(57)【要約】【課題】アレイアンテナ通信装置における最適なウェイトを高速に算出すること。【解決手段】アレイアンテナ通信装置１は、アンテナ素子１１−１〜１１−Ｎと、初期ウェイト算出部２１と、受信ウェイト算出部２３と、位相調節部１３とを有する。初期ウェイト算出部２１は、希望波の到来方向にビームを形成するための初期ウェイトを算出する。受信ウェイト算出部２３は、初期ウェイト算出部２１で算出された初期ウェイトに互いに異なる複数の位相偏差を加えて複数の受信ウェイト候補を算出し、それら複数の受信ウェイト候補を用いて最適化アルゴリズムを実行することにより、最適化アルゴリズムの最適解である受信ウェイトを算出する。位相調節部１３は、受信ウェイト算出部２３で算出された受信ウェイトを用いて、アンテナ素子１１−１〜１１−Ｎによって受信される信号の位相を調節する。【選択図】図１
2017168939.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
アレイアンテナ通信装置に用いられる通信制御プログラムであって、
希望波の到来方向にビームを形成するための第一のウェイトを算出し、
前記第一のウェイトに互いに異なる複数の位相偏差を加えて複数のウェイト候補を算出し、
前記複数のウェイト候補を用いて最適化アルゴリズムを実行することにより、前記最適化アルゴリズムの最適解である第二のウェイトであって、前記アレイアンテナ通信装置が有するアンテナ素子によって受信される信号の位相の調節に用いられる前記第二のウェイトを算出する
処理を前記アレイアンテナ通信装置が有するプロセッサに実行させるための通信制御プログラム。
【請求項２】
ランダムな値の前記複数の位相偏差を前記第一のウェイトに加えて前記複数のウェイト候補を算出する、
請求項１に記載の通信制御プログラム。
【請求項３】
前記希望波の到来方向に前記ビームを形成し、かつ、干渉波の到来方向にヌルを形成するための前記第二のウェイトを算出する、
請求項１に記載の通信制御プログラム。
【請求項４】
前記希望波の送信元の位置に基づいて、前記第一のウェイトを算出する、
請求項１に記載の通信制御プログラム。
【請求項５】
アレイアンテナ通信装置における通信制御方法であって、
希望波の到来方向にビームを形成するための第一のウェイトを算出し、
前記第一のウェイトに互いに異なる複数の位相偏差を加えて複数のウェイト候補を算出し、
前記複数のウェイト候補を用いて最適化アルゴリズムを実行することにより、前記最適化アルゴリズムの最適解である第二のウェイトを算出し、
前記第二のウェイトを用いて、前記アレイアンテナ通信装置が有するアンテナ素子によって受信される信号の位相を調節する、
通信制御方法。
【請求項６】
アンテナ素子と、
希望波の到来方向にビームを形成するための第一のウェイトを算出する第一算出部と、
前記第一のウェイトに互いに異なる複数の位相偏差を加えて複数のウェイト候補を算出し、前記複数のウェイト候補を用いて最適化アルゴリズムを実行することにより、前記最適化アルゴリズムの最適解である第二のウェイトを算出する第二算出部と、
前記第二のウェイトを用いて、前記アンテナ素子によって受信される信号の位相を調節する調節部と、
を具備するアレイアンテナ通信装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、通信制御プログラム、通信制御方法及びアレイアンテナ通信装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
複数のアンテナ素子が配列されたアレイアンテナを用いて指向性ビーム（以下では単に「ビーム」と呼ぶことがある）を制御する無線通信装置(以下では「アレイアンテナ通信装置」と呼ぶことがある)が知られている。
【０００３】
アレイアンテナ通信装置の一つに、複数のアンテナ素子で受信された複数の受信信号をそれぞれアナログからデジタルに変換後、それらのデジタルの受信信号のそれぞれに受信ウェイトを乗算するものがある。このように、複数のアンテナ素子に対応する複数のデジタルの受信信号のそれぞれに受信ウェイトを乗算するアレイアンテナ通信装置（以下では「デジタル型アレイアンテナ通信装置」と呼ぶことがある）では、ＡＤ（Analog  to  Digital）変換器を含む受信処理部が複数のアンテナ素子毎に備えられるため、回路規模及び消費電力が大きくなってしまう。
【０００４】
そこで、複数のアンテナ素子で受信された複数の受信信号をアナログからデジタルに変換する前に、複数のアナログの受信信号のそれぞれに受信ウェイトを乗算するアレイアンテナ通信装置（以下では「アナログ型アレイアンテナ通信装置」と呼ぶことがある）がある。アナログ型アレイアンテナ通信装置では、受信ウェイト乗算後の複数のアナログの受信信号を合成し、合成後の信号（以下では「合成信号」と呼ぶことがある）をアナログからデジタルに変換後に復調する。このように、アナログ型アレイアンテナ通信装置では、ＡＤ変換の対象が合成信号となるため、ＡＤ変換器を含む受信処理部を複数のアンテナ素子毎に備える必要がない。このため、アナログ型アレイアンテナ通信装置では、デジタル型アレイアンテナ通信装置に比べて、回路規模及び消費電力を低下させることができる。
【０００５】
ここで、アナログ型アレイアンテナ通信装置では、受信ウェイトの適応制御に最適化アルゴリズムが用いられることがある。最適化アルゴリズムの一例として、シンプレックス法が挙げられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１０−０５７０５５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
最適化アルゴリズムとしてシンプレックス法を用いて受信ウェイトの適応制御を行うと、アンテナ素子数の増加に伴って、最終的に未使用となる解が数多く発見されてしまうため、適応制御の処理量が増加する。よって、アンテナ素子数が多いアナログ型アレイアンテナ通信装置では、最適化アルゴリズムとしてシンプレックス法が用いられると、受信ウェイトの適応制御の処理時間が膨大になってしまう。
【０００８】
また、受信ウェイトの適応制御にシンプレックス法を用いるアナログ型アレイアンテナ通信装置では、アンテナ素子数が増えると、受信ウェイトの最適化に用いる要素数が増える。このため、シンプレックス法における解が部分最適となって干渉波レベルの抑圧が不十分となってしまうことがある。
【０００９】
開示の技術は、かかる点に鑑みてなされたものであって、アレイアンテナ通信装置における最適なウェイトを高速に算出することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
開示の態様では、アレイアンテナ通信装置は、アンテナ素子と、第一算出部と、第二算出部と、調節部とを有する。前記第一算出部は、希望波の到来方向にビームを形成するための第一のウェイトを算出する。前記第二算出部は、前記第一のウェイトに互いに異なる複数の位相偏差を加えて複数のウェイト候補を算出し、前記複数のウェイト候補を用いて最適化アルゴリズムを実行することにより、前記最適化アルゴリズムの最適解である第二のウェイトを算出する。前記調節部は、前記第二のウェイトを用いて、前記アンテナ素子によって受信される信号の位相を調節する。
【発明の効果】
【００１１】
開示の態様によれば、アレイアンテナ通信装置における最適なウェイトを高速に算出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】図１は、実施例１のアレイアンテナ通信装置の構成例を示す図である。
【図２】図２は、実施例１の初期ウェイト算出部の処理の一例を示すフローチャートである。
【図３】図３は、実施例１の受信ウェイト算出部の処理の一例を示すフローチャートである。
【図４】図４は、実施例１のアレイアンテナ通信装置におけるアレイ利得のシミュレーション結果例である。
【図５】図５は、実施例２のアレイアンテナ通信装置の構成例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本願が開示する通信制御プログラム、通信制御方法及びアレイアンテナ通信装置の実施例について、図面を参照して説明する。なお、この実施例により本発明が限定されるものではない。また、各実施例において同一の機能を有する構成には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
【００１４】
［実施例１］
＜アレイアンテナ通信装置の構成＞
図１は、実施例１のアレイアンテナ通信装置の構成例を示す図である。図１に示すアレイアンテナ通信装置１は、アナログ型アレイアンテナ通信装置である。アレイアンテナ通信装置１は、アンテナ素子１１−１〜１１−Ｎと、位相調節部１３と、合成部１５と、受信処理部１７と、適応制御装置１９と、メモリ３１とを有する。アンテナ素子１１−１〜１１−Ｎは、直線上に一列に並べて配列されてアレイアンテナを形成する。位相調節部１３は、乗算器１３−１〜１３−Ｎを有する。位相調節部１３は、「フェーズシフタ」と呼ばれることもある。乗算器１３−１〜１３−Ｎの各々は、アンテナ素子１１−１〜１１−Ｎの各々に対応する。適応制御装置１９は、初期ウェイト算出部２１と、受信ウェイト算出部２３とを有する。
【００１５】
適応制御装置１９は、ハードウェアの構成として、プロセッサにより実現される。適応制御装置１９を実現するプロセッサの一例として、ＣＰＵ（Central  Processing  Unit），ＤＳＰ（Digital  Signal  Processor），ＦＰＧＡ（Field  Programmable  Gate  Array）等が挙げられる。また、メモリ３１の一例として、ＳＤＲＡＭ等のＲＡＭ，ＲＯＭ，フラッシュメモリ等が挙げられる。
【００１６】
位相調節部１３は、適応制御装置１９から入力されるウェイトを用いてビームを形成する。アンテナ素子１１−１〜１１−Ｎにおけるそれぞれの受信信号に対するウェイトの乗算により、それぞれの受信信号の位相が調節されてアレイアンテナによるビームが形成される。位相調節部１３は、ウェイト乗算後の受信信号を合成部１５へ出力する。
【００１７】
合成部１５は、乗算器１３−１〜１３−Ｎからそれぞれ入力される複数の受信信号（つまり、ウェイト乗算後の複数の受信信号）を合成してアナログの合成信号を受信処理部１７へ出力する。
【００１８】
受信処理部１７は、ＡＤ変換器を有する。受信処理部１７は、アナログの合成信号をＡＤ変換し、ＡＤ変換により得られたデジタルの合成信号を適応制御装置１９へ出力する。また、受信処理部１７は、ＡＤ変換により得られたデジタルの合成信号を復調及び復号して受信データを得る。
【００１９】
初期ウェイト算出部２１は、デジタルの合成信号を用いて、希望波の到来方向にビームを形成するための第一のウェイト（以下では「初期ウェイト」と呼ぶことがある）を算出し、算出した初期ウェイトを受信ウェイト算出部２３へ出力する。初期ウェイト算出部２１の処理の詳細は後述する。
【００２０】
受信ウェイト算出部２３は、初期ウェイトに互いに異なる複数の位相偏差を加えて複数のウェイト候補を算出する。また、受信ウェイト算出部２３は、算出した複数のウェイト候補を用いて最適化アルゴリズムを実行することにより、最適化アルゴリズムの最適解である第二のウェイトを算出する。第二のウェイトは、アンテナ素子１１−１〜１１−Ｎによって受信される信号の位相の調節に用いられるウェイトである。つまり、第二のウェイトは、アンテナ素子１１−１〜１１−Ｎによって受信された複数の信号に対して乗算される受信ウェイトｗｒ１〜ｗｒＮである。受信ウェイト算出部２３は、算出した受信ウェイトｗｒ１〜ｗｒＮを乗算器１３−１〜１３−Ｎへ出力する。受信ウェイト算出部２３の処理の詳細は後述する。
【００２１】
＜初期ウェイト算出部の処理＞
図２は、実施例１の初期ウェイト算出部の処理の一例を示すフローチャートである。以下では、一例として、初期ウェイト算出部２１が、最適化アルゴリズムとして遺伝的アルゴリズムを用いる場合について説明する。
【００２２】
初期ウェイト算出部２１は、まず、カウンタｇを初期値「１」に設定する（ステップＳ１０１）。
【００２３】
次いで、初期ウェイト算出部２１は、ランダムなＭ個の初期ウェイトベクトル候補Ｗｂｆｃ１〜ＷｂｆｃＭを生成し、生成したＭ個の初期ウェイトベクトル候補Ｗｂｆｃ１〜ＷｂｆｃＭを順次、位相調節部１３へ出力する（ステップＳ１０３）。Ｍ個の各初期ウェイトベクトル候補Ｗｂｆｃは式（１）によって表される。式（１）において、ｗｂｆｃ１はアンテナ素子１１−１に対する初期ウェイト候補を表し、ｗｂｆｃ２はアンテナ素子１１−２に対する初期ウェイト候補を表す。同様に、ｗｂｆｃＮはアンテナ素子１１−Ｎに対する初期ウェイト候補を表す。また、Ｎはアレイアンテナを形成するアンテナ素子数を表し、上添字Ｔは転置を表す。
【数１】
2017168939.tif 000003
【００２４】
次いで、初期ウェイト算出部２１は、Ｍ個のデジタルの合成信号を受信処理部１７から取得する（ステップＳ１０５）。アンテナ素子１１−１〜１１−Ｎによって受信されたそれぞれの信号に対してＭ個の初期ウェイトベクトル候補Ｗｂｆｃ１〜ＷｂｆｃＭが位相調節部１３において順次乗算され、１〜Ｍの各々において初期ウェイト候補乗算後の信号が合成部１５で合成されることによりＭ個の合成信号が得られる。よって、Ｍ個の各合成信号ｙ(ｔ)は式（２）によって表される。式（２）において、Ｘ（ｔ）はアンテナ素子１１−１〜１１−Ｎによって受信された信号を表す受信信号ベクトルを表し、上添字Ｈは複素共役転置を表す。
【数２】
2017168939.tif 000004
【００２５】
次いで、初期ウェイト算出部２１は、Ｍ個の初期ウェイトベクトル候補Ｗｂｆｃ１〜ＷｂｆｃＭのそれぞれについて評価値Ｑを算出する（ステップＳ１０７）。評価値Ｑは、例えば式（３）によって表される。式（３）において、ｒ（ｔ）は参照信号、Ｅは最小２乗誤差（Minimum  Mean  Square  Error：ＭＭＳＥ)を表す。
【数３】
2017168939.tif 000005
【００２６】
次いで、初期ウェイト算出部２１は、Ｍ個の初期ウェイトベクトル候補Ｗｂｆｃ１〜ＷｂｆｃＭの中から、上位の適応度を有するＮ個の初期ウェイトベクトル候補を選択する（ステップＳ１０９）。初期ウェイト算出部２１は、ステップＳ１０７で算出したＭ個のＱ値を昇順（つまり、Ｑ値が小さい順）にソートし、Ｍ個の初期ウェイトベクトル候補の中から、上位Ｎ個のＱ値に対応するＮ個の初期ウェイトベクトル候補を選択する。例えば、ＮはＭの５０％の値である。
【００２７】
次いで、初期ウェイト算出部２１は、ステップＳ１０９で選択したＮ個の初期ウェイトベクトル候補に対して交叉及び突然変異を行って（ステップＳ１１１，Ｓ１１３）、再びＭ個の初期ウェイトベクトル候補Ｗｂｆｃ１〜ＷｂｆｃＭを生成する（ステップＳ１１５）。初期ウェイト算出部２１は、Ｎ個の初期ウェイトベクトル候補に対して、例えば、８０％の確率で交叉を行い、１０％の確率で突然変異を行う。
【００２８】
次いで、初期ウェイト算出部２１は、カウンタｇをインクリメントする（ステップＳ１１７）。
【００２９】
次いで、初期ウェイト算出部２１は、カウンタｇが所定の世代数Ｇ１に達したか否かを判断する（ステップＳ１１９）。
【００３０】
カウンタｇが所定の世代数Ｇ１に達していない場合は（ステップＳ１１９：Ｎｏ）、処理はステップＳ１０５に戻る。一方で、カウンタｇが所定の世代数Ｇ１に達した場合は（ステップＳ１１９：Ｙｅｓ）、処理はステップＳ１２１へ進む。つまり、初期ウェイト算出部２１では、遺伝的アルゴリズムの処理として、ステップＳ１０５〜Ｓ１１５の処理が、遺伝的アルゴリズムの世代数Ｇ１まで繰り返される。
【００３１】
ステップＳ１２１において、初期ウェイト算出部２１は、Ｍ個の初期ウェイトベクトル候補Ｗｂｆｃ１〜ＷｂｆｃＭのそれぞれについて、上式（３）によって表される評価値Ｑを算出する。
【００３２】
次いで、初期ウェイト算出部２１は、Ｍ個の初期ウェイトベクトル候補Ｗｂｆｃ１〜ＷｂｆｃＭの中から、最大の適応度を有する初期ウェイトベクトル候補を選択し、その最大の適応度を有する初期ウェイトベクトル候補を初期ウェイトベクトルＷｂｆに決定する（ステップＳ１２３）。Ｍ個の初期ウェイトベクトル候補の中で最大の適応度を有する初期ウェイトベクトル候補とは、ステップＳ１２１で算出されたＱ値の中で最小のＱ値に対応する初期ウェイトベクトル候補である。初期ウェイト算出部２１は、決定した初期ウェイトベクトルＷｂｆを、位相調節部１３及び受信ウェイト算出部２３へ出力する。ステップＳ１２３で初期ウェイト算出部２１が決定した初期ウェイトベクトルＷｂｆは、式（４）によって表される。式（４）において、ｗｂｆ１はアンテナ素子１１−１に対する初期ウェイトを表し、ｗｂｆ２はアンテナ素子１１−２に対する初期ウェイトを表す。同様に、ｗｂｆＮはアンテナ素子１１−Ｎに対する初期ウェイトを表す。また、λは受信される電波の波長を表し、ｄｎはアンテナ素子ｎの座標位置を表し、θは希望波の到来方向を表す。
【数４】
2017168939.tif 000006
【００３３】
以上のようにして、初期ウェイト算出部２１は、受信ウェイトの元になる初期ウェイトを算出する。
【００３４】
初期ウェイト算出部２１から位相調節部１３へ初期ウェイトベクトルＷｂｆが出力されることにより、位相調節部１３では、アンテナ素子１１−１によって受信された信号に初期ウェイトｗｂｆ１が乗算され、アンテナ素子１１−２によって受信された信号に初期ウェイトｗｂｆ２が乗算される。同様に、アンテナ素子１１−Ｎによって受信された信号に初期ウェイトｗｂｆＮが乗算される。受信信号に対する初期ウェイトｗｂｆ１〜ｗｂｆＮの乗算により、アンテナ素子１１−１〜１１−Ｎの配列方向に対して垂直な方向との為す角度がθの方向を向くビームが形成される。つまり、初期ウェイトベクトルＷｂｆによってアンテナ素子１１−１〜１１−Ｎを重み付けすることにより、各アンテナ素子１１−１〜１１−Ｎにおいてθの方向から入射する電波の位相が揃うため、θの方向にビームが形成される。このようにして、アレイアンテナ通信装置１は、初期ウェイトベクトルを用いて、希望波に対するビームフォーミングを行う。
【００３５】
＜受信ウェイト算出部の処理＞
図３は、実施例１の受信ウェイト算出部の処理の一例を示すフローチャートである。以下では、一例として、受信ウェイト算出部２３が、最適化アルゴリズムとして遺伝的アルゴリズムを用いる場合について説明する。
【００３６】
アレイアンテナ通信装置１が初期ウェイトベクトルを用いて希望波に対するビームフォーミングを行っている状態で、受信ウェイト算出部２３は、まず、カウンタｇを初期値「１」に設定する（ステップＳ２０１）。
【００３７】
次いで、受信ウェイト算出部２３は、ステップＳ１２３（図２）で決定された初期ウェイトベクトルＷｂｆにバラツキを与えてＭ個の受信ウェイトベクトル候補Ｗｒｃ１〜ＷｒｃＭを生成し、生成したＭ個の受信ウェイトベクトル候補Ｗｒｃ１〜ＷｒｃＭを順次、位相調節部１３へ出力する（ステップＳ２０３）。Ｍ個の各受信ウェイトベクトル候補Ｗｒｃは式（５）によって表される。式（５）において、ｗｒｃ１はアンテナ素子１１−１に対する受信ウェイト候補を表し、ｗｒｃ２はアンテナ素子１１−２に対する受信ウェイト候補を表す。同様に、ｗｒｃＮはアンテナ素子１１−Ｎに対する受信ウェイト候補を表す。また、Φｎは初期ウェイトに加えられる位相偏差を表し、初期ウェイトベクトルＷｂｆに与えられるバラツキに相当する。位相偏差Φｎは、Ｍ個の初期ウェイトベクトル毎、及び、Ｎ個のアンテナ素子毎に異なる。つまり、ステップＳ２０３において、受信ウェイト算出部２３は、ステップＳ１２３（図２）で決定された初期ウェイトベクトルＷｂｆに互いに異なる複数の位相偏差Φｎを加えることにより、複数の受信ウェイトベクトル候補を生成する。位相偏差ΦｎをＭ個の初期ウェイトベクトル毎、及び、Ｎ個のアンテナ素子毎に異なる値にするために、位相偏差Φｎはランダムな値であるのが好ましい。
【数５】
2017168939.tif 000007
【００３８】
次いで、受信ウェイト算出部２３は、Ｍ個のデジタルの合成信号を受信処理部１７から取得する（ステップＳ２０５）。アンテナ素子１１−１〜１１−Ｎによって受信されたそれぞれの信号に対してＭ個の受信ウェイトベクトル候補Ｗｒｃ１〜ＷｒｃＭが位相調節部１３において順次乗算され、１〜Ｍの各々において受信ウェイト候補乗算後の信号が合成部１５で合成されることによりＭ個の合成信号ｙ(ｔ)が得られる。
【００３９】
次いで、受信ウェイト算出部２３は、Ｍ個の受信ウェイトベクトル候補Ｗｒｃ１〜ＷｒｃＭのそれぞれについて評価値Ｑを算出する（ステップＳ２０７）。評価値Ｑは、例えば上式（３）によって表される。
【００４０】
次いで、受信ウェイト算出部２３は、Ｍ個の受信ウェイトベクトル候補Ｗｒｃ１〜ＷｒｃＭの中から、上位の適応度を有するＮ個の受信ウェイトベクトル候補を選択する（ステップＳ２０９）。受信ウェイト算出部２３は、ステップＳ２０７で算出したＭ個のＱ値を昇順（つまり、Ｑ値が小さい順）にソートし、Ｍ個の受信ウェイトベクトル候補の中から、上位Ｎ個のＱ値に対応するＮ個の受信ウェイトベクトル候補を選択する。例えば、ＮはＭの５０％の値である。
【００４１】
次いで、受信ウェイト算出部２３は、ステップＳ２０９で選択したＮ個の受信ウェイトベクトル候補に対して交叉及び突然変異を行って（ステップＳ２１１，Ｓ２１３）、再びＭ個の受信ウェイトベクトル候補Ｗｒｃ１〜ＷｒｃＭを生成する（ステップＳ２１５）。受信ウェイト算出部２３は、Ｎ個の受信ウェイトベクトル候補に対して、例えば、８０％の確率で交叉を行い、１０％の確率で突然変異を行う。
【００４２】
次いで、受信ウェイト算出部２３は、カウンタｇをインクリメントする（ステップＳ２１７）。
【００４３】
次いで、受信ウェイト算出部２３は、カウンタｇが所定の世代数Ｇ２に達したか否かを判断する（ステップＳ２１９）。世代数Ｇ２は、上記の世代数Ｇ１より大きい値であることが好ましい。
【００４４】
カウンタｇが所定の世代数Ｇ２に達していない場合は（ステップＳ２１９：Ｎｏ）、処理はステップＳ２０５に戻る。一方で、カウンタｇが所定の世代数Ｇ２に達した場合は（ステップＳ２１９：Ｙｅｓ）、処理はステップＳ２２１へ進む。つまり、受信ウェイト算出部２３では、遺伝的アルゴリズムの処理として、ステップＳ２０５〜Ｓ２１５の処理が、遺伝的アルゴリズムの世代数Ｇ２まで繰り返される。
【００４５】
ステップＳ２２１において、受信ウェイト算出部２３は、Ｍ個の受信ウェイトベクトル候補Ｗｒｃ１〜ＷｒｃＭのそれぞれについて、上式（３）によって表される評価値Ｑを算出する。
【００４６】
次いで、受信ウェイト算出部２３は、Ｍ個の受信ウェイトベクトル候補Ｗｒｃ１〜ＷｒｃＭの中から、最大の適応度を有する受信ウェイトベクトル候補を選択し、最大の適応度を有する受信ウェイトベクトル候補を受信ウェイトベクトルＷｒに決定する（ステップＳ２２３）。Ｍ個の受信ウェイトベクトル候補の中で最大の適応度を有する受信ウェイトベクトル候補とは、ステップＳ２２１で算出されたＱ値の中で最小のＱ値に対応する受信ウェイトベクトル候補である。
【００４７】
受信ウェイト算出部２３は、決定した受信ウェイトベクトルＷｒを、位相調節部１３へ出力する。
【００４８】
以上のようにして、受信ウェイト算出部２３は、アンテナ素子１１−１〜１１−Ｎによって受信される信号の位相の調節に用いられる受信ウェイトを算出する。
【００４９】
受信ウェイト算出部２３から位相調節部１３へ受信ウェイトベクトルＷｒが出力されることにより、位相調節部１３では、アンテナ素子１１−１によって受信された信号に受信ウェイトｗｒ１が乗算され、アンテナ素子１１−２によって受信された信号に受信ウェイトｗｒ２が乗算される。同様に、アンテナ素子１１−Ｎによって受信された信号に受信ウェイトｗｒＮが乗算される。受信信号に対する受信ウェイトｗｒ１〜ｗｒＮの乗算により、希望波の到来方向θにビームが形成され、かつ、干渉波の到来方向にヌルが形成される。
【００５０】
以上のように、受信ウェイト算出部２３は、初期ウェイトベクトルにバラツキを与えて生成した複数の受信ウェイトベクトル候補を用いて遺伝的アルゴリズムを実行することにより、遺伝的アルゴリズムの最適解である受信ウェイトベクトルを算出する。そして、アレイアンテナ通信装置１では、遺伝的アルゴリズムの最適解である受信ウェイトベクトルを用いて、アンテナ素子１１−１〜１１―Ｎによって受信される信号の位相が調節される。つまり、アレイアンテナ通信装置１では、初期ウェイトベクトルにバラツキを与えて生成した複数の受信ウェイトベクトル候補に対して適用した遺伝的アルゴリズムの最適解である受信ウェイトベクトルを用いて位相の調節が行われる。これにより、アレイアンテナ通信装置１では、希望波の到来方向θにビームが形成され、かつ、干渉波の到来方向にヌルが形成された状態で、希望波が受信される。
【００５１】
＜シミュレーション結果＞
図４は、実施例１のアレイアンテナ通信装置におけるアレイ利得のシミュレーション結果例である。図４において、横軸はウェイトベクトルの更新ステップ数であり、縦軸は干渉波の到来方向におけるアレイ利得［dB］（以下では「干渉波アレイ利得」と呼ぶことがある）である。更新ステップ数は、ウェイトベクトルの候補数（つまり、上記Ｍ）と遺伝的アルゴリズムの世代数（つまり、上記Ｇ１またはＧ２）との積によって規定される。
【００５２】
また、このシミュレーションには以下のパラメータを用いた。なお、希望波の到来方向及び干渉波の到来方向は、アンテナ素子の配列方向に対して垂直な方向との為す角度である。
ウェイトベクトルの候補数：Ｍ＝１００
アンテナ素子数：Ｎ＝１６
アンテナ素子間隔：λ／２
希望波の到来方向：３０°
干渉波の到来方向：２０°
変調方式：オフセットＱＰＳＫ
ＳＩＲ：−１０［dB］
【００５３】
図４において、グラフ４０１は、ステップＳＴ１＝５０００ステップまでの干渉波アレイ利得を示し、グラフ４０３，４０５は、ステップＳＴ１以降の干渉波アレイ利得を示す。
【００５４】
０ステップからステップＳＴ１＝５０００ステップまでは、図２に示すフローチャートに従って、初期ウェイトベクトル候補を随時更新した。
【００５５】
そして、受信ウェイトベクトルの算出の元になる初期ウェイトベクトルをステップＳＴ１の時点で決定することなく、ステップＳＴ１以降も初期ウェイトベクトル候補を随時更新しながら受信を継続した場合、干渉波アレイ利得はグラフ４０３のようになる。
【００５６】
一方で、受信ウェイトベクトルの算出の元になる初期ウェイトベクトルをステップＳＴ１の時点で決定し、決定した初期ウェイトベクトルを元にして、図３に示すフローチャートに従って受信ウェイトベクトル候補を随時更新した場合、干渉波アレイ利得はグラフ４０５のようになる。
【００５７】
よって、図４のシミュレーションから、図３に示すフローチャートに従って受信ウェイトベクトルを決定すると、図２に示すフローチャートに従って受信ウェイトベクトルを決定するよりも、干渉波アレイ利得の抑圧量が増加することが分かる。
【００５８】
また、シンプレックス法において、解が収束するまでに要するステップ数の最悪値は、２Ｎ−１ステップ（Ｎはアンテナ素子数）であることが知られている。よって、アンテナ素子数がＮ＝１６である場合は、受信ウェイトの適応制御にシンプレックス法を用いると、解が収束するまでに最悪で６５,５３５ステップを要することになる。これに対し、遺伝的アルゴリズムを用いて、図３に示すフローチャートに従って受信ウェイトベクトル候補を随時更新した場合は、図４に示すとおり、解は１０,０００ステップ程度で収束している。
【００５９】
つまり、実施例１のアレイアンテナ通信装置１によれば、最適な受信ウェイトを高速に算出することができる。
【００６０】
このように、最適な受信ウェイトを高速に算出することができるのは、遺伝的アルゴリズムが複数の解の候補を同時に持つことが可能であるからだと考えられる。このため、図３のステップＳ２０３での処理のように、複数の解の候補に互いに異なるバラツキを与えることで、部分最適ではない最適な受信ウェイトを高速に算出でき、その結果、干渉波の低減に要する時間を短縮することができる。
【００６１】
以上のように、実施例１では、アレイアンテナ通信装置１は、アンテナ素子１１−１〜１１−Ｎと、初期ウェイト算出部２１と、受信ウェイト算出部２３と、位相調節部１３とを有する。初期ウェイト算出部２１は、希望波の到来方向にビームを形成するための初期ウェイトを算出する。受信ウェイト算出部２３は、初期ウェイト算出部２１で算出された初期ウェイトに互いに異なる複数の位相偏差を加えて複数の受信ウェイト候補を算出し、それら複数の受信ウェイト候補を用いて最適化アルゴリズムを実行することにより、最適化アルゴリズムの最適解である受信ウェイトを算出する。位相調節部１３は、受信ウェイト算出部２３で算出された受信ウェイトを用いて、アンテナ素子１１−１〜１１−Ｎによって受信される信号の位相を調節する。
【００６２】
こうすることで、最適な受信ウェイトを高速に算出することができる。
【００６３】
また、実施例１では、受信ウェイト算出部２３は、ランダムな値の複数の位相偏差を初期ウェイトに加えて複数の受信ウェイト候補を算出する。
【００６４】
こうすることで、互いにバラツキのある受信ウェイト候補を容易に算出することができる。
【００６５】
また、実施例１では、受信ウェイト算出部２３は、希望波の到来方向にビームを形成し、かつ、干渉波の到来方向にヌルを形成するための受信ウェイトを算出する。
【００６６】
こうすることで、干渉波の抑圧量を増加させることができる。
【００６７】
［実施例２］
図５は、実施例２のアレイアンテナ通信装置の構成例を示す図である。図５に示すアレイアンテナ通信装置２は、適応制御装置５１を有する。適応制御装置５１は、初期ウェイト算出部５３と、受信ウェイト算出部２３とを有する。
【００６８】
実施例１の初期ウェイト算出部２１は、遺伝的アルゴリズムを用いて、図２に示すフローチャートに従って、初期ウェイトベクトルを算出した。これに対し、実施例２の初期ウェイト算出部５３は、遺伝的アルゴリズムを用いずに、以下のようにして、希望波の送信元の位置に基づいて、初期ウェイトベクトルを算出する。
【００６９】
すなわち、初期ウェイト算出部５３には、希望波の送信元の位置を示す情報（以下では「送信元位置情報」と呼ぶことがある）が入力される。この送信元位置情報は、希望波の送信元からアレイアンテナ通信装置２へ送信され、アレイアンテナ通信装置２によって受信される。例えば、希望波の送信元は、自機の現在位置をＧＰＳ（Global  Positioning  System）を用いて取得する。
【００７０】
初期ウェイト算出部５３は、送信元位置情報から希望波の送信元の位置を把握する。そして、初期ウェイト算出部５３は、希望波の送信元の現在位置が、アレイアンテナ通信装置２の現在位置に対してどの方向にあるかを推定し、推定した方向を希望波の到来方向θに決定する。アレイアンテナ通信装置２が移動しない通信装置である場合、例えば、アレイアンテナ通信装置２の設置位置を示す情報が予めメモリ３１に記憶されており、初期ウェイト算出部５３は、その設置位置を自機の現在位置とする。また、アレイアンテナ通信装置２が移動する通信装置である場合、例えば、アレイアンテナ通信装置２は、自機の現在位置をＧＰＳを用いて取得すると良い。
【００７１】
希望波の到来方向θを決定した初期ウェイト算出部５３は、上式（４）に従って初期ウェイトベクトルを決定し、決定した初期ウェイトベクトルを位相調節部１３及び受信ウェイト算出部２３へ出力する。
【００７２】
以上のように、実施例２では、初期ウェイト算出部５３は、希望波の送信元の位置に基づいて初期ウェイトを算出する。
【００７３】
こうすることで、初期ウェイトの算出時間を短縮することができる。
【００７４】
以上、実施例１，２について説明した。
【００７５】
［他の実施例］
［１］適応制御装置１９，５１での上記説明における各処理は、各処理に対応するプログラムをアレイアンテナ通信装置１，２が有するプロセッサに実行させることによって実現しても良い。例えば、上記説明における各処理に対応するプログラムがメモリ３１に記憶され、各プログラムが適応制御装置１９，５１を構成するプロセッサによってメモリ３１から読み出されて実行されても良い。また、各プログラムは、必ずしも予めメモリ３１に記憶されていなくても良い。すなわち、例えば、アレイアンテナ通信装置１，２に接続可能な磁気ディスク、光ディスク、ＩＣカード、メモリカード等の可搬の記録媒体に各プログラムが予め記録され、各プログラムが適応制御装置１９，５１を構成するプロセッサにより記録媒体から読み出されて実行されても良い。また例えば、インターネット、ＬＡＮ、無線ＬＡＮ等を介して無線または有線によりアレイアンテナ通信装置１，２に接続されるコンピュータまたはサーバ等に各プログラムが記憶され、各プログラムが適応制御装置１９，５１を構成するプロセッサへ読み出されて実行されても良い。
【００７６】
［２］アレイアンテナ通信装置１，２は、上記のようにして算出した受信ウェイトベクトルを、送信ウェイトベクトルとして流用しても良い。また、アレイアンテナ通信装置１，２は、上記のようにして算出した受信ウェイトベクトルに基づいて、送信ウェイトベクトルを生成しても良い。
【符号の説明】
【００７７】
１，２  アレイアンテナ通信装置
１１−１〜１１−Ｎ  アンテナ素子
１３  位相調節部
１３−１〜１３−Ｎ  乗算器
１５  合成部
１７  受信処理部
１９，５１  適応制御装置
２１，５３  初期ウェイト算出部
２３  受信ウェイト算出部
３１  メモリ
【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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