域通過フィルタ１２ｃ−２を介してアンテナ素子１ｃに出力されて放射される。またさらに、アンテナ素子１ｄにより受信された受信信号は帯域通過フィルタ１２ｄ−１を介して受信アダプティブ制御回路５の可変利得増幅器５１ｄに入力される一方、送信アダプティブ制御回路１０の可変利得増幅器６１ｄからの送信信号は帯域通過フィルタ１２ｄ−２を介してアンテナ素子１ｄに出力されて放射される。
【００６８】
以上のように構成されたアダプティブアンテナ装置においては、それぞれ２個の帯域通過フィルタを備えたデュプレクサ１２ａ乃至１２ｄを用いることにより、受信信号の受信と、送信信号の送信とを同時に実行できる。これにより、受信アダプティブ制御とともに送信アダプティブ制御においても４本のアンテナ素子１ａ乃至１ｄを常時使用でき、これにより、受信及び送信ともに最良のアダプティブ制御が可能になる。
【００６９】
第４の実施形態．
図９は本発明の第４の実施形態に係るアダプティブアンテナ装置の構成を示すブロック図である。第４の実施形態に係るアダプティブアンテナ装置は、図８の第３の実施形態に係るアダプティブアンテナ装置に比較して、デュプレクサ回路１２に代えて、４個のサーキュレータ１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１３ｄを備えたサーキュレータ回路１３を備えたことを特徴としている。
【００７０】
以上のように構成されたアダプティブアンテナ装置において、アンテナ素子１ａにより受信された受信信号はサーキュレータ１３ａを介して受信アダプティブ制御回路５の可変利得増幅器５１ａに入力される一方、送信アダプティブ制御回路１０の可変利得増幅器６１ａからの送信信号はサーキュレータ１３ａを介してアンテナ素子１ａに出力されて放射される。また、アンテナ素子１ｂにより受信された受信信号はサーキュレータ１３ｂを介して受信アダプティブ制御回路５の可変利得増幅器５１ｂに入力される一方、送信アダプティブ制御回路１０の可変利得増幅器６１ｂからの送信信号はサーキュレータ１３ｂを介してアンテナ素子１ｂに出力されて放射される。さらに、アンテナ素子１ｃにより受信された受信信号はサーキュレータ１３ｃを介して受信アダプティブ制御回路５の可変利得増幅器５１ｃに入力される一方、送信アダプティブ制御回路１０の可変利得増幅器６１ｃからの送信信号はサーキュレータ１３ｃを介してアンテナ素子１ｃに出力されて放射される。またさらに、アンテナ素子１ｄにより受信された受信信号はサーキュレータ１３ｄを介して受信アダプティブ制御回路５の可変利得増幅器５１ｄに入力される一方、送信アダプティブ制御回路１０の可変利得増幅器６１ｄからの送信信号はサーキュレータ１３ｄを介してアンテナ素子１ｄに出力されて放射される。
【００７１】
以上のように構成されたアダプティブアンテナ装置においては、デュプレクサ１３ａ乃至１３ｄを備えたサーキュレータ回路１３を用いることにより、第３の実施形態と同様に、受信信号の受信と、送信信号の送信とを同時に実行できる。これにより、受信アダプティブ制御とともに送信アダプティブ制御においても４本のアンテナ素子１ａ乃至１ｄを常時使用でき、これにより、受信及び送信ともに最良のアダプティブ制御が可能になる。
【００７２】
第５の実施形態．
図１０は本発明の第５の実施形態に係るアダプティブアンテナ装置の構成を示すブロック図である。第５の実施形態に係るアダプティブアンテナ装置は、図１の第１の実施形態に係るアダプティブアンテナ装置と比較して、受信アダプティブ制御回路５からの無線信号を復調する復調器６Ａ（図１の復調器６に対応する。）に加えて、Ａ／Ｄ変換回路２によりＡ／Ｄ変換された各アンテナ素子１ａ乃至１ｄにより受信された各無線信号のディジタル信号をベースバンド信号に復調して判定器４に出力する復調器６Ｂを備えたことを特徴としている。ここで、判定器４は、復調器６Ａから出力されるアダプティブ制御時のベースバンド信号の誤り率と、復調器６Ｂから出力される各アンテナ素子１ａ乃至１ｄ単体で受信時の各ベースバンド信号の誤り率を判定して、最良の誤り率を有する無線信号の情報をコントローラ３に出力して、最良の誤り率を有する無線信号を受信できるように受信アダプティブ制御回路５を制御する。
【００７３】
以上のように構成することにより、アダプティブ制御時とアンテナ単体時との切り替えが不要になり、コントローラ３の制御時間を短縮できる。さらに、復調器の数を増やすにつれ、アンテナ単体時を切り替える回数を減らすことにより、さらなる制御の高速化が可能になる。また、アンテナ素子数分の復調器６Ｂ（復調器６Ｂは各アンテナ素子１ａ乃至１ｄで受信される各無線信号を復調する。）と、受信アダプティブ制御出力用の復調器６Ａを備えることで、切り替えなしの同時復調が可能になる。制御時間に余裕がない場合にはこの構成が好ましい。
【００７４】
第６の実施形態．
図１１は本発明の第６の実施形態に係るアダプティブアンテナ装置の構成を示すブロック図である。第６の実施形態に係るアダプティブアンテナ装置は、図１の第１の実施形態に係るアダプティブアンテナ装置に比較して、４本のアンテナ素子１ａ乃至１ｄと、復調器６との間に、Ａ／Ｄ変換回路２とディジタル受信アダプティブ制御回路１４とを挿入して設けたことを特徴としている。
【００７５】
図１１において、ディジタル受信アダプティブ制御回路１４は、４個の可変利得増幅器７１ａ乃至７１ｄと、４個の移相器７２ａ乃至７２ｄと、信号合成器７３とを備えて構成され、受信アダプティブ制御回路１３の回路をディジタル化した回路であって、その動作がコントローラ３により制御される。アンテナ素子１ａにより受信された無線信号は、Ａ／Ｄ変換器２ａによりＡ／Ｄ変換された後、可変利得増幅器７１ａ及び移相器７２ａを介して信号合成器７３に出力され、アンテナ素子１ｂにより受信された無線信号は、Ａ／Ｄ変換器２ｂによりＡ／Ｄ変換された後、可変利得増幅器７１ｂ及び移相器７２ｂを介して信号合成器７３に出力され、アンテナ素子１ｃにより受信された無線信号は、Ａ／Ｄ変換器２ｃによりＡ／Ｄ変換された後、可変利得増幅器７１ｃ及び移相器７２ｃを介して信号合成器７３に出力され、アンテナ素子１ｄにより受信された無線信号は、Ａ／Ｄ変換器２ｄによりＡ／Ｄ変換された後、可変利得増幅器７１ｄ及び移相器７２ｄを介して信号合成器７３に出力される。信号合成器７３は入力されるディジタル無線信号を加算合成して復調器６に出力する。
【００７６】
以上のように構成することにより、復調処理と、アダプティブ制御処理とを含めてディジタル信号処理することにより、アダプティブアンテナ装置の回路をＩＣ化することができ、回路構成を簡単化でき、安価に製造できる。
【００７７】
第７の実施形態．
図１２は本発明の第７の実施形態に係るアダプティブアンテナ装置の構成を示すブロック図である。第７の実施形態に係るアダプティブアンテナ装置は、図１１の第６の実施形態に係るアダプティブアンテナ装置に比較して、図１０の第５の実施形態と同様に、ディジタル受信アダプティブ制御回路１４からのディジタル無線信号を復調する復調器６Ａ（図１の復調器６に対応する。）に加えて、Ａ／Ｄ変換回路２によりＡ／Ｄ変換された各アンテナ素子１ａ乃至１ｄにより受信された各無線信号のディジタル信号をベースバンド信号に復調して判定器４に出力する復調器６Ｂを備えたことを特徴としている。ここで、判定器４は、復調器６Ａから出力されるアダプティブ制御時のベースバンド信号の誤り率と、復調器６Ｂから出力される各アンテナ素子１ａ乃至１ｄ単体で受信時の各ベースバンド信号の誤り率を判定して、最良の誤り率を有する無線信号の情報をコントローラ３に出力して、最良の誤り率を有する無線信号を受信できるようにディジタル受信アダプティブ制御回路１４を制御する。
【００７８】
以上のように構成することにより、アダプティブ制御時とアンテナ単体時との切り替えが不要になり、コントローラ３の制御時間を短縮できる。さらに、復調器の数を増やすにつれ、アンテナ単体時を切り替える回数を減らすことにより、さらなる制御の高速化が可能になる。また、アンテナ素子数分の復調器６Ｂ（復調器６Ｂは各アンテナ素子１ａ乃至１ｄで受信される各無線信号を復調する。）と、受信アダプティブ制御出力用の復調器６Ａを備えることで、切り替えなしの同時復調が可能になる。制御時間に余裕がない場合にはこの構成が好ましい。
【００７９】
第８の実施形態．
図１３は本発明の第８の実施形態に係るアダプティブアンテナ装置の構成を示すブロック図である。また、図１４は図１３のディジタル送信アダプティブ制御回路１７の構成を示すブロック図である。第８の実施形態に係るアダプティブアンテナ装置は、図６の第２の実施形態に係るアダプティブアンテナ装置に比較して以下の点が異なる。
（１）受信アダプティブ制御回路５に代えてディジタル受信アダプティブ制御回路１４を備えたこと。
（２）送信アダプティブ制御回路１０及び変調器９を備えた送信回路８に代えて、ディジタル送信アダプティブ制御回路１７及び変調器９を備えたディジタル送信回路１６を備えたこと。
（３）スイッチ回路１１とディジタル受信アダプティブ制御回路１４との間に、４個のＡ／Ｄ変換器２ａ乃至２ｄを備えたＡ／Ｄ変換回路２を備えたこと。
（４）スイッチ回路１１とディジタル送信アダプティブ制御回路１５との間に、４個のＤ／Ａ変換器１５ａ乃至１５ｄを備えたＤ／Ａ変換回路１５を備えたこと。
【００８０】
ディジタル送信アダプティブ制御回路１５は、図１４に示すように、図７と同様に、４個の可変利得増幅器８１ａ乃至８１ｄと、４個の移相器８２ａ乃至８２ｄと、信号合成器８３とを備えて構成される。
【００８１】
図１３に示すように、スイッチ１１を用いて、アンテナのうち受信に使用されないアンテナをディジタル送信回路１６に接続することで、同時に送受信することが可能になる。さらに、ディジタル送信回路１６において、ディジタル送信アダプティブ制御回路１７と変調器９を備えることで、受信信号に対するディジタルアダプティブ制御に加えて、送信信号に対してもディジタルアダプティブ制御を行うことができる。この場合には、通信相手となる基地局から無線通信装置へ基地局における受信電波の情報を送り返す必要がある。例えば、送り返す情報として、受信信号の誤り率や、電波の到来方向、受信電力等がある。この情報に基づいて、コントローラ３によりディジタル送信アダプティブ制御回路１６の重み付け係数を制御して、送信電波の方向を変化させることで、基地局における受信電力を最大化する。これにより、携帯無線機などの無線通信装置における信号品位を良好にするディジタル受信アダプティブ制御とともに、基地局における受信信号の信号品位を向上させるディジタル送信アダプティブ制御が可能になり、システム全体の信号品位の向上を実現する。またさらに、受信アダプティブ制御回路及び送信アダプティブ制御回路をともにディジタル化することにより、これらを統合ＩＣに集約することができる。これにより、回路の小型化が実現でき、製造コストを軽減できる。
【００８２】
第９の実施形態．
図１５は本発明の第９の実施形態に係るアダプティブアンテナ装置の構成を示すブロック図である。第９の実施形態に係るアダプティブアンテナ装置は、図１３の第８の実施形態に係るアダプティブアンテナ装置に比較して、スイッチ回路１１をデュプレクサ回路１２に置き換えたことを特徴としている。これによる作用効果は図８の第３の実施形態と同様である。すなわち、受信信号と送信信号の周波数が異なる場合において、デュプレクサ回路１２を用いることにより、同時に送信及び受信が可能になる。これにより、ディジタル受信アダプティブ制御とともにディジタル送信アダプティブ制御においても４本のアンテナ１ａ乃至１ｄを常時使用できるという利点がある。これにより、受信、送信ともに最良の制御が可能になる。
【００８３】
第１０の実施形態．
図１６は本発明の第１０の実施形態に係るアダプティブアンテナ装置の構成を示すブロック図である。第１０の実施形態に係るアダプティブアンテナ装置は、図１５の第９の実施形態に係るアダプティブアンテナ装置に比較して、デュプレクサ回路１２をサーキュレータ回路１３に置き換えたことを特徴としている。これによる作用効果は図９の第４の実施形態と同様である。
【００８４】
第１１の実施形態．
図１７は本発明の第１１の実施形態に係る、アダプティブアンテナ装置１００を備えた無線通信装置１１０の構成を示すブロック図である。第１１の実施形態に係る無線通信装置１１０は、上述の各実施形態に係るアダプティブアンテナ装置１００を用いて無線通信装置１１０を構成したことを特徴としている。
【００８５】
図１７において、無線通信装置１１０は、アダプティブアンテナ装置１００と、マイクロホン１０１Ａを備えた入力回路１０１と、スピーカ１０２Ａを備えた出力回路１０２と、無線通信装置１１０の各回路に電源を供給する電源回路１０３と、当該無線通信装置１１０全体の動作を制御する装置コントローラ１０４とを備えて構成される。マイクロホン１０１Ａに入力される音声は電気信号に変換された後、当該電気信号である音声信号は入力回路１０１により増幅などの処理がなされた後、アダプティブアンテナ装置１００の変調器９に出力され、アダプティブアンテナ装置１００内の処理を経てアンテナ素子１ａ乃至１ｄを用いて送信される。一方、アダプティブアンテナ装置１００により受信された無線信号はアダプティブアンテナ装置１００の復調器６によりベースバンド信号に復調された後、出力回路１０２に入力され、増幅などの処理を経てスピーカ１０２Ａから出力される。
【００８６】
以上のように構成された無線通信装置１１０によれば、アダプティブ制御後の受信信号と各アンテナ素子単体の受信信号とを比較することにより、受信信号において常に最良の信号品位を保ち、さらには、送信信号にもアダプティブ制御を行い、システムとして高い信号品質をもつ携帯無線機などの無線通信装置を実現することができる。
【００８７】
以上の本実施形態においては、無線通信装置１１０は、無線受信回路と、無線送信回路とを備えているが、本発明はこれに限らず、無線受信回路のみで構成してもよい。
【産業上の利用可能性】
【００８８】
以上詳述したように、本発明に係るアダプティブアンテナ装置とそれを用いた無線通信端末装置によれば、上記合成受信信号の復調信号の信号品位と、上記各アンテナ単体受信信号の復調信号の信号品位とを比較して、最良の信号品位を有する復調信号を選択し、上記選択された復調信号を含む受信信号を受信するように制御するので、複数のアンテナ素子がある中で１つのアンテナ素子のみしか干渉波を受信しない場合においても、干渉波を抑圧することができる。
【図面の簡単な説明】
【００８９】
【図１】本発明の第１の実施形態に係るアダプティブアンテナ装置の構成を示すブロック図である。
【図２】図１のコントローラ３によって実行される受信アダプティブ制御処理を示すフローチャートである。
【図３】本発明の第１の実施形態の第１の変形例に係る図１のコントローラ３によって実行される受信アダプティブ制御処理を示すフローチャートである。
【図４】本発明の第１の実施形態の第２の変形例に係る図１のコントローラ３によって実行される受信アダプティブ制御処理を示すフローチャートである。
【図５】本発明の第１の実施形態の第３の変形例に係る図１のコントローラ３によって実行される受信アダプティブ制御処理を示すフローチャートである。
【図６】本発明の第２の実施形態に係るアダプティブアンテナ装置の構成を示すブロック図である。
【図７】図６の送信アダプティブ制御回路１０の構成を示すブロック図である。
【図８】本発明の第３の実施形態に係るアダプティブアンテナ装置の構成を示すブロック図である。
【図９】本発明の第４の実施形態に係るアダプティブアンテナ装置の構成を示すブロック図である。
【図１０】本発明の第５の実施形態に係るアダプティブアンテナ装置の構成を示すブロック図である。
【図１１】本発明の第６の実施形態に係るアダプティブアンテナ装置の構成を示すブロック図である。
【図１２】本発明の第７の実施形態に係るアダプティブアンテナ装置の構成を示すブロック図である。
【図１３】本発明の第８の実施形態に係るアダプティブアンテナ装置の構成を示すブロック図である。
【図１４】図１３のディジタル送信アダプティブ制御回路１７の構成を示すブロック図である。
【図１５】本発明の第９の実施形態に係るアダプティブアンテナ装置の構成を示すブロック図である。
【図１６】本発明の第１０の実施形態に係るアダプティブアンテナ装置の構成を示すブロック図である。
【図１７】本発明の第１１の実施形態に係るアダプティブアンテナ装置１００を備えた無線通信装置１１０の構成を示すブロック図である。
【図１８】比較例に係るアダプティブアンテナ装置を備えた無線通信装置９０の外観を示す斜視図である。
【図１９】図１８の無線通信装置９０を水平方向から傾斜させたときの正面図である。
【図２０】図１９の場合におけるアンテナ素子９１単独の指向特性を示す図である。
【図２１】図１９の場合におけるアンテナ素子９２単独の指向特性を示す図である。
【図２２】図１８の無線通信装置９０のアンテナ素子９１，９２に対して所望波（０度）と干渉波（２１０度）が到来したとき（比較例）のアダプティブアンテナ装置の概略回路図である。
【図２３】図２２の比較例においてアンテナ素子９１単独の指向特性を示す図である。
【図２４】図２２の比較例においてアンテナ素子９２単独の指向特性を示す図である。
【図２５】図２２の比較例においてアンテナ素子９１，９２を用いたアダプティブ制御時の指向特性を示す図である。
【図２６】図２２の比較例においてアンテナ素子９１，９２を用いた同相合成時の指向特性を示す図である。
【図２７】図２２の比較例においてアンテナ素子９１，９２を用いた最大比合成時の指向特性を示す図である。
【図２８】図２２の比較例においてアンテナ素子９１，９２を用いた選択ダイバーシチ時の指向特性を示す図である。
【図２９】図２２の比較例において各制御時における復調された受信データの誤り率を示す表である。
【図３０】図２２の無線通信装置９０のアンテナ素子９１，９２に対して所望波（０度）と干渉波（１２０度）が到来したときに本実施形態の実施例１に係るアダプティブ制御したときの指向特性を示す図である。
【図３１】図３０の実施例１において各制御時における復調された受信データの誤り率を示す表である。
【図３２】従来技術に係るアダプティブアンテナ装置の構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００９０】
１ａ乃至１ｄ…アンテナ素子、
２…Ａ／Ｄ変換回路、
２ａ乃至２ｄ…Ａ／Ｄ変換器、
３…コントローラ、
４…判定器、
５…受信アダプティブ制御回路、
６，６Ａ，６Ｂ…復調器、
７…出力端子、
８…送信回路、
９…変調器、
１０…送信アダプティブ制御回路、
１１…スイッチ回路、
１１ａ乃至１１ｄ…スイッチ、
１２…デュプレクサ回路、
１２ａ乃至１２ｄ…デュプレクサ、
１３…サーキュレータ回路、
１３ａ乃至１３ｄ…サーキュレータ、
１４…ディジタル受信アダプティブ制御回路、
１５…Ｄ／Ａ変換回路、
１５ａ乃至１５ｄ…Ｄ／Ａ変換器、
１６…ディジタル送信回路、
１７…ディジタル送信アダプティブ制御回路、
５１ａ乃至５１ｄ…可変利得増幅器、
５２ａ乃至５２ｄ…移相器、
５３…信号合成器、
５５…入力端子、
６１ａ乃至６１ｄ…可変利得増幅器、
６２ａ乃至６２ｄ…移相器、
６３…信号分配器、
７１ａ乃至７１ｄ…可変利得増幅器、
７２ａ乃至７２ｄ…移相器、
７３…信号合成器、
８１ａ乃至８１ｄ…可変利得増幅器、
８２ａ乃至８２ｄ…移相器、
８３…信号分配器、
９０…無線通信装置、
９０Ａ…無線通信装置筐体、
９１，９２…アンテナ素子，
９３…給電線、
９３ａ…給電点、
９４…短絡線、
９５ａ，９５ｂ…乗算器、
９６…信号合成器、
１００…アダプティブアンテナ装置、
１１０…無線通信装置、
１０１…入力回路、
１０１Ａ…マイクロホン、
１０２…出力回路、
１０２Ａ…スピーカ、
１０３…電源回路、
１０４…装置コントローラ。
【図１】
0004753884.tif 000002
【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】
0004753884.tif 000007
【図７】
0004753884.tif 000008
【図８】
0004753884.tif 000009
【図９】
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【図１０】
0004753884.tif 000011
【図１１】
0004753884.tif 000012
【図１２】
0004753884.tif 000013
【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
0004753884.tif 000017
【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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