(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｋ台の送信局（Ｋは２以上の整数）にそれぞれ割り当てられたＫ個のタイムスロットを通じて到来する所望波を受信する複数のアンテナ素子からなるアンテナアレイと、前記複数のアンテナ素子から並列に出力された複数のアンテナ信号に信号処理を施して複数の受信信号を生成する受信回路と、前記複数の受信信号に複数の重み係数をそれぞれ重み付けして複数の重み付け信号を生成し、前記複数の重み付け信号を合成して合成信号を生成するビームフォーミング部とを含むアダプティブアレイアンテナシステムにおいて、前記アンテナアレイの指向性を適応的に制御する適応制御装置であって、
前記Ｋ個のタイムスロットの各々について前記複数の受信信号の相関行列を算出する相関行列算出部と、
当該算出された相関行列を記憶する相関行列記憶部と、
前記アンテナアレイが現時刻に前記Ｋ個のタイムスロットのうちのいずれか１つである現在のタイムスロットを通じて所望波を受信するとき、前記Ｋ個のタイムスロットのうち前記現在のタイムスロット以外の別のタイムスロットについて前時刻に算出された相関行列を前記相関行列記憶部から取得し、当該取得された相関行列を干渉雑音相関行列とみなして前記干渉雑音相関行列の逆行列を算出する逆行列算出部と、
前記逆行列を用いて前記複数の重み係数を算出する重み係数算出部と
を備えることを特徴とする適応制御装置。
【請求項２】
請求項１に記載の適応制御装置であって、
前記相関行列記憶部は、前記Ｋ個のタイムスロットにそれぞれ対応するＫ個の相関行列を記憶しており、
前記逆行列算出部は、前記現在のタイムスロットを通じて受信された当該所望波の想定到来方向と前記別のタイムスロットを通じて前記前時刻に受信された所望波の想定到来方向との間の到来方向差の大きさが閾値を超える条件を満たすように前記Ｋ個の相関行列の中から前記干渉雑音相関行列を選択する、
ことを特徴とする適応制御装置。
【請求項３】
請求項１に記載の適応制御装置であって、
前記相関行列記憶部は、前記Ｋ個のタイムスロットにそれぞれ対応するＫ個の相関行列を記憶しており、
前記逆行列算出部は、前記現在のタイムスロットを通じて受信された当該所望波の想定到来方向と前記別のタイムスロットを通じて前記前時刻に受信された所望波の想定到来方向との間の到来方向差の大きさが最大となる条件を満たすように前記Ｋ個の相関行列の中から前記干渉雑音相関行列を選択する、
ことを特徴とする適応制御装置。
【請求項４】
請求項１から請求項３のうちのいずれか１項に記載の適応制御装置であって、前記重み係数算出部は、前記逆行列と、前記現在のタイムスロットを通じて受信された当該所望波の想定到来方向のステアリングベクトルとを用いて、信号対干渉雑音電力比を最大化するビームフォーミングアルゴリズムを実行することにより前記複数の重み係数を算出することを特徴とする適応制御装置。
【請求項５】
請求項４に記載の適応制御装置であって、前記ビームフォーミングアルゴリズムは、最小分散無歪み応答ビームフォーミングアルゴリズムであることを特徴とする適応制御装置。
【請求項６】
請求項１から請求項３のうちのいずれか１項に記載の適応制御装置であって、
前記相関行列算出部は、前記現在のタイムスロットについて前記複数の受信信号の相関行列を第１の相関行列として算出し、
前記重み係数算出部は、前記Ｋ個のタイムスロットのうち前記現在のタイムスロット以外の別のタイムスロットについて前時刻に算出された相関行列を第２の相関行列として前記相関行列記憶部から取得し、前記第１及び第２の相関行列間の差分行列と前記逆行列との積について最大固有値に対応する固有ベクトルを算出し、当該固有ベクトルから前記複数の重み係数を算出する
ことを特徴とする適応制御装置。
【請求項７】
Ｋ台の送信局（Ｋは２以上の整数）にそれぞれ割り当てられたＫ個のタイムスロットを通じて到来する所望波を受信する複数のアンテナ素子からなるアンテナアレイと、前記複数のアンテナ素子から並列に出力された複数のアンテナ信号に信号処理を施して複数の受信信号を生成する受信回路と、前記複数の受信信号に複数の重み係数をそれぞれ重み付けして複数の重み付け信号を生成し、前記複数の重み付け信号を合成して合成信号を生成するビームフォーミング部とを含むアダプティブアレイアンテナシステムにおいて、前記アンテナアレイの指向性を適応的に制御する適応制御装置であって、
前記Ｋ個のタイムスロットの各々について前記複数の受信信号の相関行列を算出する相関行列算出部と、
当該算出された相関行列を記憶する相関行列記憶部と、
前記アンテナアレイが現時刻に前記Ｋ個のタイムスロットのうちのいずれか１つである現在のタイムスロットを通じて所望波を受信するとき、前記Ｋ個のタイムスロットのうちの複数個のタイムスロットについて前時刻に算出された複数の相関行列を前記相関行列記憶部から取得し、当該取得された複数の相関行列の平均行列を干渉雑音相関行列とみなして前記干渉雑音相関行列の逆行列を算出する逆行列算出部と、
前記逆行列を用いて前記複数の重み係数を算出する重み係数算出部と
を備えることを特徴とする適応制御装置。
【請求項８】
請求項７に記載の適応制御装置であって、前記複数個のタイムスロットは、前記現在のタイムスロットを含まないことを特徴とする適応制御装置。
【請求項９】
請求項７または請求項８に記載の適応制御装置であって、前記重み係数算出部は、前記逆行列と、前記現在のタイムスロットを通じて受信された当該所望波の想定到来方向のステアリングベクトルとを用いて、信号対干渉雑音電力比を最大化するビームフォーミングアルゴリズムを実行することにより前記複数の重み係数を算出することを特徴とする適応制御装置。
【請求項１０】
請求項９に記載の適応制御装置であって、前記ビームフォーミングアルゴリズムは、最小分散無歪み応答ビームフォーミングアルゴリズムであることを特徴とする適応制御装置。
【請求項１１】
請求項７または請求項８に記載の適応制御装置であって、
前記相関行列算出部は、前記現在のタイムスロットについて前記複数の受信信号の相関行列を第１の相関行列として算出し、
前記重み係数算出部は、前記Ｋ個のタイムスロットのうち前記現在のタイムスロット以外の別のタイムスロットについて前時刻に算出された相関行列を第２の相関行列として前記相関行列記憶部から取得し、前記第１及び第２の相関行列間の差分行列と前記逆行列との積について最大固有値に対応する固有ベクトルを算出し、当該固有ベクトルから前記複数の重み係数を算出する
ことを特徴とする適応制御装置。
【請求項１２】
請求項１から請求項１１のうちのいずれか１項に記載の適応制御装置と、
前記ビームフォーミング部と
を備えることを特徴とする適応信号処理装置。
【請求項１３】
請求項１２に記載の適応信号処理装置と、
前記アンテナアレイと、
前記受信回路と
を備えることを特徴とするアダプティブアレイアンテナシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アンテナアレイの指向性を適応的に制御するアダプティブアレイアンテナ技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、アダプティブアレイアンテナは、複数のアンテナ素子から得られた複数の受信信号にそれぞれ重み係数（アダプティブウエイト）を重み付けして複数の重み付け信号を生成し、当該重み付け信号を合成するビームフォーミング機能を有している。ビームフォーミング機能によって、干渉波成分及び雑音成分などの不要信号成分を抑圧し、所望波成分を高い信号対干渉雑音電力比（Ｓｉｇｎａｌ−ｔｏ−Ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ−ｐｌｕｓ−Ｎｏｉｓｅ  ｐｏｗｅｒ  Ｒａｔｉｏ，ＳＩＮＲ）で取得することが可能となる。このようなビームフォーミング機能の具体的な手法は、たとえば、下記の非特許文献１に開示されている。【０００３】
非特許文献１には、最小分散無歪み応答（Ｍｉｎｉｍｕｍ  Ｖａｒｉａｎｃｅ  ａｎｄ  Ｄｉｓｔｏｒｔｉｏｎｌｅｓｓ  Ｒｅｓｐｏｎｓｅ，ＭＶＤＲ）ビームフォーミング、及び、最小電力無歪み応答（Ｍｉｎｉｍｕｍ  Ｐｏｗｅｒ  ａｎｄ  Ｄｉｓｔｏｒｔｉｏｎｌｅｓｓ  Ｒｅｓｐｏｎｓｅ，ＭＰＤＲ）ビームフォーミングと呼ばれる２種類のビームフォーミング技術が開示されている。【０００４】
ＭＶＤＲビームフォーミングは、受信信号における干渉波成分及び雑音成分から算出される相関行列（以下「干渉雑音相関行列」ともいう。）と所望波の到来方向のステアリングベクトルとを用いて、所定の拘束条件にてＳＩＮＲを最大化する重み係数を求める手法である。しかしながら、所望波を受信する環境下では、干渉雑音相関行列を正確に推定することは難しい。そこで、ＭＰＤＲビームフォーミングでは、干渉雑音相関行列に代えて、複数のアンテナ素子から得られた複数の受信信号（所望波成分，干渉波成分及び雑音成分を含む信号）から算出される相関行列が用いられる。ＭＰＤＲビームフォーミングは、その相関行列と所望波の到来方向のステアリングベクトルとを用いて、所定の拘束条件にてＳＩＮＲを最大化する重み係数を求める手法である。【０００５】
ＭＶＤＲビームフォーミング及びＭＰＤＲビームフォーミングの実装の際には、サンプル行列逆転法（Ｓａｍｐｌｅ  Ｍａｔｒｉｘ  Ｉｎｖｅｒｓｉｏｎ，ＳＭＩ）と呼ばれる手法に基づいて相関行列を算出することが多い。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】Van Trees, H. L., "Optimum Array Processing: Part IV of Detection, Estimation, and Modulation Theory", New York: Wiley Interscience, 2002.（たとえば、７２８〜７２９頁参照）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記したＭＶＤＲビームフォーミング及びＭＰＤＲビームフォーミングでは、所望波の想定到来方向のステアリングベクトルに誤差が生じるとＳＩＮＲが低下するが、当該ステアリングベクトルの誤差に対する頑健性は、ＭＰＤＲビームフォーミングよりもＭＶＤＲビームフォーミングの方が高い。このため、当該ステアリングベクトルに誤差が生じた場合であっても、ＭＰＤＲビームフォーミングよりもＭＶＤＲビームフォーミングの方が通信品質の劣化を抑制することができる。【０００８】
しかしながら、ＭＶＤＲビームフォーミングには、干渉雑音相関行列の算出のために所望波を受信しない時間帯を設ける必要があるので通信スループットが低下するという課題がある。【０００９】
上記に鑑みて本発明の目的は、所望波の想定到来方向のステアリングベクトルに誤差が生じた場合でも、通信スループットを低下させずに通信品質の劣化を抑制しつつビームフォーミングを行うことができる適応制御装置、適応制御装置及びアダプティブアレイアンテナシステム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る適応制御装置は、Ｋ台の送信局（Ｋは２以上の整数）にそれぞれ割り当てられたＫ個のタイムスロットを通じて到来する所望波を受信する複数のアンテナ素子からなるアンテナアレイと、前記複数のアンテナ素子から並列に出力された複数のアンテナ信号に信号処理を施して複数の受信信号を生成する受信回路と、前記複数の受信信号に複数の重み係数をそれぞれ重み付けして複数の重み付け信号を生成し、前記複数の重み付け信号を合成して合成信号を生成するビームフォーミング部とを含むアダプティブアレイアンテナシステムにおいて、前記アンテナアレイの指向性を適応的に制御する適応制御装置であって、前記Ｋ個のタイムスロットの各々について前記複数の受信信号の相関行列を算出する相関行列算出部と、当該算出された相関行列を記憶する相関行列記憶部と、前記アンテナアレイが現時刻に前記Ｋ個のタイムスロットのうちのいずれか１つである現在のタイムスロットを通じて所望波を受信するとき、前記Ｋ個のタイムスロットのうち前記現在のタイムスロット以外の別のタイムスロットについて前時刻に算出された相関行列を前記相関行列記憶部から取得し、当該取得された相関行列を干渉雑音相関行列とみなして前記干渉雑音相関行列の逆行列を算出する逆行列算出部と、前記逆行列を用いて前記複数の重み係数を算出する重み係数算出部とを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の一態様によれば、現在のタイムスロット以外の別のタイムスロットについて前時刻に算出された相関行列が干渉雑音相関行列とみなされ、その干渉雑音相関行列の逆行列を用いて複数の重み係数の値が算出される。このため、現時刻における所望波の想定到来方向のステアリングベクトルに誤差が生じても、通信スループットを低下させずに通信品質の劣化を抑制しつつビームフォーミングを行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明に係る実施の形態１のアダプティブアレイアンテナシステムの概略構成を示す図である。
【図２】タイムスロットの例を概念的に示す図である。
【図３】実施の形態１に係る相関行列算出処理の手順の一例を概略的に示すフローチャートである。
【図４】実施の形態１の逆行列算出部及び重み係数算出部における処理手順の一例を概略的に示すフローチャートである。
【図５】ＭＰＤＲビームフォーミングによる干渉波抑圧処理を説明するための概略図である。
【図６】ＭＰＤＲビームフォーミングにより生ずる課題を説明するための概略図である。
【図７】従来技術のＭＶＤＲビームフォーミングにより生ずる課題を説明するための概略図である。
【図８】実施の形態１による干渉波抑圧処理を説明するための概略図である。
【図９】実施の形態１による干渉波抑圧処理を説明するための概略図である。
【図１０】実施の形態１に係る相関行列選択処理の第１の具体例の手順を示すフローチャートである。
【図１１】実施の形態１に係る相関行列選択処理の第２の具体例の手順を示すフローチャートである。
【図１２】実施の形態１の適応信号処理装置のハードウェア構成例を示すブロック図である。
【図１３】本発明に係る実施の形態２のアダプティブアレイアンテナシステムの概略構成を示す図である。
【図１４】実施の形態２の逆行列算出部及び重み係数算出部における処理手順の一例を概略的に示すフローチャートである。
【図１５】本発明に係る実施の形態３のアダプティブアレイアンテナシステムの概略構成を示す図である。
【図１６】実施の形態３の逆行列算出部及び重み係数算出部における処理手順の一例を概略的に示すフローチャートである。
【図１７】本発明に係る実施の形態４のアダプティブアレイアンテナシステムの概略構成を示す図である。
【図１８】実施の形態４の逆行列算出部及び重み係数算出部における処理手順の一例を概略的に示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、図面を参照しつつ、本発明に係る種々の実施の形態について詳細に説明する。なお、図面全体において同一符号を付された構成要素は、同一構成及び同一機能を有するものとする。
【００１４】
実施の形態１．
図１は、本発明に係る実施の形態１のアダプティブアレイアンテナシステム１の概略構成を示す図である。図１に示されるアダプティブアレイアンテナシステム１は、時分割多重接続（Ｔｉｍｅ  Ｄｉｖｉｓｉｏｎ  Ｍｕｌｔｉｐｌｅ  Ａｃｃｅｓｓ，ＴＤＭＡ）方式に従い、Ｋ台の送信局１０１，…，１０Ｋにそれぞれ割り当てられたＫ個のタイムスロットＴｓ（１），…，Ｔｓ（Ｋ）を通じて到来する所望波ｗｄ１，…，ｗｄＫを受信するように構成されている。ここで、Ｋは、タイムスロットＴｓ（１）〜Ｔｓ（Ｋ）の個数を示す２以上の整数である。送信局１０１〜１０Ｋの使用周波数帯としては、たとえば、マイクロ波帯またはミリ波帯が挙げられるが、これに限定されるものではない。
【００１５】
図２は、タイムスロットＴｓ（１），…，Ｔｓ（Ｋ）の例を概念的に示す図である。図２に示されるように通信時間は、一連のフレームＦ（１），…，Ｆ（ｎ−１），Ｆ（ｎ），Ｆ（ｎ＋１），…に分割されている。ここで、ｎは、フレーム番号を示す整数である。各フレームは、さらに、時間軸ｔ上でＫ個のタイムスロットＴｓ（１），…，Ｔｓ（Ｋ）に分割されている。ｋ番目の送信局１０ｋは、一連のフレームＦ（１），Ｆ（２），Ｆ（３），…において周期的に現れる同一番号ｋのタイムスロットＴｓ（ｋ）を通じてのみ、所望波ｗｄｋを送信することができる。
【００１６】
図１を参照すると、アダプティブアレイアンテナシステム１は、空間的に配列されたＭ個のアンテナ素子２１１，２１２，…，２１Ｍからなるアンテナアレイ２０を備えている。アンテナ素子２１１，２１２，…，２１Ｍは、たとえば、直線状、平面状または曲面状に配列されていればよい。このようなアンテナアレイ２０は、送信局１０１〜１０Ｋから時分割で到来する所望波ｗｄ１〜ｗｄＫを受信すると同時に、干渉局１１にて定常的に発生する干渉波ｗｉを受信する。アンテナアレイ２０への所望波ｗｄ１〜ｗｄＫの到来方向は、既知情報としてアダプティブアレイアンテナシステム１に与えられている。以下、そのような既知の到来方向を「想定到来方向」と呼ぶ。
【００１７】
また、アダプティブアレイアンテナシステム１は、アンテナ素子２１１，２１２，…，２１Ｍから並列に出力されたアンテナ信号にＲＦ信号処理を施す受信回路２２を備えている。受信回路２２は、アンテナ素子２１１，２１２，…，２１Ｍの出力端にそれぞれ接続された受信器２３１，２３２，…，２３Ｍを有する。
【００１８】
ｍ番目の受信器２３ｍは、アンテナ素子２１ｍから出力されたアンテナ信号に対して、低ノイズ増幅、フィルタリング及び周波数変換などの信号処理を施すことでアナログ信号を生成し、当該アナログ信号にＡ／Ｄ変換を施すことでディジタル信号を生成する。ｍ番目の受信器２３ｍは、さらに当該ディジタル信号に直交検波を施すことで受信信号ｘｍ（ｎ，ｋ）を生成する。ここで、ｎは、フレーム番号を示す整数であり、ｋは、タイムスロット番号を示す１〜Ｋの範囲内の整数である。受信信号ｘｍ（ｎ，ｋ）は、同相（Ｉｎ−ｐｈａｓｅ）成分及び直交位相（Ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ−ｐｈａｓｅ）成分を有する複素ディジタル信号である。
【００１９】
Ｍ個の受信信号ｘ１（ｎ，ｋ）〜ｘＭ（ｎ，ｋ）の組み合わせは、次式（１）に示されるようにＭ次元（Ｍ行１列）の受信信号ベクトルｘ（ｎ，ｋ）として表現可能である。
0006964833.tif 000002
ここで、上付き添え字「Ｔ」は、転置を示す。
【００２０】
或る時刻において、フレームＦ（ｎ）内のタイムスロットＴｓ（ｋ）を通じて所望波が送信されているとき、受信信号ベクトルｘ（ｎ，ｋ）は、次式（２）のように表される。
0006964833.tif 000003
【００２１】
式（２）において、ａ（θｋ）は所望波ｗｄｍの想定到来方向θｋのステアリングベクトルを示し、ｓｄ（ｎ，ｋ）は所望波成分の複素振幅を示し、ａ（θｕ）は干渉波ｗｉの想定到来方向θｕのステアリングベクトルを示し、ｕ（ｎ，ｋ）は干渉波成分の複素振幅を示し、Ｎ（ｎ，ｋ）は熱雑音ベクトルを示している。なお、本実施の形態では、説明の便宜上、アンテナアレイ２０へ到来する干渉波は１波のみとされているが、これに限定されるものではない。アンテナアレイ２０へ複数の干渉波が到来する場合でも、同様の説明が可能である。
【００２２】
図１を参照すると、アダプティブアレイアンテナシステム１は、ビームフォーミング部２４と、ビームフォーミング部２４に重み係数ｗ１＊（ｋ），ｗ２＊（ｋ），…，ｗＭ＊（ｋ）を供給する適応制御装置３１とを備えている。ここで、上付き添え字「＊」は、複素共役を示す。本実施の形態の適応信号処理装置４１は、ビームフォーミング部２４と適応制御装置３１とで構成される。
【００２３】
ビームフォーミング部２４は、受信信号ｘ１（ｎ，ｋ），ｘ２（ｎ，ｋ），…，ｘＭ（ｎ，ｋ）にそれぞれ重み係数ｗ１＊（ｋ），ｗ２＊（ｋ），…，ｗＭ＊（ｋ）を乗算（重み付け）してＭチャネル分の重み付け信号を生成する乗算器２５１，２５２，…，２５Ｍと、当該重み付け信号を合成して合成信号ｙ（ｎ，ｋ）を生成する合成器２６とを有している。重み係数ｗ１＊（ｋ）〜ｗＭ＊（ｋ）を受信信号ｘ１（ｎ，ｋ）〜ｘＭ（ｎ，ｋ）に乗算（重み付け）することで、現時刻に到来する所望波の想定到来方向以外の方向から到来する不要信号成分を抑圧することが可能となる。
【００２４】
重み係数ｗ１＊（ｋ）〜ｗＭ＊（ｋ）の複素共役ｗ１（ｋ）〜ｗＭ（ｋ）の組み合わせは、次式（３）に示されるようにＭ次元（Ｍ行１列）のベクトルｗ（ｋ）として表現可能である。
0006964833.tif 000004
【００２５】
合成信号ｙ（ｎ，ｋ）は、次式（４）のように表現される。
0006964833.tif 000005
ここで、上付き添え字「Ｈ」はエルミート共役（転置及び複素共役）を示す。
【００２６】
次に、実施の形態１の適応制御装置３１の構成及び動作について説明する。
【００２７】
適応制御装置３１は、受信信号ｘ１（ｎ，ｋ）〜ｘＭ（ｎ，ｋ）に基づいてアンテナアレイ２０の指向性を適応的に制御する機能を有する。図１に示されるように適応制御装置３１は、重み係数算出部５１、相関行列算出部５２、相関行列記憶部５３、逆行列算出部５４及び制御部５５を有している。制御部５５は、外部装置（図示せず）から想定到来方向θ１〜θＭのデータΘの供給を受けており、このデータΘを用いて、重み係数算出部５１、相関行列算出部５２及び逆行列算出部５４の動作を制御することができる。なお、想定到来方向θ１〜θＭは、ＧＮＳＳ（Ｇｌｏｂａｌ  Ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ  Ｓａｔｅｌｌｉｔｅ  Ｓｙｓｔｅｍ）を用いて得られた送信局１０１，…，１０Ｋ及びアンテナアレイ２０の位置情報に基づいて算出可能である。あるいは、到来方向推定システム（図示せず）によってＭＵＳＩＣ（Ｍｕｌｔｉｐｌｅ  Ｓｉｇｎａｌ  Ｃｌａｓｓｉｆｉｃａｔｉｏｎ）法またはＣａｐｏｎ法などの到来方向推定アルゴリズムに基づいて想定到来方向θ１〜θＭが算出されてもよい。
【００２８】
相関行列算出部５２は、タイムスロットＴｓ（１）〜Ｔｓ（Ｋ）について受信信号ｘ１（ｎ，ｋ）〜ｘＭ（ｎ，ｋ）の相関行列Ｒｘｘ（１）〜Ｒｘｘ（Ｋ）をそれぞれ算出し、算出された相関行列Ｒｘｘ（１）〜Ｒｘｘ（Ｋ）を相関行列記憶部５３に格納する。タイムスロットＴｓ（ｋ）についての相関行列Ｒｘｘ（ｋ）は、次式（５）により表現可能である。
0006964833.tif 000006
ここで、Ｅ｛｝は、統計的な平均である。
【００２９】
具体的には、相関行列Ｒｘｘ（ｋ）は、次式（６）により算出可能である。
0006964833.tif 000007
ここで、Ｎは、スナップショット数である。
【００３０】
式（６）では、相関行列Ｒｘｘ（ｋ）を算出するためにＮ個のフレームＦ（１）〜Ｆ（Ｎ）の受信信号ベクトルｘ（１，ｋ）〜ｘ（Ｎ，ｋ）が使用されているが、これに限定されるものではない。一般に、Ｎ個のフレームＦ（ｎ）〜Ｆ（ｎ＋Ｎ−１）の受信信号ベクトルｘ（ｎ，ｋ）〜ｘ（ｎ＋Ｎ−１，ｋ）に基づいて相関行列Ｒｘｘ（ｋ）が算出可能である。ここで、ｎは、任意のフレーム番号である。
【００３１】
図３は、相関行列算出処理の手順の一例を概略的に示すフローチャートである。図３を参照すると、相関行列算出部５２は、各タイムスロットＴｓ（ｋ）について、Ｎ個の受信信号ベクトルｘ（ｎ，ｋ）〜ｘ（ｎ＋Ｎ−１，ｋ）から相関行列Ｒｘｘ（ｋ）を算出し（ステップＳＴ１）、当該算出された相関行列Ｒｘｘ（ｋ）を相関行列記憶部５３に記憶させる（ステップＳＴ２）。その後、処理を続行する場合には（ステップＳＴ３のＹＥＳ）、相関行列算出部５２は、ステップＳＴ１，ＳＴ２を繰り返し実行することで相関行列Ｒｘｘ（ｋ）を更新することができる。制御部５５から処理を続行しない旨の指示を受けた場合には（ステップＳＴ３のＮＯ）、相関行列算出部５２は、相関行列算出処理を終了する。
【００３２】
図１に示される逆行列算出部５４は、アンテナアレイ２０が現時刻にタイムスロットＴｓ（１）〜Ｔｓ（Ｋ）のうちのいずれか１つのタイムスロットＴｓ（ｋ）（以下「現在のタイムスロットＴｓ（ｋ）」という。）を通じて所望波を受信するとき、別のタイムスロットＴｓ（ｉ）（ｉ≠ｋ）について前時刻に算出された相関行列Ｒｘｘ（ｉ）を相関行列記憶部５３から取得する。逆行列算出部５４は、当該取得された相関行列Ｒｘｘ（ｉ）を干渉雑音相関行列とみなして、相関行列Ｒｘｘ（ｉ）の逆行列を当該干渉雑音相関行列の逆行列Ｒ−１（ｋ）として算出する。そして、逆行列算出部５４は、逆行列Ｒ−１（ｋ）を重み係数算出部５１に供給する。
【００３３】
ここで、後述するように、ビームフォーミング性能を向上させる観点からは、当該別のタイムスロットＴｓ（ｉ）を通じて受信された所望波の想定到来方向θｉと現在のタイムスロットＴｓ（ｋ）を通じて受信された所望波の想定到来方向θｋとの間の到来方向差の大きさΔθ（＝｜θｋ−θｉ｜）は極力大きいことが望ましい。
【００３４】
重み係数算出部５１は、逆行列算出部５４から供給された逆行列Ｒ−１（ｋ）と、現在のタイムスロットＴｓ（ｋ）を通じて受信された所望波の想定到来方向θｋのステアリングベクトルａ（θｋ）とを用いて、信号対干渉雑音電力比（ＳＩＮＲ）を最大化するビームフォーミングアルゴリズムを実行することにより現時刻の重み係数ｗ１＊（ｋ）〜ｗＭ＊（ｋ）を算出することができる。想定到来方向θｋは、制御部５５から取得可能である。
【００３５】
そして、重み係数算出部５１は、算出された重み係数ｗ１＊（ｋ）〜ｗＭ＊（ｋ）をビームフォーミング部２４に供給する。これにより、ビームフォーミング部２４の乗算器２５１〜２５Ｍは、受信信号ｘ１（ｎ，ｋ），ｘ２（ｎ，ｋ），…，ｘＭ（ｎ，ｋ）にそれぞれ重み係数ｗ１＊（ｋ），ｗ２＊（ｋ），…，ｗＭ＊（ｋ）を重み付けしてＭチャネル分の重み付け信号を生成することができる。なお、本実施の形態では、重み係数算出部５１は、重み係数ｗ１＊（ｋ）〜ｗＭ＊（ｋ）をビームフォーミング部２４に供給するように構成されている。この代わりに、重み係数算出部５１がそれらの複素共役ｗ１（ｋ）〜ｗＭ（ｋ）を重み係数としてビームフォーミング部２４に供給してもよい。この場合には、乗算器２５１〜２５Ｍは、複素共役ｗ１（ｋ）〜ｗＭ（ｋ）から重み係数ｗ１＊（ｋ）〜ｗＭ＊（ｋ）を算出し、当該重み係数ｗ１＊（ｋ）〜ｗＭ＊（ｋ）をそれぞれ受信信号ｘ１（ｎ，ｋ）〜ｘＭ（ｎ，ｋ）に乗算（重み付け）するように構成されればよい。
【００３６】
次に、図４のフローチャートを参照しつつ、逆行列算出部５４及び重み係数算出部５１における処理手順について説明する。
【００３７】
図４を参照すると、逆行列算出部５４は、相関行列選択処理を実行することにより、現在のタイムスロット以外の別のタイムスロットについて前時刻に算出された相関行列Ｒｘｘ（ｉ）を選択する（ステップＳＴ１０）。相関行列選択処理の具体例については後述する。次いで、逆行列算出部５４は、当該選択された相関行列Ｒｘｘ（ｉ）を相関行列記憶部５３から取得する（ステップＳＴ１１）。その後、逆行列算出部５４は、取得された相関行列Ｒｘｘ（ｉ）を干渉雑音相関行列とみなして、相関行列Ｒｘｘ（ｉ）の逆行列を当該干渉雑音相関行列の逆行列Ｒ−１（ｋ）として算出する（ステップＳＴ１２）。
【００３８】
次に、重み係数算出部５１は、現時刻に受信された所望波の想定到来方向θｋを制御部５５から取得する（ステップＳＴ２１）。次いで重み係数算出部５１は、ステップＳＴ１２で算出された逆行列Ｒ−１（ｋ）と、所望波の想定到来方向θｋのステアリングベクトルａ（θｋ）とを用いて、ビームフォーミングアルゴリズムを実行することにより重み係数ｗ１＊（ｋ）〜ｗＭ＊（ｋ）の値を算出する（ステップＳＴ２２）。その後、重み係数算出部５１は、重み係数ｗ１＊（ｋ）〜ｗＭ＊（ｋ）をビームフォーミング部２４に供給する（ステップＳＴ２３）。
【００３９】
ビームフォーミングアルゴリズムとしては、最小分散無歪み応答（Ｍｉｎｉｍｕｍ  Ｖａｒｉａｎｃｅ  ａｎｄ  Ｄｉｓｔｏｒｔｉｏｎｌｅｓｓ  Ｒｅｓｐｏｎｓｅ，ＭＶＤＲ）ビームフォーミングアルゴリズムを使用することができる。以下、ＭＶＤＲビームフォーミングについて詳細に説明する。
【００４０】
式（２）に示される受信信号ベクトルｘ（ｎ，ｋ）は、次式（７）に示されるように、所望波成分ｓ（ｎ，ｋ）と干渉雑音成分ｘｉ＋ｎ（ｎ，ｋ）との和で表現することができる。
0006964833.tif 000008
【００４１】
式（７）において、所望波成分ｓ（ｎ，ｋ）と干渉雑音成分ｘｉ＋ｎ（ｎ，ｋ）は、次式（８ａ），（８ｂ）に示すように定義される。ここで、所望波成分ｓ（ｎ，ｋ），干渉波成分ｕ（ｎ，ｋ）ａ（θｕ），及び熱雑音成分Ｎ（ｎ，ｋ）は、それぞれ統計的に独立した信号成分である。
0006964833.tif 000009
【００４２】
タイムスロットＴｓ（ｋ）についての信号対干渉雑音電力比ＳＩＮＲ（ｋ）は、次式（９）で表現される。
0006964833.tif 000010
【００４３】
式（９）において、Ｒｓ（ｋ）は、所望波成分ｓ（ｎ，ｋ）の相関行列であり、Ｒｉ＋ｎ（ｋ）は、干渉雑音成分ｘｉ＋ｎ（ｎ，ｋ）の相関行列（干渉雑音相関行列）である。相関行列Ｒｓ（ｋ），Ｒｉ＋ｎ（ｋ）は、次式（１０），（１１）のように表現可能である。
0006964833.tif 000011
0006964833.tif 000012
【００４４】
式（８ａ），（１０）を考慮すると、式（９）から次式（１２）の信号対干渉雑音電力比ＳＩＮＲ（ｋ）が導出される。
0006964833.tif 000013
【００４５】
式（１２）において、σｓ２（ｋ）は、次式（１３）で表される。
0006964833.tif 000014
【００４６】
ＭＶＤＲビームフォーミングでは、次式（１４）の拘束条件の下で、式（１２）で表される信号対干渉雑音電力比ＳＩＮＲ（ｋ）を最大化する重み係数ベクトルが算出可能である。
0006964833.tif 000015
【００４７】
すなわち、ＭＶＤＲビームフォーミングでは、式（１４）の拘束条件の下で、次式（１５）に示されるように式（１２）の右辺の分母を最小化するベクトルｗ（ｋ）の最適量ｗｏｐｔ（ｋ）に対応するエルミート共役量ｗｏｐｔＨ（ｋ）を重み係数ベクトルとして算出可能である。
0006964833.tif 000016
【００４８】
式（１５）の解は、次式（１６）で与えられる。
0006964833.tif 000017
ここで、上付き添え字「Ｈ」は、エルミート共役（転置及び複素共役）を示す。
【００４９】
図４のステップＳＴ２２では、重み係数算出部５１は、式（１６）に基づいて最適量ｗｏｐｔ（ｋ）に対応するエルミート共役量ｗｏｐｔＨ（ｋ）を算出することができる。すなわち、重み係数算出部５１は、ステップＳＴ１２で算出された干渉雑音相関行列の逆行列Ｒ−１（ｋ）を式（１６）の逆行列Ｒｉ＋ｎ-１（ｋ）に代入することにより、次式（１７）に示すとおりにエルミート共役量ｗｏｐｔＨ（ｋ）を算出することができる。
0006964833.tif 000018
【００５０】
重み係数算出部５１は、エルミート共役量ｗｏｐｔＨ（ｋ）のベクトル要素を重み係数としてビームフォーミング部２４に供給することができる（ステップＳＴ２３）。ステップＳＴ２３の後、処理を続行する場合には（ステップＳＴ３１のＹＥＳ）、制御部５５は、タイムスロットが切り替わるまで、逆行列算出部５４及び重み係数算出部５１に待機させる（ステップＳＴ３２のＮＯ）。タイムスロットが切り替わると（ステップＳＴ３２のＹＥＳ）、逆行列算出部５４及び重み係数算出部５１は、ステップＳＴ１０〜ＳＴ１２，ＳＴ２１〜ＳＴ２３を実行する。制御部５５が処理を続行しないと判定した場合には（ステップＳＴ３１のＮＯ）、処理は終了する。
【００５１】
上記のとおり、ＭＶＤＲビームフォーミングは、干渉雑音相関行列と所望波の到来方向のステアリングベクトルとを用いて、所定の拘束条件にて信号対干渉雑音電力比を最大化する重み係数を求める手法である。一方、ＭＰＤＲビームフォーミングは、所望波成分及び干渉波成分を含む受信信号の相関行列と所望波の到来方向のステアリングベクトルとを用いて、所定の拘束条件にてＳＩＮＲを最大化する重み係数を求める手法である。ステアリングベクトルの誤差に対する頑健性は、ＭＰＤＲビームフォーミングよりもＭＶＤＲビームフォーミングの方が高い。しかしながら、従来技術のＭＶＤＲビームフォーミングでは、干渉雑音相関行列の算出のために所望波を受信しない時間帯を設ける必要があるので通信スループットが低下するという課題がある。この課題を図５〜図７を参照しつつ説明する。
【００５２】
図５は、ＭＰＤＲビームフォーミングによる干渉波抑圧処理を説明するための概略図であり、図６は、ＭＰＤＲビームフォーミングにより生ずる課題を説明するための概略図であり、図７は、従来技術のＭＶＤＲビームフォーミングにより生ずる課題を説明するための概略図である。図５〜図７においては、送信局１０ｋ、干渉局１１、及びアダプティブアレイアンテナシステム１の指向性パターン（到来方向に関する受信強度の分布）が示されている。
【００５３】
図５に示されるようにＭＰＤＲビームフォーミングにより形成される指向性パターンＰＴＮ１は、ステアリングベクトルの誤差が生じなければ、干渉局１１から到来する干渉波ｗｉの信号成分（干渉波成分）を効果的に抑圧することができる。しかしながら、ステアリングベクトルの誤差が生じると、図６に示されるように、ＭＰＤＲビームフォーミングにより形成される指向性パターンＰＴＮ２は、所望波ｗｄｋの信号成分（所望波成分）を抑圧するので、通信品質を低下させるという課題がある。一方、従来技術のＭＶＤＲビームフォーミングにより指向性パターンを形成しようとする場合には、図７に示されるように送信局１０ｋから所望波を受信しない時間帯に、干渉局１１から到来する干渉波ｗｉを受信する必要があるので、通信スループットが低下するという課題がある。
【００５４】
これに対し、本実施の形態のアダプティブアレイアンテナシステム１は、図８に示されるように送信局１０ｋから現在のタイムスロットＴｓ（ｋ）を通じて所望波ｗｄｋを受信する時間帯であっても、送信局１０ｉ（ｉ≠ｋ）から別のタイムスロットＴｓ（ｉ）を通じて前時刻に到来した所望波ｗｄｉを干渉波とみなし、その別のタイムスロットＴｓ（ｉ）について算出された相関行列Ｒｘｘ（ｉ）の逆行列を干渉雑音相関行列の逆行列Ｒ−１（ｋ）として使用する。このため、図９に示されるように、本実施の形態により形成される指向性パターンＰＴＮ３は、通信スループットを低下させずに、現時刻の所望波ｗｄｋの到来方向以外の方向から到来する不要信号成分を効果的に抑圧することができる。
【００５５】
次に、図１０及び図１１を参照しつつ、図４の相関行列選択処理（ステップＳＴ１０）の具体例について説明する。
【００５６】
図１０は、相関行列選択処理の第１の具体例の手順を概略的に示すフローチャートである。第１の具体例では、逆行列算出部５４は、現在のタイムスロットＴｓ（ｋ）を通じて受信された所望波の想定到来方向θｋと、現在のタイムスロットＴｓ（ｋ）とは別のタイムスロットＴｓ（ｐ）（ｐ≠ｋ）を通じて前時刻に受信された所望波の想定到来方向θｐとの間の到来方向差の大きさΔθ（＝｜θｋ−θｐ｜）が閾値θｔｈを超える条件を満たすように相関行列Ｒｘｘ（ｐ）を干渉雑音相関行列として選択する。
【００５７】
図１０を参照すると、逆行列算出部５４は、現在のタイムスロットＴｓ（ｋ）に割り当てられた番号ｋを制御部５５から取得し（ステップＳＴ４１）、次いで、ｋ番目のタイムスロットすなわち現在のタイムスロットＴｓ（ｋ）を通じて受信された所望波の想定到来方向θｋを制御部５５から取得する（ステップＳＴ４２）。次いで、逆行列算出部５４は、タイムスロット番号を示す変数ｐの値を「ｋ」に初期化する（ステップＳＴ４３）。
【００５８】
その後、逆行列算出部５４は、１〜Ｋの範囲内で変数ｐを循環的（サイクリック）にインクリメントする（ステップＳＴ４４）。
【００５９】
次に、逆行列算出部５４は、ｐ番目のタイムスロットＴｓ（ｐ）を通じて受信された所望波の想定到来方向θｐを制御部５５から取得する（ステップＳＴ４５）。次いで、逆行列算出部５４は、到来方向差の大きさΔθ（＝｜θｋ−θｐ｜）を算出し（ステップＳＴ４６）、大きさΔθが予め設定された閾値θｔｈを超えているか否かを判定する（ステップＳＴ４７）。大きさΔθが閾値θｔｈを超えていない場合には（ステップＳＴ４７のＮＯ）、逆行列算出部５４は、ステップＳＴ４４〜ＳＴ４６を再度実行する。
【００６０】
大きさΔθが閾値θｔｈを超えた場合には（ステップＳＴ４７のＹＥＳ）、逆行列算出部５４は、ｐ番目のタイムスロットＴｓ（ｐ）について算出された相関行列Ｒｘｘ（ｐ）を干渉雑音相関行列として選択する（ステップＳＴ４８）。
【００６１】
次に、相関行列選択処理の第２の具体例について説明する。図１１は、相関行列選択処理の第２の具体例の概略的な手順を示すフローチャートである。第２の具体例では、逆行列算出部５４は、現在のタイムスロットＴｓ（ｋ）を通じて受信された所望波の想定到来方向θｋと、現在のタイムスロットＴｓ（ｋ）とは別のタイムスロットＴｓ（ｐ）（ｐ≠ｋ）を通じて前時刻に受信された所望波の想定到来方向θｐとの間の到来方向差の大きさΔθ（＝｜θｋ−θｐ｜）が最大となる条件を満たすように相関行列Ｒｘｘ（ｐ＝ｐｍａｘ）を干渉雑音相関行列として選択する。
【００６２】
図１１を参照すると、逆行列算出部５４は、現在のタイムスロットＴｓ（ｋ）に割り当てられた番号ｋを制御部５５から取得し（ステップＳＴ５０）、次いで、ｋ番目のタイムスロットすなわち現在のタイムスロットＴｓ（ｋ）を通じて受信された所望波の想定到来方向θｋを制御部５５から取得する（ステップＳＴ５１）。次いで、逆行列算出部５４は、タイムスロット番号を示す変数ｐ，ｐｍａｘの値を「ｋ」に初期化し、到来方向差の大きさを示す変数Δθｍａｘの値を「０」に初期化する（ステップＳＴ５２）。
【００６３】
その後、逆行列算出部５４は、図１０のステップＳＴ４４と同様に、１〜Ｋの範囲内で変数ｐを循環的（サイクリック）にインクリメントする（ステップＳＴ５３）。次いで、逆行列算出部５４は、ｐ番目のタイムスロットＴｓ（ｐ）を通じて受信された所望波の想定到来方向θｐを制御部５５から取得し（ステップＳＴ５４）、到来方向差の大きさΔθ（＝｜θｋ−θｐ｜）を算出する（ステップＳＴ５５）。
【００６４】
大きさΔθが変数θｍａｘを超えていない場合には（ステップＳＴ５６のＮＯ）、逆行列算出部５４は、ステップＳＴ５８に処理を移行させる。一方、大きさΔθが変数θｍａｘを超えている場合には（ステップＳＴ５６のＹＥＳ）、逆行列算出部５４は、変数Δθｍａｘを大きさΔθに設定し、かつ変数ｐｍａｘを変数ｐに設定する（ステップＳＴ５７）。その後、ステップＳＴ５８に処理を移行させる。
【００６５】
ステップＳＴ５８では、逆行列算出部５４は、変数ｐが現在のタイムスロット番号ｋに到達したか否かを判定する。変数ｐが現在のタイムスロット番号ｋに到達していない場合には（ステップＳＴ５８のＮＯ）、逆行列算出部５４は、ステップＳＴ５３を再度実行する。
【００６６】
変数ｐが現在のタイムスロット番号ｋに到達した場合には（ステップＳＴ５８のＹＥＳ）、逆行列算出部５４は、相関行列Ｒｘｘ（ｐｍａｘ）を干渉雑音相関行列として選択する（ステップＳＴ５９）。
【００６７】
以上に説明したように実施の形態１のアダプティブアレイアンテナシステム１では、現在のタイムスロット以外の別のタイムスロットについて前時刻に算出された相関行列が干渉雑音相関行列とみなされ、その干渉雑音相関行列の逆行列Ｒ-１（ｋ）を用いて重み係数ｗ１＊（ｋ）〜ｗＭ＊（ｋ）が算出される。このため、アダプティブアレイアンテナシステム１は、現時刻における所望波の想定到来方向のステアリングベクトルに誤差が生じても、通信スループットを低下させずに通信品質の劣化を抑制しつつビームフォーミングを行うことができる。
【００６８】
なお、上記した適応信号処理装置４１の機能の全部または一部は、たとえば、ＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｓｉｇｎａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ），ＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ  Ｓｐｅｃｉｆｉｃ  Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  Ｃｉｒｃｕｉｔ）またはＰＬＤ（Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ  Ｌｏｇｉｃ  Ｄｅｖｉｃｅ）などの半導体集積回路を有する単数または複数のプロセッサにより実現可能である。ここで、ＰＬＤとは、当該ＰＬＤの製造後に設計者が自由にその機能を変更することができる半導体集積回路である。ＰＬＤの例としては、ＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ−Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ  Ｇａｔｅ  Ａｒｒａｙ）が挙げられる。あるいは、適応信号処理装置４１の機能の全部または一部は、ソフトウェアまたはファームウェアのプログラムコードを実行する、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）またはＧＰＵ（Ｇｒａｐｈｉｃｓ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）などの演算装置を含む単数または複数のプロセッサで実現されてもよい。あるいは、ＤＳＰ，ＡＳＩＣまたはＰＬＤなどの半導体集積回路と、ＣＰＵまたはＧＰＵなどの演算装置との組み合わせを含む単数または複数のプロセッサによって適応信号処理装置４１の機能の全部または一部を実現することも可能である。
【００６９】
図１２は、実施の形態１の適応信号処理装置４１のハードウェア構成例である信号処理回路７０の概略構成を示すブロック図である。図１２に示される信号処理回路７０は、プロセッサ７１、入出力インタフェース回路７４、メモリ７２、記憶装置７３及び信号路７５を備えている。信号路７５は、プロセッサ７１、入出力インタフェース回路７４、メモリ７２及び記憶装置７３を相互に接続するためのバスである。入出力インタフェース回路７４は、外部から入力されたディジタル信号をプロセッサ７１に転送する機能を有し、プロセッサ７１から転送されたディジタル信号を外部に出力する機能を有している。
【００７０】
メモリ７２は、プロセッサ７１がディジタル信号処理を実行する際に使用されるワークメモリと、当該ディジタル信号処理で使用されるデータが展開される一時記憶メモリとを含む。たとえば、メモリ７２は、フラッシュメモリ及びＳＤＲＡＭ（Ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ  Ｄｙｎａｍｉｃ  Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）などの半導体メモリで構成されればよい。また、プロセッサ７１がＣＰＵまたはＧＰＵなどの演算装置を含む場合には、記憶装置７３は、当該演算装置で実行されるべきソフトウェアまたはファームウェアの信号処理プログラムのコードを格納する記憶媒体として利用可能である。たとえば、記憶装置７３は、フラッシュメモリまたはＲＯＭ（Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）などの不揮発性の半導体メモリで構成されればよい。
【００７１】
なお、図１２の例では、プロセッサ７１の個数は１つであるが、これに限定されるものではない。互いに連携して動作する複数個のプロセッサを用いて適応信号処理装置４１のハードウェア構成が実現されてもよい。
【００７２】
実施の形態２．
次に、本発明に係る実施の形態２について説明する。図１３は、本発明に係る実施の形態２のアダプティブアレイアンテナシステム２の概略構成を示す図である。
【００７３】
本実施の形態のアダプティブアレイアンテナシステム２の構成は、実施の形態１の適応制御装置３１に代えて図１３の適応制御装置３２を有する点を除いて、実施の形態１のアダプティブアレイアンテナシステム１の構成と同じである。また、本実施の形態の適応制御装置３２の構成は、実施の形態１の重み係数算出部５１及び制御部５５に代えて図１３の重み係数算出部５１Ａ及び制御部５５Ａを有する点を除いて、実施の形態１の適応制御装置３１の構成と同じである。制御部５５Ａは、外部装置（図示せず）から想定到来方向θ１〜θＭのデータΘの供給を受けており、このデータΘを用いて、重み係数算出部５１Ａ、相関行列算出部５２及び逆行列算出部５４の動作を制御することができる。本実施の形態の適応信号処理装置４２は、ビームフォーミング部２４と適応制御装置３２とで構成される。
【００７４】
重み係数算出部５１Ａは、実施の形態１の重み係数算出部５１とは異なるビームフォーミングアルゴリズムを実行することにより現時刻の重み係数ｗ１＊（ｋ）〜ｗＭ＊（ｋ）を算出することができる。
【００７５】
図１４を参照しつつ、重み係数算出部５１Ａの動作について説明する。図１４は、実施の形態２の逆行列算出部５４及び重み係数算出部５１Ａにおける処理手順の一例を概略的に示すフローチャートである。図１４のフローチャートは、図４のステップＳＴ２１〜ＳＴ２３に代えて図１４のステップＳＴ２４〜ＳＴ２７を有する点を除いて、図４のフローチャートと同じである。
【００７６】
図１４を参照すると、ステップＳＴ２４では、重み係数算出部５１Ａは、現在のタイムスロットＴｓ（ｋ）について算出された相関行列Ｒｘｘ（ｋ）を相関行列算出部５２から取得する。次のステップＳＴ２５では、重み係数算出部５１Ａは、現在のタイムスロットＴｓ（ｋ）以外の別のタイムスロットＴｓ（ｉ）（ｉ≠ｋ）について前時刻に算出された相関行列Ｒｘｘ（ｉ）を相関行列記憶部５３から取得する。たとえば、別のタイムスロットＴｓ（ｉ）として、現在のタイムスロットＴｓ（ｋ）に隣接するタイムスロットＴｓ（ｋ−１）が選択可能である。
【００７７】
ステップＳＴ２６にて、重み係数算出部５１Ａは、相関行列Ｒｘｘ（ｋ），Ｒｘｘ（ｉ）間の差分行列ΔＳと、ステップＳＴ１２で算出された逆行列Ｒ−１（ｋ）との積（＝Ｒ−１（ｋ）・ΔＳ）について最大固有値に対応するＭ次元（Ｍ行１列）の固有ベクトルを算出する。後に詳述するように、この固有ベクトルは、ベクトルｗ（ｋ）の最適量ｗｏｐｔ（ｋ）となる。
【００７８】
ステップＳＴ２６の後は、重み係数算出部５１Ａは、算出された固有ベクトルのＭ個のベクトル要素から重み係数ｗ１＊（ｋ）〜ｗＭ＊（ｋ）を算出し、当該重み係数ｗ１＊（ｋ）〜ｗＭ＊（ｋ）をビームフォーミング部２４に供給する（ステップＳＴ２７）。これにより、ビームフォーミング部２４の乗算器２５１〜２５Ｍは、受信信号ｘ１（ｎ，ｋ），ｘ２（ｎ，ｋ），…，ｘＭ（ｎ，ｋ）にそれぞれ重み係数ｗ１＊（ｋ），ｗ２＊（ｋ），…，ｗＭ＊（ｋ）を乗算（重み付け）してＭチャネル分の重み付け信号を生成することができる。合成器２６は、当該重み付け信号を合成して合成信号ｙ（ｎ，ｋ）を生成する。
【００７９】
次に、ステップＳＴ２６で算出された固有ベクトルがベクトルｗ（ｋ）の最適量ｗｏｐｔ（ｋ）となる理由について以下に説明する。
【００８０】
本実施の形態では、次式（１８）の拘束条件の下で、式（９）の信号対干渉雑音電力比ＳＩＮＲ（ｋ）を最大化するベクトルｗ（ｋ）の最適量ｗｏｐｔ（ｋ）が求められる。
0006964833.tif 000019
【００８１】
具体的には、式（１８）の拘束条件の下で、次式（１９）に示されるように、式（９）の右辺の分母を最小化するベクトルｗ（ｋ）の最適量ｗｏｐｔ（ｋ）が求められる。
0006964833.tif 000020
【００８２】
下記の非特許文献２によれば、次式（２０）に示されるような係数λの逆数１／λの最大値が存在すれば、ベクトルｗ（ｋ）の最適量ｗｏｐｔ（ｋ）が存在しうることが説明されている。
0006964833.tif 000021
【００８３】
非特許文献２：S. Shahbazpanahi, A. B. Gershman, Z.-Q. Luo and K. M. Wong, "Robust Adaptive Beamforming for General-Rank Signal Models," IEEE Transactions on Signal Processing, vol. 51, no. 9, pp. 2257-2269, 2003.
【００８４】
式（２０）は、次式（２１）に変形可能である。
0006964833.tif 000022
【００８５】
式（２１）によれば、逆数１／λは、行列Ｒｉ＋ｎ-１（ｋ）Ｒｓ（ｋ）の固有値であり、ベクトルｗ（ｋ）は、その固有値に対応する固有ベクトルとみなすことができる。行列Ｒｉ＋ｎ-１（ｋ）Ｒｓ（ｋ）の最大固有値が存在すれば、その最大固有値に対応する固有ベクトルは、式（１９）の最適量ｗｏｐｔ（ｋ）として導出できる。
【００８６】
今、行列の最大固有値に対応する固有ベクトルを算出する演算子をΦ｛｝で表すとすれば、ベクトルｗ（ｋ）の最適量ｗｏｐｔ（ｋ）は、次式（２２）により算出することができる。
0006964833.tif 000023
【００８７】
最大固有値及び固有ベクトルを求めるアルゴルズムとしては、たとえば、コレスキー分解（Ｃｈｏｌｅｓｋｙ  ｄｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ）、またはシュール分解（Ｓｃｈｕｒ  ｄｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ）と呼ばれるＱＺアルゴリズムを使用すればよい。
【００８８】
一方、スナップショット数Ｎが十分に大きく、かつ所望波と干渉波とが互いに無相関の場合には、現時刻の相関行列Λ（ｋ）は、次式（２３）で表される。
0006964833.tif 000024
【００８９】
式（２３）において、Ｓ（ｋ）は、所望波の相関行列であり、現時刻の所望波の到来方向θｋの情報を含むものである。相関行列Ｓ（ｋ）は、次式（２４）で表される。
0006964833.tif 000025
【００９０】
また、式（２３）において、Ｒｉ＋ｎは、干渉波成分及び熱雑音成分から導出される相関行列であり、相関行列Ｒｉ＋ｎはｋによらずに一定である。このとき、互いに異なる相関行列Λ（ｋ），Λ（ｉ）間の差分行列ΔＳは、次式（２５）のとおりとなる。
0006964833.tif 000026
【００９１】
送信局１０ｋ，１０ｉ間の到来方向差が十分に大きく、干渉局１１と送信局１０ｉとの間の到来方向差が十分に大きければ、次式（２６ａ），（２６ｂ）が成立する。
0006964833.tif 000027
ここで、ａＨ（θｋ）は、所望波ｗｄｋの想定到来方向θｋのステアリングベクトルａ（θｋ）に対応するエルミート共役量であり、ａＨ（θｕ）は、干渉波の想定到来方向θｕのステアリングベクトルａ（θｕ）に対応するエルミート共役量である。
【００９２】
下記の非特許文献３によれば、相関行列Ｒｉ＋ｎの逆行列Ｒｉ＋ｎ-１については次式（２７）が導出可能である。
0006964833.tif 000028
ここで、ＩＬはＬ次の単位行列（Ｌは正整数）、σｎ２は熱雑音電力、σｕ２は干渉波電力である。
【００９３】
非特許文献３：Stephen M. Kogon, "Eigenvectors, Diagonal Loading and White Noise Gain Constraints for Robust Adaptive Beamforming", The Thirty-Seventh Asilomar Conference on Signals, Systems and Computers, Pacific Grove, Vol. 2, pp. 1853-1857, 2003.
【００９４】
式（２７）の導出方法を適用すれば、相関行列Ｒｘｘ（ｉ）の逆行列Ｒｘｘ-１（ｉ）について次の近似式（２８）が導出可能である。
0006964833.tif 000029
【００９５】
式（２６ａ）を考慮すれば、式（２４），（２７），（２８）から次式（２９）が導出される。
0006964833.tif 000030
【００９６】
また、式（２６ｂ）を考慮すれば、式（２４），（２８）から次式（３０）が導出される。
0006964833.tif 000031
ここで、ａＨ（θｉ）ａ（θｉ）＝Ｌ、との関係が使用されている。
【００９７】
式（２９），（３０）を考慮すれば、逆行列Ｒｘｘ-１（ｉ）と式（２５）の差分行列ΔＳ（＝Ｓ（ｋ）−Ｓ（ｉ））との積は、次式（３１）に示すように表される。
0006964833.tif 000032
【００９８】
式（３１）が固有値展開された場合には、式（３１）の右辺第１項から得られる固有値は正の値となり、式（３１）の右辺第２項から得られる固有値は負の値となることから、演算子Φ｛｝により次式（３２）が近似的に成立する。
0006964833.tif 000033
【００９９】
相関行列Ｓ（ｋ）は、想定到来方向に誤差がない場合の相関行列Ｒｓ（ｋ）に一致する。よって、式（３２）は、行列Ｒｘｘ-１（ｉ）ΔＳの最大固有値に対応する固有ベクトルを算出する過程で、相関行列Ｓ（ｉ）に関する項を無視することができる状態が生ずることを示している。
【０１００】
したがって、重み係数算出部５１Ａは、ステップＳＴ１２で算出された干渉雑音相関行列の逆行列Ｒ-１（ｋ）を式（２２）の逆行列Ｒｉ＋ｎ-１（ｋ）に代入し、次式（３３）により算出される差分行列ΔＳを式（２２）の行列Ｒｓ（ｋ）に代入することにより、ベクトルｗ（ｋ）の最適量ｗｏｐｔ（ｋ）を算出することができる。
0006964833.tif 000034
【０１０１】
以上に説明したように実施の形態２のアダプティブアレイアンテナシステム２では、現在のタイムスロット以外の別のタイムスロットについて前時刻に算出された相関行列が干渉雑音相関行列とみなされ、その干渉雑音相関行列の逆行列Ｒ-１（ｋ）を用いて重み係数ｗ１＊（ｋ）〜ｗＭ＊（ｋ）が算出される。このため、アダプティブアレイアンテナシステム２は、現時刻における所望波の想定到来方向のステアリングベクトルに誤差が生じても、通信スループットを低下させずに通信品質の劣化を抑制しつつビームフォーミングを行うことができる。
【０１０２】
実施の形態３．
次に、本発明に係る実施の形態３について説明する。図１５は、本発明に係る実施の形態３のアダプティブアレイアンテナシステム３の概略構成を示す図である。
【０１０３】
本実施の形態のアダプティブアレイアンテナシステム３の構成は、実施の形態１の適応制御装置３１に代えて図１５の適応制御装置３３を有する点を除いて、実施の形態１のアダプティブアレイアンテナシステム１の構成と同じである。また、本実施の形態の適応制御装置３３の構成は、実施の形態１の逆行列算出部５４及び制御部５５に代えて図１５の逆行列算出部５４Ｂ及び制御部５５Ｂを有する点を除いて、実施の形態１の適応制御装置３１の構成と同じである。制御部５５Ｂは、外部装置（図示せず）から想定到来方向θ１〜θＭのデータΘの供給を受けており、このデータΘを用いて、重み係数算出部５１、相関行列算出部５２及び逆行列算出部５４Ｂの動作を制御することができる。本実施の形態の適応信号処理装置４３は、ビームフォーミング部２４と適応制御装置３３とで構成される。
【０１０４】
本実施の形態の逆行列算出部５４Ｂは、現時刻にタイムスロットＴｓ（ｋ）を通じて所望波を受信するとき、複数個のタイムスロットについて前時刻に算出された複数の相関行列を相関行列記憶部５３から取得し、当該取得された複数の相関行列の平均行列を干渉雑音相関行列とみなして干渉雑音相関行列の逆行列Ｒ−１（ｋ）を算出する。
【０１０５】
図１６を参照しつつ、逆行列算出部５４Ｂの動作について説明する。図１６は、実施の形態３の逆行列算出部５４Ｂ及び重み係数算出部５１における処理手順の一例を概略的に示すフローチャートである。図１６のフローチャートは、図４のステップＳＴ１０〜ＳＴ１２に代えて図１６のステップＳＴ１３〜ＳＴ１６を有する点を除いて、図４のフローチャートと同じである。
【０１０６】
図１６を参照すると、ステップＳＴ１３では、逆行列算出部５４Ｂは、前時刻に算出された複数の相関行列を選択し（ステップＳＴ１３）、当該選択された複数の相関行列を相関行列記憶部５３から取得する（ステップＳＴ１４）。
【０１０７】
次に、逆行列算出部５４Ｂは、ステップＳＴ１４で取得された複数の相関行列から平均行列Ｅｘｘを算出する（ステップＳＴ１５）。逆行列算出部５４Ｂは、たとえば、次式（３４）に従って平均行列Ｅｘｘを算出することができる。
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【０１０８】
ステップＳＴ１５の後は、逆行列算出部５４Ｂは、平均行列Ｅｘｘを干渉雑音相関行列とみなし、平均行列Ｅｘｘの逆行列を干渉雑音相関行列の逆行列Ｒ−１（ｋ）として算出する（ステップＳＴ１６）。その後、実施の形態１の場合と同様に、ステップＳＴ２１〜ＳＴ２３，ＳＴ３１，ＳＴ３２が実行される。
【０１０９】
所望波の到来方向はタイムスロットごとに変化する一方、干渉波などの妨害波の到来方向はほぼ一定であることが多い。このため、ステップＳＴ１５での平均化処理により、相関行列内の妨害波電力は平均化前と同様であるのに対し、所望波電力は１／Ｋ倍となる。送信局数Ｋが十分に大きい場合には、平均行列Ｅｘｘにおける現時刻の所望波電力の割合が小さくなる。このような平均行列Ｅｘｘの逆行列を用いて実施の形態１と同様のビームフォーミングアルゴリズムを実行することにより、所望波を抑圧せずに妨害波を効率良く抑圧することが可能となる。
【０１１０】
また、所望波の抑圧をできるだけ回避する観点からは、ステップＳＴ１５での平均化処理から、現在のタイムスロットについて算出された相関行列を除外することが望ましい。
【０１１１】
以上に説明したように実施の形態３のアダプティブアレイアンテナシステム３は、前時刻に算出された複数の相関行列を相関行列記憶部５３から取得し、当該取得された複数の相関行列の平均行列の逆行列を干渉雑音相関行列の逆行列とみなして使用する。このため、アダプティブアレイアンテナシステム３は、現時刻における所望波の想定到来方向のステアリングベクトルに誤差が生じても、通信スループットを低下させずに通信品質の劣化を抑制しつつビームフォーミングを行うことができる。
【０１１２】
実施の形態４．
次に、本発明に係る実施の形態４について説明する。図１７は、本発明に係る実施の形態４のアダプティブアレイアンテナシステム４の概略構成を示す図である。
【０１１３】
本実施の形態のアダプティブアレイアンテナシステム４の構成は、実施の形態３の適応制御装置３３に代えて図１７の適応制御装置３４を有する点を除いて、実施の形態３のアダプティブアレイアンテナシステム３の構成と同じである。また、本実施の形態の適応制御装置３４の構成は、実施の形態３の重み係数算出部５１及び制御部５５Ｂに代えて、図１７の重み係数算出部５１Ａ及び制御部５５Ｃを有する点を除いて、実施の形態３の適応制御装置３３の構成と同じである。制御部５５Ｃは、外部装置（図示せず）から想定到来方向θ１〜θＭのデータΘの供給を受けており、このデータΘを用いて、重み係数算出部５１Ａ、相関行列算出部５２及び逆行列算出部５４Ｂの動作を制御することができる。本実施の形態の適応信号処理装置４４は、ビームフォーミング部２４と適応制御装置３４とで構成される。
【０１１４】
図１７の重み係数算出部５１Ａの構成は、実施の形態２の重み係数算出部５１Ａの構成と同じである。図１８は、実施の形態４の逆行列算出部５４Ｂ及び重み係数算出部５１Ａにおける処理手順の一例を概略的に示すフローチャートである。図１８のフローチャートは、図１６のステップＳＴ１３〜ＳＴ１６及び図１４のステップＳＴ２４〜ＳＴ２７，ＳＴ３１，ＳＴ３２の組み合わせで構成されている。したがって、本実施の形態においては、逆行列算出部５４Ｂは、実施の形態３と同様に、平均行列の逆行列を干渉雑音相関行列の逆行列とみなして使用する。また重み係数算出部５１Ａは、実施の形態２と同様に、その逆行列を用いて重み係数ｗ１＊（ｋ）〜ｗＭ＊（ｋ）を算出する。このため、本実施の形態のアダプティブアレイアンテナシステム４は、現時刻における所望波の想定到来方向のステアリングベクトルに誤差が生じても、通信スループットを低下させずに通信品質の劣化を抑制しつつビームフォーミングを行うことができる。
【０１１５】
以上、図面を参照して本発明に係る実施の形態１〜４について述べたが、実施の形態１〜４は本発明の例示であり、実施の形態１〜４以外の様々な実施の形態を採用することもできる。本発明の範囲内において、上記実施の形態１〜４の自由な組み合わせ、各実施の形態の任意の構成要素の変形、または各実施の形態の任意の構成要素の省略が可能である。
【０１１６】
たとえば、実施の形態１の場合と同様に、実施の形態２〜４の各々の適応信号処理装置の機能の全部または一部は、ＤＳＰ，ＡＳＩＣまたはＰＬＤなどの半導体集積回路を有する単数または複数のプロセッサにより実現可能である。あるいは、適応信号処理装置の機能の全部または一部は、ソフトウェアまたはファームウェアのプログラムコードを実行する、ＣＰＵまたはＧＰＵなどの演算装置を含む単数または複数のプロセッサにより実現されてもよい。あるいは、ＤＳＰ，ＡＳＩＣまたはＰＬＤなどの半導体集積回路と、ＣＰＵまたはＧＰＵなどの演算装置との組み合わせを含む単数または複数のプロセッサによって適応信号処理装置の機能の全部または一部を実現することも可能である。図１２に示した信号処理回路７０によって適応信号処理装置のハードウェア構成が実現されてもよい。
【産業上の利用可能性】
【０１１７】
本発明に係る適応制御装置、適応信号処理装置及びアダプティブアレイアンテナシステムは、たとえば、移動体通信技術または衛星通信技術に使用可能である。
【符号の説明】
【０１１８】
１〜４  アダプティブアレイアンテナシステム、１０１〜１０Ｋ  送信局、１１  干渉局、２０  アンテナアレイ、２１１〜２１Ｍ  アンテナ素子、２２  受信回路、２３１〜２３Ｍ  受信器、２４  ビームフォーミング部、２５１〜２５Ｍ  乗算器、２６  合成器、３１〜３４  適応制御装置、４１〜４４  適応信号処理装置、５１，５１Ａ  重み係数算出部、５２  相関行列算出部、５３  相関行列記憶部、５４，５４Ｂ  逆行列算出部、５５，５５Ａ，５５Ｂ，５５Ｃ  制御部、７０  信号処理回路、７１  プロセッサ、７２  メモリ、７３  記憶装置、７４  入出力インタフェース回路、７５  信号路。
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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