(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の配列と間隔に設置される複数のアンテナ素子を具備した配列アンテナを有する通信システムにてビームパターンを制御することにより干渉を最小化し、雑音の影響を低減するための信号処理装置において、
予め決めた所定利得値（μ）と，対応するアンテナ素子で受信された信号から得られた各素子の信号ベクトル（ｘ（ｔ）），及び現在の利得ベクトル更新時間（スナップショット）周期での最終合成アレイ出力信号（ｙ（ｔ））を以下の式（数１）に従って用いることによってガンマ（γ（ｋ））を計算するガンマ値計算手段と、
上記ガンマ値計算手段によって計算されたガンマ（γ（ｋ）），上記利得ベクトル（ｗ）の現在の値，上記予め決めた所定利得値（μ），上記信号ベクトル（ｘ（ｔ）），及び上記最終合成アレイ出力信号（ｙ（ｔ））を以下の式（数２）に従って用いることによって利得ベクトル（ｗ）を更新する利得ベクトル更新手段と
を備えることを特徴とする信号処理装置。
【数１】
0003885104.tif 000071
【数２】
0003885104.tif 000072
【請求項２】
上記利得ベクトル（ｗ）は、上記配列アンテナの各アンテナ素子で受信された各信号の自己相関行列の最大の固有値に対応する固有ベクトルの値によって決定されることを特徴とする請求項１記載の信号処理装置。
【請求項３】
上記利得ベクトル（ｗ）は、上記最大の固有値の上記固有ベクトルのビームパターン特性を変更することなく上記利得ベクトルを修正するために、上記自己相関行列の上記最大の固有値に対応する上記固有ベクトルの各成分に所定の定数を掛けることにより決定されることを特徴とする請求項２記載の信号処理装置。
【請求項４】
上記利得ベクトル（ｗ）は、正規化された固有ベクトルの大きさが１になり、また上記最大の固有値に対応する上記固有ベクトルの上記ビームパターン特性が変更されないままでいるように、上記自己相関行列の最大の固有値に対応する上記固有ベクトルを正規化することにより決定されることを特徴とする請求項２記載の信号処理装置。
【請求項５】
上記自己相関行列は、以下に与えられた式にて示す、第１項及び第２項を加えることによって計算されることを特徴とする請求項２記載の信号処理装置。
【数３】
0003885104.tif 000073
（但し、
【数４】
0003885104.tif 000074
と
【数５】
0003885104.tif 000075
は各々Ｊ＋１番目とＪ番目のスナップショットの自己相関行列で、ｆは０と１の間の忘却ファクタ、Ｔｓはスナップショット周期で、上添字Ｈはハミシャン（Hermitiam）演算子である。また、式において、上記第１項は、０と１の間の大きさの忘却ファクタが掛けられた直前のスナップショット周期での自己相関行列であり、上記第２項は現在のスナップショット周期での上記配列アンテナの各アンテナ素子から得られた上記信号ベクトル（ｘ（ｔ））により計算された信号行列である。
【請求項６】
上記自己相関行列を計算するにあたり上記忘却ファクタは、全体の処理を簡易化するために０にセットされることを特徴とする請求項５記載の信号処理装置。
【請求項７】
上記最大の固有値に対応する上記固有ベクトルは、
最初のスナップショット周期の間上記基準アンテナ素子で受信された信号の位相に上記結果として生じたアレイ出力が同調されるようなやり方で各成分の位相が修正される受信信号ベクトル（ｘ（０））の正規化値を用いて上記利得ベクトルを決定する処理（ａ）と、
各スナップショット周期の条件｜ｗ（ｋ）｜２＝１を満足して、所定のコスト関数、
【数６】
0003885104.tif 000076
が最大とされ、かつ第２のスナップショット周期以降、各スナップショット周期における上記基準アンテナ素子で受信される上記信号に乗算される利得ベクトルが実数として保持されるようなやり方で直前のスナップショット周期の上記利得ベクトルを更新する処理（ｂ）と
により計算されることを特徴とする請求項２記載の信号処理装置。
【請求項８】
上記基準アンテナ素子は、上記全てのアンテナ素子のなかで、現在のスナップショット周期で位相が最新となる信号が誘起されるアンテナ素子に決定されることを特徴とする請求項７記載の信号処理装置。
【請求項９】
上記基準アンテナ素子は、上記全てのアンテナ素子のなかで、現在のスナップショット周期において通信する信号源からの物理的距離が上記アンテナアレイの他のアンテナ素子に比較して最も離れたアンテナ素子に決定されることを特徴とする請求項７記載の信号処理装置。
【請求項１０】
上記ガンマ（γ）計算手段は、
最終合成アレイ出力信号（ｙ（ｔ））の大きさの２乗値を計算する第１の乗算部Ｇ１と、
上記所定利得値の逆数（１／μ）を上記第１の乗算部Ｇ１の乗算出力結果に加算する第１の加算部Ｇ２と、
上記第１の加算部Ｇ２の加算出力結果を示すＡの値の２乗値を計算するための第２の乗算部Ｇ３と、
上記信号ベクトル（ｘ）の各成分の大きさの２乗値を計算する複数の乗算部Ｇ４と、
上記複数の乗算部Ｇ４の全ての乗算結果を加算するための第２の加算部Ｇ５と、
上記第２の加算部Ｇ５の加算結果に上記所定利得値（μ）の逆数（１／μ）の２倍（２／μ）を加算する第３の加算部Ｇ６と、
上記第１の乗算部Ｇ１の乗算結果（｜ｙ２｜）を、上記第３の加算部Ｇ６の加算結果に乗算する第３の乗算部Ｇ７と、
上記第２の乗算部Ｇ３の乗算結果Ａ２から、上記第３の乗算部Ｇ７の乗算結果を示すＢを減算するための第４の加算部Ｇ８と、
上記第４の加算部Ｇ８の加算結果の平方根を生成するための平方根計算部Ｇ１０と、
上記第１の加算部Ｇ２の加算結果から上記平方根計算部Ｇ１０の結果を減算するための第５の加算部Ｇ９とを備え、
【数７】
0003885104.tif 000077
のガンマ値（γ）を計算することを特徴とする請求項１記載の信号処理装置。
【請求項１１】
上記利得ベクトル更新手段は、
上記ガンマ値（γ）に上記所定利得値（μ）を乗算する第１の乗算部Ｐ１と、
１から上記乗算処理部Ｐ１の乗算結果を減算するための第１の加算部Ｐ２と、
上記第１の加算部Ｐ２の加算結果に上記利得ベクトルの各成分の現在の値を乗算するための複数の乗算部Ｐ３と、
上記最終合成アレイ出力信号（ｙ（ｔ））の複素共役と上記所定利得値（μ）とを乗算する第２の乗算部Ｐ４と、
上記信号ベクトル（ｘ）の各成分と上記乗算部Ｐ４の乗算結果とを乗算するための複数の第２の乗算部Ｐ５と、
上記第２の乗算部Ｐ５の対応する出力に上記複数の乗算部Ｐ３の各乗算出力を加算する複数の加算部Ｐ６とを備え、
ｗ←（１−μγ）ｗ＋μｙ＊ｘに基づいて利得ベクトルを更新することを特徴とする請求項１記載の信号処理装置。
【請求項１２】
上記利得ベクトル更新手段は、さらに、
上記複数の加算部Ｐ６の各出力の大きさの２乗値を計算するための複数の乗算部Ｐ７と、
上記複数の乗算部Ｐ７の全ての加算出力の合計を算出するための加算部Ｐ８と、
上記加算部Ｐ８の加算出力の平方根を得るための平方根計算部Ｐ９と、
上記加算部Ｐ６の各加算出力を上記平方根計算部Ｐ９の計算結果で除算するための複数の除算部Ｐ１０とを備えることを特徴とする請求項１１記載の信号処理装置。
【請求項１３】
所定の配列と間隔に設置される複数のアンテナ素子を具備した配列アンテナを有する通信システムにてビームパターンを制御することにより干渉を最小化し、雑音の影響を低減するための信号処理方法において、
予め決めた所定利得値（μ）と，対応するアンテナ素子で受信された信号から得られた各素子の信号ベクトル（ｘ（ｔ）），及び現在の利得ベクトル更新時間（スナップショット）周期での最終合成アレイ出力信号（ｙ（ｔ））を以下の式（数８）に従って用いることによってガンマ（γ（ｋ））を計算するガンマ値計算ステップと、
上記ガンマ値計算ステップで計算された上記ガンマ（γ（ｋ）），上記利得ベクトル（ｗ）の現在の値，上記所定利得値（μ），上記信号ベクトル（ｘ（ｔ）），及び上記最終合成アレイ出力信号（ｙ（ｔ））を以下の式（数９）に従って用いることによって利得ベクトル（ｗ）を更新する利得ベクトル更新ステップと
を備えることを特徴とする信号処理方法。
【数８】
0003885104.tif 000078
【数９】
0003885104.tif 000079
【請求項１４】
上記ガンマ（γ）計算ステップは、
上記最終合成アレイ出力信号（ｙ（ｔ））の大きさの２乗値を計算する第１のステップ（ａ−１）と、
上記所定利得値の逆数（１／μ）を上記第１のステップ（ａ−１）の乗算出力結果に加算する第２のステップ（ａ−２）と、
上記第２のステップ（ａ−２）の加算出力結果を示すＡの値の２乗値を計算するための第３のステップ（ａ−３）と、
上記信号ベクトル（ｘ）の各成分の大きさの２乗値を計算する第４のステップ（ａ−４）と、
上記第４のステップ（ａ−４）の全ての乗算結果を加算するための第５のステップ（ａ−５）と、
上記第５のステップ（ａ−５）の加算結果に上記所定利得値（μ）の逆数（１／μ）の２倍（２／μ）を加算する第６のステップ（ａ−６）と、
上記第１のステップ（ａ−１）の乗算結果（｜ｙ２｜）を、上記第６のステップ（ａ−６）の加算結果に乗算する第７のステップ（ａ−７）と、
上記第３のステップ（ａ−３）の乗算結果Ａ２から、上記第７のステップ（ａ−７）の乗算結果を示すＢを減算するための第８のステップ（ａ−８）と、
上記第８のステップ（ａ−８）の加算結果の平方根を生成するための第９のステップ（ａ−９）と、
上記第２のステップ（ａ−２）の加算結果から上記第９のステップ（ａ−９）の結果を減算するための第１０のステップとを備え、
【数１０】
0003885104.tif 000080
のガンマ値（γ）を計算することを特徴とする請求項１３記載の信号処理方法。
【請求項１５】
上記利得ベクトル更新ステップは、
上記ガンマ値（γ）に上記所定利得値（μ）を乗算する第１のステップ（ｂ−１）と、
１から上記第１のステップ（ｂ−１）の乗算結果を減算するための第２のステップ（ｂ−２）と、
上記第２のステップ（ｂ−２）の加算結果に上記利得ベクトルの各成分の現在の値を乗算するための第３のステップ（ｂ−３）と、
上記最終合成アレイ出力信号（ｙ（ｔ））の複素共役と上記所定利得値（μ）とを乗算する第４のステップ（ｂ−４）と、
上記信号ベクトル（ｘ）の各成分と上記第４のステップ（ｂ−４）の乗算結果とを乗算するための第５のステップ（ｂ−５）と、
上記第５のステップ（ｂ−５）の対応する出力に上記第３のステップ（ｂ−３）の各乗算出力を加算する第６のステップ（ｂ−６）とを備え、
ｗ←（１−μγ）ｗ＋μｙ＊ｘに基づいて利得ベクトルを更新することを特徴とする請求項１３記載の信号処理方法。
【請求項１６】
上記利得ベクトル更新ステップは、
上記ガンマ値（γ）に上記所定利得値（μ）を乗算する第１のステップ（ｂ−１）と、
１から上記第１のステップ（ｂ−１）の乗算結果を減算するための第２のステップ（ｂ−２）と、
上記第２のステップ（ｂ−２）の加算結果に上記利得ベクトルの各成分の現在の値を乗算するための第３のステップ（ｂ−３）と、
上記最終合成アレイ出力信号（ｙ（ｔ））の複素共役と上記所定利得値（μ）とを乗算する第４のステップ（ｂ−４）と、
上記信号ベクトル（ｘ）の各成分と上記第４のステップ（ｂ−４）の乗算結果とを乗算するための第５のステップ（ｂ−５）と、
上記第５のステップ（ｂ−５）の対応する出力に上記第３のステップ（ｂ−３）の各乗算出力を加算する第６のステップ（ｂ−６）と、
上記第６のステップ（ｂ−６）の各出力の大きさの２乗値を計算するための第７のステップ（ｂ−７）と、
上記第７のステップ（ｂ−７）の全ての加算出力の合計を算出するための第８のステップ（ｂ−８）と、
上記第８のステップ（ｂ−８）の加算出力の平方根を得るための第９のステップ（ｂ−９）と、
上記第６のステップ（ｂ−６）の各加算出力を上記第９のステップ（ｂ−９）の計算結果で除算するための第１０のステップ（ｂ−１０）と
を備えることを特徴とする請求項１３記載の信号処理方法。
【請求項１７】
所定の配列と間隔に設置される複数のアンテナ素子を具備した配列アンテナを有する通信システムにてビームパターンを制御することにより干渉を最小化し、雑音の影響を低減するための信号処理装置において、
毎利得ベクトル更新時間（スナップショット）周期ごとに信号ベクトル（ｘ）を用いることにより自己相関行列を生成する自己相関行列生成手段と、
上記自己相関行列（
【数１１】
0003885104.tif 000081
）、予め決めた所定利得値（μ）及び上記利得ベクトル（ｗ）の現在の値を用いることによってガンマ（γ）の値を計算するガンマ値計算手段と、
上記ガンマ値計算手段により計算されたガンマ値（γ）、上記自己相関行列（
【数１２】
0003885104.tif 000082
）、上記所定利得値（μ）及び上記利得ベクトル（ｗ）の現在の値を用いることによって利得ベクトル（ｗ）を更新する利得ベクトル更新手段と
を有することを特徴とする信号処理装置。
【請求項１８】
上記利得ベクトル（ｗ）は、上記配列アンテナの各アンテナ素子で受信された各信号の自己相関行列の最大の固有値に対応する固有ベクトルの値によって決定されることを特徴とする請求項１７記載の信号処理装置。
【請求項１９】
上記利得ベクトル（ｗ）は、上記最大の固有値に対応する上記固有ベクトルのビームパターン特性を変更することなく上記利得ベクトルを修正するために、上記自己相関行列の上記最大の固有値に対応する上記固有ベクトルの各素子に所定の定数を掛けることにより決定されることを特徴とする請求項１８記載の信号処理装置。
【請求項２０】
上記利得ベクトル（ｗ）は、正規化された固有ベクトルの大きさが１になり、また上記最大の固有値に対応する上記固有ベクトルの上記ビームパターン特性が変更されないままでいるように、上記自己相関行列の最大の固有値に対応する上記固有ベクトルを正規化することにより決定されることを特徴とする請求項１８記載の信号処理装置。
【請求項２１】
上記自己相関行列は以下に与えられた式にて示す第１項及び第２項を加えることによって計算されることを特徴とする請求項１８記載の信号処理装置。
【数１３】
0003885104.tif 000083
（但し、
【数１４】
0003885104.tif 000084
と
【数１５】
0003885104.tif 000085
は各々Ｊ＋１番目とＪ番目のスナップショットの自己相関行列で、ｆは０と１の間の忘却ファクタ、Ｔｓはスナップショット周期で、上添字Ｈはハミシャン（Hermitiam）演算子である。また、式において、上記第１項は、０と１の間の大きさの忘却ファクタが掛けられた直前のスナップショットでの自己相関行列であり、上記第２項は現在のスナップショット周期での上記配列アンテナの各アンテナ素子から得られた上記信号ベクトル（ｘ（ｔ））により計算された信号行列である。
【請求項２２】
上記最大の固有値に対応する上記固有ベクトルは、
最初のスナップショット周期の間上記基準アンテナ素子で受信された信号の位相に上記結果として生じたアレイ出力が同調されるようなやり方で各成分の位相が修正される受信信号ベクトル（ｘ（０））の正規化値を用いて上記利得ベクトルを決定する処理（ａ）と、
各スナップショット周期の条件｜ｗ（ｋ）｜２＝１を満足して、所定のコスト関数、
【数１６】
0003885104.tif 000086
が最大とされ、かつ第２のスナップショット周期以降、各スナップショット周期における上記基準アンテナ素子で受信される上記信号に乗算される利得ベクトルが実数として保持されるようなやり方で直前のスナップショット周期の上記利得ベクトルを更新する処理（ｂ）と
により計算されることを特徴とする請求項１８記載の信号処理装置。
【請求項２３】
上記基準アンテナ素子は、上記全てのアンテナ素子のなかで、現在のスナップショット周期で位相が最新となる信号が誘起されるアンテナ素子に決定されることを特徴とする請求項２２記載の信号処理装置。
【請求項２４】
上記基準アンテナ素子は、上記全てのアンテナ素子のなかで、現在のスナップショット周期において通信する信号源からの物理的距離が上記アンテナアレイの他のアンテナ素子に比較して最も離れたアンテナ素子に決定されることを特徴とする請求項２２記載の信号処理装置。
【請求項２５】
上記ガンマ計算部は、
自己相関行列の各行を、
【数１７】
0003885104.tif 000087
のような、ベクトルＥを生成するために、上記信号ベクトルの現在の値に乗算する第１の乗算手段と、
上記利得ベクトルの各成分の複素共役を、Ｅの対応する要素に、λ＝ｗＨＥのように乗算する第２の乗算手段と、
ベクトルＥのＬ２正規化値を、Ｆ＝ＥＨＥ のように計算する第１の計算手段と、
上記所定利得値（μ）の逆数の２倍を、λにＧ＝２／μλのように乗算する第３の乗算手段と、
上記所定利得値（μ）の逆数を、λにＡ＝（１／μ）＋λのように加算する第１の加算手段と、
Ａの値の２乗値をＣ＝Ａ２のように計算する第２の計算手段と、
ＦをＧに加算し、Ｂ＝Ｆ＋Ｇを得る第２の加算手段と、
ガンマをγ＝Ａ−√（Ｃ−Ｂ）のように計算する第３の計算手段と
を備えてなることを特徴とする請求項１７記載の信号処理装置。
【請求項２６】
上記利得ベクトル更新部は、
上記所定利得値（μ）にガンマ値（γ）を乗算し、ρ１＝μγとする第１の乗算手段と、
第１の乗算手段の乗算結果を１から減算し、ρ２＝１−ρ１とする減算手段と、
上記減算手段の結果を、合成行列
【数１８】
0003885104.tif 000088
を生成するため、行列の主対角線（main diagonal）の各要素
【数１９】
0003885104.tif 000089
に、
【数２０】
0003885104.tif 000090
をマトリスクの識別子として、
【数２１】
0003885104.tif 000091
のように加算する加算手段と、
更新された利得ベクトルを生成するために、行列
【数２２】
0003885104.tif 000092
に利得ベクトルｗの現在の値を、
【数２３】
0003885104.tif 000093
のように乗算する第２の乗算手段と
を備えることを特徴とする請求項１７記載の信号処理装置。
【請求項２７】
上記利得ベクトル更新部は、
上記所定利得値（μ）にガンマ値（γ）を乗算し、ρ１＝μγとする第１の乗算手段と、
第１の乗算手段の乗算結果を１から減算し、ρ２＝１−ρ１とする減算手段と、
上記減算手段の結果を、合成行列
【数２４】
0003885104.tif 000094
を生成するため、行列の主対角線（main diagonal）の各要素
【数２５】
0003885104.tif 000095
に、
【数２６】
0003885104.tif 000096
をマトリスクの識別子として、
【数２７】
0003885104.tif 000097
のように加算する加算手段と、
更新された利得ベクトルを生成するために、行列
【数２８】
0003885104.tif 000098
に利得ベクトルｗの現在の値を、
【数２９】
0003885104.tif 000099
のように乗算する第２の乗算手段と、
ベクトルＤの各要素の大きさを、２乗し、さらに２乗した結果を全て加算合計し、ｉを１からＮまでとするとき、ρ３＝Σ｜Ｄｉ｜２を計算する計算手段と、
ベクトルＤを、更新ベクトルを得るためにρ３によって除算し、ｗ←Ｄ／√ρ３とする除算手段とを備えることを特徴とする請求項１７記載の信号処理装置。
【請求項２８】
所定の配列と間隔に設置される複数のアンテナ素子を具備した配列アンテナを有する通信システムにてビームパターンを制御することにより干渉を最小化し、雑音の影響を低減するための信号処理方法において、
毎利得ベクトル更新時間（スナップショット）周期ごとに信号ベクトル（ｘ）を用いることによって受信された信号の自己相関行列（
【数３０】
0003885104.tif 000100
）を生成するステップ（ａ）と、
予め決めた所定利得値（μ）、上記利得ベクトル（ｗ）の現在の値、及び各スナップショット周期の信号の自己相関行列（
【数３１】
0003885104.tif 000101
）を用いることによってガンマ値（γ）を計算するステップ（ｂ）と、
上記ガンマ値（γ）、上記利得ベクトル（ｗ）の現在の値、上記所定利得（μ）及び上記自己相関行列（
【数３２】
0003885104.tif 000102
）を用いることにより上記利得ベクトル（ｗ）を更新するステップ（ｃ）と
を備えることを特徴とする信号処理方法。
【請求項２９】
上記ガンマ値（γ）を計算するステップ（ｂ）は、
自己相関行列の各行を、
【数３３】
0003885104.tif 000103
のような、ベクトルＥを生成するために、上記信号ベクトルの現在の値に乗算する乗算ステップ（ｂ−１）と、
上記利得ベクトルの各成分の複素共役を、Ｅの対応する要素に、λ＝ｗＨＥのように乗算する乗算ステップ（ｂ−２）と、
ベクトルＥのＬ２正規化値を、Ｆ＝ＥＨＥ のように計算する計算ステップ（ｂ−３）と、
上記所定利得値（μ）の逆数の２倍を、λにＧ＝２／μλのように乗算する乗算ステップ（ｂ−４）と、
上記所定利得値（μ）の逆数を、λにＡ＝（１／μ）＋λのように加算する加算ステップ（ｂ−５）と、
Ａの値の２乗値をＣ＝Ａ２のように計算する計算ステップ（ｂ−６）と、
ＦをＧに加算し、Ｂ＝Ｆ＋Ｇを得る加算ステップ（ｂ−７）と、
ガンマ値γをγ＝Ａ−√（Ｃ−Ｂ）のように計算する計算ステップ（ｂ−８）と
を備えてなることを特徴とする請求項２８記載の信号処理方法。
【請求項３０】
上記利得ベクトル（ｗ）を更新するステップ（ｃ）は、
上記所定利得値（μ）にガンマ値（γ）を乗算し、ρ１＝μγとする乗算ステップ（ｃ−１）と、
上記乗算ステップ（ｃ−１）の乗算結果を１から減算し、ρ２＝１−ρ１とする減算ステップ（ｃ−２）と、
上記減算ステップ（ｃ−２）の結果を、合成行列
【数３４】
0003885104.tif 000104
を生成するため、行列の主対角線（main diagonal）の各要素
【数３５】
0003885104.tif 000105
に、
【数３６】
0003885104.tif 000106
をマトリスクの識別子として、
【数３７】
0003885104.tif 000107
のように加算する加算ステップ（ｃ−３）と、
更新された利得ベクトルを生成するために、行列
【数３８】
0003885104.tif 000108
に利得ベクトル（ｗ）の現在の値を、
【数３９】
0003885104.tif 000109
のように乗算する乗算ステップ（ｃ−４）と
を備えることを特徴とする請求項２８記載の信号処理方法。
【請求項３１】
上記利得ベクトル（ｗ）を更新するステップ（ｃ）は、
上記所定利得値（μ）にガンマ値（γ）を乗算し、ρ１＝μγとする乗算ステップ（ｃ−１）と、
上記乗算ステップ（ｃ−１）の乗算結果を１から減算し、ρ２＝１−ρ１とする減算ステップ（ｃ−２）と、
上記減算ステップ（ｃ−２）の結果を、合成行列
【数４０】
0003885104.tif 000110
を生成するため、行列の主対角線（main diagonal）の各要素
【数４１】
0003885104.tif 000111
に、
【数４２】
0003885104.tif 000112
をマトリスクの識別子として、
【数４３】
0003885104.tif 000113
のように加算する加算ステップ（ｃ−３）と、
更新された利得ベクトルを生成するために、行列
【数４４】
0003885104.tif 000114
に利得ベクトルｗの現在の値を、
【数４５】
0003885104.tif 000115
のように乗算する乗算ステップ（ｃ−４）と、
ベクトルＤの各要素の大きさを、２乗し、さらに２乗した結果を全て加算合計し、ｉを１からＮまでとするとき、ρ３＝Σ｜Ｄｉ｜２を計算する計算ステップ（ｃ−５）と、
ベクトルＤを、更新ベクトルを得るためにρ３によって除算し、ｗ←Ｄ／√ρ３とする除算ステップ（ｃ−６）とを備えることを特徴とする請求項２８記載の信号処理方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は無線通信システムのための信号処理技術に関する。特に、アンテナアレイ（配列）を利用した通信システムにあって、実時間でビームパターンを制御することにより、干渉及び雑音の影響を低減するための信号処理装置及び方法に関する。
【０００２】
【従来技術】
一般的に、ある送信装置によって送信される原信号（以下、単に所望の信号という）は、受信装置では常に他の複数の干渉信号と一緒に受信される。
【０００３】
遠距離通信システムにおいて、歪みのレベルは所望の信号の電力と全ての干渉信号の電力の合計との比によって決定される。このため、もし所望の信号のレベルが各干渉信号のレベルよりも高いとしても、上記通信システムの歪みは、干渉信号の数に比例して増加する全ての干渉信号の合計電力が高くなったとき、重大な問題を引き起こす。従来の遠距離通信システムにおいては、所望の信号から干渉信号の情報を抜き取るのは困難であった。
【０００４】
上記干渉信号によって引き起こされる問題を改善するための対応策としてアンテナアレイシステム（配列アンテナシステム）が考えられてきたが、実際の遠距離通信システムにあってアンテナアレイシステムを統合するための現実的な方法は、まだ提案されていない。従来のアンテナアレイシステムを用いることの問題は（それはEigen-Decompositionの理論に基づいている問題である）、主としてアンテナアレイシステムの複雑さと、遠距離通信システムにおける実時間処理には大規模すぎる動作速度である。
【０００５】
上記アンテナアレイシステムについての従来技術は、次の参照文献に紹介されている。
【０００６】
【参照文献】
[1]
M. Kaveh and A. J. Barabell, "The Statistical Performance of the MUSIC and Minimum-Norm Algorithms for Resolving Plane Waves in Noise," IEEE Trans., Acoust., speech and signal process., vol. ASSP-34,pp. 331-341, April 1986.
[2]
T. Denidni and G. Y. Delisle, "A Nonlinear Algorithm for Outpot Power Maximization of an Indoor Adaptive Phased Araay," IEEE Electromagnetic Compatibillity, vol. 37, no.2, pp. 201-209, May, 1995.
[3]
B. G. Agee, S. V. "Schell, and W. A. Gardner, "Spectral Self-Coherence Restoral : A New Approach to Blind Adaptive Signal Extraction Using Antenna Arrays", Proc. of IEEE, Vol. 78, No. 4, pp. 753-767, Apr 1990.
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
アンテナアレイシステムの設計についての従来の技術の問題は、第１に、（上記[3]の文献を除いて）上記所望の信号の先験的な位置選定の知識が必要とされることである。第２に、実行できないほどの実時間処理のためのたくさんの計算が要求されることである。とりわけ、所望の信号の到着角度、又は信号源の合計数が不明であるときに、要求される計算量は、移動体通信のような現実的な信号環境にアンテナアレイシステムを統合するという従来の方法への適用を不可能とするほど、大規模となる。アンテナアレイシステムの設計の従来方法の他の望ましくない特徴は、構成された上記システムの能力及び／又は複雑さが上記干渉信号に関する上記所望の信号の可干渉性及び／又は相互相関性に影響されることである。これは、上記信号が十分又は不十分に可干渉しているとき、アンテナアレイシステムがしばしば付加的な複雑さを要求されることを意味し、それゆえ、得られるシステムが、特に移動体通信で大変重要な実時間処理のために複雑過ぎるものとなる。上記参照文献３として示した別の従来方法は、上記所望の信号が適切な時間差で固有の周波数分離を伴う干渉信号から抽出できないときには、少しも動作しない。
【０００８】
この発明は、所望の信号の方向に沿って最大利得を得、干渉信号の方向に沿って利得を相対的に低レベルに維持する適切なビームパターンを提供するアンテナアレイシステムを設計する新しい信号処理技術を導くものである。
【０００９】
上記所望の信号が各干渉信号の振幅よりも十分に広いという仮定の下、上記提案された技術は、干渉信号はもちろん所望の信号についてのどんな知識の要求も不要として、望ましいビームパターンを発生する。
【００１０】
上記提案された技術の他の重要及び特長的な仕様は、必要とされる合計の計算量が小規模なので、上記アンテナアレイシステムの最適なパラメータはリアルタイムの基準で生成される。実際は、この発明で導入されているアンテナアレイシステムのビーム形成モジュールを構成している信号処理装置は、規格品ですぐ手に入るデジタル信号処理装置のような、標準のもので容易に実施される。
【００１１】
本発明の主の目的は、信号処理装置を設計する新しい方法を提供することである。換言すれば、一つのセルの中で各加入者の信号を受信及び送信するための移動体通信の基地局で、上記セルの各加入者のために個別に割り当てされる適切なビームパターンを適用するための、上記アンテナアレイシステムの上記ビーム形成モジュールを、提供することである。上記提案される技術は、移動体通信と同様に、ＷＬＬ（無線ローカルループ）や他の固定通信のような信号環境においても適用可能である。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明の目的は、上記適正なビームパターンによって干渉と雑音の影響を低減することにより、通信品質を向上させ、かつ通信容量を増加させる信号処理装置と方法を提供することである。
【００１３】
また、本発明の信号処理装置及び方法は、適正なビームパターンを生成するための簡易化された計算技術を提供する。この簡易化された計算技術によって生成される適正なビームパターンは、所望の信号の方向に沿って最大の利得を持ち、かつ干渉信号の方向に向かっては可能な限り利得を低レベルに整備する。
【００１４】
上記本発明の目的を達成するために、アンテナアレイシステムを備える遠距離通信システムのビームパターンを制御することにより、干渉を最小化し、雑音の影響を低減するための以下の信号処理装置を開示する。
【００１５】
この信号処理装置は、予め決めた所定利得値（μ）と，対応するアンテナ素子で受信された信号から得られた各素子の信号ベクトル（ｘ（ｔ）），及び現在の利得ベクトル更新時間（スナップショット）周期での最終合成アレイ出力信号（ｙ（ｔ））を以下の式（数４６）に従って用いることによってガンマ（γ（ｋ））を計算するガンマ値計算手段と、上記ガンマ（γ（ｋ）），上記利得ベクトル（ｗ）の現在の値，上記所定利得値（μ），上記信号ベクトル（ｘ（ｔ）），及び上記最終合成アレイ出力信号（ｙ（ｔ））を以下の式（数４７）に従って用いることによって利得ベクトル（ｗ）を更新する利得ベクトル更新手段とからなる。
【００１６】
【数４６】
0003885104.tif 000002
【数４７】
0003885104.tif 000003
本発明の他の特徴は、アンテナアレイシステムを備える遠距離通信システムのビームパターンを制御することにより、干渉を最小化し、雑音の影響を低減するための以下の信号処理方法を開示する。
【００１７】
この信号処理方法は、予め決めた所定利得値（μ），信号ベクトル（ｘ（ｔ）），及び現在の利得ベクトル更新時間（スナップショット）周期での最終合成アレイ出力信号（ｙ（ｔ））を以下の式（数４８）に従って用いることによってガンマ（γ（ｋ））を計算する計算ステップと、上記ガンマ（γ（ｋ）），上記利得ベクトル（ｗ）の現在の値，上記所定利得値（μ），上記信号ベクトル（ｘ（ｔ）），及び上記最終合成アレイ出力信号（ｙ（ｔ））を以下の式（数４９）に従って用いることによって利得ベクトル（ｗ）を更新する更新ステップとから成る。
【００１８】
【数４８】
0003885104.tif 000004
【数４９】
0003885104.tif 000005
本発明の他の特徴は、アンテナアレイシステムを備える遠距離通信システムのビームパターンを制御することにより、干渉を最小化し、雑音の影響を低減するための以下の信号処理装置を開示する。
【００１９】
この信号処理装置は、毎利得ベクトル更新時間（スナップショット）周期毎の上記信号ベクトル（ｘ）を用いることによって受信信号の自己相関行列（
【数５０】
0003885104.tif 000006
）を生成する自己相関行列生成手段と、各スナップショット周期で予め決めた所定利得値（μ），上記利得ベクトル（ｗ）の現在の値及び上記自己相関行列（
【数５１】
0003885104.tif 000007
）を用いることで上記ガンマ（γ）を計算するガンマ値計算手段と、上記ガンマ（γ），利得ベクトル（ｗ）の現在の値，上記所定利得値（μ）及び上記自己相関行列（
【数５２】
0003885104.tif 000008
）を用いることによって上記利得ベクトル（ｗ）の値を更新する更新手段とから成る。
【００２０】
さらに、本発明の他の特徴は、アンテナアレイシステムを備える遠距離通信システムのビームパターンを制御することにより、干渉を最小化し、雑音の影響を低減するための以下の信号処理方法を開示する。
【００２１】
この信号処理方法は、毎利得ベクトル更新時間（スナップショット）周期毎の上記信号ベクトル（ｘ）を用いることによって受信信号の自己相関行列（
【数５３】
0003885104.tif 000009
）を生成する自己相関行列生成ステップと、各スナップショット周期で予め決めた所定利得値（μ），上記利得ベクトル（ｗ）の現在の値及び上記自己相関行列（
【数５４】
0003885104.tif 000010
）を用いることで上記ガンマ（γ）を計算するガンマ値計算ステップと、上記ガンマ（γ），上記利得ベクトル（ｗ）の現在の値，上記所定利得値（μ）及び上記自己相関行列（
【数５５】
0003885104.tif 000011
）を用いることによって上記利得ベクトル（ｗ）の値を更新する更新ステップとから成る。
【００２２】
【発明の実施の形態】
本発明の好ましい実施例について添付図面を参照しながら以下に説明する。
【００２３】
本発明に係る信号処理装置は、所望の信号の方向に沿って最大利得を持ち、他の方向には可能な限り低レベルに利得を維持するビームパターンを生成する。
【００２４】
言い換えると、この発明はビームパターンを形成するのに望ましいやり方で、また、配列アンテナシステムの出力結果として、利得ベクトル“ｗ”を決定している。すなわち、アンテナ素子で引き起こされる信号のユークリッド内積と複素利得ベクトルは、可能な限り所望の値に近づけられるべきである。
【００２５】
もし、複素利得ベクトルの全てのエレメントの大きさが１に正規化されると、複素利得ベクトルｗの対応するエレメントによって各アンテナ素子で受信される信号を合成することは、上記合成利得ベクトルの各対応エレメントの位相項の合計量により、信号に位相遅延を加えることと等価である。したがって、利得ベクトルによって信号ベクトルを合成することは、利得ベクトルの位相項の量によって信号ベクトルの位相を合成することと等価である。
【００２６】
上記記述によれば、２πｆｃ隔てたφｉの量によるｉ番目のアンテナ素子によって受信された信号に時間遅延を付加することと等価な効果を得ることができる。ここで、φｉはｉ番目のアンテナで受信された信号に加えられる位相遅延を示し、またｆｃはキャリア周波数を示す。
【００２７】
信号源の数がＭ個である信号環境でアンテナ素子の個数がＮとする。λｃをキャリア周波数の波長として示すときに、線形配列アンテナシステムが、隣接したアンテナ素子間に、λｃ／２という一様な間隔を持つとき、ｋ番目のアンテナ素子で誘起される信号は、周波数の低域遷移（変換）の後に、以下に示すことができる。
【００２８】
【数５６】
0003885104.tif 000012
ここで、θｍはｍ番目の信号の入射角を示す。また、Ｓｍ（ｔ）は受信最終段で観察されたｋ番目に伝達された信号を示す。
【００２９】
式（数５６）にあって下添え字のｋは、アンテナ素子を表す。基準のアンテナ素子は、ｋ＝１が割り当てられる。また、他のアンテナ素子は、それぞれのアンテナ素子に誘発される信号の位相の大きさに応じて、ｋ＝２，３，・・・という番号が割り当てられる。
【００３０】
式（数５６）において、Ｍ個の信号のうちの一つが所望の信号である。例えば、Ｓ１（ｔ）が所望の信号であるとき、アンテナアレイシステムにあってＳ１（ｔ）が受信されなければならない、一方、Ｍ−１個の他の信号、すなわちＳ２（ｔ）、Ｓ３（ｔ），・・・ＳＭ（ｔ）は、良好な信号受信状態にあって、雑音ｎｋ（ｔ）と共に除去される干渉信号である。
【００３１】
式（数５６）は一様な半波長間隔の線形なアレイに有効であるが、この発明において与えられている技術は、一様でない間隔又は線形でないアレイシステムにも、広く適用可能である。
【００３２】
一様でない間隔のアレイにとって、基準となるアンテナ素子からｋ番目のアンテナ素子の距離がｄｋであるならば、ｋ番目のアンテナで誘発される信号には、上記基準アンテナ素子の信号の位相と比較して以下の式（数５７）で示される位相差が現れる。
【００３３】
【数５７】
0003885104.tif 000013
このため、一様でない間隔及び／又は非線形なアレイシステムのｋ番目のアンテナ素子で誘発される信号は、以下の式（数５８）で表される。
【００３４】
【数５８】
0003885104.tif 000014
この発明において、各アンテナ素子に付加される正の量の位相遅延を作りだすために、基準のアンテナ素子は、受信アレイにおいて、最新の位相を持つ誘起信号のアンテナ素子として定義される。
【００３５】
上述のように説明したやり方で基準アンテナ素子を定義し、基準アンテナ素子の信号に０位相遅延を付加し、また、他のアンテナ素子の信号に適切な正の位相遅延量を付加することによって、配列アンテナシステムは、容易に設計することができる。
【００３６】
配列アンテナシステムがＮ個のアンテナ素子からなれば、上記アレイはＮ×１の信号ベクトルを全てのスナップショット毎に受信する。受信された信号の上記自己相関行列は、式（数５９）に示される。
【００３７】
この明細書のスナップショットという語句は、新しい信号ベクトルを受信することで新しい利得ベクトル（又は位相遅延ベクトル）が計算される間の時間間隔である。この発明において、上記新しい信号ベクトルを適合させるアンテナアレイシステムは、全てのスナップショット周期で受信される各新しい信号ベクトルのための適切な利得ベクトル（又は、位相遅延ベクトル）を決定することで各スナップショット周期ごとにあって計算される。
【００３８】
【数５９】
0003885104.tif 000015
下線を引いた量を表す記号は、ベクトル又は行列を表す。Ｔｓはスナップショット時間を示す。また、上付添え字のＨはハミシャン（Hermitiam）演算子である。エレメント番号がＮであるＮ×１シグナルベクトルｘ（ｔ）は、上記式（数５６）の中で説明された受信信号ｘｋ（ｔ）にて、ｋを１，２，・・・Ｎとしたときには、次の式（数６０）となる。
【００３９】
【数６０】
0003885104.tif 000016
ここで、上添え字Ｔは変換演算子を示す。
【００４０】
しかし、式（数６０）は、すべての信号成分の到達角度が変更されないときにのみ有効である。移動体通信環境のように、通信中に各信号源が移動する時間変化のある環境下にあっては、自己相関行列は、式（数６０）から得ることができない。全てのスナップショットで信号源の到達角度がことなるためである。
【００４１】
それゆえ、時間が刻々と変わる環境下にあっては、自己相関行列を計算するには、以下に示す反復の方法が推奨される。
【００４２】
【数６１】
0003885104.tif 000017
（但し、
【数６２】
0003885104.tif 000018
と
【数６３】
0003885104.tif 000019
は各々Ｊ＋１番目とＪ番目のスナップショットにおける、自己相関行列を示す。また、ｆは０と１の間の忘却ファクタを示す。
【００４３】
通信環境、特に移動体通信のような環境は、通常、時間が刻々と変化する環境なので、この発明の自己相関行列は式（数５９）よりも式（数６１）で計算される。
【００４４】
いくつかの計算シミュレーションから、陸上移動体通信において最上の能力を発揮するためには、忘却ファクタｆの値を０．８から０．９９の範囲にセットすることが推奨される。
【００４５】
以下には、実際のアプリケーションの実例を挙げながら、最適な配列アンテナシステムを設計する方法をさらに詳細に説明する。
【００４６】
式（数５９）又は式（数６１）によって決定される、自己相関行列の固有値｛λｉ｝は、大きさによってλ１＞  λ２＞・・・＞λＮと並べられる。最大の固有値λ１は、信号の総個数Ｍとアンテナ素子の個数Ｎに関係なしに信号成分などにより決定される固有値である。従って、上記最大の固有値λ１に対応する正規化された固有ベクトルをｅ１とすると、ｅ１は次のように信号副空間（signal subspace）に存在することがわかる。
【００４７】
【数６４】
0003885104.tif 000020
ここで、合成量γｉは、所望の信号及び干渉信号の大きさと配分によって一義に決められる。また、ベクトルａ（θｉ）は次の式によるｉ番目の入射信号の入射角θｉにより決定される方向ベクトルである。
【００４８】
【数６５】
0003885104.tif 000021
ところで、以下の式（数６６）に示される状態が満足されるように、所望の信号の大きさが各干渉信号より十分に大きいと想定してみる。
【００４９】
【数６６】
0003885104.tif 000022
式（数６６）を満足する信号環境下において、固有ベクトル値ｅ１を次の式（数６７）のように近似化できる。
【００５０】
【数６７】
0003885104.tif 000023
ここで、ｅ１は所望の信号の入射角により決定される方向ベクトルａ（θ１）と殆ど同一な方向になる。従って、所望の信号レベルが干渉信号の夫々のレベルより十分に大きいという条件では、各アンテナ素子に加える利得ベクトルｗを最大固有値の常用ベクトルｅ１と決定すると、配列アンテナのビームパターンは最大利得を原信号の方向であるθ１の方に近似になる。
【００５１】
それゆえ、所望の信号が各干渉信号より十分大きいという状態のもとで、もし、配列アンテナシステムのアンテナ素子に付加された利得ベクトルがアレイシステムに影響を及ぼす信号の自己相関行列の最大固有ベクトル値に対応する固有ベクトルによって決定されるのであれば、配列アンテナシステムの最大利得はおおよそ所望の信号源の方向に向かう。
【００５２】
上記検討の結論として、この発明において、利得ベクトルは次の式によって決定されることを提案する。
【００５３】
【数６８】
0003885104.tif 000024
ここで、固有ベクトルを常数で分けたことは配列アンテナの性能を分析するときの計算上の便利のためのことである。
【００５４】
次いで、最適な重みベクトルの計算の実際について考えてみる。
【００５５】
前述したように、所望の信号が各干渉信号よりもおおよそ大きいという信号環境のもとでは、所望の信号源の方向に沿っては最大利得を提供する望ましいビームパターンを有するアンテナアレイシステムは、自己相関行列の最大固有ベクトルλ１に対応する正規化固有ベクトルｅ１と共に重みベクトルｗ（あるいは利得ベクトル）を取ることによって得られる。
【００５６】
しかしながら、自己相関行列を得るのは、式（数５９）及び式（数６１）に示したたくさんの計算を要求する。さらに行列の最大固有値に対応する固有ベクトルを計算することは単純なタスクではない。さらにもっと複雑にする問題は、全てのスナップショットで固有ベクトルが変化して得られるように、各信号の到達角度が移動体通信でも全てのスナップショットで変化することである。
【００５７】
上記困難を考慮して、この発明は、重みベクトルｗを反復経路における固有ベクトルｅ１に近づける計算方法を紹介する。これは、重みベクトルｗは、次に示す式が意味する、反復経路を通った前スナップショットの解を更新することによって計算されることを意味する。
【００５８】
【数６９】
0003885104.tif 000025
ここで、独立変数ｋは、スナップショット番号を示すタイムインデックスである。また、μ及びｖ（ｋ）は、それぞれ所定利得値及び方向検索ベクトルである。特に、式（数６９）に示される利得ベクトルｗ（ｋ＋１）は、各スナップショット周期で利得ベクトルの大きさが１内で正規化されるべきであることを、言及しておく。
【００５９】
式（数６９）から、μ（ｋ）によって示される総計と、ｖ（ｋ）によって示される方向を用いて前スナップショット周期の解を更新することにより、現在のスナップショット周期における解が得られるのが分かる。
【００６０】
しかし、上述した反復方法における利得ベクトルの解を計算するためには、次に挙げる二つの課題が満足されなければならない。
【００６１】
第１は、始めに利得ベクトルの初期値ｗ（０）をどのようにセットするか？
第２は、各スナップショットで所定利得値μ及び方向検索ベクトルｖ（ｋ）をどのようにセットするか？
本発明にあっては、利得ベクトルの初期値ｗ（０）は、次に示す受信信号ベクトルｘ（０）から決定される。
【００６２】
【数７０】
0003885104.tif 000026
ここで、ｘ１（０）、すなわち信号ベクトルのはじめのエレメントであるｘ（０）は、まさしく最初のスナップショットでの基準アンテナ素子で誘発される信号である。ベクトルｗ（０）が式（数７０）によって決定される理由は、受信信号ベクトル自身ｘ（０）が、検索固有ベクトルの良好な近似値に違いないからである。なぜならば、初期のスナップショットでの行列のランクは、もし信号対雑音比（ＳＮＲ）が適度に高いと、まさしく最初のスナップショット周期で受信される信号と一致しなければならず、別個の０ではない固有ベクトルの数は１だけであるように、１であるからである。
【００６３】
Ｎがアンテナ素子の数を示す、アンテナアレイシステムを設計するための全ての手順を収束するために、所定利得値（μ）の大きさは、入力信号の平均パワーのＮ倍の逆数を超えないことが推奨される。
【００６４】
式（数７０）に示す初期値から始めることで、本発明は、式（数６１）に示した方法により重みベクトルを更新することでアンテナアレイシステムを設計する当たらしい技術を紹介する。前述したように、式（数６１）に示した重みベクトルを更新する重要なパートは、検索方向ベクトルｖ（ｋ）及び所定利得値μを決定することである。
【００６５】
検索方向ベクトルを見つけるために、次の式（数７１）のように定義されるコスト（損失）ファンクションを考慮してみる。
【００６６】
【数７１】
0003885104.tif 000027
式（数７１）の関数の最大値を見つけることで自己相関行列
【数７２】
0003885104.tif 000028
の最大固有値が得られ、また式（数７１）の関数の最大値に対応するベクトルｗは行列
【数７３】
0003885104.tif 000029
の最大固有値に対応する固有ベクトルであることが、数学的に正しいと確認される。
【００６７】
アンテナアレイシステムの利得ベクトルｗは、最大固有値に対応する固有ベクトルによって決定されるべきであるので、目標となる信号源の方向に沿って最大利得を持つ適正なビームパターンを形成するために、式（数７１）のコストファンクションを最大化する追跡方向ベクトルが見つけられる。
【００６８】
上述された望ましい方向検索ベクトルは、次の式（数７４）に示されるように、重みベクトルを０とし、式（７１）の関数の度合いをセットすることにより得られる。
【００６９】
【数７４】
0003885104.tif 000030
式（数６９）式に示された反復方法において式（数７４）を満たす利得ベクトルを計算するために、方向検索ベクトルｖ（ｋ）は式（数７４）の結果を用いて次の式（数７５）のようにセットされる。
【００７０】
【数７５】
0003885104.tif 000031
利得ベクトルｗを得るためには、ガンマ（γ）値は各スナップショットで計算されるべきであることが式（数７５）から分かる。上記ガンマの最適値は、式（数７１）の制約に、式（数７５）を代入することの結果として、ガンマを示す次の式（数７６）となる。
【００７１】
【数７６】
0003885104.tif 000032
式（数７６）は、次のように、二つになる。
【００７２】
【数７７】
0003885104.tif 000033
【数７８】
0003885104.tif 000034
を満たすガンマの値は次の式（数７９）ように得られる。
【００７３】
【数７９】
0003885104.tif 000035
ガンマの小さい値は、次の式（数８０）のように得られる。
【００７４】
【数８０】
0003885104.tif 000036
利得ベクトルの計算の全体手順は、次のように要約することができる。
【００７５】
第１段階で、利得ベクトルを、最初のスナップショット周期で、信号ベクトルを用いて、ｗ（０）＝ｘ（０）／ｘ１（０）とセットする。初期自己相関行列は、また、初期信号ベクトルを用いて、
【数８１】
0003885104.tif 000037
とセットする。
【００７６】
スナップショット周期を続けたままで、新しい信号ベクトルの受信毎に、式（数６１）に基づいて自己相関行列を更新する。ガンマ及び利得ベクトルの値は、それぞれ、式（数８０）及び式（数７５）にしたがって得られる。自己相関行列，ガンマ及び利得ベクトルの更新は、全スナップショット周期での新しい信号ベクトルを用いて繰り返される。
【００７７】
この発明で提供される技術にしたがえば、各スナップショット周期での、利得ベクトルの全手順の計算と、計算された利得ベクトルによる最終合成アレイ出力の取得は、非常に簡易化される。
【００７８】
すなわち、本実施例によると、原信号の方向はもちろん、すべての干渉信号成分の方向についた一切の事前情報を必要としないから、全体的な手順が画期的に単純化される。このため、本実施例によれば、周知の汎用プロセッサーを使っても移動通信をはじめて、大部分の実際の通信環境で信号再生及び送信が実時間で処理できるようになる。例えば、上記最適の利得ベクトルを求めるのに必要な総計算量は上記式（数６１）と式（数７４）及び式（数７１）に示すように、毎スナップショット周期ごとに約Ｏ（２Ｎ２＋６Ｎ）である。このため、コンピューターシミュレーションの結果、使用者の速さが１５０ｋｍ／ｈを超えない陸上移動通信では標準ＤＳＰチップ（digital signal processing chip）を利用しても技術的な難しさはないことが分かった。
【００７９】
上記のように反復的な方法を応用して所望のビームパターンを持つための利得ベクトルを求められる。このような信号処理方法は従来の方法よりは顕著に簡略化されたが、式（数６１）に現れたように毎スナップショットごとに自己相関行列を更新する必要があり、システムの複雑度はそのままである。従って、全体の処理をもっと簡略化するために、上記の信号処理方法で必要とする自己相関行列の計算時に忘却ファクタの値を特定値に調整する。即ち、式（数６１）で忘却ファクタの値を０に固定させてみる。これは、自己相関行列を現在の信号ベクトルのみに基づいて決定するという意味だから、前に提示されたすべての処理がずっと減るようになる。また、毎スナップショットでの入射角の変化が余りに大きい場合には、やむをえず過去の信号値などを自己相関行列に考慮することが不可能になるので、忘却ファクタを０にしたのは一般的な信号環境で適用されられる。まず、自己相関行列は次のように簡略化される。
【００８０】
【数８２】
0003885104.tif 000038
上記の式を数７４，７１に適用すれば追跡方向ベクトル、ガンマ値、及び利得ベクトルの更新過程のように簡略になる。
【００８１】
【数８３】
0003885104.tif 000039
【数８４】
0003885104.tif 000040
【数８５】
0003885104.tif 000041
【数８６】
0003885104.tif 000042
【数８７】
0003885104.tif 000043
（但し、ｙ（ｋ）はｋ番目のスナップショットでの配列アンテナの出力としてｙ（ｋ）＝ｗＨ（ｋ）ｘ（ｋ）に定義される。）
上記の式（数８３，８４）のように忘却ファクタを０に固定する場合、自己相関行列が現在のスナップショット周期のみの信号ベクトルだけで決められるから、最適の重みベクトルを求める処理が大幅に簡略化される。さらに、自己相関行列を毎スナップショット周期ごとに更新しないから行列その自体を計算する必要がなくなり、上記数６１の計算が省略される。
【００８２】
コンピューターシミュレーションから得られた数値結果から、上記で紹介した方法により自己相関行列を計算して忘却ファクタの値を最適値に設定したことにより、干渉信号について約１２乃至１５ｄＢぐらいの改善が得られたし、雑音についてはアンテナ素子の数ぐらい改善を得られる（即ち、実際の雑音電力は配列アンテナの出力端で約１／Ｎに減少）。
【００８３】
一方、瞬時値で自己相関行列を近似化した方法によると、雑音についてはほとんど対等の改善を得たし、干渉の場合は約１０乃至１２ｄＢの改善を得られた。結果的に忘却ファクタを導入して自己相関行列を瞬時値で近似化した簡略化技術により配列アンテナを設計することは、過去の信号値などを全部考慮して自己相関行列を計算した方法を導入して上記配列アンテナを設計する場合と比較すると、干渉信号について約２乃至３ｄＢぐらいの性能低下を引き起こすことがわかったが、全体的な処理が大幅に簡素化されるから、システムの実現を容易にし、かつ費用節減を得られるのである。瞬時信号値だけで簡略化された方法により配列アンテナを設計する場合、０（Ｎ２）の演算子は全部なくされて全体の処理に要求される総計算量は約７Ｎ＋１６個の加算（addition）と約４Ｎ＋７個の積算（multplication）になる。受信と送信をすべて考えた全体システムを具現するためには、受信モードで上記に説明された要領により最適の利得ベクトルを求めた後、その値により求めた位相値を送信モードにそのまま適用して最適なシステムが具現される。前述したように、理想的なビームパターンを提供するための信号処理装置を移動通信システムの基地局に具備する場合、通信容量の増大及び通信品質の改善と共に基地局内の全ての端末機のバッテリーの寿命を大幅に増大させる効果を得られる。即ち、基地局では通信しようとする加入者の方向にのみ主ビーム（ｍａｉｎｌｏｂｅ）を設定することにより従来技術による基地局の場合よりずっと高い送受信効率を達成できる。従って、該当端末機の送信電力を大幅に低くしても、円滑な通信が遂行されるようになる。そして、このように端末機の送信電力を低くすることは、端末機のバッテリーの寿命延長に直結するのである。
【００８４】
以下に、実施例を挙げることにより、本発明の信号処理装置及び信号処理方法について詳細に説明する。
【００８５】
＜第１実施例＞
本実施例では、配列アンテナを採用している通信システムで最適のビームパターンを作るために実時間で利得ベクトルを計算する信号処理装置を紹介する。本実施例では、自己相関行列を、式（数８２）に基づいて各スナップショット周期ごとに瞬時信号ベクトルに更新する。それゆえ、自己相関行列は、実質的には計算されない。前述したように、利得ベクトルは、式（数８７）から得られる。このような第１実施例の信号処理装置の具体例を以下に詳細に説明する。
【００８６】
図１は、第１実施例による信号処理装置の一実施例の構成ブロック図である。図１に示すように、本発明の第１実施例に係る信号処理装置は、ガンマ（γ（ｋ））を計算するためのガンマ計算部１１と、利得ベクトル（ｗ）を更新するための利得ベクトル更新部１２とを備える。
【００８７】
ガンマ計算部１１は、対応するアンテナ素子で受信された信号から得られたそれぞれのエレメントの、所定利得値（μ）と信号ベクトル（ｘ（ｔ）），及び現在のスナップショット周期での最終合成アレイ出力信号（ｙ（ｔ））を用いることによってガンマ（γ（ｋ））を計算する。
【００８８】
利得ベクトル更新部１２は、上記ガンマ（γ（ｋ）），上記利得ベクトル（ｗ）の現在の値，上記所定利得値（μ），上記信号ベクトル（ｘ（ｔ）），及び現在のスナップショット周期での上記最終合成アレイ出力信号（ｙ（ｔ））を用いることによって利得ベクトル（ｗ）を更新する。
【００８９】
上記の各部は、コンピューターシステムのソフトウェアの形で実施されても、また本発明のなかで与えられている処理に基づいて適切に設計されたハードウェアの形で実施されてもよい。この信号処理装置の最終的な目的は、現在のスナップショット周期で受信された信号ベクトルと利得ベクトル（ｗ）との間で内積を計算することによって、最終合成アレイ出力信号（ｙ（ｔ））を生成する配列アンテナを用いる通信システムのための最適なビームパターンを提供する利得ベクトル（ｗ）を生成することである。内積計算の詳細は、図５を用いて説明する。
【００９０】
図２には、図１に示した信号処理装置の一部であるガンマ計算部１１の詳細な構成例を示す。
【００９１】
図２に示すように、ガンマ計算部１１は、以下の部分を具備する。すなわち、最終合成アレイ出力（ｙ（ｔ））の大きさの２乗値を計算する乗算部Ｇ１と、上記所定利得値の逆数（１／μ）を上記乗算部Ｇ１の乗算出力結果に加算する加算部Ｇ２と、上記加算部Ｇ２の結果を示すＡの値の２乗値を計算するための乗算部Ｇ３と、上記信号ベクトル（ｘ）の各成分の大きさの２乗値を計算する複数の乗算部Ｇ４と、上記複数の乗算部Ｇ４の全ての乗算結果を加算するための加算部Ｇ５と、上記加算部Ｇ５の加算結果に上記所定利得値（μ）の逆数（１／μ）の２倍（２／μ）を加算する加算部Ｇ６と、上記乗算部Ｇ１の乗算結果（ｙ２）を、上記加算部Ｇ６の加算結果に乗算する乗算部Ｇ７と、上記乗算部Ｇ３の乗算結果Ａ２から、上記乗算部Ｇ７の乗算結果を示すＢを減算するための加算部Ｇ８と、上記加算部Ｇ８の加算結果の平方根を生成するための平方根計算部Ｇ１０と、上記加算部Ｇ２の加算結果から上記平方根計算部Ｇ１０の結果を減算するための加算部Ｇ９とを備える。
【００９２】
従って、現在のスナップショットでの利得ベクトル（ｗ）の各要素の複素共役と上記現スナップショットでの自己相関行列（
【数８８】
0003885104.tif 000044
）のそれぞれのカラム（column）の各要素を互いにかけてからその積の結果を足して得た値などでなるベクトルをＰベクトル（
【数８９】
0003885104.tif 000045
）とし、そのＰベクトルの各要素と上記現スナップショットでの利得ベクトルの各要素を互いにかけてからその結果を互いにたしてその足した結果を
【数９０】
0003885104.tif 000046
とし、λと上記予め設定した所定利得値の逆数の２倍（２／μ）を掛けた結果に上記ＰベクトルとＰベクトル自身の内積（inner product）を足した結果を
【数９１】
0003885104.tif 000047
とし、λと上記予め設定した所定利得値の逆数（１／λ）と足した結果を
【数９２】
0003885104.tif 000048
とすると、最終出力されるガンマ値は上記ＡからＡ２−Ｂの平方根を引いた値（式（数７））になる。
【００９３】
上述の各部は、コンピューターシステムのソフトウェア手段又はハードウェア手段によって実施される。その遂行過程を簡単に考察してみると次のようになる。
【００９４】
第１ステップで、上記最終合成アレイ出力の大きさの２乗値を得る。第２ステップで、上記所定利得値（μ）の逆数（１／μ）が乗算部Ｇ１の乗算結果に加算される。第３ステップで、加算部Ｇ２の加算結果であるＡの２乗値が計算される。第４ステップで、上記信号ベクトル（ｘ）の各成分の大きさの２乗値が計算される。第５ステップで、乗算部Ｇ４の全ての乗算結果の合計が求められる。第６ステップで、加算部Ｇ５の加算結果は、上記所定利得値（μ）の逆数の２倍、すなわち２／μに加算される。第７ステップで、上記加算部Ｇ６の処理結果は乗算部Ｇ１の乗算結果（ｙ２）に乗算される。第８ステップで、乗算部Ｇ３の乗算結果Ａ２から、上記乗算部Ｇ７の乗算結果を示すＢが減算される。第９ステップで、加算部Ｇ８の加算結果の平方根が計算される。第１０ステップで、上記加算部Ｇ２の加算結果から加算部Ｇ９の加算結果が減算され、このようにして、上記ガンマの合成値が、γ＝Ａ−√（Ａ２−Ｂ）のように得られる。
【００９５】
すなわち、第１ステップ乃至第１０ステップという工程を経ることにより、現在のスナップショット周期での利得ベクトル（ｗ）の各要素の複素共役と上記現スナップショットでの自己相関行列（
【数９３】
0003885104.tif 000049
）のそれぞれのカラム（column）の各要素を互いにかけてからその積の結果を足して得た値などでなるベクトルをＰベクトル（
【数９４】
0003885104.tif 000050
）とし、そのＰベクトルの各要素と上記現スナップショットでの利得ベクトルの各要素を互いにかけてからその結果を互いにたしてその足した結果を
【数９５】
0003885104.tif 000051
とし、λと上記予め設定した所定利得値の逆数の２倍（２／μ）を掛けた結果に上記ＰベクトルとＰベクトル自身の内積（inner product）を足した結果を
【数９６】
0003885104.tif 000052
とし、λと上記予め設定した所定利得値の逆数（１／μ）と足した結果を
【数９７】
0003885104.tif 000053
とすると、最終出力されるガンマ値は上記ＡからＡ２−Ｂの平方根を引いた値（式（数７））になる。
【００９６】
まず、上記配列アンテナの出力値（ｙ）の絶対値を自乗し（Ｇ１過程）てから、その遂行結果と上記所定利得値（μ）の逆数（１／μ）を足し（Ｇ２過程）てから結果の出力（Ａ）を自乗する（Ｇ３過程）。そして、上記受信信号ベクトル（ｘ）の各要素の大きさを夫々自乗して（Ｇ４過程）から、各遂行の結果の出力を全て足した（Ｇ５過程）結果の出力と上記所定利得値（μ）の逆数（１／μ）の２倍（２／μ）を足す（Ｇ６過程）。そしてから上記Ｇ６過程の遂行結果の出力と上記Ｇ１過程の遂行欠課の出力（｜ｙ｜２）を掛けて（Ｇ７過程）上記Ｇ３過程の遂行結果の出力（Ａ２）から上記Ｇ７過程の出力（Ｂ）を引く（Ｇ８過程）。その後上記Ｇ８過程の遂行結果の出力の自乗根（square root）を求めた後（Ｇ９過程）、上記Ｇ２過程の遂行結果の出力（Ａ）から上記Ｇ９過程の出力を引く（Ｇ１０）。こういう過程を経ることにより、結果的に現スナップショットでの利得ベクトル（ｗ）の各要素の複素共役と上記現スナップショットでの自己相関行列（
【数９８】
0003885104.tif 000054
）のそれぞれのカラム（column）の各要素を互いにかけてからその積の結果を足して得た値などでなるベクトルをＰベクトル（
【数９９】
0003885104.tif 000055
）とし、そのＰベクトルの各要素と上記現スナップショットでの利得ベクトルの各要素を互いにかけてからその結果を互いにたしてその足した結果を
【数１００】
0003885104.tif 000056
とし、λと上記予め設定した所定利得値の逆数の２倍（２／μ）を掛けた結果に上記ＰベクトルとＰベクトル自身の内積（inner product）を足した結果を
【数１０１】
0003885104.tif 000057
とし、λと上記予め設定した所定利得値の逆数（１／λ）と足した結果を
【数１０２】
0003885104.tif 000058
とすると、最終出力されるガンマ値は上記ＡからＡ２−Ｂの平方根を引いた値（式（数７））になる。
【００９７】
図３には、図１に示した信号処理装置の一部である利得ベクトル更新部１２の詳細な構成例を示す。
【００９８】
図３に示すように、利得ベクトル更新部１２は、以下の処理部分を具備する。すなわち、上記ガンマγに上記所定利得値μを乗算する乗算部Ｐ１と、１から上記乗算処理部Ｐ１の乗算結果を減算するための加算部Ｐ２と、上記加算処理部Ｐ２の加算結果に上記利得ベクトルの各成分を現在の値を乗算するための複数の乗算部Ｐ３と、上記最終合成アレイ出力の複素共役と上記所定利得値とを乗算する乗算部Ｐ４と、上記信号ベクトル（ｘ）の各成分と上記乗算部Ｐ４の乗算結果とを乗算するための複数の乗算部Ｐ５と、上記加算部Ｐ５の対応する出力に上記乗算部Ｐ３の各乗算出力を加算する複数の加算部Ｐ６とを備える。複数の加算部Ｐ６の出力は、各スナップショットでの上記利得ベクトルの更新部の最終出力を形成する。
【００９９】
上述した処理は、コンピューターシステムのソフトウェア手段によっても、ハードウェア手段と同じように実施される。全ての処理は、以下に示すように要約することができる。
【０１００】
第１ステップで、ガンマ（γ）は、上記所定利得値（μ）と乗算される。第２ステップで、上記乗算部Ｐ１の乗算結果が１から減算される。第３ステップで、上記利得ベクトルの各成分の現在の値は、上記加算部Ｐ２の加算結果と乗算される。第４ステップで、上記最終合成アレイ出力（ｙ）の現在の値の複素共役は、上記所定利得値（μ）と乗算される。第５ステップで、現在のスナップショットでの上記信号ベクトルの各成分は、乗算部Ｐ４の乗算結果と乗算される。第６ステップで上記乗算部Ｐ３の各乗算結果は、上記乗算部Ｐ５の各乗算結果に加算され、その結果、上記利得ベクトルはｗ←（１−μγ）ｗ＋μｙ＊ｘによって更新される。
【０１０１】
図４には、図１に示した信号処理装置の一部をなす利得ベクトル更新部１２の別の詳細な構成例を示す。図４に示す利得ベクトル更新部は、図３に示した上記ベクトル更新部内の全ての処理部に加えて合成利得ベクトルを正規化するための処理部を含んでいる。
【０１０２】
乗算部Ｐ１から加算部Ｐ６までの処理はまったく図３の構成と同じであるので、上記利得ベクトルの正規化部である付加された処理部Ｐ７、Ｐ８、Ｐ９及びＰ１０のみを説明する。
【０１０３】
図４に示すように、利得ベクトル更新部は、さらに以下の各部を備えている。すなわち、上記加算部Ｐ６の各出力の大きさの２乗値を計算するための複数の乗算部Ｐ７と、上記複数の乗算部Ｐ７の全ての加算出力の合計を算出するための加算部Ｐ８と、上記加算部Ｐ８の加算出力の平方根を得るための平方根計算部Ｐ９と、上記加算部Ｐ６の各加算出力を上記平方根計算部Ｐ９の計算結果で除算するための複数の除算部Ｐ１０とを備える。
【０１０４】
上述した処理は、コンピューターシステムのソフトウェア手段によっても、又はハードウェア手段によっても実施される。全ての処理は、以下に示すように要約することができる。図３を参照して説明したように第１ステップ乃至第６ステップを処理してから、まず、第７ステップで、多数の加算部Ｐ６の各加算出力値などの絶対値を複数の乗算部Ｐ７を用いて夫々２乗する。第８ステップで、複数の乗算部Ｐ７の出力である各２乗値を加算部８により互いに加算する。第９ステップで、加算部８の加算出力の平方根を計算する。第１０ステップで、複数の加算部Ｐ６の各出力値を上記平方根計算部Ｐ９の出力値で夫々除算する。これにより、本実施例による利得ベクトル更新部は上記図３の実施例による利得ベクトル更新部の結果出力である利得ベクトル（ｗ）の各要素など（ｗ１・・・ｗＮ）を上記利得ベクトルの正規化部（ｎｏｒｍ）である‘‖ｗ‖’で除算する部分を追加した構成とした。したがって、図４の構成を通じて提供される利得ベクトル（ｗ）はその全体の大きさがいつも正規化されることになる。
【０１０５】
＜第２実施例＞
ここには、配列アンテナを採用している通信システムで最適のビームパターンを作るために実時間で利得ベクトルを計算する信号処理装置の他の実施例を紹介する。この具体例において、自己相関行列は、式（数６１）に信号ベクトルを代入して計算される。忘却ファクタの値を適応化することにより、自己相関行列は各スナップショットで更新される。前述したように、利得ベクトルは式（数７５）から得られる。
【０１０６】
この実施例で開示された信号処理技術は、第１の実施例よりも複雑ではあるが、干渉信号の減衰の性能（ＳＩＲ）やビットエラーレート（ＢＥＲ）は多少向上する。それゆえ、第１実施例は、シンプルなシステムに適用され、一方、第２実施例は、より精度の要求される大きなシステムに適用される。第２実施例による信号処理装置を以下に詳細に説明する。
【０１０７】
図５は、本発明の第２実施例に関する信号処理装置の構成を示すブロック図である。本発明の第２実施例に係る信号処理装置は、自己相関行列更新部２０と、ガンマ計算部２１と、利得ベクトル更新部２２とを備えている。
【０１０８】
自己相関行列更新部２０は、毎スナップショットでアレイシステムのアンテナ素子に対応して誘起される信号から得られる信号ベクトルの各成分である、新しい信号ベクトル（ｘ）の受信に応じ各スナップショットで自己相関行列の新しい値を計算する。
【０１０９】
ガンマ計算部２１は、上記ガンマ（γ）の値を、上記自己相関行列（
【数１０３】
0003885104.tif 000059
）、上記所定利得値（μ）及び上記利得ベクトル（ｗ）の現在の値を用いることによって、計算する。
【０１１０】
利得ベクトル更新部２２は、利得ベクトルを、上記ガンマ（γ）、上記自己相関行列（
【数１０４】
0003885104.tif 000060
）、上記所定利得値（μ）及び上記利得ベクトル（ｗ）の現在の値を用いることによって、更新する。
【０１１１】
前述したような、図５に示した信号処理装置に含まれる各部は、ハードウェアだけでなく、コンピューターシステムのソフトウェア手段によっても実施される。信号処理装置の各部の詳細は、図６、図７及び図８に示される。
【０１１２】
図６は、本発明の一つの実施例にとして図５に示したなかの、ガンマ計算部の機能ブロックである。本発明の第２実施例に係るガンマ計算部は、上記自己相関行列、上記利得ベクトルの現在の値、及び所定利得値の現在値を用いることによって、以下に示される計算処理手順を通して計算される。
【０１１３】
第１のステップ５１にて、自己相関行列の各行は、ベクトルＥを生成するため、すなわち
【数１０５】
0003885104.tif 000061
のように、上記信号ベクトルの現在の値に乗算される。第２のステップ５２にて、利得ベクトルの各成分の複素共役は、Ｅの対応する要素に、λ＝ｗＨＥのように、乗算される。第３のステップ５３にて、ベクトルＥのＬ２正規化値が、Ｆ＝ＥＨＥ のように計算される。第４ステップ５４では、所定利得値の逆数の２倍がλに、Ｇ＝２／μλのように乗算される。第５ステップ５５では、所定利得値の逆数がλに、Ａ＝（１／μ）＋λのように加算される。
【０１１４】
第６ステップ５６では、Ａの値の２乗値がＣ＝Ａ２のように計算される。第７ステップ５７では、ＦはＧに加算され、Ｂ＝Ｆ＋Ｇとなる。そして、第８ステップ５８では、γが、γ＝Ａ−√（Ｃ−Ｂ）によって計算される。
【０１１５】
図７は、図５に示した本発明の実施例に係る利得ベクトル更新部の機能ブロック図である。
【０１１６】
本発明の第２実施例に係る利得ベクトル更新部は、利得ベクトルの値を、自己相関行列、利得ベクトルの現在値及び所定利得値を用い、以下に示す計算の処理を通して更新する。
【０１１７】
第１のステップ６１で、所定利得値にはガンマが乗算され、ρ１＝μγとなる。第２のステップ６２では、第１のステップ６１の乗算結果は１から減算され、ρ２＝１−ρ１となる。第３のステップ６３で、第２のステップ６２の結果は、合成行列
【数１０６】
0003885104.tif 000062
を生成するため、行列の主対角線（main diagonal）の各要素
【数１０７】
0003885104.tif 000063
に、
【数１０８】
0003885104.tif 000064
のように加算される。そして、第４のステップ６４で、利得ベクトルは、
【数１０９】
0003885104.tif 000065
のように更新される。
【０１１８】
図８は、図５に示した本発明の実施例に係る利得ベクトル更新部の機能ブロック図である。
【０１１９】
図８に示した利得ベクトル更新部は、図７に示した利得ベクトル更新部の構成に付加された正規化処理を含んでいる。本発明の第２実施例に係る利得ベクトル更新部は、利得ベクトルの値を、自己相関行列、利得ベクトルの現在値及び所定利得値を用い、以下に示す計算の処理を通して更新する。
【０１２０】
第１のステップ６１で、所定利得値にはガンマが乗算され、ρ１＝μγとなる。第２のステップ６２で、第１のステップ６１の乗算結果は１から減算され、ρ２＝１−ρ１となる。第３のステップ６３で、第２のステップ６２の結果は、合成行列
【数１１０】
0003885104.tif 000066
を生成するため、行列の主対角線（main diagonal）の各要素
【数１１１】
0003885104.tif 000067
に、
【数１１２】
0003885104.tif 000068
のように加算される。第４のステップ６４で、
【数１１３】
0003885104.tif 000069
行列は、利得ベクトルの現在値に乗算され、
【数１１４】
0003885104.tif 000070
となる。第５のステップ６５で、ベクトルＤの各要素の大きさは、２乗され、さらに２乗された結果は全て加算合計され、ρ３＝Σ｜Ｄｉ｜２となる。この式にあって、ｉは１からＮまでとなる。そして、第６のステップ６６にて、ベクトルＤは、更新ベクトルを得るためにρ３によって除算され、ｗ←Ｄ／√ρ３となる。
【０１２１】
図８の処理で生成された利得ベクトルは、各スナップショットにて合成利得ベクトルの大きさを１にするために、正規化される。
【０１２２】
図９は、図１または図５に示した本発明に係る信号処理装置を用いる通信システムの概略構成図である。図９にあって、番号１は配列アンテナを示す。７は受信装置であり、８は適宜、最終合成アレイ出力を発生する部分として示される、内積計算装置である。そして、９は本発明に係る信号処理装置である。
【０１２３】
図示した通信システムは、以下の各部を備える。所定の位置に調整された複数のアンテナ素子１１からなる配列アンテナ１（又は単に「アレイ」、「アンテナアレイ」、あるいは「アンテナ素子のアレイ」）は、各アンテナ素子で誘起された信号を受信装置７の対応部分に供給する。受信装置７は、フィルタや周波数低域遷移部及び復調部としての、最適な信号受信部を行うことによりアンテナアレイ１の各アンテナ素子で誘起された信号から信号ベクトル（ｘ（ｔ））を生成する。内積計算装置８は、受信装置７から生成された信号ベクトル（ｘ（ｔ）＝｛ｘ１・・・ｘＮ｝）と信号処理装置９から提供された利得ベクトル（ｗ）という二つの複合値（complex valued）ベクトル間のユークリッド内積を計算することによって、最終合成アレイ出力（ｙ（ｔ））を、ｙ（ｔ）＝ｗHｘ（ｔ）のように生成する。そして、信号処理装置９は、現在のスナップショットでの最終合成アレイ出力（ｙ（ｔ））を生成するための内積計算装置８による直前のスナップショットで得られた最終合成アレイ出力（ｙ（ｔ））と信号ベクトル（ｘ（ｔ））を一緒に処理することによって利得ベクトル（ｗ）を計算する。
【０１２４】
この通信システムは、受信装置７、信号処理装置９及び最終合成アレイ出力を生成する内積計算装置８からなる。受信装置は、周波数低域遷移、復調のような信号受信に必要な処理を通して、アンテナ素子１１で誘起された信号から信号ベクトル（ｘ（ｔ））を生成する。
【０１２５】
この発明によって提供される技術がＣＤＭＡ（Code Division Multiple Access）システムに適用されるとき、受信装置７は所望の信号源にアサインされたコードシーケンスにて受信信号をクロス相関するためのクロス相関部を含む。受信装置７で生生された信号ベクトル（ｘ（ｔ））は、信号処理装置９及び内積計算装置８に供給される。
【０１２６】
信号処理装置９は、現在のスナップショットでの信号ベクトル（ｘ（ｔ））と、直前のスナップショットで計算された最終合成アレイ出力（ｙ（ｔ））から、適宜、「重みベクトル」として参照される最適な利得ベクトル（ｗ）を生成する。最適な重みベクトル（ｗ）は内積計算装置８に供給され、信号ベクトル（ｘ（ｔ））と重みベクトル（ｗ）の内積結果としてｙ（ｔ）＝ｗＨｘ（ｔ）が次のショットの最終合成アレイ出力（ｙ（ｔ））のために計算される。
【０１２７】
図９に示した通信システムの要部は、最適な重みベクトル（ｘ（ｔ））を生成する信号処理装置９である。信号処理装置９は、最適な重みベクトル（ｘ（ｔ））を生成することにより、所望の信号源の方向に沿って最大利得を持ち、また干渉信号源の方向には小さな利得を持つ、最適なビームパターンを配列アンテナシステムに与える。
【０１２８】
前述した信号処理装置又は信号処理技術は、本発明にあって、以下の効果をもたらす。第１に、信号対干渉比が増加するのと同じように、通信容量も増加する。また、信号対雑音比及び信号対干渉比が増加するのと同じように、通信の品質も向上する。この発明の提供する技術のベストな特徴は、すべての長所を得るために必要とされる計算量がとても少なくてよいので、実時間での通常のデジタル信号処理が簡単に実行されることである。
【０１２９】
本発明の具体的な実施例を開示したが、本発明は前述した実施例と図面に限定されるのではなくて、本発明の技術的思想を逸脱しない範囲内で種々の変更が可能することはもちろんである。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明による信号処理装置の第１実施例の構成を概略的に示すブロック図である。
【図２】  上記図１の信号処理装置のガンマ値合成部の一実施例の細部構成図である。
【図３】  上記図１の信号処理装置の利得ベクトル更新部の一実施例の細部構成図である。
【図４】  上記図１の信号処理装置の利得ベクトル更新部の他の実施例の細部構成図である。
【図５】  本発明による信号処理装置の第２実施例の構成を概略的に示すブロック図である。
【図６】  第２実施例によるガンマ値合成部の一実施例のソフトウェアの機能ブロック図である。
【図７】  上記図５の信号処理装置の利得ベクトル更新部の一実施例のソフトウェアの機能ブロック図である。
【図８】  上記図５の信号処理装置の利得ベクトル更新部他の実施例のソフトウェアの機能ブロック図である。
【図９】  本発明による信号処理装置を利用して干渉及び雑音を減衰させた信号の受信システムの概略図である。
【符号の説明】
１  配列アンテナ
７  受信装置
８  内積計算装置
９  信号処理装置
１１  ガンマ値合成部
１２  利得ベクトル更新部
２０  自己相関行列更新部
２１  ガンマ値合成部
２２  利得ベクトル更新部
【図１】
0003885104.tif 000116
【図２】
0003885104.tif 000117
【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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