(57)【要約】【課題】  参照されるトレーニング信号がバースト受信となる場合において、ウエイト（重み係数）を算出するための適応信号処理を常時連続して実行することにより、通信品質の向上を図る。【解決手段】  アレーアンテナにより受信された受信信号に含まれるトレーニング信号を記憶するトレーニング信号保存部５と、該受信信号にトレーニング信号が含まれている期間には受信したトレーニング信号を適応信号処理部３へ供給し、該受信信号にトレーニング信号が含まれていない期間にはトレーニング信号保存部５のトレーニング信号を部分的に繰返し適応信号処理部３へ供給するトレーニング信号供給部６と、該トレーニング信号の供給に合わせて該当する既知の参照信号を適応信号処理部３へ供給する参照信号生成部７とを備える。【選択図】    図１
2005210377.tif 000002
【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の指向性パターンを形成するための重み係数を算出する適応信号処理手段と、
前記アレーアンテナにより受信された受信信号に含まれるトレーニング信号を記憶する信号保存手段と、
前記受信信号にトレーニング信号が含まれている期間には、受信したトレーニング信号を前記適応信号処理手段へ供給し、一方、前記受信信号にトレーニング信号が含まれていない期間には、前記信号保存手段に記憶されているトレーニング信号を部分的に繰返し前記適応信号処理手段へ供給するトレーニング信号供給手段と、
を備えたことを特徴とする適応信号処理装置。
【請求項２】
前記部分的なトレーニング信号とは、前記信号保存手段に記憶されているトレーニング信号の先頭部分が除外された部分であることを特徴とする請求項１に記載の適応信号処理装置。
【請求項３】
前記部分的なトレーニング信号とは、前記信号保存手段に記憶されているトレーニング信号の中心部分であることを特徴とする請求項２に記載の適応信号処理装置。
【請求項４】
前記部分的なトレーニング信号とは、前記信号保存手段に記憶されているトレーニング信号から一定間隔でサンプリングされた部分であることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかの項に記載の適応信号処理装置。
【請求項５】
前記信号保存手段には、前記部分的なトレーニング信号のみが記憶されることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかの項に記載の適応信号処理装置。
【請求項６】
複数のアンテナ素子からなるアレーアンテナにより無線信号を受信し、この受信信号に基づいて前記アレーアンテナの指向性パターンを形成するアダプティブアレーアンテナシステムにおいて、
複数のアンテナ素子からなるアレーアンテナの指向性パターンを形成するための重み係数を算出する適応信号処理手段と、
前記アレーアンテナにより受信された受信信号に含まれるトレーニング信号を記憶する信号保存手段と、
前記受信信号にトレーニング信号が含まれている期間には、受信したトレーニング信号を前記適応信号処理手段へ供給し、一方、前記受信信号にトレーニング信号が含まれていない期間には、前記信号保存手段に記憶されているトレーニング信号を部分的に繰返し前記適応信号処理手段へ供給するトレーニング信号供給手段と、
前記トレーニング信号の供給に合わせて該当する既知の参照信号を前記適応信号処理手段へ供給する参照信号生成手段と、
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７】
前記適応信号処理手段で算出された重み係数を保存する重み係数保存手段と、
最適な重み係数を選択する重み係数選択手段と、
前記重み係数選択手段で選択された重み係数により前記受信信号を重み付けしてアレー出力信号を生成する出力信号生成手段と、
を備えることを特徴とする請求項６に記載のアダプティブアレーアンテナシステム。
【請求項８】
前記重み係数選択手段は、同じトレーニング信号による適応信号処理区間における最終的な重み係数を最適な重み係数として選択することを特徴とする請求項７に記載のアダプティブアレーアンテナシステム。
【請求項９】
前記重み係数選択手段は、同じトレーニング信号による適応信号処理区間毎に、最終的な重み係数を最適な重み係数として選択することを特徴とする請求項７に記載のアダプティブアレーアンテナシステム。
【請求項１０】
前記重み係数選択手段は、前記重み係数算出手段で算出された重み係数の中から、該重み係数の精度に基づいて最適な重み係数を選択することを特徴とする請求項７に記載のアダプティブアレーアンテナシステム。
【請求項１１】
前記アレー出力信号から受信品質特性を測定する受信品質特性測定手段を備え、
前記重み係数選択手段は、前記受信品質特性測定手段の測定結果に基づいて最適な重み係数を選択することを特徴とする請求項７に記載のアダプティブアレーアンテナシステム。
【請求項１２】
請求項６乃至請求項１１のいずれかの項に記載のアダプティブアレーアンテナシステムを備え、前記アダプティブアレーアンテナシステムにより無線通信することを特徴とする無線装置。
【請求項１３】
複数のアンテナ素子からなるアレーアンテナの指向性パターンを形成するための重み係数を算出する適応信号処理過程と、
前記アレーアンテナにより受信された受信信号に含まれるトレーニング信号を記憶する信号保存過程と、
前記受信信号にトレーニング信号が含まれている期間には、受信したトレーニング信号を前記適応信号処理過程へ供給する第１のトレーニング信号供給過程と、
前記受信信号にトレーニング信号が含まれていない期間には、前記信号保存過程で記憶されたトレーニング信号を部分的に繰返し前記適応信号処理過程へ供給する第２のトレーニング信号供給過程と、
を含むことを特徴とする適応信号処理方法。
【請求項１４】
複数のアンテナ素子からなるアレーアンテナにより受信された信号の重み係数を算出する重み係数算出方法であって、
前記受信信号に含まれるトレーニング信号を記憶する信号保存過程と、
適応信号処理により、前記受信されたトレーニング信号から前記アレーアンテナの指向性パターンを形成するための重み係数を算出する第１の重み係数算出過程と、
前記受信信号にトレーニング信号が含まれていない期間には、前記信号保存過程で記憶されたトレーニング信号を部分的に繰返し使用して、適応信号処理により、前記第１の重み係数算出過程に引き続き重み係数の算出を行う第２の重み係数算出過程と、
を含むことを特徴とする重み係数算出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アダプティブアレーアンテナシステムに係り、特に、アレーアンテナにより受信された信号の重み係数を算出する適応信号処理装置及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、無線通信では、建物などの障害物により電波の反射、回析、散乱が起こる。このため、無線伝搬路は多重伝搬路となるために、多重波によるマルチパスフェージングが発生し、通信品質が悪化する。そこで、これらの悪影響を軽減するために、アダプティブアレーアンテナシステムが無線装置、例えば無線基地局や移動局に備えられている。
【０００３】
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を配置したアレーアンテナを備え、このアレーアンテナで受信した信号を適応信号処理により指向性パターンを形成し受信している。これにより、所望波の到来方向に受信指向性パターンを形成し、且つ遅延波などの干渉波の到来方向には指向性パターンのヌルを形成して干渉波を抑圧することができ、この結果として通信品質が改善されている。また、送信時に上記した指向性パターンを適用すれば、送信相手以外の無線装置に対する干渉を低減でき、且つ送信電力の軽減を図ることができるなどの利点がある。
【０００４】
上記したアダプティブアレーアンテナシステムの適応信号処理には、ＭＭＳＥ（Minimum Mean Square Error：最小２乗誤差法）などに基づく適応アルゴリズムが使用される。ＭＭＳＥベースの適応アルゴリズムとしては、例えばＬＭＳ（Least Mean Square）やＲＬＳ（Recursive Least-Squares）などが知られている。このＭＭＳＥベースの適応アルゴリズムによる適応信号処理では、無線装置内部で生成したローカルの参照信号と受信信号中のトレーニング信号との差から平均２乗誤差を求め、この誤差の値を最小にするように受信信号の位相と振幅を制御するためのウエイト（重み係数）を計算する（例えば、非特許文献１参照）。
【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．３５−６４
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、上述した従来の技術では、以下に示す問題がある。
ユニークワードやパイロット信号などのトレーニング信号がバースト的に送信される無線通信方式として、ＴＤＭＡ（Time Division Multiple Access）方式や、「cdma2000 lxEV-DO」と呼ばれるＣＤＭＡ方式等で採用されているＨＲＰＤ（High Rate Packet Data）方式が知られている。これらの無線通信方式において、ＭＭＳＥベース等の適応アルゴリズムによる適応信号処理が適用されると、参照されるトレーニング信号がバースト受信となるので、該適応信号処理はトレーニング信号の受信毎にバースト的に実行されることとなる。したがって、ウエイトを算出するための適応信号処理においては、トレーニング信号の受信区間以外の区間ではその処理は停止し、連続してウエイト算出演算を実行することができない。このため、一つのトレーニング信号受信区間内に最適なウエイトへと適応信号処理が収束することが望ましい。
【０００６】
しかしながら、適応アルゴリズムの種類や受信電波環境等により適応信号処理の収束速度は異なるので、一つのトレーニング信号受信区間内に収束せず、最適なウエイトが得られない場合がある。例えば、ＬＭＳアルゴリズムとＲＬＳアルゴリズムとを比較すると、ＬＭＳアルゴリズムの方が収束速度が遅い。したがって、ＬＭＳアルゴリズムでは、一つのトレーニング信号受信区間内に最適なウエイトが得られない可能性が高く、通信品質が劣化する虞がある。このために、ＬＭＳアルゴリズムは、ＲＬＳアルゴリズムに比べて演算負荷が軽く、回路構成が簡単であるという利点があるにもかかわらず、その採用が見送られることがある。
【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、参照されるトレーニング信号がバースト受信となる場合において、ウエイト（重み係数）を算出するための適応信号処理を常時連続して実行することにより、通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を実現可能な適応信号処理装置及び方法、重み係数算出方法を提供することにある。
【０００８】
また、本発明の他の目的は、本発明の適応信号処理装置を備えたアダプティブアレーアンテナシステムを提供することにある。
【０００９】
また、本発明の他の目的は、本発明のアダプティブアレーアンテナシステムを備えた無線装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記の課題を解決するために、請求項１に記載の適応信号処理装置は、複数のアンテナ素子からなるアレーアンテナの指向性パターンを形成するための重み係数を算出する適応信号処理手段と、前記アレーアンテナにより受信された受信信号に含まれるトレーニング信号を記憶する信号保存手段と、前記受信信号にトレーニング信号が含まれている期間には、受信したトレーニング信号を前記適応信号処理手段へ供給し、一方、前記受信信号にトレーニング信号が含まれていない期間には、前記信号保存手段に記憶されているトレーニング信号を部分的に繰返し前記適応信号処理手段へ供給するトレーニング信号供給手段とを備えたことを特徴としている。
【００１１】
請求項２に記載の適応信号処理装置においては、前記部分的なトレーニング信号とは、前記信号保存手段に記憶されているトレーニング信号の先頭部分が除外された部分であることを特徴とする。
【００１２】
請求項３に記載の適応信号処理装置においては、前記部分的なトレーニング信号とは、前記信号保存手段に記憶されているトレーニング信号の中心部分であることを特徴とする。
【００１３】
請求項４に記載の適応信号処理装置においては、前記部分的なトレーニング信号とは、前記信号保存手段に記憶されているトレーニング信号から一定間隔でサンプリングされた部分であることを特徴とする。
【００１４】
請求項５に記載の適応信号処理装置においては、前記信号保存手段には、前記部分的なトレーニング信号のみが記憶されることを特徴とする。
【００１５】
請求項６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により無線信号を受信し、この受信信号に基づいて前記アレーアンテナの指向性パターンを形成するアダプティブアレーアンテナシステムにおいて、複数のアンテナ素子からなるアレーアンテナの指向性パターンを形成するための重み係数を算出する適応信号処理手段と、前記アレーアンテナにより受信された受信信号に含まれるトレーニング信号を記憶する信号保存手段と、前記受信信号にトレーニング信号が含まれている期間には、受信したトレーニング信号を前記適応信号処理手段へ供給し、一方、前記受信信号にトレーニング信号が含まれていない期間には、前記信号保存手段に記憶されているトレーニング信号を部分的に繰返し前記適応信号処理手段へ供給するトレーニング信号供給手段と、前記トレーニング信号の供給に合わせて該当する既知の参照信号を前記適応信号処理手段へ供給する参照信号生成手段とを備えたことを特徴としている。
【００１６】
請求項７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、前記適応信号処理手段で算出された重み係数を保存する重み係数保存手段と、最適な重み係数を選択する重み係数選択手段と、前記重み係数選択手段で選択された重み係数により前記受信信号を重み付けしてアレー出力信号を生成する出力信号生成手段とを備えることを特徴とする。
【００１７】
請求項８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、前記重み係数選択手段は、同じトレーニング信号による適応信号処理区間における最終的な重み係数を最適な重み係数として選択することを特徴とする。
【００１８】
請求項９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、前記重み係数選択手段は、同じトレーニング信号による適応信号処理区間毎に、最終的な重み係数を最適な重み係数として選択することを特徴とする。
【００１９】
請求項１０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、前記重み係数選択手段は、前記重み係数算出手段で算出された重み係数の中から、該重み係数の精度に基づいて最適な重み係数を選択することを特徴とする。
【００２０】
請求項１１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、前記アレー出力信号から受信品質特性を測定する受信品質特性測定手段を備え、前記重み係数選択手段は、前記受信品質特性測定手段の測定結果に基づいて最適な重み係数を選択することを特徴とする。
【００２１】
請求項１２に記載の無線装置は、請求項６乃至請求項１１のいずれかの項に記載のアダプティブアレーアンテナシステムを備え、前記アダプティブアレーアンテナシステムにより無線通信することを特徴としている。
【００２２】
請求項１３に記載の適応信号処理方法は、複数のアンテナ素子からなるアレーアンテナの指向性パターンを形成するための重み係数を算出する適応信号処理過程と、前記アレーアンテナにより受信された受信信号に含まれるトレーニング信号を記憶する信号保存過程と、前記受信信号にトレーニング信号が含まれている期間には、受信したトレーニング信号を前記適応信号処理過程へ供給する第１のトレーニング信号供給過程と、前記受信信号にトレーニング信号が含まれていない期間には、前記信号保存過程で記憶されたトレーニング信号を部分的に繰返し前記適応信号処理過程へ供給する第２のトレーニング信号供給過程とを含むことを特徴としている。
【００２３】
請求項１４に記載の重み係数算出方法は、複数のアンテナ素子からなるアレーアンテナにより受信された信号の重み係数を算出する重み係数算出方法であって、前記受信信号に含まれるトレーニング信号を記憶する信号保存過程と、適応信号処理により、前記受信されたトレーニング信号から前記アレーアンテナの指向性パターンを形成するための重み係数を算出する第１の重み係数算出過程と、前記受信信号にトレーニング信号が含まれていない期間には、前記信号保存過程で記憶されたトレーニング信号を部分的に繰返し使用して、適応信号処理により、前記第１の重み係数算出過程に引き続き重み係数の算出を行う第２の重み係数算出過程とを含むことを特徴としている。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、参照されるトレーニング信号がバースト受信となる場合において、重み係数（ウエイト）を算出するための適応信号処理を常時連続して実行することができる。この結果として、適応信号処理が略収束するまで実行される可能性が高くなるので、より適切なウエイトを得ることができ、通信品質が向上する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、図面を参照し、本発明の実施形態を説明する。
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、無線通信システムにおいて、例えば無線基地局に具備されるものであり、移動局から送信された無線信号を複数のアンテナ素子１−１〜Ｎからなるアレーアンテナを用いて受信し、この受信信号ｘ1〜ｘNをアレーアンテナの指向性パターンを形成するためのウエイトｗ1〜ｗN（重み係数）で重み付けして合成し、アレー出力信号ｙを生成するものである。
【００２６】
図１において、無線送受信部２は、アンテナ素子１−１〜Ｎにより送信と受信を行う。なお、図１においては送信機能に係る他のブロックは省略している。無線送受信部２は、アンテナ素子１−１〜ＮからのＮ個の受信信号を、増幅してベースバンド信号へ変換後、デジタル信号に変換し、受信信号ｘ1〜ｘNとして出力する。これら受信信号ｘ1〜ｘNはアンテナ素子１−１〜Ｎにそれぞれ対応している。
【００２７】
適応信号処理部３は、ＭＭＳＥベースなどの適応アルゴリズム、例えばＬＭＳアルゴリズムを用いて適応信号処理を行うものであり、アレーアンテナの最適な指向性パターンを形成するためのウエイトｗ1〜ｗNを算出する。信号合成部４は、アンテナ素子１−１〜Ｎに各々対応して設けられているＮ個の乗算器１１と１個の加算器１２から構成される。信号合成部４には、受信信号ｘ1〜ｘNとウエイトｗ1〜ｗNとが入力される。信号合成部４において、受信信号ｘ1〜ｘNは、各乗算器１１によってそれぞれ対応するウエイトｗ1〜ｗNが乗じられて重み付けされた後、加算器１２によって加算されて合成される。この合成後の信号はアレー出力信号ｙとして出力される。
【００２８】
適応信号処理部３では、トレーニング信号供給部６から供給されるトレーニング信号と、参照信号生成部７から供給される参照信号と、アレー出力信号ｙとから、（１）式によりウエイトベクトルＷが算出される。参照信号生成部７から供給される参照信号は、トレーニング信号に対応する所定の信号である。
Ｗ（ｍ）＝Ｗ（ｍ−１）−μ・Ｚ（ｍ−１）・ｅ＊（ｍ−１）
＝Ｗ（ｍ−１）
−μ・Ｚ（ｍ−１）
・｛ｒ（ｍ−１）−Ｗ（ｍ−１）Ｈ・Ｚ（ｍ−１）｝＊
・・・（１）
但し、ウエイトベクトルＷ＝［ｗ1，…，ｗN］Ｔ、
Ｚはトレーニング信号であり、Ｚ＝［ｚ1，…，ｚN］Ｔ、
ｒはトレーニング信号に対応する所定の参照信号、
ｅは参照信号ｒとアレー出力信号ｙの差である誤差信号、
ｍは適応信号処理の更新回数、
μはウエイト更新の割合を調整するためのステップサイズ、
Ｔは転置の表記、
Ｈは複素共役転置の表記、
＊は複素共役の表記、
である。
【００２９】
また、上記アレー出力信号ｙは（２）式で表される。
ｙ＝ＷＨ・Ｘ  ・・・（２）
但し、受信信号ベクトルＸ＝［ｘ1，…，ｘN］Ｔである。
上記（２）式で表されるように、アレー出力信号ｙはウエイトベクトルＷにより受信信号ベクトルＸが重み付けされて生成される。これにより、アレー出力信号ｙは、ウエイトｗ1〜ｗNによって形成されたアレーアンテナの指向性パターンに基づく受信信号となる。
【００３０】
トレーニング信号保存部５は、受信信号ｘ1〜ｘNに含まれるトレーニング信号を抽出して記憶する。
トレーニング信号供給部６は、適応信号処理部３へのトレーニング信号の供給を行う。トレーニング信号供給部６は、受信信号ｘ1〜ｘNの中から任意の一つを用いてトレーニング信号受信区間を検出する。そして、トレーニング信号受信区間には、受信したトレーニング信号を適応信号処理部３に供給する。一方、トレーニング信号受信区間以外の区間には、トレーニング信号保存部５からトレーニング信号を部分的に読み出し、この読み出した部分的なトレーニング信号を使用して複製したトレーニング信号（以下、部分複製トレーニング信号と称する）を適応信号処理部３へ供給する。この部分複製トレーニング信号の供給は、次のトレーニング信号の受信まで繰返し行われる。
【００３１】
図２は、このトレーニング信号の供給方法を説明するための概念図である。図２の例では、受信信号のトレーニング信号間（ｐ回目のトレーニング信号と（ｐ＋１）回目のトレーニング信号の間）にデータ信号が含まれている。トレーニング信号の信号長はＮｔであり、データ信号の信号長はＮｄである。図２に示されるように、適応信号処理部３には、受信されたｐ回目のトレーニング信号に引き続き連続して部分複製トレーニング信号が、（ｐ＋１）回目のトレーニング信号の受信まで繰返し供給される。部分複製トレーニング信号の信号長はＮｋである。但し、Ｎｋはトレーニング信号の信号長Ｎｔ未満である。これにより、同じ部分複製トレーニング信号が適応信号処理部３に対して繰返し供給される回数は、最大「Ｎｄ／Ｎｋ」となる。なお、上記した部分複製トレーニング信号の作成方法の詳細は後述する。
【００３２】
また、トレーニング信号供給部６は、参照信号生成部７へ参照信号の生成を指示する。この参照信号生成指示は、適応信号処理部３へのトレーニング信号の供給に対応して行われる。すなわち、トレーニング信号受信区間には、受信したトレーニング信号（信号長Ｎｔ）に対応する所定の参照信号（信号長Ｎｔ）を生成するように指示する。
【００３３】
一方、トレーニング信号受信区間以外の区間には、部分複製トレーニング信号（信号長Ｎｋ）に対応する部分参照信号（信号長Ｎｋ）を生成するように、参照信号生成条件を指示する。この参照信号生成条件は、所定の参照信号（信号長Ｎｔ）のうち、いずれの信号が部分複製トレーニング信号に対応するのかを示すものである。
【００３４】
参照信号生成部７は、トレーニング信号供給部６からの参照信号生成指示に従って既知の参照信号を元に該当する参照信号を生成する（図２参照）。そして、この生成した参照信号を適応信号処理部３へ供給する。
【００３５】
これにより、適応信号処理部３には、トレーニング信号供給部６から供給されるトレーニング信号とともに、該トレーニング信号に対応する参照信号が連続して供給される。この結果、上記図２の例では、ｐ回目と（ｐ＋１）回目のトレーニング信号間にはデータ信号が含まれており、トレーニング信号がバースト受信となるが、ｐ回目のトレーニング信号の受信から（ｐ＋１）回目のトレーニング信号の受信までの区間Ｔ(p)_allにおいて、適応信号処理部３にはトレーニング信号と該トレーニング信号に対応する参照信号が連続して供給されるので、ウエイト算出のための適応信号処理が連続して実行される。
【００３６】
上述したように本実施形態によれば、適応信号処理部３には、常時、トレーニング信号と該トレーニング信号に対応する参照信号が供給される。これにより、参照されるトレーニング信号がバースト受信となる場合において、ウエイトを算出するための適応信号処理を常時連続して実行することができる。この結果として、適応信号処理が略収束するまで実行される可能性が高くなるので、より適切なウエイトを得ることができ、通信品質が向上する。
【００３７】
また、ＲＬＳアルゴリズムに比べて収束速度は遅いが、演算負荷が軽く、回路構成が簡単となるＬＭＳアルゴリズムが採用しやすくなり、該ＬＭＳアルゴリズムの使用により装置構成の簡略化や省電力化を図ることができる。
【００３８】
次に、上記した部分複製トレーニング信号の作成方法を説明する。
上述したように部分複製トレーニング信号（信号長Ｎｋ）は、トレーニング信号（信号長Ｎｔ）の一部分から構成される（但し、ＮｋはＮｔ未満）。図３，図４は部分複製トレーニング信号の作成例を説明するための図である。
【００３９】
図３の例は、トレーニング信号（信号長Ｎｔ）から連続する部分区間（信号長Ｎｋ分の連続区間）の信号を抽出して部分複製トレーニング信号とするものである。ここで、抽出する区間は、トレーニング信号（信号長Ｎｔ）の先頭部分を除外して選択することが望ましい。この理由は、トレーニング信号の先頭部分には、当該トレーニング信号以前の信号（例えば図２のデータ信号）の遅延波による影響が及んでいる可能性があり、適応信号処理に悪影響を及ぼす虞があるためである。これにより、例えば、図３に示されるようにトレーニング信号の中心部分を抽出して部分複製トレーニング信号を作成する。
【００４０】
図４の例は、トレーニング信号（信号長Ｎｔ）から信号長Ｎｋ分を一定間隔でサンプリングして部分複製トレーニング信号を作成するものである。例えば、トレーニング信号の奇数番目の信号を抽出する。或いは偶数番目の信号を抽出する。なお、上記したようにトレーニング信号の先頭部分のサンプリング信号は、部分複製トレーニング信号に含めないようにするのが望ましい。例えば、上記図３と図４の双方の方法を組み合わせてトレーニング信号の中心部分をサンプリングするようにする。
【００４１】
上述したように、トレーニング信号受信区間以外の区間において、トレーニング信号の一部分を部分複製トレーニング信号として適応信号処理部３へ繰返し供給することにより、トレーニング信号の全部分を繰返し供給する場合に比べて適応信号処理の回数を増やすことができる。これにより、ウエイトの精度が向上し、通信品質が改善される。
【００４２】
図５は、本発明による通信品質改善効果を示すためのグラフである。図５には、アダプティブアレーアンテナによるＣ／Ｉ（Carrier to Interference power Ratio）のシミュレーション結果（Ｃ／Ｉの累積確率分布）が示されている。波形Ａ１，Ａ２，Ａ３が本発明によるシミュレーション結果であり、波形Ｂが従来のシミュレーション結果である。シミュレーション条件は、アレーアンテナは半波長間隔で正方形配置された４素子アレー、フェージング周波数は３１．９Ｈｚ、所望波は１波（０ｄＢ）、干渉波は３波（−５ｄＢ、１０ｄＢ、−５ｄＢ：Ｃ／Ｉ＝−１０．３ｄＢ）、適応アルゴリズムはＬＭＳである。
【００４３】
従来の波形Ｂは、トレーニング信号受信区間においてのみ、適応信号処理を行っている。また、ウエイトの初期値には前回の適応信号処理により算出されたウエイトを使用している。
波形Ａ１は、トレーニング信号の中心部分を含む連続区間（信号長Ｎｔ／２分）を部分複製トレーニング信号（信号長Ｎｋ）としている（すなわちＮｋ＝Ｎｔ／２）。
波形Ａ２は、トレーニング信号の中心部分を含む連続区間（信号長Ｎｔ／４分）を部分複製トレーニング信号（信号長Ｎｋ）としている（すなわちＮｋ＝Ｎｔ／４）。
波形Ａ３は、トレーニング信号の奇数番目をサンプリングして部分複製トレーニング信号（信号長Ｎｋ）としている（すなわちＮｋ＝Ｎｔ／２）。
また、波形Ａ１〜３は、いずれもウエイトの初期値には、受信されたトレーニング信号或いは部分複製トレーニング信号を用いた直前の適応信号処理により算出されたウエイトを使用している。
【００４４】
図５に示されるように、本発明によればいずれの部分複製トレーニング信号を用いても従来より通信品質が改善されている。また、部分複製トレーニング信号の信号長が短いほどその改善効果が大きい場合もある。
【００４５】
また、サンプリング信号を使用した場合には、さらに大きな改善効果が得られる。この理由は、一定間隔でサンプリングすることにより分解能は悪くなるが、そのサンプリング信号において、トレーニング信号受信区間の全領域における無線伝搬環境の時間変動成分が含まれることなどの要因によりＣ／Ｉが向上するからである。
【００４６】
なお、上述した実施形態においては、トレーニング信号供給部６がトレーニング信号保存部５に保存されたトレーニング信号を部分的に読み出して部分複製トレーニング信号を作成するようにしたが、トレーニング信号保存部５が受信信号に含まれるトレーニング信号の中から部分的に信号を抽出して記憶するようにしてもよい。このようにすれば、トレーニング信号保存部５のメモリ量を削減することができるので、消費電力やコストの削減、装置の小型化などを図ることが可能となる。
【００４７】
次に、第２の実施形態を説明する。図６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。この図６において図１の各部に対応する部分には同一の符号を付け、その説明を省略する。図６に示すアダプティブアレーアンテナシステムでは、図１の構成において、ウエイト保存部３１とウエイト選択部３２と信号合成部４０とをさらに設けている。なお、図６においては、信号合成部４は、適応信号処理で使用されるフィードバック信号ｙａを生成して適応信号処理部３へ出力するものとなっている。
【００４８】
図６において、ウエイト保存部３１は、適応信号処理部３で算出されたウエイトｗ1〜ｗNの中から、アレー出力信号ｙの生成用にウエイトｗｍ1〜ｗｍNを選択し保存する。ウエイト選択部３２には、ウエイト保存部３１で保存されているウエイトｗｍ1〜ｗｍNと、適応信号処理部３で算出されたウエイトｗ1〜ｗNとが入力される。ウエイト選択部３２は、ウエイト保存部３１で保存されていたウエイトｗｍ1〜ｗｍNまたは適応信号処理部３で算出された最新のウエイトｗ1〜ｗNの内、いずれか最適なウエイトを選択する。この選択されたウエイトｗｓ1〜ｗｓNは信号合成部４０に入力され、それぞれ対応する乗算器１１に設定される。そして、信号合成部４０は、受信信号ｘ1〜ｘNを該ウエイトｗｓ1〜ｗｓNにより重み付けした後に合成して、アレー出力信号ｙを生成する。
【００４９】
上記した図６の構成では、適応信号処理部３で算出されたウエイトｗ1〜ｗNの中からアレー出力信号ｙの生成用のウエイトｗｓ1〜ｗｓNが選択される。このウエイト選択方法としては各種の方法が考えられるが、その例を挙げて以下に説明する。
【００５０】
第１のウエイト選択方法；
図７は、第１のウエイト選択方法を説明するための概念図である。ウエイト保存部３１は、図７において、受信信号のトレーニング信号により適応信号処理が実行される区間で最終的に算出されたウエイトｗ1〜ｗNをウエイトｗｍ1〜ｗｍNとして記憶する。そして、ウエイト選択部３２は、該受信信号のトレーニング信号に引き続き受信されたデータ信号の重み付け用に、該ウエイト保存部３１に記憶されたウエイトｗｍ1〜ｗｍNを選択する。例えば、区間Ｔ(p)_１で最終的に算出されたウエイトｗ1〜ｗNを記憶し、この記憶したウエイトｗ1〜ｗNをｐ回目のトレーニング信号に続くデータ信号に適用する。
【００５１】
第２のウエイト選択方法；
図８は、第２のウエイト選択方法を説明するための概念図である。ウエイト選択部３２は、図８において、適応信号処理部３へ供給されるトレーニング信号の供給区間毎に、該適応信号処理で最終的に算出されたウエイトｗ1〜ｗNを、次のトレーニング信号の供給区間に対応する区間で受信されたデータ信号の重み付け用に選択する。
【００５２】
例えば、区間Ｔ(p)_１で最終的に算出されたウエイトｗ1〜ｗNを、ｐ回目のトレーニング信号に続く区間Ｔ(p)_２に対応する受信信号のデータ信号に適用する。次いで、区間Ｔ(p)_２で最終的に算出されたウエイトｗ1〜ｗNを、区間Ｔ(p)_３に対応する受信信号のデータ信号に適用する。このようにして、直前のトレーニング信号の供給区間で算出されたウエイトｗ1〜ｗNが、次の供給区間に対応する受信信号のデータ信号に対して適用される。そして、最後のトレーニング信号の供給区間Ｔ(p)_ｎに対応する受信信号のデータ信号に対して、直前の区間Ｔ(p)_ｎ−１で算出されたウエイトｗ1〜ｗNが適用される。
【００５３】
第３のウエイト選択方法；
図９は、第３のウエイト選択方法を説明するための概念図である。ウエイト保存部３１は、図９において、トレーニング信号の信号長Ｎｔ区間毎に、適応信号処理部３で算出されたウエイトｗ1〜ｗNをウエイトｗｍ1〜ｗｍNとして記憶する。そして、ウエイト選択部３２は、該信号長Ｎｔ区間に引き続き受信されたデータ信号の重み付け用に、該ウエイト保存部３１に記憶されたウエイトｗｍ1〜ｗｍNを選択する。例えば、区間Ｔ(p)_１ａで算出されたウエイトｗ1〜ｗNを、次の信号長Ｎｔの区間Ｔ(p)_１ｂに対応する受信信号のデータ信号に適用する。次いで、区間Ｔ(p)_１ｂで算出されたウエイトｗ1〜ｗNを、次の信号長Ｎｔの区間Ｔ(p)_１ｃに対応する受信信号のデータ信号に適用する。このようにして、直前の信号長Ｎｔの区間で算出されたウエイトｗ1〜ｗNが、次の信号長Ｎｔの区間に対応する受信信号のデータ信号に対して適用される。そして、最後の信号長Ｎｔの区間Ｔ(p)_１ｊに対応する受信信号のデータ信号に対して、直前の信号長Ｎｔの区間Ｔ(p)_１（ｊ−１）で算出されたウエイトｗ1〜ｗNが適用される。
【００５４】
なお、適応信号処理のウエイト初期値には、上記した第１〜３のウエイト選択方法のいずれかにより選択されたウエイトを使用することができる。例えば、第２のウエイト選択方法により、直前のトレーニング信号に基づく適応信号処理の区間で最終的に算出されたウエイトｗ1〜ｗNを使用するようにしてもよい。これにより、図８において、（ｐ＋１）回目のトレーニング信号に基づく適応信号処理の区間Ｔ(p＋１)_allにおいては、適応信号処理のウエイト初期値として、ｐ回目のトレーニング信号に基づく適応信号処理の区間Ｔ(p)_allでの最終的なウエイトｗ1〜ｗN、すなわち区間Ｔ(p)_ｎで算出されたウエイトｗ1〜ｗNが使用される。これにより、現在の無線伝搬環境により合致したウエイト初期値から適応信号処理が開始されるので、収束時間の短縮を図ることができる。
【００５５】
また、データ信号の重み付けに使用されるウエイトと、適応信号処理のウエイト初期値とは、同じ選択方法により選択するようにしてもよく、或いは異なる選択方法により選択してもよい。
【００５６】
また、（３）式により、ウエイトｗ1〜ｗNの精度を表す２乗誤差ｅを算出し、この２乗誤差ｅに基づいて最適なウエイトを選択するようにしてもよい。この２乗誤差は瞬時値又はある期間の平均値でもよい。
ｅ＝｜ｒ−ＷＨ・Ｚ|２  ・・・（３）
【００５７】
さらに、最新のウエイトｗ1〜ｗNの２乗誤差ｅが、一定の精度が保たれる所定の閾値以下であった場合には、次のトレーニング信号が受信されるまでの期間だけ、適応信号処理部３の動作を一時的に停止するようにしてもよい。これにより消費電力の削減が可能である。
【００５８】
また、アレー出力信号ｙに基づいて受信品質特性を測定する受信品質特性測定手段を備え、この受信品質特性に基づいて最適なウエイトを選択するようにしてもよい。受信品質特性としては、例えば、Ｃ／ＩやＳＩＮＲ（Signal to Interference and Noise power Ratio）、ＢＥＲ（Bit Error Rate）、ＦＥＲ（Frame Error Rate）などが利用可能である。
【００５９】
また、上記した第１〜３のウエイト選択方法と２乗誤差ｅ又は受信品質特性による選択方法とを組み合わせるようにしてもよい。
【００６０】
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。
例えば、受信処理に使用された最適なウエイトを送信用の指向性パターンの形成に用いるようにしてもよい。
【００６１】
本実施形態によれば、以下に示される様々な効果が得られる。
本実施形態によれば、回路の構成が簡単であり、また、ＭＭＳＥベースの各種の適応アルゴリズムに対して適用できるとともに、通信品質の改善効果が期待でき、且つ既に実際の装置に備わる回路構成との流用が可能である。
【００６２】
また、適応信号処理のウエイト初期値として、最適なウエイト、例えば、直前のトレーニング信号に基づく適応信号処理の区間で最終的に算出されたウエイトｗ1〜ｗN、あるいは、ウエイト選択部３２でウエイトｗｓ1〜ｗｓNとして選択されたウエイトｗ1〜ｗNが使用できるので、最適値に収束するまでに多くの更新回数を要するＬＭＳアルゴリズムであってもその収束速度が速められるので、ＲＬＳアルゴリズムなど他のＭＭＳＥベースの適応アルゴリズムに比べて回路構成が簡単で、且つ演算負荷も少ないというＬＭＳアルゴリズムの利点を活用しつつ、受信品質特性の向上を図ることができる。
【００６３】
また、受信電力の変動により収束が遅くなる適応アルゴリズム、例えばＬＭＳアルゴリズムでは、移動通信のように受信電力が変動する無線伝播環境において、その収束速度が遅くなるが、バースト受信のトレーニング信号間にも適応信号処理が続行されるので、最適なウエイトに収束する可能性が高くなり、受信品質特性が早期に改善されるという効果が得られる。
【００６４】
また、部分複製トレーニング信号による適用信号処理の過程で算出されたウエイトをデータ信号に随時適用することができるので、受信品質特性がさらに改善されるという効果が得られる。
【００６５】
また、回路構成上、適応信号処理の演算速度が低速となる場合であっても、連続して適応信号処理が実行可能であるので、最適なウエイトに収束する可能性が高くなる。
【００６６】
また、トレーニング信号の一部分を部分複製トレーニング信号として適応信号処理部へ繰返し供給することにより、トレーニング信号の全部分を繰返し供給する場合に比べて適応信号処理の回数を増やすことができる。これにより、ウエイトの精度が向上し、通信品質が改善される。
【００６７】
また、トレーニング信号の先頭部分を除外して部分複製トレーニング信号を作成することにより、遅延波による影響を軽減することができるので、より高品質のウエイトを得ることが可能となる。
【００６８】
また、トレーニング信号を一定間隔でサンプリングして部分複製トレーニング信号を作成することにより、トレーニング信号受信区間の全領域における無線伝搬環境の時間変動成分を網羅することなどが可能となり、Ｃ／Ｉ等の受信品質特性が向上する。
【００６９】
なお、本発明に係るアダプティブアレーアンテナシステムは、無線基地局や移動局などの無線装置に適用することができる。これにより、無線装置において、適切な指向性パターンによる無線信号の受信または送信が可能となり、通信品質が向上する。移動局としては、携帯電話機等の携帯型の無線端末や、自動車電話機等の移動物体に搭載される無線端末などがある。
【００７０】
また、本発明は、トレーニング信号がバースト的に送信される各種の無線通信方式、例えばＴＤＭＡ（Time Division Multiple Access）方式や、「cdma2000 lxEV-DO」と呼ばれるＣＤＭＡ方式等で採用されているＨＲＰＤ（High Rate Packet Data）方式などに適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００７１】
【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】本発明の実施形態に係るトレーニング信号の供給方法を説明するための概念図である。
【図３】部分複製トレーニング信号の第１の作成例を説明するための図である。
【図４】部分複製トレーニング信号の第２の作成例を説明するための図である。
【図５】本発明による通信品質改善効果を示すためのグラフである。
【図６】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７】本発明の実施形態に係る第１のウエイト選択方法を説明するための概念図である。
【図８】本発明の実施形態に係る第２のウエイト選択方法を説明するための概念図である。
【図９】本発明の実施形態に係る第３のウエイト選択方法を説明するための概念図である。
【符号の説明】
【００７２】
１−１〜Ｎ…アンテナ素子、２…無線送受信部、３…適応信号処理部、４，４０…信号合成部、５…トレーニング信号保存部、６…トレーニング信号供給部、７…参照信号生成部、３１…ウエイト保存部、３２…ウエイト選択部。
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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