(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
アレーアンテナを構成する素子アンテナの受信信号に荷重係数を乗算し、その乗算結果と参照用アンテナの受信信号との差分信号を計測する計測手段と、その荷重係数を更新して上記計測手段により計測された差分信号の平均電力の最小化を図る更新手段と、上記計測手段により計測された差分信号から所望信号の発信を検出すると、その発信を検出する直前の荷重係数に固定する指示を上記更新手段に与える信号検出手段と、上記計測手段により計測された差分信号と参照信号から所望信号を抽出する所望信号抽出手段とを備えたアダプティブアンテナ。
【請求項２】
所望信号抽出手段は、所望信号と相関が高い参照信号を生成する参照信号生成器と、計測手段により計測された差分信号と上記参照信号生成器により生成された参照信号から荷重係数を計算する荷重係数計算機と、上記計測手段により計測された差分信号に当該荷重係数を乗算して所望信号を出力する合成手段とから構成され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。
【請求項３】
所望信号抽出手段は、計測手段により計測された差分信号から既知の信号系列を抽出する信号系列抽出器と、所望信号と相関が高い参照信号を生成する参照信号生成器と、上記信号系列抽出器により抽出された信号系列と上記参照信号生成器により生成された参照信号から荷重係数を計算する荷重係数計算機と、上記計測手段により計測された差分信号に当該荷重係数を乗算して所望信号を出力する合成手段とから構成され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。
【請求項４】
荷重係数計算機は、合成手段から出力された所望信号と参照信号生成器により生成された参照信号との差分信号を求め、荷重係数を更新してその差分信号の平均電力の最小化を図ることを特徴とする請求項２または請求項３記載のアダプティブアンテナ。
【請求項５】
アレーアンテナを構成する素子アンテナの受信信号に荷重係数を乗算し、その乗算結果と参照用アンテナの受信信号との差分信号を計測する計測手段と、その荷重係数を更新して上記計測手段により計測された差分信号の平均電力の最小化を図る更新手段と、上記計測手段により計測された差分信号から所望信号の発信を検出すると、その発信を検出する直前の荷重係数に固定する指示を上記更新手段に与える信号検出手段と、上記計測手段により計測された差分信号と定包絡線値から所望信号を抽出する所望信号抽出手段とを備えたアダプティブアンテナ。
【請求項６】
所望信号抽出手段は、計測手段により計測された差分信号に荷重係数を乗算して所望信号を抽出するとともに、その荷重係数を更新して定包絡線値からの所望信号の歪みを除去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。
【請求項７】
計測手段は、アレーアンテナを構成する素子アンテナの受信信号から計算される相関行列の逆行列と、その受信信号及び参照用アンテナの受信信号から計算される相互相関ベクトルとを乗算して、荷重係数を求めることを特徴とする請求項１から請求項６のうちのいずれか１項記載のアダプティブアンテナ。
【請求項８】
アレーアンテナを構成する素子アンテナの受信信号に荷重係数を乗算し、その乗算結果と参照用アンテナの受信信号との差分信号を計測するとともに、その荷重係数を更新してその差分信号の平均電力の最小化を図る一方、その差分信号から所望信号の発信を検出すると、その発信を検出する直前の荷重係数に固定して、その差分信号と参照信号から所望信号を抽出するアンテナ指向性制御方法。
【請求項９】
アレーアンテナを構成する素子アンテナの受信信号に荷重係数を乗算し、その乗算結果と参照用アンテナの受信信号との差分信号を計測するとともに、その荷重係数を更新してその差分信号の平均電力の最小化を図る一方、その差分信号から所望信号の発信を検出すると、その発信を検出する直前の荷重係数に固定して、その差分信号と定包絡線値から所望信号を抽出するアンテナ指向性制御方法。
【請求項１０】
アレーアンテナを構成する素子アンテナの受信信号から計算される相関行列の逆行列と、その受信信号及び参照用アンテナの受信信号から計算される相互相関ベクトルとを乗算して、荷重係数を求めることを特徴とする請求項８または請求項９記載のアンテナ指向性制御方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、所望波の入射方向のアンテナ利得を高くする一方、干渉波の入射方向のアンテナ利得を低くするアダプティブアンテナ及びアンテナ指向性制御方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図６は例えば「小川  恭孝、菊間  信良著、“アダプティブアンテナ理論の進展と今後の展望”、電子情報通信学会論文誌Ｂ−ＩＩ、Ｖｏｌ．Ｊ７５−Ｂ−ＩＩ，Ｎｏ．１１，ｐｐ．７２１−７３２，Ｎｏｖ．１９９２」に示された従来のアダプティブアンテナを示す構成図であり、図において、１はアレーアンテナ、１−１〜１−Ｎはアレーアンテナ１を構成する素子アンテナ、２−１〜２−Ｎは素子アンテナ１−１〜１−Ｎに接続された受信機、３−１〜３−Ｎは受信機２−１〜２−Ｎにより受信されたアナログの受信信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器、４−１〜４−ＮはＡ／Ｄ変換器３−１〜３−Ｎが出力するデジタル信号を同相成分と直交成分に分割するＩＱ信号変換器である。
【０００３】
５は所望波の既知の信号部分を参照信号ｄ（ｎ）として記憶する参照信号系列メモリ、６はＩＱ信号変換器４−１〜４−Ｎの出力信号ｘ1 （ｎ）〜ｘN （ｎ）と参照信号ｄ（ｎ）から荷重係数ｗ1 〜ｗN を計算する荷重係数計算機、７−１〜７−ＮはＩＱ信号変換器４−１〜４−Ｎの出力信号ｘ1 （ｎ）〜ｘN （ｎ）に荷重係数ｗ1 〜ｗN を乗算する乗算器、８は乗算器７−１〜７−Ｎの乗算結果を合成して、所望波である出力信号ｚ（ｎ）を出力する合成器である。
なお、図において、斜線と２の印が付された経路の信号は、同相成分及び直交成分の２つの信号成分があることを示している。
【０００４】
次に動作について説明する。
アダプティブアンテナは、参照信号と相関が高い信号成分を保存して、参照信号と相関が低い成分を抑圧するように自動的にアンテナ利得を制御するものである。
【０００５】
素子アンテナ１−１〜１−Ｎに入射する所望波及び干渉波は、受信機２−１〜２−Ｎにより受信されて、Ａ／Ｄ変換器３−１〜３−Ｎによりディジタル信号に変換された後、ＩＱ信号変換器４−１〜４−Ｎにより同相成分と直交成分に分割される。
ここでは、その同相成分を実部、直交成分を虚部とする複素信号ｘ1 （ｎ）〜ｘN （ｎ）で表すことにする。
【０００６】
このようにして、ＩＱ信号変換器４−１〜４−Ｎがディジタル信号を同相成分と直交成分に分割すると、乗算器７−１〜７−Ｎは、ＩＱ信号変換器４−１〜４−Ｎの出力信号ｘ1 （ｎ）〜ｘN （ｎ）に対して、荷重係数計算機６により計算された荷重係数ｗ1 〜ｗN を乗算する。
そして、合成器８は、乗算器７−１〜７−Ｎの乗算結果を合成して、所望波である出力信号ｚ（ｎ）を出力する。
【０００７】
ここで、荷重係数計算機６による荷重係数ｗ1 〜ｗN の計算を説明する。
荷重係数計算機６は、参照信号系列メモリ５により記憶されている所望波と相関が高い参照信号ｄ（ｎ）と、ＩＱ信号変換器４−１〜４−Ｎの出力信号ｘ1 （ｎ）〜ｘN （ｎ）とを下式に代入して、合成器８の出力信号ｚ（ｎ）と参照信号ｄ（ｎ）との差分信号の平均電力が最小化するような荷重係数ｗ1 〜ｗN を計算する。
【０００８】
【数１】
0004024429.tif 000002
【０００９】
上式において、肩字の＊は複素共役を示し、Ｔは転置を示す。Ｗは式（２）で示すような荷重係数ｗ1 〜ｗN を要素とする列ベクトルであり、Ｘ（ｎ）は式（３）で示すような信号ｘ1 （ｎ）〜ｘN （ｎ）を要素とする列ベクトルである。また、式（４）及び式（５）で示すように、Ｒは相関行列、Ｐは相互相関ベクトルである。
【００１０】
式（４）及び式（５）において、Ｌは平均処理のサンプル数である。このように直接荷重を計算する方法はＳＭＩ（Ｓａｍｐｌｅ  Ｍａｔｒｉｘ  Ｉｎｖｅｒｓｅ）法と呼ばれている。
式（１）で計算された荷重係数ｗ1 〜ｗN を用いることにより、合成器８の出力信号ｚ（ｎ）は、参照信号ｄ（ｎ）と相関が低い信号成分が抑圧されて、参照信号と相関が高い成分だけから構成される。
【００１１】
即ち、参照信号として所望波と相関が高く、干渉波と相関が低い信号を用いれば、アダプティブアンテナは、所望波成分だけを有する出力信号ｚ（ｎ）を抽出することができるため、干渉波成分を抑圧した信号を得ることができる。
また、この荷重係数ｗ1 〜ｗN が加味されたアダプティブアンテナでは、そのアンテナパターンにおいて、所望波の入射方向に対してゲインが高く、干渉波の入射方向に対してゲインが低く設定されていることになる。
【００１２】
このようにＳＭＩ法によるアダプティブアンテナでは、参照信号として所望波と相関が高い信号を用いることが非常に重要となる。
しかし、所望波と相関が高い信号を生成することは容易でない。例えば、素子アンテナの受信信号から所望波と相関が高い信号を推定する場合、所望波は干渉波と合成されて受信されているので干渉波が強い場合には、精度よく推定することができず、推定誤差が大きくなる。
【００１３】
また、ＰＨＳ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ  Ｈａｎｄｙ−Ｐｈｏｎｅ  Ｓｙｓｔｅｍ）の基地局にアダプティブアンテナを適用する場合において、所望波特有の信号系列を用いて参照信号を生成する場合には、干渉波にもその信号系列が含まれる場合があり、かつ、タイミングも同期していることが想定される。このような場合には、所望波特有の信号系列から参照信号を生成することが困難となる。
以上のような要因で、所望波と相関が高い参照信号を生成することができないと、アダプティブアンテナを有効に動作することができなくなる不具合が発生する。
【００１４】
また、所望波を識別するために、所望波が一定の包絡線を持つ性質を利用して、干渉波が入射する場合に起こる定包絡線からのひずみを除去するように荷重を制御するＣＭＡ（Ｃｏｎｓｔａｎｔ  Ｍｏｄｕｌｕｓ  Ａｌｇｏｒｉｔｈｍ）を用いたアダプティブアンテナもあるが、この制御アルゴリズムを用いる場合でも、干渉波が一定の包絡線を持ち、かつ、所望波よりも電力が大きい場合には、干渉波を所望波と誤認することにより、性能の劣化が起こる不具合が発生する。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
従来のアダプティブアンテナは以上のように構成されているので、干渉波が所望波よりも強い場合や、干渉波に所望波と同じ特有の信号系列を含む場合に、所望波と相関が高い参照信号を生成することができないため、精度よく干渉波成分を抑圧することができず、所望波成分のみを抽出することが困難になる課題があった。
また、ＣＭＡを用いたアダプティブアンテナでは、干渉波が一定の包絡線を持ち、かつ、所望波よりも電力が大きい場合には、干渉波を所望波と誤認する結果、所望波成分のみを抽出することが困難になる課題があった。
【００１６】
この発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、干渉波成分を抑圧して、精度よく所望波成分を抽出することができるアダプティブアンテナ及びアンテナ指向性制御方法を得ることを目的とする。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
この発明に係るアダプティブアンテナは、荷重係数を更新して計測手段により計測された差分信号の平均電力の最小化を図る更新手段と、その計測手段により計測された差分信号から所望信号の発信を検出すると、その発信を検出する直前の荷重係数に固定する指示を更新手段に与える信号検出手段とを設けたものである。
【００１８】
この発明に係るアダプティブアンテナは、所望信号と相関が高い参照信号を生成する参照信号生成器と、計測手段により計測された差分信号と参照信号生成器により生成された参照信号から荷重係数を計算する荷重係数計算機と、その計測手段により計測された差分信号に当該荷重係数を乗算して所望信号を出力する合成手段とから所望信号抽出手段を構成するようにしたものである。
【００１９】
この発明に係るアダプティブアンテナは、計測手段により計測された差分信号から既知の信号系列を抽出する信号系列抽出器と、所望信号と相関が高い参照信号を生成する参照信号生成器と、その信号系列抽出器により抽出された信号系列と参照信号生成器により生成された参照信号から荷重係数を計算する荷重係数計算機と、その計測手段により計測された差分信号に当該荷重係数を乗算して所望信号を出力する合成手段とから所望信号抽出手段を構成するようにしたものである。
【００２０】
この発明に係るアダプティブアンテナは、合成手段から出力された所望信号と参照信号生成器により生成された参照信号との差分信号を求め、荷重係数を更新してその差分信号の平均電力の最小化を図るようにしたものである。
【００２１】
この発明に係るアダプティブアンテナは、計測手段により計測された差分信号と定包絡線値から所望信号を抽出する所望信号抽出手段を設けたものである。
【００２２】
この発明に係るアダプティブアンテナは、計測手段により計測された差分信号に荷重係数を乗算して所望信号を抽出するとともに、その荷重係数を更新して定包絡線値からの所望信号の歪みを除去するようにしたものである。
【００２３】
この発明に係るアダプティブアンテナは、アレーアンテナを構成する素子アンテナの受信信号から計算される相関行列の逆行列と、その受信信号及び参照用アンテナの受信信号から計算される相互相関ベクトルとを乗算して、荷重係数を求める計測手段を設けたものである。
【００２４】
この発明に係るアンテナ指向性制御方法は、荷重係数を更新して差分信号の平均電力の最小化を図る一方、その差分信号から所望信号の発信を検出すると、その発信を検出する直前の荷重係数に固定して、その差分信号と参照信号から所望信号を抽出するようにしたものである。
【００２５】
この発明に係るアンテナ指向性制御方法は、荷重係数を更新して差分信号の平均電力の最小化を図る一方、その差分信号から所望信号の発信を検出すると、その発信を検出する直前の荷重係数に固定して、その差分信号と定包絡線値から所望信号を抽出するようにしたものである。
【００２６】
この発明に係るアンテナ指向性制御方法は、アレーアンテナを構成する素子アンテナの受信信号から計算される相関行列の逆行列と、その受信信号及び参照用アンテナの受信信号から計算される相互相関ベクトルとを乗算して、荷重係数を求めるようにしたものである。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の一形態を説明する。
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１によるアダプティブアンテナを示す構成図であり、図において、１０は参照用アンテナ、１１はアレーアンテナ、１１−１〜１１−Ｎはアレーアンテナ１１を構成する素子アンテナ、１２−０は参照用アンテナ１０に接続された受信機、１２−１〜１２−Ｎは素子アンテナ１１−１〜１１−Ｎに接続された受信機、１３−０〜１３−Ｎは受信機１２−０〜１２−Ｎにより受信されたアナログの受信信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器、１４−０〜１４−ＮはＡ／Ｄ変換器１３−０〜１３−Ｎが出力するデジタル信号を同相成分と直交成分に分割するＩＱ信号変換器である。
【００２８】
１５はＩＱ信号変換器１４−１〜１４−Ｎの出力信号ｘ1 （ｎ）〜ｘN （ｎ）からＩ個の信号を選ぶとき、ｍ番目の組み合わせｘi(1,m)（ｎ）〜ｘi(I,m)（ｎ）に対して計算される相関行列の逆行列Ｒ1-m -1と、出力信号ｘi(1,m)（ｎ）〜ｘi(I,m)（ｎ）及びＩＱ信号変換器１４−０の出力信号ｒ（ｎ）から計算される相互相関ベクトルＰ1-m とを乗算して荷重係数ｗ1,1-m 〜ｗI,1-m （ｍ＝１〜Ｍ）を求める荷重係数計算機、１６−１，ｍ〜１６−Ｉ，ｍ（ｍ＝１〜Ｍ）（図１ではＩ＝１，Ｍ＝Ｎ）はＩＱ信号変換器１４−ｉ（１，ｍ）〜１４−ｉ（Ｉ，ｍ）（ｍ＝１〜Ｍ）の出力信号ｘi(1,m)（ｎ）〜ｘi(I,m)（ｎ）（ｍ＝１〜Ｍ）に荷重係数ｗ1,1-m 〜ｗI,1-m （ｍ＝１〜Ｍ）を乗算する乗算器である。ここで、ｉ（１，ｍ）〜ｉ（Ｉ，ｍ）はＮ個の出力信号からＩ個の信号を選ぶときのｍ番目の組み合わせ方を示している。１７−１〜１７−Ｍは乗算器１６−１，ｍ〜１６−Ｉ，ｍ（ｍ＝１〜Ｍ）の乗算結果を合成した信号とＩＱ信号変換器１４−０の出力信号ｒ（ｎ）との差分信号ｅ1 （ｎ）〜ｅM （ｎ）を出力する減算器である。
なお、受信機１２−０〜１２−Ｎ，Ａ／Ｄ変換器１３−０〜１３−Ｎ，ＩＱ信号変換器１４−０〜１４−Ｎ，荷重係数計算機１５，乗算器１６−１，ｍ〜１６−Ｉ，ｍ（ｍ＝１〜Ｍ）及び減算器１７−１〜１７−Ｍから計測手段が構成されている。
【００２９】
１８は荷重係数ｗ1,1-m 〜ｗI,1-m （ｍ＝１〜Ｍ）を更新して差分信号ｅ1 （ｎ）〜ｅM （ｎ）の平均電力の最小化を図る荷重の更新タイミングを制御する荷重更新制御器（更新手段）、１９は減算器１７−１〜１７−Ｍが出力する差分信号ｅ1 （ｎ）〜ｅM （ｎ）から所望信号の発信を検出すると、その発信を検出する直前の荷重係数ｗ1,1-m 〜ｗI,1-m （ｍ＝１〜Ｍ）に固定する指示を荷重更新制御器１８に与える信号検出器（信号検出手段）である。
【００３０】
２０は所望信号と相関が高い参照信号ｄ（ｎ）を生成する参照信号生成器、２１は減算器１７−１〜１７−Ｍが出力する差分信号ｅ1 （ｎ）〜ｅM （ｎ）と参照信号生成器２０により生成された参照信号ｄ（ｎ）から荷重係数ｗ2-1 〜ｗ2-M を計算する荷重係数計算機、２２−１〜２２−Ｍは減算器１７−１〜１７−Ｍが出力する差分信号ｅ1 （ｎ）〜ｅM （ｎ）に荷重係数ｗ2-1 〜ｗ2-M を乗算する乗算器（合成手段）、２３は乗算器２２−１〜２２−Ｍの乗算結果を合成して、所望波である出力信号ｚ（ｎ）を出力する合成器（合成手段）である。
なお、参照信号生成器２０，荷重係数計算機２１，乗算器２２−１〜２２−Ｍ及び合成器２３から所望信号抽出手段が構成されている。
図２はこの発明の実施の形態１によるアンテナ指向性制御方法を示すフローチャートである。
【００３１】
次に動作について説明する。
この実施の形態１では、ＰＨＳ等の移動通信の基地局にアダプティブアンテナを適用する場合について説明する。
【００３２】
素子アンテナ１１−１〜１１−Ｎに入射する所望波及び干渉波は、受信機１２−１〜１２−Ｎにより受信されて、Ａ／Ｄ変換器１３−１〜１３−Ｎによりディジタル信号に変換された後、ＩＱ信号変換器１４−１〜１４−Ｎにより同相成分と直交成分に分割される（ステップＳＴ１）。
ここでは、その同相成分を実部、直交成分を虚部とする複素信号ｘ1 （ｎ）〜ｘN （ｎ）で表すことにする。
【００３３】
一方、参照用アンテナ１０に入射する所望波及び干渉波は、受信機１２−０により受信されて、Ａ／Ｄ変換器１３−０によりディジタル信号に変換された後、ＩＱ信号変換器１４−０により同相成分と直交成分に分割される（ステップＳＴ１）。
ここでは、その同相成分を実部、直交成分を虚部とする複素信号ｒ（ｎ）で表すことにする。
【００３４】
このようにして、ＩＱ信号変換器１４−１〜１４−Ｎがディジタル信号を同相成分と直交成分に分割すると、乗算器１６−１，ｍ〜１６−Ｉ，ｍ（ｍ＝１〜Ｍ）は、ＩＱ信号変換器１４−ｉ（１，ｍ）〜１４−ｉ（Ｉ，ｍ）の出力信号ｘi(1,m)（ｎ）〜ｘｉ(I,m) （ｎ）（ｍ＝１〜Ｍ）に対して、荷重係数計算機１５により計算された荷重係数ｗ1,1-m 〜ｗI,1-m （ｍ＝１〜Ｍ）を乗算する。
そして、減算器１７−１〜１７−Ｍは、乗算器１６−１，ｍ〜１６−Ｉ，ｍ（ｍ＝１〜Ｍ）の乗算結果を合成した信号からＩＱ信号変換器１４−０の出力信号ｒ（ｎ）を減算して、その差分信号ｅ1 （ｎ）〜ｅM （ｎ）を出力する（ステップＳＴ２）。
【００３５】
ここで、荷重係数計算機１５による荷重係数ｗ1,1-m 〜ｗI,1-m （ｍ＝１〜Ｍ）の計算を説明する。
荷重係数計算機１５は、ＩＱ信号変換器１４−ｉ（１，ｍ）〜１４−ｉ（Ｉ，ｍ）（ｍ＝１〜Ｍ）の出力信号ｘi(1,m)（ｎ）〜ｘi(I,m)（ｎ）（ｍ＝１〜Ｍ）と、ＩＱ信号変換器１４−０の出力信号ｒ（ｎ）とを下式に代入して、減算器１７−１〜１７−Ｍが出力する差分信号ｅ1 （ｎ）〜ｅM （ｎ）の平均電力が最小化するような荷重係数ｗ1,1-m 〜ｗI,1-m （ｍ＝１〜Ｍ）を計算する（ステップＳＴ３）。
【００３６】
【数２】
0004024429.tif 000003
【００３７】
式（６）において、ｍ番目の組み合わせに対するＷ1-m は式（７）で示したように荷重係数ｗ1,1-m 〜ｗI,1-m を要素とする列ベクトルであり、Ｒ1-m は相関行列、Ｐ1-m は相互相関ベクトルであり、式（９）及び式（１０）により与えられる。
Ｘm （ｎ）は式（８）に示すようにＮ個の素子アンテナのうち、ｉ（１，ｍ）〜ｉ（Ｉ，ｍ）番目の素子アンテナの受信信号で構成される受信信号ベクトルであり、Ｍ個の組み合わせに対応してＭ個定義される。
なお、図１では上記の式において、Iが１，ＭがＮである場合を示している。上記の適応荷重計算の結果得られる荷重ベクトルＷ1-1 〜Ｗ1-M に対応して、式（１１）に示すようにＭ個の差分信号ｅ1 （ｎ）〜ｅM （ｎ）が得られる。
【００３８】
【数３】
0004024429.tif 000004
【００３９】
このようにして、荷重係数計算機１５により計算された荷重係数ｗ1,1-1 〜ｗI,1-M を用いると、減算器１７−１〜１７−Ｍが出力する差分信号ｅ1 （ｎ）〜ｅM （ｎ）の平均電力が最小化され、参照用アンテナ１０の受信信号から素子アンテナ１１−ｉ（１，ｍ）〜１１−ｉ（Ｉ，ｍ）（ｍ＝１〜Ｍ）の受信信号と相関が高い成分が抑圧される。
即ち、入射信号が存在する場合には、参照用アンテナ１０の受信信号から雑音を除く入射信号成分が抑圧され、参照用アンテナ１０及びアレーアンテナ１１のアンテナパターンでは入射信号方向にヌルが形成されることになる。
【００４０】
なお、荷重係数計算機１５として、ここではＳＭＩ法による荷重係数計算について説明したが、例えば、従来の技術の説明で挙げた文献や、「鷹尾  和昭著、“アダプティブアンテナの理論体系”電子情報通信学会論文誌Ｂ−ＩＩ、Ｖｏｌ．Ｊ７５−Ｂ−ＩＩ，Ｎｏ．１１，ｐｐ．７１３−７２０，Ｎｏｖ．１９９２」に示されるように、式（６）で与えられる荷重に収束する様々な適応アルゴリズムが提案されており、他の適応アルゴリズムにより荷重係数計算を行ってもよい。
【００４１】
次に、信号検出器１９は、荷重係数の更新が繰り返された後、減算器１７−１〜１７−Ｍが出力する差分信号ｅ1 （ｎ）〜ｅM （ｎ）を入力し、既知の信号系列の検出を実施する。
例えば、ＰＨＳ基地局に適用するアダプティブアンテナでは、通信信号中に同期を取るため既知の信号系列が含まれるので、これを利用することができる。
【００４２】
信号検出器１９は、移動機から通信開始要求を示す既知の信号系列を検出すると（ステップＳＴ４）、その信号系列を検出する直前の荷重係数ｗ1,1-m 〜ｗI,1-m （ｍ＝１〜Ｍ）に固定する指示を荷重更新制御器１８に与えて、荷重係数の更新を停止する（ステップＳＴ５）。
一方、既知の信号系列を検出しない場合には（ステップＳＴ４）、一定時間毎に荷重係数の更新を行う指示を荷重更新制御器１８に与えて、荷重係数の更新を継続する。
以上の適応処理を第１段の適応処理と呼ぶことにする。
【００４３】
第２段の適応処理は、第１段の適応処理の結果得られる差分信号ｅ1 （ｎ）〜ｅM （ｎ）を入力として、従来のアダプティブアンテナと同様の処理を行う。
即ち、荷重係数計算機２１が、参照信号生成器２０により生成された所望波と相関が高い参照信号ｄ（ｎ）と、差分信号ｅ1 （ｎ）〜ｅM （ｎ）とを式（１）に代入して、合成器２３の出力信号ｚ（ｎ）と参照信号ｄ（ｎ）との差分信号の平均電力が最小化するような荷重係数ｗ2-1 〜ｗ2-M を計算する。
ただし、上記の計算では、出力信号ｘ1 （ｎ）〜ｘN （ｎ）の代わりに、差分信号ｅ1 （ｎ）〜ｅM （ｎ）を用いて計算し、その計算結果であるｗ1 〜ｗN をｗ2-1 〜ｗ2-M とする。
【００４４】
乗算器２２−１〜２２−Ｍは、荷重係数計算機２１が荷重係数ｗ2-1 〜ｗ2-M を計算すると、差分信号ｅ1 （ｎ）〜ｅM （ｎ）に対して荷重係数ｗ2-1 〜ｗ2-M を乗算する。
そして、合成器２３は、乗算器２２−１〜２２−Ｍの乗算結果を合成して、所望波である出力信号ｚ（ｎ）を出力する（ステップＳＴ６）。
【００４５】
以上で明らかなように、この実施の形態１によれば、通信開始以前には全ての入射信号の入射方向にヌルが形成されるように第１段の適応処理を実施し、通信開始後に通信開始前の荷重係数に固定するように荷重更新を制御するので、所望波が干渉波と同一方向から入射するなど、所望波がヌルの形成された方向から入射する場合を除いて、第１段の適応処理により干渉波がある程度抑圧されたＳＩＮＲ（Ｓｉｇｎａｌ  ｔｏ  Ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ  ｐｌｕｓ  ＮｏｉｓｅＲａｔｉｏ）の高い信号を得ることができる。
【００４６】
なお、適応フィルタにより形成されるヌルの角度幅は非常に狭く、所望波がこの方向から入射するケースは稀である。ＳＩＮＲが改善された第１段の適応処理結果から参照信号生成器２０により参照信号を推定することにより、より所望波と相関が高い参照信号を生成することができるので、良好な性能を持つアダプティブアンテナを得ることができる。また、干渉波が所望波よりも強い場合に用いることができない適応アルゴリズム、もしくは、性能劣化が生じる適応アルゴリズムを有効に動作させることができる効果がある。また、干渉波が所望波と同期する特有の信号系列を含む場合においても、第１段の適応処理により干渉波が抑圧されるので、有効に動作するアダプティブアンテナを得ることができる。
【００４７】
ここでは、ＰＨＳ基地局に適用したアダプティブアンテナについて説明したが、移動局に適用しても同様な効果を得ることができる。また、信号検出器１９による信号検出は、他の移動通信方式においても符号変調方式の符号など、既知の信号系列を含む通信方式では同様に適用することができる。
【００４８】
実施の形態２．
図３はこの発明の実施の形態２によるアダプティブアンテナを示す構成図であり、図において、図１と同一符号は同一または相当部分を示すので説明を省略する。
３１は減算器１７−１〜１７−Ｍが出力する差分信号ｅ1 （ｎ）〜ｅM （ｎ）から所望信号の発信を検出すると、その発信を検出する直前の荷重係数ｗ1,1-m 〜ｗI,1-m （ｍ＝１〜Ｍ）に固定する指示を荷重更新制御器１８に与える一方、参照信号系列メモリ３３から出力される既知の信号系列と差分信号ｅ1 （ｎ）〜ｅM （ｎ）の相関値のピーク値を検出して、既知の信号系列が含まれる位置を検出する信号位置検出器（信号検出手段）である。
【００４９】
３２は信号位置検出器３１の検出結果に基づいて差分信号ｅ1 （ｎ）〜ｅM （ｎ）から既知の信号系列が含まれている部分だけを抽出する信号系列抽出器（所望信号抽出手段）、３３は既知の信号系列を信号位置検出器３１に出力する一方、既知の信号系列から所望波と相関が高い参照信号ｄ（ｎ）を生成して、荷重係数計算機３４に出力する参照信号生成器である参照信号系列メモリ（所望信号抽出手段）、３４は信号系列抽出器３２の出力信号ｙ1 （ｎ）〜ｙM （ｎ）と参照信号系列メモリ３３から出力される参照信号ｄ（ｎ）から荷重係数ｗ2-1 〜ｗ2-M を計算する荷重係数計算機（所望信号抽出手段）である。
【００５０】
次に動作について説明する。
この実施の形態２は、荷重係数計算機３４が用いるアルゴリズムとして、従来例で説明したＳＭＩ法を適用する例を示している。
ＳＭＩ法を適用するために、信号位置検出器３１が、減算器１７−１〜１７−Ｍが出力する差分信号ｅ1 （ｎ）〜ｅM （ｎ）から既知の信号系列が含まれている位置（タイミング）を検出する。
【００５１】
信号位置検出器３１では、上記実施の形態１における信号検出器１９と同様に通信の開始も検出して、荷重更新の停止を荷重更新制御器１８に指示する。
既知の信号系列が含まれる位置は、参照信号系列メモリ３３から出力される既知の信号系列と差分信号ｅ1 （ｎ）〜ｅM （ｎ）の相関値を計算し、この相関値のピークから検出することができる。
【００５２】
信号系列抽出器３２は、信号位置検出器３１が既知の信号系列が含まれている位置を検出すると、その検出結果に基づいて、差分信号ｅ1 （ｎ）〜ｅM （ｎ）から既知の信号系列が含まれている部分だけを抽出する。その抽出された信号をｙ1 （ｎ）〜ｙM （ｎ）とする。
【００５３】
荷重係数計算機３４は、信号系列抽出器３２が既知の信号系列が含まれている部分を抽出すると、信号系列抽出器３２の出力信号ｙ1 （ｎ）〜ｙM （ｎ）と、参照信号系列メモリ３３から出力される参照信号ｄ（ｎ）とを下式に代入して、合成器２３の出力信号ｚ（ｎ）と参照信号ｄ（ｎ）との差分信号の平均電力が最小化するような荷重係数ｗ2-1 〜ｗ2-M を計算する。
【００５４】
【数４】
0004024429.tif 000005
【００５５】
式（１２）において、式（１３）で示すようにＷ２ は荷重係数ｗ2-1 〜ｗ2-M を要素とする列ベクトルであり、Ｙ（ｎ）は式（１４）で示すような信号ｙ1 （ｎ）〜ｙM （ｎ）を要素とする列ベクトルである。
また、式（１５）及び式（１６）で示すようにＲ2 は相関行列、Ｐ2 は相互相関ベクトルである。
【００５６】
従来のアダプティブアンテナでは、所望信号の位置を検出して参照信号を生成する構成とする場合、干渉波成分により位置の検出精度が低下して、所望波を正確に認識することができず、性能劣化の原因となっていたが、この実施の形態２のアダプティブアンテナは、通信開始以前には、参照用アンテナ１０の受信信号を参照信号とする第１段目の適応処理により、全ての入射信号の方向のゲインを下げるような荷重を求め、通信開始後は第１段目の適応荷重を通信開始以前のものに固定するので、干渉波が所望波に比べて大きい場合でも、第１段目の適応処理で干渉波を抑圧することができるようになり、その結果、信号位置検出器３１は所望波の位置検出を正確に行うことができるため、良好な性能のアダプティブアンテナを得ることできる効果を奏する。
【００５７】
また、例えば、隣接するセルの通信波が干渉波として存在する場合に、干渉波にも所望波と同じ既知の信号系列が同じタイミングで含まれることがあり、このような場合には既知の信号系列で所望波を識別するような従来のアダプティブアンテナでは性能劣化の要因となる。
これに対して、この実施の形態２のアダプティブアンテナでは、通信を行う基地局はネットワークにより、隣接セルで同期する通信が行われていることを認識し、第１の適応処理によりこの信号を抑圧し、通信者が自局のエリアに移動するか、自局エリアで通信要求を受け取った場合だけ、第１の適応処理による荷重更新を停止するように制御する。これにより、隣接する通信波のように所望波と同期する既知の信号系列を持つ干渉波は、第１段の適応処理により抑圧され、信号位置検出器３１は正確に所望波に含まれる既知の信号系列の位置を検出することができるので、良好な性能のアダプティブアンテナを得ることができる効果を奏する。
【００５８】
実施の形態３．
この実施の形態３では、図４に示すように、上記実施の形態１における荷重係数計算機２１の適応アルゴリズムとして、ＬＭＳ（Ｌｅａｓｔ  Ｍｅａｎ  Ａｌｇｏｒｉｔｈｍ）などの適応処理後の信号を荷重計算にフィードバックする型のアルゴリズムを採用する例を示したものである。
【００５９】
荷重係数計算機２１では、適応処理後の出力信号ｚ（ｎ）と参照信号生成器２０により生成された所望波と相関が高い参照信号ｄ（ｎ）の差分信号を計算し、この差分信号の平均電力が最小化するように荷重係数計算機２１の制御を行う。このような制御を行うアダプティブアンテナでも、第１段目である程度の干渉波が抑圧されるので、実施の形態２と同様の効果で、良好な性能のアダプティブアンテナを得ることできる効果を奏する。
【００６０】
実施の形態４．
図５はこの発明の実施の形態４によるアダプティブアンテナを示す構成図であり、図において、図１と同一符号は同一または相当部分を示すので説明を省略する。
４１は減算器１７−１〜１７−Ｍが出力する差分信号ｅ1 （ｎ）〜ｅM （ｎ）と定包絡線値σから荷重係数ｗ2-1 〜ｗ2-M を計算する荷重係数計算機（所望信号抽出手段）である。
【００６１】
次に動作について説明する。
この実施の形態４では、荷重係数計算機４１の適応アルゴリズムとして、ＣＭＡを用いる例を示したものである。
ＣＭＡは通信信号が一定の包絡線を持つ場合に有効なアルゴリズムであり、通信信号が干渉を受けた場合に生じる定包絡線からの歪みを除去するように、荷重係数計算機４１が荷重係数を計算する。
【００６２】
このアルゴリズムを採用するアダプティブアンテナでは、例えば、他の定包絡線を持つ通信波が干渉波となる場合で、干渉波が所望波よりも大きい場合に、干渉波を所望波と誤認することにより性能が劣化する問題点がある。
これに対し、この実施の形態４のアダプティブアンテナでは、通信開始以前には全ての入射信号の入射方向にヌルが形成されるように第１段の適応処理を実施し、通信開始後は荷重を固定するように荷重更新制御を行うことによって、所望信号が干渉波と同一方向から入射する場合を除いて、第１段の適応処理により干渉波がある程度抑圧されるので、干渉波が所望波より強い場合に性能が劣化するＣＭＡを採用する場合でも、実施の形態２と同様の効果で、良好な性能のアダプティブアンテナを得ることできる効果を奏する。
【００６３】
【発明の効果】
以上のように、この発明によれば、荷重係数を更新して計測手段により計測された差分信号の平均電力の最小化を図る更新手段と、その計測手段により計測された差分信号から所望信号の発信を検出すると、その発信を検出する直前の荷重係数に固定する指示を更新手段に与える信号検出手段とを設けるように構成したので、干渉波成分を抑圧して、精度よく所望波成分を抽出することができる効果がある。
【００６４】
この発明によれば、所望信号と相関が高い参照信号を生成する参照信号生成器と、計測手段により計測された差分信号と参照信号生成器により生成された参照信号から荷重係数を計算する荷重係数計算機と、その計測手段により計測された差分信号に当該荷重係数を乗算して所望信号を出力する合成手段とから所望信号抽出手段を構成したので、複雑な構成を用いることなく、干渉波成分を抑圧して、所望波成分のみを抽出することができる効果がある。
【００６５】
この発明によれば、計測手段により計測された差分信号から既知の信号系列を抽出する信号系列抽出器と、所望信号と相関が高い参照信号を生成する参照信号生成器と、その信号系列抽出器により抽出された信号系列と参照信号生成器により生成された参照信号から荷重係数を計算する荷重係数計算機と、その計測手段により計測された差分信号に当該荷重係数を乗算して所望信号を出力する合成手段とから所望信号抽出手段を構成したので、複雑な構成を用いることなく、干渉波成分を抑圧して、所望波成分のみを抽出することができる効果がある。
【００６６】
この発明によれば、合成手段から出力された所望信号と参照信号生成器により生成された参照信号との差分信号を求め、荷重係数を更新してその差分信号の平均電力の最小化を図るように構成したので、参照信号と相関が低い干渉波成分を抑圧することができる効果がある。
【００６７】
この発明によれば、計測手段により計測された差分信号と定包絡線値から所望信号を抽出する所望信号抽出手段を設けるように構成したので、干渉波成分を抑圧して、精度よく所望波成分を抽出することができる効果がある。
【００６８】
この発明によれば、計測手段により計測された差分信号に荷重係数を乗算して所望信号を抽出するとともに、その荷重係数を更新して定包絡線値からの所望信号の歪みを除去するように構成したので、複雑な構成を用いることなく、干渉波成分を抑圧して、所望波成分のみを抽出することができる効果がある。
【００６９】
この発明によれば、アレーアンテナを構成する素子アンテナの受信信号から計算される相関行列の逆行列と、その受信信号及び参照用アンテナの受信信号から計算される相互相関ベクトルとを乗算して、荷重係数を求める計測手段を設けるように構成したので、複雑な計算を実施することなく、荷重係数を求めることができる効果がある。
【００７０】
この発明によれば、荷重係数を更新して差分信号の平均電力の最小化を図る一方、その差分信号から所望信号の発信を検出すると、その発信を検出する直前の荷重係数に固定して、その差分信号と参照信号から所望信号を抽出するように構成したので、干渉波成分を抑圧して、精度よく所望波成分を抽出することができる効果がある。
【００７１】
この発明によれば、荷重係数を更新して差分信号の平均電力の最小化を図る一方、その差分信号から所望信号の発信を検出すると、その発信を検出する直前の荷重係数に固定して、その差分信号と定包絡線値から所望信号を抽出するように構成したので、干渉波成分を抑圧して、精度よく所望波成分を抽出することができる効果がある。
【００７２】
この発明によれば、アレーアンテナを構成する素子アンテナの受信信号から計算される相関行列の逆行列と、その受信信号及び参照用アンテナの受信信号から計算される相互相関ベクトルとを乗算して、荷重係数を求めるように構成したので、複雑な計算を実施することなく、荷重係数を求めることができる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】  この発明の実施の形態１によるアダプティブアンテナを示す構成図である。
【図２】  この発明の実施の形態１によるアンテナ指向性制御方法を示すフローチャートである。
【図３】  この発明の実施の形態２によるアダプティブアンテナを示す構成図である。
【図４】  この発明の実施の形態３によるアダプティブアンテナを示す構成図である。
【図５】  この発明の実施の形態４によるアダプティブアンテナを示す構成図である。
【図６】  従来のアダプティブアンテナを示す構成図である。
【符号の説明】
１０  参照用アンテナ、１１  アレーアンテナ、１１−１〜１１−Ｎ  素子アンテナ、１２−０〜１２−Ｎ  受信機（計測手段）、１３−０〜１３−Ｎ  Ａ／Ｄ変換器（計測手段）、１４−０〜１４−Ｎ  ＩＱ信号変換器（計測手段）、１５  荷重係数計算機（計測手段）、１６−１，ｍ〜１６−Ｉ，ｍ（ｍ＝１〜Ｍ）乗算器（計測手段）、１７−１〜１７−Ｍ  減算器（計測手段）、１８  荷重更新制御器（更新手段）、１９  信号検出器（信号検出手段）、２０  参照信号生成器（所望信号抽出手段）、２１，３４，４１  荷重係数計算機（所望信号抽出手段）、２２−１〜２２−Ｍ  乗算器（合成手段、所望信号抽出手段）、２３合成器（合成手段、所望信号抽出手段）、３１  信号位置検出器（信号検出手段）、３２  信号系列抽出器（所望信号抽出手段）、３３  参照信号系列メモリ（参照信号生成器、所望信号抽出手段）。
【図１】
0004024429.tif 000006
【図２】
0004024429.tif 000007
【図３】
0004024429.tif 000008
【図４】
0004024429.tif 000009
【図５】
0004024429.tif 000010
【図６】
0004024429.tif 000011