(57)【要約】【課題】  本発明の課題は、適応アレーアンテナの適切なウエイトを速やかに求めることである。【解決手段】  本発明によるアレーアンテナシステムは、複数のアンテナ素子１１１〜１１Ｌ及びそれらの重み係数を設定する移相器１２１〜１２Ｌを有するアレーアンテナ手段と、既知信号の重み付け合成後の受信信号に基づいて、複数の重み係数を決定する制御信号を出力するウエイト制御手段１６１とを備える。ウエイト制御手段は、ある一群の重み係数（θｉ＝０）が複数のアンテナ素子に設定されている場合の受信信号と、別の一群の重み係数（θｉ≠ｋ＝π，θｋ＝０）が複数のアンテナ素子に設定されている場合の受信信号との線形結合に基づいて、アンテナ素子に関する伝搬路応答値ｈｋを求める手段と、複数のアンテナ素子に関する伝搬路応答値に基づいて、複数のアンテナ素子の重み係数を決定する制御信号を出力する手段とを備える。【選択図】  図３
2005244339.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のアンテナ素子及び複数のアンテナ素子の各々に設けられ重み係数を設定する移相器を有するアレーアンテナ手段と、
既知信号の重み付け合成後の受信信号に基づいて、複数のアンテナ素子に対する重み係数を決定する制御信号を出力するウエイト制御手段と
を備えるアレーアンテナシステムであって、前記ウエイト制御手段は、
ある一群の重み係数が複数のアンテナ素子に設定されている場合の受信信号と、別の一群の重み係数が複数のアンテナ素子に設定されている場合の受信信号との線形結合に基づいて、アンテナ素子に関する伝搬路応答値を求める手段と、
複数のアンテナ素子に関する伝搬路応答値に基づいて、複数のアンテナ素子の重み係数を決定する制御信号を出力する手段と
を備えることを特徴とするアレーアンテナシステム。
【請求項２】
複数のアンテナ素子に対する重み係数を制御するウエイト制御装置であって、
ある一群の重み係数が複数のアンテナ素子に設定されている場合の重み付け合成後の受信信号と、別の一群の重み係数が複数のアンテナ素子に設定されている場合の重み付け合成後の受信信号との線形結合に基づいて、アンテナ素子に関する伝搬路応答値を求める手段と、
複数のアンテナ素子に関する伝搬路応答値に基づいて、複数のアンテナ素子の重み係数を決定する制御信号を出力する手段と
を備えることを特徴とするウエイト制御装置。
【請求項３】
前記ある一群の重み係数は、複数のアンテナ素子総てに同一の位相を与え、前記別の一群の重み係数は、複数のアンテナ素子の内１つのアンテナ素子を除く他の総てに同一の位相を与えることを特徴とする請求項２記載のウエイト制御装置。
【請求項４】
前記制御信号により、各アンテナ素子間の振幅及び位相が調整されることを特徴とする請求項２記載のウエイト制御装置。
【請求項５】
複数のアンテナ素子に対する重み係数を制御するウエイト制御方法であって、
ある一群の重み係数を複数のアンテナ素子に設定するステップと、
複数のアンテナ素子から既知信号を受信し、重み付け合成後の第１信号を得るステップと、
別の一群の重み係数を複数のアンテナ素子に設定するステップと、
複数のアンテナ素子から既知信号を受信し、重み付け合成後の第２信号を得るステップと、
前記第１信号及び前記第２信号の線形結合に基づいて、アンテナ素子に関する伝搬路応答値を求める手段と、
複数のアンテナ素子に関する伝搬路応答値に基づいて、複数のアンテナ素子に対する重み係数を決定する制御信号を出力するステップと
を有することを特徴とするウエイト制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に無線通信の技術分野に属し、特に複数のアンテナ素子を有するアンテナシステム、ウエイト制御装置及びウエイト制御方法に関連する。
【背景技術】
【０００２】
この種の技術分野で注目されている適応アレーアンテナ（ＡＡＡ：Ａｄａｐｔｉｖｅ  Ａｒｒａｙ  Ａｎｔｅｎｎａ）技術は、送信又は受信に複数のアンテナ素子を使用する。刻々と変化する通信環境に合わせて、各アンテナ素子に出入りする信号の振幅や位相を適切に調整して重み付け合成することで、ＳＩＮＲ（信号対干渉雑音比）を向上させることができる。この技術は、通信品質を高めること、干渉波を抑圧すること、通信可能な距離を伸ばすこと、マルチパスフェージングに対処すること等の観点から有利な技術であり、今後の無線通信技術として有望視されている。適応アレーアンテナ技術の中でもディジタル方式と呼ばれるものは、各アンテナ素子に与えられる重み係数又はウエイトが、ディジタル信号で与えられる。このような適応アレーアンテナシステムについては、例えば非特許文献１に記載されている。
【０００３】
図１は、ディジタル方式の適応アレーアンテナシステムの概要を示す。図示されているように、例えばＮ個の複数のアンテナ素子１０２の各々に、ＲＦフロントエンド部（ＲＦ  Ｆ／Ｅ）１０４と、アナログディジタル変換部１０６と、ウエイト設定部１０８が設けられている。ウエイト設定部１０８で設定される重み係数ｗ１〜ｗＮの値は、ウエイト制御装置１１０で決定される。
【０００４】
この方式では、個々のアンテナ素子からディジタル信号が別々に得られ、ウエイト制御装置１１０に入力される。ウエイト制御装置１１０は、これら別々に得られたディジタル信号に基づいて高精度に重み係数を算出することが可能である。しかしながら、ディジタル方式では、図示されているように、アナログディジタル変換部１０６等をアンテナ素子数分用意する必要があり、省電力化や装置の小型化等の観点からは、必ずしも有利な方式ではない。
【０００５】
一方、各アンテナ素子に与えられる重み係数が、アナログ信号で与えられるものもある。このような適応アレーアンテナシステムについては、例えば非特許文献２に記載されている。
【０００６】
図２は、アナログ方式の適応アレーアンテナシステムの概要を示す。図示されているように、例えばＮ個の複数のアンテナ素子の各々に、ウエイト設定部２０８が設けられる。更に、本システムは、ウエイト設定部２０８で重み付けされた信号を合成する加算部２０３と、ＲＦフロントエンド部（ＲＦ  Ｒ／Ｅ）２０４と、アナログディジタル変換部２０６と、ウエイト制御装置２１０とを有する。
【非特許文献１】菊間信良、「アレーアンテナによる適応信号処理」、科学技術出版、１９９８年
【非特許文献２】Ｒ．Ｃ．Ｈａｎｓｅ，“Ｐｈａｓｅｄ  Ａｒｒａｙ  Ａｎｔｅｎｎａｓ”，Ｗｉｌｅｙ  Ｓｅｒｉｅｓ  ｉｎ  Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ  ａｎｄ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｊｏｈｎ  Ｗｉｌｅｙ  ＆  Ｓｏｎｓ，Ｉｎｃ．，１９９８
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
アナログ方式では、重み付け合成後のアナログ信号が、１つのアナログディジタル変換部２０６でディジタル信号に変換されるので、この方式は、省電力化や装置の小型化の観点からは有利である。しかしながら、この方式では、Ｎ個の重み係数ｗ１〜ｗＮ総てを最適化するまでに長時間を要してしまうという問題点がある。また、ウエイト制御信号２１０に入力される情報量が少ないことに起因して、重み係数がグローバル解に収束せず、ローカル解に収束してしまうことも間々ある。グローバル解とは、所与の値域において最大又は最少の最適解（最適な重み係数）をいう。ローカル解とは、所与の値域において局所的に最適な解をいう（値域全体から見れば、最適でない場合がある。）。当然に、グローバル解を得られることが望ましいが、アナログ方式では、初期値の取り方その他の諸条件に依存して、ローカル解しか得られない場合があるという問題がある。
【０００８】
ところで、本発明に関する基礎研究において、発明者等は、アナログ方式における解の収束性と、各アンテナ素子に関する伝搬路応答値又はチャネルインパルス応答（ＣＩＲ：ｃｈａｎｎｅｌ  ｉｍｐｕｌｓｅ  ｒｅｓｐｏｎｓｅ）との関係に着目し、検討を行なった。目下のアナログ方式の重み係数制御ではＣＩＲ及び重み係数が未知であり、重み係数を適切に収束させるには長時間を要している。ＣＩＲが未知の下では重み係数を最適化する方向は定まりにくく、重み係数の最適化のための時間や労力も多くなる。仮に総ての伝搬路応答値が分かれば、ＭＭＳＥ（ｍｉｎｉｍｕｍ  ｍｅａｎ  ｓｑｕａｒｅ  ｅｒｒｏｒ）その他の手法で最適な重み係数を見出すことは可能である。このような考察から、発明者等は、アナログ方式の重み係数制御において、ＣＩＲを求めた後に重み係数を求めることで、解の収束性を向上させる、との新規な着想に至った。
【０００９】
本発明の課題は、適応アレーアンテナの適切なウエイトを速やかに求めることが可能なアレーアンテナシステム、ウエイト制御装置及びウエイト制御方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の一態様によれば、
複数のアンテナ素子及び複数のアンテナ素子の各々に設けられ重み係数を設定する移相器を有するアレーアンテナ手段と、
既知信号の重み付け合成後の受信信号に基づいて、複数のアンテナ素子に対する重み係数を決定する制御信号を出力するウエイト制御手段と
を備えるアレーアンテナシステムであって、前記ウエイト制御手段は、
ある一群の重み係数が複数のアンテナ素子に設定されている場合の受信信号と、別の一群の重み係数が複数のアンテナ素子に設定されている場合の受信信号との線形結合に基づいて、アンテナ素子に関する伝搬路応答値を求める手段と、
複数のアンテナ素子に関する伝搬路応答値に基づいて、複数のアンテナ素子の重み係数を決定する制御信号を出力する手段と
を備えることを特徴とするアレーアンテナシステム
が、提供される。
【００１１】
本発明の一態様によれば、前記ある一群の重み係数は、複数のアンテナ素子総てに同一の位相を与え、前記別の一群の重み係数は、複数のアンテナ素子の内１つのアンテナ素子を除く他の総てに同一の位相を与える。
【００１２】
本発明の一態様によれば、前記制御信号により、各アンテナ素子間の振幅及び位相が調整される。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、アレーアンテナの適切なウエイトを速やかに求めることが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、各実施例を参照しながら、本発明の実施の形態が説明される。
【実施例１】
【００１５】
図３は、本発明の一実施例による適応アレーアンテナシステムのブロック図を示す。簡単のため、受信機に使用される適応アレーアンテナの例が説明されるが、本発明は送信機に適用されることも当然に可能である。図示されているように、本システムは、例えばＬ個の複数のアンテナ素子１１１〜１１Ｌと、例えばＬ個の移相器１２１〜１２Ｌを有する。１つのアンテナ素子に１つの移相器が設けられている。更に、本システムは、合成器１３１と、ＲＦフロントエンド部１４１と、アナログディジタル変換部１５１と、ディジタル信号処理部１６１とを有する。簡単のため、受信信号を復調する要素や送信信号を作成する要素等は省略されている。ディジタル信号処理部１６１は、入力部１６３と、監視部１６４と、チャネル応答推定部（ＣＩＲ推定部）１６５と、ウエイト推定部１６７と、制御信号出力部１６９とを有する。ディジタル信号処理部１６１とＬ個の移相器１２１〜１２Ｌは、Ｌ本の制御線１７１によって接続されている。
【００１６】
Ｌ個の移相器１２１〜１２Ｌの各々は、各アンテナ素子で受信する信号に対する重み係数、即ち位相を、制御線１７１により伝送される制御信号に従って設定する。
【００１７】
合成器１３１は、アンテナ素子及び移相器の各々で受信され重み付けされたＬ個の信号を合成する。
【００１８】
ＲＦフロントエンド部１４１は、重み付け合成後の受信信号に対する周波数変換や、帯域制限処理等の信号処理を施す。
【００１９】
アナログディジタル変換部１５１は、ＲＦフロントエンド１４１からのアナログ信号をディジタル信号に変換する。
【００２０】
ディジタル信号処理部１６１は、アナログディジタル変換部１５１から入力されたディジタル信号に基づいて、最終的には、各移相器１２１〜１２Ｌに対する制御信号を出力する。入力部１６３は、ディジタル信号を受信し、記憶する。監視部１６４は、伝搬路の変動する様子を監視し、監視結果に応じて指示信号を出力する。ＣＩＲ推定部１６５は、入力部に入力される複数の信号（ある重み係数を設定した場合の受信信号と、別の重み係数を設定した場合の受信信号）に基づいて、アンテナ素子に関連するチャネル応答値（ＣＩＲ）を推定する。ウエイト推定部１６７は、算出されたＣＩＲに基づいて、例えばＭＭＳＥ法を利用して、最適な重み係数（本実施例では、各アンテナ素子に対する位相回転量）を推定する。制御信号出力部１６７は、各アンテナ素子の重み係数を、推定された重み係数に調整するための制御信号を出力する。これらの制御信号は、ディジタル信号でもアナログ信号でもよい。移相器１２１〜１２Ｌで適切に重み係数を設定させることの可能な信号であればよいからである。
【００２１】
尚、移相器１２１〜１２Ｌが、離散的な値しかとることのできないディジタル移相器である場合（例えば、０度、９０度、１８０度、２７０度の４値しかとり得ない場合）には、これらのとり得る値の内、推定された重み係数に最も近い値が移相器に設定される。例えば、とり得る値が上記４値の場合に、推定された重み係数が、２３．５度であったとすると、ディジタル移相器は０度に設定される。
【００２２】
図４は、図３の適応アレーアンテナシステムの動作を示すフローチャートである。フローは、ステップ４０２から始まり、ステップ４０４に進む。
【００２３】
ステップ４０４では、複数のアンテナ素子の各々を指定するためのパラメータｋが初期値０に設定される。本実施例では、Ｌ個のアンテナ素子１１１〜１１Ｌが設けられており、それらはｋ＝１，．．．，Ｌによって指定される。
【００２４】
ステップ４０６では、パラメータｋの値が１つ増やされる。即ち、指定されるアンテナ素子が、この時点で変更される。ｋが初期値に設定されていた場合は、ステップ４０６で１番目のアンテナ素子が指定されることになる。
【００２５】
ステップ４０８では、Ｌ個総てのアンテナ素子の重み係数として、０度の位相を設定する。１番目のアンテナ素子１１１に与える位相をθ１，２番目のアンテナ素子１１２に与える位相をθ２，．．．，ｋ番目のアンテナ素子１１ｋに与える位相をθｋ，．．．，Ｌ番目のアンテナ素子１１Ｌに与える位相をθＬとすると、このステップでは、次のように各値が設定される：
θ１＝θ２＝・・・＝θｋ＝・・・＝θＬ＝０。
重み係数（位相）の設定は、各アンテナ素子１１１〜１１Ｌに設けられている移相器１２１〜１２Ｌによって行なわれる。
【００２６】
このように各アンテナ素子の重み係数が設定された状態で、各アンテナ素子から既知信号ｓを受信する。既知信号とは、送信側（図示せず）と受信側の双方に既知の信号であり、トレーニング信号、プリアンブル信号、パイロット信号等と呼ばれることもある。このような既知信号は、例えば図５に示されるように、伝送フレーム毎に挿入されることが可能である。挿入される間隔又は頻度は、一定であってもなくてもよい。但し、どのような時点で既知信号が得られるかについての情報が、双方で（特に受信側で）知られている必要がある。更に、既知信号は、伝搬路を推定するために専用に設定された専用チャネルで伝送されることが可能である。また、既知信号は、制御チャネルのようなペイロード以外のチャネルに挿入されることも可能である。簡単のため、本実施例では、図５に示されるように、一定の時間間隔で既知信号ｓが受信されるものとする。
【００２７】
ステップ４１０では、既知信号ｓが各アンテナ素子１１１〜１１Ｌを通じて受信される。各アンテナ素子１１１〜１１Ｌで受信された信号は、ステップ４０８で設定された位相でそれぞれ重み付けされ、合成器１３１にて合成される。既知信号ｓの重み付け合成後の信号は、ＲＦフロントエンド部１４１及びアナログディジタル変換部１５１を経て入力部１６３に入力され、非反転信号ｙｋ（１）として記憶される。ｙｋ（１）は、具体的には次式のように表現される：
ｙｋ（１）＝｛ｈ１ｅｘｐ（ｊθ１）＋ｈ２ｅｘｐ（ｊθ２）＋・・・
＋ｈｋｅｘｐ（ｊθｋ）＋・・・＋ｈＬｅｘｐ（ｊθＬ）｝ｓ
＝（ｈ１＋ｈ２＋・・・＋ｈｋ＋・・・＋ｈＬ）ｓ
ステップ４１２では、ｋ番目のアンテナ素子を除く総てのアンテナ素子（Ｌ−１個）の重み係数として、１８０度（πラジアン）の位相を設定し、ｋ番目のアンテナ素子の重み係数として、０度の位相を設定する。このステップでは、次のように各値が設定される：
θ１＝θ２＝・・・＝θｋ−１＝θｋ＋１＝・・・＝θＬ＝π，θｋ＝０。
【００２８】
ステップ４１４では、次に到来した既知信号ｓが、各アンテナ素子１１１〜１１Ｌを通じて受信される。各アンテナ素子１１１〜１１Ｌで受信された信号は、ステップ４１２で設定された位相でそれぞれ重み付けされ、合成器１３１にて合成される。既知信号ｓの重み付け合成後の信号は、ＲＦフロントエンド部１４１及びアナログディジタル変換部１５１を経て入力部１６３に入力され、反転信号ｙｋ（２）として記憶される。ｙｋ（２）は、具体的には次式のように表現される：
ｙｋ（２）＝｛ｈ１ｅｘｐ（ｊθ１）＋ｈ２ｅｘｐ（ｊθ２）＋・・・
＋ｈｋｅｘｐ（ｊθｋ）＋・・・＋ｈＬｅｘｐ（ｊθＬ）｝ｓ
＝（−ｈ１−ｈ２−・・・−ｈｋ−１＋ｈｋ−ｈｋ＋１＋・・・−ｈＬ）ｓ
ステップ４１６では、ｋ番目のアンテナ素子に関する伝搬路応答値ｈｋが、次式により求められる。このステップは、ＣＩＲ推定部１６５で行なわれる。
【００２９】
ｈｋ＝（ｙｋ（１）＋ｙｋ（２））／（２ｓ）。
【００３０】
ステップ４１８では、ｋが最大値であるＬを下回るか否かが判定される。即ち、総てのアンテナ素子についての伝搬路応答値ｈｋが得られていないならば（Ｙｅｓ）、ステップ４０６に進み、パラメータｋの値が変更され、同様の手順が行なわれることで別のアンテナ素子についてのチャネル応答値が求められる。一方、総てのアンテナ素子についての伝搬路応答値ｈｋが得られたならば（ステップ４１８でＮｏならば）、ステップ４２０に進む。
【００３１】
ステップ４２０では、Ｌ個の伝搬路応答値  ｈ１，．．．，ｈＬ  に基づいて、各アンテナ素子１１１〜１１Ｌに対する最適な重み係数（移相器１２１〜１２Ｌで設定される位相）が算出される。重み係数の算出は、ＭＭＳＥその他の手法で行なわれることが可能である。このステップは、ウエイト推定部１６７で行なわれる。ウエイト推定部１６７は、算出された重み係数に関するデータを制御信号出力部１６９に与える。制御信号出力部１６９は、算出された重み係数を各移相器１２１〜１２Ｌで設定するための制御信号を作成し、制御線１７１を通じてそれらを各移相器に通知する。その結果、各アンテナ素子１１１〜１１Ｌに適切な位相が設定され、ステップ４２２でフローは終了する。
【００３２】
尚、既知信号ｓは、通常は、図５に示されるように複数のシンボルから構成される。図示の例では、既知信号ｓが、ｓ１，ｓ２，．．．，ｓＮのＮシンボルから構成されている。従って、ステップ４１６で算出される伝搬路応答値ｈｋは、シンボル毎に求められ、Ｎ個の伝搬路応答値ｈｋ１，ｈｋ２，．．．，ｈｋＮが得られる：
ｈｋ１＝（ｙｋ（１）＋ｙｋ（２））／（２ｓ１）
ｈｋ２＝（ｙｋ（１）＋ｙｋ（２））／（２ｓ２）
・・・
ｈｋＮ＝（ｙｋ（１）＋ｙｋ（２））／（２ｓＮ）
このような場合には、瞬時的なシンボル毎の伝搬路応答値を全シンボルにわたって平均化することが望ましい。
【００３３】
ｈｋ＝（ｈｋ１＋・・・＋ｈｋＮ）／Ｎ。
【００３４】
ステップ４０８，４１２で設定される位相の値は、図示されているものに限定されない。例えば、ステップ４１２で、ｋ番目の位相をπにして、それ以外の位相を０にすることも可能である。但し、この場合は、ステップ４１６で
ｈｋ＝（ｙｋ（１）−ｙｋ（２））／（２ｓ）
を計算する必要がある。この例は、ステップ４１２で変化させる重み係数が少ない点で有利である（この例ではθｋのみ０からπに変更すればよいが、図示の例ではθｋ以外の総てを０からπに変更する必要がある。）。
【００３５】
また、設定される位相の値は、０，π（ラジアン）の組合せに限定されず、様々な値をとることが可能である。例えば、ステップ４０８で
θ１＝θ２＝・・・＝θｋ＝・・・＝θＬ＝π／２
とし、ステップ４１２で
θ１＝θ２＝・・・＝θｋ―１＝θｋ＋１＝・・・＝θＬ＝π／２，
θｋ＝−π／２（＝３π／２）
とし、ステップ４１６で
ｈｋ＝（ｙｋ（１）−ｙｋ（２））／（２ｊ）
とすることが可能である。
【００３６】
より一般的には、ステップ４０８で位相の値を任意の量θαに総て設定し、ステップ４１０で、ｋ番目の位相だけ（−θα）に設定することも可能である。但し、この場合は、ステップ４１６で
ｈｋ＝（ｙｋ（１）−ｙｋ（２））／（２ｊ×ｓｉｎ（θα））
を計算する必要がある。
【００３７】
更には、一群の重み係数｛θ１，．．．，θＬ｝をＬ組用意し、伝搬路応答値ｈ１，．．．，ｈＬに対する連立方程式を解くことも可能である。即ち、ある一群の重み係数を設定し受信信号を求め、別の一群の重み係数を設定し受信信号を求め、重み係数群を変更しながらＬ個の受信信号ｙ（１），．．．，ｙ（Ｌ）を求める。こうして得られたｈ１，．．．，ｈＬに対するＬ個の関係式に基づいて、伝搬路応答値ｈ１，．．．，ｈＬを求めるのである。しかしながら、演算負担を軽減する観点からは、重み係数の位相はπ／２ラジアンの整数倍であることが望ましく、特に０，πラジアンであることが望ましい。
【００３８】
ところで、伝搬路応答値は、屋内での通信のような通信環境ではそれ程大きく変化しないが、高速に移動する移動体との通信のような通信環境では大きく変化することが知られている。従って、伝搬路応答値が変化する虞がある場合に限って図４に示されるようなフローを実行し、それ以外では伝搬路応答値を固定値としてウエイト制御を行なうことが、制御の効率化の観点からは有利である。これを行なうには、ディジタル信号処理部１６１の入力部１６３の内部又は外側（本実施例では外側）に、監視部１６４を設け、伝搬路の様子を監視することが有利である。監視部１６４は伝搬環境の変動を表す量を評価し、それが閾値を超えるとＣＩＲ推定部１６５及びウエイト推定部１６７にその旨を通知する指示信号が出力され、伝搬路応答値を更新するアルゴリズム（図４）が起動される。伝搬環境の変動を表す量として、例えば、ドップラー周波数ｆｄと既知信号ｓの得られる時間間隔Ｔｓとの積を採用することが可能である。この場合に、
ｆｄ・Ｔｓ＜１  ならば  伝搬路の変動が小さく、
ｆｄ・Ｔｓ≧１  ならば  伝搬路の変動が大きい、
と判断することができる。
【００３９】
図６は、本実施例の変形例を示す図である。図４の動作に関連して説明された例では、異なる時間に送信された同一の既知信号ｓを利用する（２回受信する）ことが前提とされている。図６に示される例は、既知信号を１回受信するだけでよいように修正されている。簡単のため、２つのアンテナ素子に関して説明されているが、それ以上のアンテナ素子の場合に拡張することが可能である。この例では、第１のアンテナ素子１１１に、移相器１２１だけでなく移相器６０１も設けられている。第２のアンテナ素子１１２にも、移相器１２２だけでなく移相器６０２が設けられている。移相器６０１は、移相器１２１で与えられる位相角（θ１）の符号を反転した位相角（−θ１）を与える。移相器６０２は、移相器１２２で与えられる位相角（θ２）の符号を反転した位相角（−θ２）を与える。移相器１２１及び１２２の出力は、合成器１３１にて合成され、出力信号ｙ（θ１，θ２）が出力される。移相器６０１及び１２２の出力は、合成器１３３にて合成され、出力信号ｙ（−θ１，θ２）が出力される、移相器１２１及び移相器６０２の出力は、合成器１３２にて合成され、出力信号ｙ（θ１，−θ２）が出力される。第１，２のアンテナ素子に関する伝搬路応答値ｈ１，ｈ２は、
ｈ１＝（ｙ（θ１，θ２）＋ｙ（θ１＋π，θ２））／（２ｅｘｐ（ｊθ１））
ｈ２＝（ｙ（θ１，θ２）−ｙ（θ１，θ２＋π））／（−２ｅｘｐ（ｊθ２））
により求めることが可能である。但し、この例では、１回の既知信号の受信で済むようにする代りに、移相器や合成器を余分に設ける必要がある。
【実施例２】
【００４０】
図７は、本発明の一実施例による適応アレーアンテナシステムのブロック図を示す。実施例１の場合と同様に、本システムは、例えばＬ個の複数のアンテナ素子２１１〜２１Ｌと、Ｌ個の可変利得の低雑音増幅器ＶＧ−ＬＮＡ（ｖａｒｉａｂｌｅ
ｇａｉｎ−ｌｏｗ  ｎｏｉｓｅ  ａｍｐｌｉｆｉｅｒ）２２１〜２２Ｌと、移相器２３１，２３２，．．．，２３Ｌを有する。１つのアンテナ素子に１つの増幅器及び１つの移相器が設けられている。更に、本システムは、合成器２４１と、ＲＦフロントエンド部２５１と、アナログディジタル変換部２６１と、ディジタル信号処理部２７１とを有する。ディジタル信号処理部２７１と、Ｌ個の増幅器２２１〜２２Ｌ及び移相器２３１〜２３Ｌは、Ｌ本の制御線２８１によって接続されている。
【００４１】
Ｌ個の可変利得の低雑音増幅器２２１〜２２Ｌの各々は、各自のアンテナ素子で受信する信号に対する振幅を、制御線２８１により伝送される制御信号に従って設定する。
【００４２】
Ｌ個の移相器２３１〜２３Ｌの各々は、各自のアンテナ素子で受信する信号に対する位相を、制御線２８１により伝送される制御信号に従って設定する。
【００４３】
合成器２４１は、アンテナ素子及び移相器の各々で受信され重み付けされたＬ個の信号を合成する。
【００４４】
ＲＦフロントエンド部２５１は、重み付け合成後の受信信号に対する周波数変換や、帯域制限処理等の信号処理を施す。
【００４５】
アナログディジタル変換部２６１は、ＲＦフロントエンド２５１からのアナログ信号をディジタル信号に変換する。
【００４６】
ディジタル信号処理部２７１は、アナログディジタル変換部２６１から入力されたディジタル信号に基づいて、最終的には、増幅器及び移相器の各々に対する制御信号を出力する。ディジタル信号処理部２７１の動作は、実施例１で説明したものと同様であるので、詳細な説明は省略される。しかし、本実施例で作成される制御信号は、位相だけでなく、振幅をも変更させる点で、実施例１のものと相違する。
【００４７】
本実施例によれば、位相だけでなく振幅も調整することができるので、例えば、信号が高品質に受信されているアンテナ素子の利得を他よりも大きくすることで、受信信号の高品質化、ひいては重み係数の高精度化を図ることが可能である。更に、アンテナ素子を指定するパラメータｋに関連するアンテナ素子の利得を他より大きくすることで、伝搬路応答値ｈｋ及び重み係数の推定精度を高めることも可能になる。
【実施例３】
【００４８】
図８は、本発明の一実施例による適応アレーアンテナシステムのブロック図を示す。実施例１，２では、既知信号ｓが、１つのアンテナ素子から送信され、複数のアンテナ素子で受信されることを想定していた。しかしながら、本発明はこのような態様に限定されない。例えば、複数のアンテナ素子から異なる既知信号が送信され、複数のアンテナ素子でそれらを受信する場合にも、本発明を適用することが可能である。
【００４９】
図８に示される例では、簡単のため、２つのアンテナ素子８１１，８１２から異なる既知信号ｓ１，ｓ２がそれぞれ送信され、２つのアンテナ素子１１１，１１２でそれらが受信されるものとする。アンテナ素子８１１，８１２は適応アレーアンテナを形成してしてもしなくてもよいが、既知信号ｓ１，ｓ２は、互いに直交することを要する。即ち、
Ｅ［ｓｉ・ｓｊ］＝δｉｊ  （ｉ，ｊ＝１，２）
が、成立するように、既知信号ｓ１，ｓ２が設定されている。但し、Ｅは、期待値をとることを示す。δｉｊは、クロネッカのデルタ記号であり、ｉ＝ｊのときに１の値をとり、それ以外では０の値をとる。本実施例では、送信側２本のアンテナ素子８１１，８１２及び受信側の２本のアンテナ素子１１１，１１２の間に、４とおりの伝搬路応答値ｈ１１，ｈ１２，ｈ２１，ｈ２２があり得る（ｈｉｊは、受信側のｉ番目のアンテナ素子と、送信側のｊ番目のアンテナ素子との間の伝搬路応答値である。）。
【００５０】
合成器１３１から出力される信号ｙは、各アンテナ素子１１１，１１２で受信され重み付けされた信号ｙ１，ｙ２の和である。この場合に、重み付け合成後の信号ｙは、次のように表現される：
ｙ＝ｙ１＋ｙ２
＝（ｈ１１・ｓ１＋ｈ１２・ｓ２）ｅｘｐ（ｊθ１）
＋（ｈ２１・ｓ１＋ｈ２２・ｓ２）ｅｘｐ（ｊθ２）
＝｛ｈ１１ｅｘｐ（ｊθ１）＋ｈ２１ｅｘｐ（ｊθ２）｝ｓ１
＋｛ｈ１２ｅｘｐ（ｊθ１）＋ｈ２２ｅｘｐ（ｊθ２）｝ｓ２
但し、θ１は移相器１２１で与えられる重み係数（位相）であり、θ２は移相器１２２で与えられる重み係数である。ここで、既知信号ｓ１，ｓ２が互いに直交することを考慮すると、例えば、次式が得られる。
【００５１】
Ｅ［ｓ１・ｙ］＝ｈ１１ｅｘｐ（ｊθ１）＋ｈ２１ｅｘｐ（ｊθ２）
従って、伝搬路応答値ｈ１１，ｈ２１は、次のようにして求めることが可能である：
ｈ１１＝（１／２）（Ｅ［ｓ１・ｙ］｜θ１＝θ２＝０＋Ｅ［ｓ１・ｙ］｜θ１＝０，θ２＝π）
ｈ２１＝（１／２）（Ｅ［ｓ１・ｙ］｜θ１＝θ２＝０−Ｅ［ｓ１・ｙ］｜θ１＝０，θ２＝π）
同様に、伝搬路応答値ｈ２１，ｈ２２も、次のようにして求めることが可能である：
ｈ１２＝（１／２）（Ｅ［ｓ２・ｙ］｜θ１＝θ２＝０＋Ｅ［ｓ２・ｙ］｜θ１＝０，θ２＝π）
ｈ２２＝（１／２）（Ｅ［ｓ２・ｙ］｜θ１＝θ２＝０−Ｅ［ｓ２・ｙ］｜θ１＝０，θ２＝π）
従って、本実施例の場合も、図４に示されるようなフローに従って、伝搬路応答値ｈ１１，ｈ１２，ｈ２１，ｈ２２及び重み係数を推定することが可能である。
【実施例４】
【００５２】
図９は、本発明の一実施例による適応アレーアンテナシステムのブロック図を示す。本実施例では、多入力多出力（ＭＩＭＯ：ｍｕｌｔｉ  ｉｎｐｕｔ  ｍｕｌｔｉ  ｏｕｔｐｕｔ）方式の受信機側のＭｒ個の各ブランチに、適応アレーアンテナが設けられている。適応アレーアンテナの各々は、Ｌ個のアンテナ素子を有し、各アンテナ素子の各々に移相器が１つずつ設けられる。各移相器で重み付けされたＬ個の受信信号は、合成部に入力される。合成部の出力は、ブランチ毎に設けられたＲＦフロントエンド部３１４１〜３α４１〜３Ｍｒ４１に与えられる。各ＲＦフロントエンド部の出力は、アナログディジタル変換部に入力される。各アナログディジタル変換部の出力ｙ１，．．．，ｙα，．．．，ｙＭｒは、ディジタル信号処理部３１６１に入力される。本実施例におけるディジタル信号処理部も、伝搬路応答値を推定し、それらに基づいて重み係数を推定し、各移相器に対する制御信号を出力する。
【００５３】
本実施例では、図中左側に示されるＭｔ個のアンテナ素子９１１，．．．，９１β，．．．，９１Ｍｔから異なる既知信号ｓ１，．．．，ｓβ，．．．，ｓＭｔがそれぞれ送信され、Ｍｒ×Ｌ個のアンテナ素子でそれらが受信されるものとする。既知信号ｓｉは、互いに直交するものとする。即ち、
Ｅ［ｓｉ・ｓｊ］＝δｉｊ  （ｉ，ｊ＝１，．．．，Ｍｔ）
が、成立するように、既知信号ｓｉが設定されている。この場合において、α番目のブランチで受信される信号ｙαに着目すると、信号ｙαは次のように表現することができる：
ｙα＝｛ｈα１（１）ｅｘｐ（ｊθα（１））＋・・・＋ｈα１（ｋ）ｅｘｐ（ｊθα（ｋ））＋・・・
＋ｈα１（Ｌ）ｅｘｐ（ｊθα（Ｌ））｝ｓ１
＋・・・
＋｛ｈαβ（１）ｅｘｐ（ｊθα（１））＋・・・＋ｈαβ（ｋ）ｅｘｐ（ｊθα（ｋ））＋・・・
＋ｈαβ（Ｌ）ｅｘｐ（ｊθα（Ｌ））｝ｓβ
＋・・・
＋｛ｈαＭｔ（１）ｅｘｐ（ｊθα（１））＋・・・＋ｈαＭｔ（ｋ）ｅｘｐ（ｊθα（ｋ））＋・・・
＋ｈαＭｔ（Ｌ）ｅｘｐ（ｊθα（Ｌ））｝ｓＭｔ
但し、ｈαβ（ｋ）は、受信側のα番目のブランチの中のｋ番目のアンテナ素子と、送信側のβ番目のアンテナ素子との間の伝搬路応答値を表す。ここで、既知信号ｓｉが互いに直交することを考慮すると、例えば、次式が得られる。
【００５４】
Ｅ［ｓβｙα］＝ｈαβ（１）ｅｘｐ（ｊθα（１））＋・・・
＋ｈαβ（ｋ）ｅｘｐ（ｊθα（ｋ））＋・・・
＋ｈαβ（Ｌ）ｅｘｐ（ｊθα（Ｌ）
従って、例えばθα（１）＝・・・＝θα（Ｌ）＝０とすることで得られる信号Ｅ［ｓβｙα］と、θα（１）＝・・・＝θα（ｋ−１）＝θα（ｋ＋１）＝・・・＝θα（Ｌ）＝π，θα（ｋ）＝０とすることで得られる信号Ｅ［ｓβｙα］とを加算して２で割ることで、伝搬路応答値ｈαβ（ｋ）を求めることが可能になる。
【００５５】
ｈαβ（ｋ）＝（１／２）（Ｅ［ｓβｙα］｜θ１＝・・・θＬ＝０＋Ｅ［ｓβｙα］｜θ１＝・・・＝θｋ−１＝θｋ＋１＝・・・＝π，θｋ＝０）
従って、実施例４に説明したのと同様な手法で伝搬路応答値及び重み係数を求めることが可能である。
【実施例５】
【００５６】
図１０は、本発明の一実施例による適応アレーアンテナシステムのブロック図を示す。本システムは、Ｌ個のアンテナ素子１１１〜１１Ｌと、Ｌ個の移相器１２１〜１２Ｌと、合成器１３１とを有する。１つのアンテナ素子に１つの移相器が設けられている。更に、本システムは、スイッチ４４１と、受信用ＲＦフロントエンド部４５１と、アナログディジタル変換部４６１と、ディジタル信号処理部４７１とを有する。更に、本システムは、送信側ＲＦフロントエンド部４５２と、ディジタルアナログ変換部４６２とを有する。
【００５７】
本実施例も、実施例１と同様な動作が行なわれるが、本実施例ではＴＤＤ方式による動作が行なわれる点で異なる。本実施例では、信号の送信及び受信はスイッチ４４１で切り替えられる。ＴＤＤ方式では、送信及び受信に使用される周波数は同一である。従って、受信時に最適な重み係数は、送信時にも最適な重み係数になる。重み係数の制御に関する処理要素が送受信に共通するので、例えば、装置の小型化を図ることが可能になる。
【実施例６】
【００５８】
図１１は、本発明の一実施例による適応アレーアンテナシステムのブロック図を示す。本実施例は、実施例１と同様な構成を有するが、本実施例では、ディジタル信号処理装置１６１と各移相器１２１等との間にスイッチ１８１が設けられている点が異なる。このスイッチ１８１は、Ｌ個の移相器の何れか１つとディジタル信号処理部１６１とを結合する。即ち、スイッチを順次切り替えて行くことで、各移相器の位相が順番に設定される。本実施例は、信号線の量を減らすことが可能な点で有利である。また、ディジタル信号処理部１６１からの制御信号を、ディジタル信号からアナログ信号に変換する必要がある場合には、本実施例によれば、ディジタルアナログ変換器の数を節約する（１つにする）ことが可能になる。従って、本実施例は、装置の小型化や消費電力等の観点から有利である。
【００５９】
以上本発明を特定の実施例を参照しながら説明してきたが、様々な修正や変形が可能であり、本発明はそのような修正や変形を包含する。
【００６０】
以下、本願課題を解決する手段を例示的に列挙する。
【００６１】
（付記１）
複数のアンテナ素子及び複数のアンテナ素子の各々に設けられ重み係数を設定する移相器を有するアレーアンテナ手段と、
既知信号の重み付け合成後の受信信号に基づいて、複数のアンテナ素子に対する重み係数を決定する制御信号を出力するウエイト制御手段と
を備えるアレーアンテナシステムであって、前記ウエイト制御手段は、
ある一群の重み係数が複数のアンテナ素子に設定されている場合の受信信号と、別の一群の重み係数が複数のアンテナ素子に設定されている場合の受信信号との線形結合に基づいて、アンテナ素子に関する伝搬路応答値を求める手段と、
複数のアンテナ素子に関する伝搬路応答値に基づいて、複数のアンテナ素子の重み係数を決定する制御信号を出力する手段と
を備えることを特徴とするアレーアンテナシステム。
【００６２】
（付記２）
複数のアンテナ素子に対する重み係数を制御するウエイト制御装置であって、
ある一群の重み係数が複数のアンテナ素子に設定されている場合の重み付け合成後の受信信号と、別の一群の重み係数が複数のアンテナ素子に設定されている場合の重み付け合成後の受信信号との線形結合に基づいて、アンテナ素子に関する伝搬路応答値を求める手段と、
複数のアンテナ素子に関する伝搬路応答値に基づいて、複数のアンテナ素子の重み係数を決定する制御信号を出力する手段と
を備えることを特徴とするウエイト制御装置。
【００６３】
（付記３）
前記ある一群の重み係数は、複数のアンテナ素子総てに同一の位相を与え、前記別の一群の重み係数は、複数のアンテナ素子の内１つのアンテナ素子を除く他の総てに同一の位相を与えることを特徴とする付記２記載のウエイト制御装置。
【００６４】
（付記４）
複数のアンテナ素子設定される重み係数の位相が、π／２の整数倍であることを特徴とする付記２記載のウエイト制御装置。
【００６５】
（付記５）
前記制御信号により、各アンテナ素子間の振幅及び位相が調整されることを特徴とする付記２記載のウエイト制御装置。
【００６６】
（付記６）
前記既知信号が、専用のチャネルを通じて継続的に受信されることを特徴とする付記２記載のウエイト制御装置。
【００６７】
（付記７）
前記既知信号が、ペイロードの全部又は一部に挿入されることを特徴とする付記２記載のウエイト制御装置。
【００６８】
（付記８）
前記既知信号が、間欠的に受信されることを特徴とする付記２記載のウエイト制御装置。
【００６９】
（付記９）
更に、ディジタル移相器で設定することの可能な複数の重み係数の内、前記伝搬路応答値に基づいて算出された重み係数に、より近い重み係数を判別する判別手段を備えることを特徴とする付記２記載のウエイト制御装置。
【００７０】
（付記１０）
更に、伝搬路の変動性を監視する手段を備えることを特徴とする付記２記載のウエイト制御装置。
【００７１】
（付記１１）
既知信号が複数のシンボルより成り、シンボル毎に算出される複数の伝搬路応答値が平均化されることを特徴とする付記２記載のウエイト制御装置。
【００７２】
（付記１２）
複数のアンテナ素子に対する重み係数を制御するウエイト制御装置であって、
ある一群の重み係数が複数のアンテナ素子に設定されている場合の重み付け合成後の受信信号に既知信号が乗ぜられた信号と、別の一群の重み係数が複数のアンテナ素子に設定されている場合の重み付け合成後の受信信号に前記既知信号と直交する既知信号が乗ぜられた信号との線形結合に基づいて、前記あるアンテナ素子に関する伝搬路応答値を求める手段と、
各アンテナ素子に関する伝搬路応答値に基づいて、各アンテナ素子に対する前記制御信号を出力する手段と
を備えることを特徴とするウエイト制御装置。
【００７３】
（付記１３）
複数のアンテナ素子に対する重み係数を制御するウエイト制御方法であって、
ある一群の重み係数を複数のアンテナ素子に設定するステップと、
複数のアンテナ素子から既知信号を受信し、重み付け合成後の第１信号を得るステップと、
別の一群の重み係数を複数のアンテナ素子に設定するステップと、
複数のアンテナ素子から既知信号を受信し、重み付け合成後の第２信号を得るステップと、
前記第１信号及び前記第２信号の線形結合に基づいて、アンテナ素子に関する伝搬路応答値を求める手段と、
複数のアンテナ素子に関する伝搬路応答値に基づいて、複数のアンテナ素子に対する重み係数を決定する制御信号を出力するステップと
を有することを特徴とするウエイト制御方法。
【図面の簡単な説明】
【００７４】
【図１】ディジタル方式の適応アレーアンテナシステムを示す図である。
【図２】アナログ方式の適応アレーアンテナシステムを示す図である。
【図３】本発明の一実施例による適応アレーアンテナシステムのブロック図を示す。
【図４】適応アレーアンテナシステムで実行される動作のフローチャートを示す。
【図５】伝送される信号を示す図である。
【図６】適応アレーアンテナシステムの変形例を示す図である。
【図７】本発明の一実施例による適応アレーアンテナシステムのブロック図を示す。
【図８】本発明の一実施例による適応アレーアンテナシステムのブロック図を示す。
【図９】本発明の一実施例による適応アレーアンテナシステムのブロック図を示す。
【図１０】本発明の一実施例による適応アレーアンテナシステムのブロック図を示す。
【図１１】本発明の一実施例による適応アレーアンテナシステムのブロック図を示す。
【符号の説明】
【００７５】
１１１〜１１Ｌ  アンテナ素子
１２１〜１２Ｌ  移相器
１３１，１３２，１３３  合成器
１４１  フロントエンド部
１５１  アナログディジタル変換部
１６１  ディジタル信号処理部
１６３  入力部
１６４  監視部
１６５  ＣＩＲ推定部
１６７  ウエイト推定部
１６９  制御信号出力部
１７１  制御線
６０１，６０２  移相器
２１１〜２１Ｌ  アンテナ素子
２２１〜２２Ｌ  可変利得の低雑音増幅器
２３１〜２３Ｌ  移相器
２４１  合成器
２５１  フロントエンド部
２６１  アナログディジタル変換部
２７１  ディジタル信号処理部
２８１  制御線
８１１，８１２  アンテナ素子
８１３  送受信部
９１１〜９１Ｍｔ  アンテナ素子
９２１  送受信部
３１１１〜３１１Ｌ，．．．，３Ｍｒ１１〜３Ｍｒ１Ｌ  アンテナ素子
３１２１〜３１２Ｌ，．．．，３Ｍｒ２１〜３Ｍｒ２Ｌ  移相器
３１３１，．．．，３Ｍｒ３１  合成器
３１４１，．．．，３Ｍｒ４１  フロントエンド部
３１５１，．．．，３Ｍｒ５１  アナログディジタル変換部
３１６１  ディジタル信号処理部
４４１  スイッチ
４５１  受信用フロントエンド部
４５２  送信用フロントエンド部
４６１  アナログディジタル変換部
４６２  ディジタルアナログ変換部
４７１  ディジタル信号処理部
１８１  スイッチ
１９１  制御線
【図１】
2005244339.tif 000003
【図２】
2005244339.tif 000004
【図３】
2005244339.tif 000005
【図４】
2005244339.tif 000006
【図５】
2005244339.tif 000007
【図６】
2005244339.tif 000008
【図７】
2005244339.tif 000009
【図８】
2005244339.tif 000010
【図９】
2005244339.tif 000011
【図１０】
2005244339.tif 000012
【図１１】
2005244339.tif 000013