(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のアンテナ素子で構成されるアレーアンテナと、前記アレーアンテナの各アンテナ素子で受信された到来波の信号を周波数変換後に直交検波する受信部と、前記受信部の出力信号を用いて最大電力を有する到来波の到来方向を推定する主波方向推定部と、前記主波方向推定部の出力を用いて前記最大電力を有する到来波の到来方向における角度広がりを推定する角度広がり推定部と、前記最大電力を有する到来波の到来方向に前記アレーアンテナの指向性を向け、さらにそのビーム幅は前記角度広がり推定部の推定結果を基に可変するアレーウエイトを生成するウエイト生成部と、前記受信部の出力信号に前記アレーウエイトを乗算し合成する受信ビーム形成部と、前記受信ビーム形成部の出力信号に対し復調処理を行う復調部とを有する適応アンテナ装置。
【請求項２】
複数のアンテナ素子で構成されるアレーアンテナと、前記アレーアンテナの各アンテナ素子で受信された到来波の信号を周波数変換後に直交検波する受信部と、前記受信部の出力信号を用いて複数の到来波の到来方向及びそれらの電力を推定する到来方向推定部と、前記到来方向推定部の出力を用いて前記複数の到来波から最大電力波を選択し、前記複数の到来波のうち、前記最大電力波に対して所定値以内の電力の到来波に対し角度広がりを推定する角度広がり推定部と、前記最大電力波に対して所定値以内の電力の到来波が存在する場合には角度広がりが最小となる方向に、存在しない場合は前記最大電力波方向に、前記アレーアンテナの指向性を向けるアレーウエイトを生成するウエイト生成部と、前記受信部の出力信号に前記アレーウエイトを乗算し合成する受信ビーム形成部と、前記受信ビーム形成部の出力信号に対し復調処理を行う復調部とを有する適応アンテナ装置であって、
前記ウエイト生成部が形成する指向性のビーム幅は、角度広がり推定部の推定結果を基に可変する適応アンテナ装置。
【請求項３】
複数のアンテナ素子で構成されるアレーアンテナと、前記アレーアンテナの各アンテナ素子で受信された到来波の信号を周波数変換後に直交検波する受信部と、前記受信部の出力信号を用いて最大電力を有する到来波の到来方向を推定する主波方向推定部と、前記主波方向推定部の出力を用いて前記最大電力を有する到来波の到来方向における角度広がりを推定する角度広がり推定部と、前記最大電力を有する到来波の到来方向に前記アレーアンテナの指向性を向け、さらにそのビーム幅は前記角度広がり推定部の推定結果を元に可変するアレーウエイトを生成するウエイト生成部と、送信信号に対し前記アレーウエイトを乗算する送信ビーム形成部と、前記送信ビーム形成部の出力を前記アレーアンテナから送信する送信部とを有する適応アンテナ装置。
【請求項４】
複数のアンテナ素子で構成されるアレーアンテナと、前記アレーアンテナの各アンテナ素子で受信された到来波の信号を周波数変換後に直交検波する受信部と、前記受信部の出力信号を用いて複数の到来波の到来方向及びそれらの電力を推定する到来方向推定部と、前記到来方向推定部の出力を用いて前記複数の到来波から最大電力波を選択し、前記複数の到来波のうち、前記最大電力波に対して所定値以内の電力の到来波に対し角度広がりを推定する角度広がり推定部と、前記最大電力波に対して所定値以内の電力の到来波が存在する場合は角度広がりが最小となる方向に、存在しない場合は前記最大電力波方向に、前記アレーアンテナの指向性を向けるアレーウエイトを生成するウエイト生成部と、送信信号に対し前記アレーウエイトを乗算する送信ビーム形成部と、前記送信ビーム形成部の出力を前記アレーアンテナから送信する送信部とを有する適応アンテナ装置であって、
前記ウエイト生成部が形成する指向性のビーム幅は角度広がり推定部の推定結果を基に可変する適応アンテナ装置。
【請求項５】
ウエイト生成部は角度広がりが所定値より大きい場合、ビーム幅を狭めた指向性ビームを形成する請求項１ないし４のいずれか記載の適応アンテナ装置。
【請求項６】
複数のアンテナ素子で構成されるアレーアンテナと、前記アレーアンテナの各アンテナ素子で受信された到来波の信号を周波数変換後に直交検波する受信部と、前記受信部の出力信号を用いて最大電力を有する到来波の到来方向を推定する主波方向推定部と、前記受信部の出力信号を用いて干渉波の到来方向を推定する干渉波到来方向推定部と、前記干渉波到来方向推定部の出力を用いて前記干渉波の到来方向の角度広がりを推定する干渉波角度広がり推定部と、前記最大電力を有する到来波の到来方向に前記アレーアンテナの指向性を向け、前記最大電力を有する到来波の方向と前記干渉波の到来方向が同一でない場合、前記干渉波の到来方向に、干渉波角度広がりに応じた幅の指向性のヌルを形成するアレーウエイトを生成するウエイト生成部と、前記受信部の出力信号に前記アレーウエイトを乗算し合成する受信ビーム形成部と、前記受信ビーム形成部の出力信号に対し復調処理を行う復調部とを有する適応アンテナ装置。
【請求項７】
複数のアンテナ素子で構成されるアレーアンテナと、前記アレーアンテナの各アンテナ素子で受信された到来波の信号を周波数変換後に直交検波する受信部と、前記受信部の出力信号を用いて複数の到来波の到来方向及びそれらの電力を推定する到来方向推定部と、前記到来方向推定部の出力を用いて前記複数の到来波から最大電力波を選択し、前記複数の到来波のうち、前記最大電力波に対して所定値以内の電力の到来波に対して角度広がりを推定する角度広がり推定部と、前記受信部の出力信号を用いて干渉波の到来方向を推定する干渉波到来方向推定部と、前記干渉波到来方向推定部の出力を用いて前記干渉波の到来方向の角度広がりを推定する干渉波角度広がり推定部と、前記最大電力波に対して所定値以内の電力の到来波が存在する場合には角度広がりが最小となる方向に、存在しない場合は前記最大電力波方向に、前記アレーアンテナの指向性を向け、前記アレーアンテナの指向性を向けた方向と前記干渉波の到来方向が同一でない場合、前記干渉波の到来方向に、干渉波角度広がりに応じた幅の指向性のヌルを形成するアレーウエイトを生成するウエイト生成部と、前記受信部の出力信号に前記アレーウエイトを乗算し合成する受信ビーム形成部と、前記受信ビーム形成部の出力信号に対し復調処理を行う復調部とを有する適応アンテナ装置。
【請求項８】
複数のアンテナ素子で構成されるアレーアンテナと、前記アレーアンテナの各アンテナ素子で受信された到来波の信号を周波数変換後に直交検波する受信部と、前記受信部の出力信号を用いて最大電力を有する到来波の到来方向を推定する主波方向推定部と、前記受信部の出力信号を用いて干渉波到来方向を推定する干渉波到来方向推定部と、前記干渉波到来方向推定部の出力を用いて前記干渉波到来方向の角度広がりを推定する干渉波角度広がり推定部と、前記最大電力を有する到来波の到来方向に前記アレーアンテナの指向性を向け、前記最大電力を有する到来波の方向と前記干渉波の到来方向が同一でない場合、前記干渉波の到来方向に、干渉波角度広がりに応じた幅の指向性のヌルを形成するアレーウエイトを生成するウエイト生成部と、送信信号に対し前記アレーウエイトを乗算する送信ビーム形成部と、前記送信ビーム形成部の出力を前記アレーアンテナから送信する送信部とを有する適応アンテナ装置。
【請求項９】
複数のアンテナ素子で構成されるアレーアンテナと、前記アレーアンテナの各アンテナ素子で受信された到来波の信号を周波数変換後に直交検波する受信部と、前記受信部の出力信号を用いて複数の到来波の到来方向及びそれらの電力を推定する到来方向推定部と、前記到来方向推定部の出力を用いて前記複数の到来波から最大電力波を選択し、前記複数の到来波のうち、前記最大電力波に対して所定値以内の電力の到来波に対し角度広がりを推定する角度広がり推定部と、前記受信部の出力信号を用いて干渉波の到来方向を推定する干渉波到来方向推定部と、前記干渉波到来方向推定部の出力を用いて前記干渉波の到来方向の角度広がりを推定する干渉波角度広がり推定部と、前記最大電力波に対して所定値以内の電力の到来波が存在する場合には角度広がりが最小となる方向に、存在しない場合は前記最大電力波方向に、前記アレーアンテナの指向性を向け、前記アレーアンテナの指向性を向けた方向と前記干渉波の到来方向が同一でない場合、前記干渉波の到来方向に、干渉波角度広がりに応じた幅の指向性のヌルを形成するアレーウエイトを生成するウエイト生成部と、送信信号に対し前記アレーウエイトを乗算する送信ビーム形成部と、前記送信ビーム形成部の出力を前記アレーアンテナから送信する送信部とを有する適応アンテナ装置。
【請求項１０】
到来波の角度広がりの大きさにより、主波方向推定部における到来方向推定アルゴリズムを切り替える請求項１又は３記載の適応アンテナ装置。
【請求項１１】
到来波の角度広がりの大きさにより、到来方向推定部における到来方向推定アルゴリズムを切り替える請求項２、４、７又は９記載の適応アンテナ装置。
【請求項１２】
干渉波の角度広がりの大きさにより、干渉波到来方向推定部における到来方向推定アルゴリズムを切り替える請求項６ないし９のいずれか記載の適応アンテナ装置。
【請求項１３】
角度広がりが予め決められた値より大きい場合に、到来方向推定アルゴリズムを、空間スムージング処理を加えたアルゴリズムに切り替える請求項１０、１１又は１２記載の適応アンテナ装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、アレーアンテナを用いた方向及び角度広がり推定結果を基にアンテナ指向性を可変する適応アンテナ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
複数のアンテナ素子からなるアレーアンテナを用いて、電波の到来方向推定を行う方法として、ＭＵＳＩＣ、ＥＳＰＲＩＴ、Ｃａｐｏｎ、フーリエ法がある。例えば、ＭＵＳＩＣ法に関しては、文献Ｒ．Ｏ．Ｓｃｈｍｉｄｔ、“Ｍｕｌｔｉｐｌｅ  Ｅｍｉｔｔｅｒ  Ｌｏｃａｔｉｏｎ  ａｎｄ  Ｓｉｇｎａｌ  Ｐａｒａｍｅｔｅｒ  Ｅｓｔｉｍａｔｉｏｎ”、ＩＥＥＥ  Ｔｒａｎｓ．，ＡＰ−３４，ｐｐ．２７６−２８０（１９８６）に記載されている。
【０００３】
また、到来波の角度広がりの推定法として、Ｎ．Ｓ．Ｍ．Ｓｈａｈ他、“ＭＵＳＩＣアルゴリズムを用いた到来方向と角度広がりの同時推定”、2000年電子情報通信学会通信ソサエティ大会B-1-31に記載されている。また、所望波および干渉波方向が既知の場合、所望波方向に指向性ビームを向け、干渉波方向にヌルを向けるビーム形成のアルゴリズムとして、ＤＣＭＰ法が一般的に知られている。
【０００４】
さらに、電波の到来方向推定結果を基にアンテナの指向性を適応的に変化させる方法として、特開２０００−２１６６２０が開示されている。以下、図９を用いてその動作説明を行う。まず、複数の受信アンテナ５０−１〜５０−Ｌと、これらの受信アンテナでより受信された高周波信号５１−１〜５１−Ｌをそれぞれ２分配する信号分配手段５２と、この信号分配手段５２により分配された一方の系統の高周波信号を用い、前記複数のアンテナ５０−１〜５０−Ｌで受信した受信信号の共分散行列を求めるとともにこれに基づき複数の到来波の方位測定を行い、この共分散行列と複数の到来波の方位情報とを出力するＭＵＳＩＣ法を用いた方位測定手段５３と、この方位測定手段５３における測定の結果得られた複数の到来波の方位情報により指定された一つの方位情報を保存する指定信号保存手段５４と、前記信号分配手段５２により分配された他方の系統の高周波信号を受信し、前記指定信号保存手段５４で保存された、指定された１つの方位以外の信号を抑圧させるための重み付けを前記共分散行列に基づき演算する重み付け演算回路５５と、前記重み付け演算回路５５で演算された重み付けにより前記複数の受信アンテナ５０−１〜５０−Ｌで受信された高周波信号５１−１〜５１−Ｌに重み付けを行う重み付け手段５６と、この重み付け手段より出力される高周波信号を合成して出力する信号合成手段５７とを含み、信号合成手段５７の出力を復調部５８により復調を行う。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
従来は、推定された所望波の到来方向に対する指向性ビームを形成しているが、実際の伝搬環境下では、無線局周辺の建物などにより反射や回折の影響を受け、角度広がりをもって電波は到来する。所望波の到来波方向へ指向性ビームを向ける場合、角度広がりに応じた最適な指向性ビームの形成は従来考慮されていない。また、複数波が到来する環境下において、最適な到来波を選択する方法としては、最大電力波を選択するのが一般的であった。しかしながら、受信電力が大きくても、マルチパス波を多く含む電波を選択する可能性があった。
【０００６】
本発明は、角度広がり推定結果を用いて、指向性ビーム形成におけるビーム幅を可変にする。また、複数到来波が存在する場合は角度広がりの小さい到来波方向を選択し、この方向に指向性ビームをむけることで送受信品質改善を行う適応アンテナ装置を提供することを目的とする。さらには、干渉波方向に対しては、干渉波の角度広がりに応じたヌル幅のヌルを形成することで、到来方向推定誤差が含まれる場合でも、ロバストな干渉波抑圧が可能となる適応アンテナ装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、受信部の出力信号を用いて最大電力を有する到来波の到来方向を推定する主波方向推定部と、前記最大電力を有する到来波の到来方向における角度広がりを推定する角度広がり推定部と、前記最大電力を有する到来波の到来方向に前記アレーアンテナの指向性を向け、さらにそのビーム幅は前記角度広がり推定部の推定結果を基に可変するアレーウエイトを生成するウエイト生成部により、所望波方向の角度広がりにより最適なビーム幅のアレーアンテナの指向性を形成することができる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
本発明の請求項１に記載の発明は、複数のアンテナ素子で構成されるアレーアンテナと、前記アレーアンテナの各アンテナ素子で受信された到来波の信号を周波数変換後に直交検波する受信部と、前記受信部の出力信号を用いて最大電力を有する到来波の到来方向を推定する主波方向推定部と、前記主波方向推定部の出力を用いて前記最大電力を有する到来波の到来方向における角度広がりを推定する角度広がり推定部と、前記最大電力を有する到来波の到来方向に前記アレーアンテナの指向性を向け、さらにそのビーム幅は前記角度広がり推定部の推定結果を基に可変するアレーウエイトを生成するウエイト生成部と、前記受信部の出力信号に前記アレーウエイトを乗算し合成する受信ビーム形成部と、前記受信ビーム形成部の出力信号に対し復調処理を行う復調部とを有する適応アンテナ装置であり、主波方向に対する角度広がりに応じてメインローブのビーム幅を可変することができ、角度広がりが所定値よりも大きい場合、それらのマルチパスを含む主波方向から、狭ビームの指向性を向けることでマルチパス抑圧効果をさらに高めることができる作用を有する。
【０００９】
本発明の請求項２に記載の発明は、複数のアンテナ素子で構成されるアレーアンテナと、前記アレーアンテナの各アンテナ素子で受信された到来波の信号を周波数変換後に直交検波する受信部と、前記受信部の出力信号を用いて複数の到来波の到来方向及びそれらの電力を推定する到来方向推定部と、前記到来方向推定部の出力を用いて前記複数の到来波から最大電力波を選択し、前記複数の到来波のうち、前記最大電力波に対して所定値以内の電力の到来波に対し角度広がりを推定する角度広がり推定部と、前記最大電力波に対して所定値以内の電力の到来波が存在する場合には角度広がりが最小となる方向に、存在しない場合は前記最大電力波方向に、前記アレーアンテナの指向性を向けるアレーウエイトを生成するウエイト生成部と、前記受信部の出力信号に前記アレーウエイトを乗算し合成する受信ビーム形成部と、前記受信ビーム形成部の出力信号に対し復調処理を行う復調部とを有する適応アンテナ装置であって、前記ウエイト生成部が形成する指向性のビーム幅は、角度広がり推定部の推定結果を基に可変する適応アンテナ装置であり、角度広がりが最小である到来波の到来方向にメインビームを向けることが可能となり、受信電力的にも比較的良好で、かつ、角度広がりを構成する素波間の遅延分散が小さい到来波を選択的に受信することが可能になり、マルチパス抑圧効果を高めることで、受信品質を改善することができる作用を有する。
更に、到来波の角度広がりに応じてメインローブのビーム幅を可変した指向性パターンで送信することができ、通信を行うおうとする無線局以外に存在する無線局に対して干渉を十分に低減できる作用を有する。
【００１０】
本発明の請求項３に記載の発明は、複数のアンテナ素子で構成されるアレーアンテナと、前記アレーアンテナの各アンテナ素子で受信された到来波の信号を周波数変換後に直交検波する受信部と、前記受信部の出力信号を用いて最大電力を有する到来波の到来方向を推定する主波方向推定部と、前記主波方向推定部の出力を用いて前記最大電力を有する到来波の到来方向における角度広がりを推定する角度広がり推定部と、前記最大電力を有する到来波の到来方向に前記アレーアンテナの指向性を向け、さらにそのビーム幅は前記角度広がり推定部の推定結果を元に可変するアレーウエイトを生成するウエイト生成部と、送信信号に対し前記アレーウエイトを乗算する送信ビーム形成部と、前記送信ビーム形成部の出力を前記アレーアンテナから送信する送信部とを有する適応アンテナ装置であり、到来波の角度広がりに応じてメインローブのビーム幅を可変した指向性パターンで送信することができ、通信を行うおうとする無線局以外に存在する無線局に対して干渉を十分に低減できる作用を有する。
【００１１】
本発明の請求項４に記載の発明は、複数のアンテナ素子で構成されるアレーアンテナと、前記アレーアンテナの各アンテナ素子で受信された到来波の信号を周波数変換後に直交検波する受信部と、前記受信部の出力信号を用いて複数の到来波の到来方向及びそれらの電力を推定する到来方向推定部と、前記到来方向推定部の出力を用いて前記複数の到来波から最大電力波を選択し、前記複数の到来波のうち、前記最大電力波に対して所定値以内の電力の到来波に対し角度広がりを推定する角度広がり推定部と、前記最大電力波に対して所定値以内の電力の到来波が存在する場合は角度広がりが最小となる方向に、存在しない場合は前記最大電力波方向に、前記アレーアンテナの指向性を向けるアレーウエイトを生成するウエイト生成部と、送信信号に対し前記アレーウエイトを乗算する送信ビーム形成部と、前記送信ビーム形成部の出力を前記アレーアンテナから送信する送信部とを有する適応アンテナ装置であって、前記ウエイト生成部が形成する指向性のビーム幅は角度広がり推定部の推定結果を基に可変する適応アンテナ装置であり、通信を行うおうとする所望の無線局以外に存在する無線局に対して干渉を十分に低減でき、さらに複数の到来波が存在する場合は、受信電力的にも比較的良好で、かつ、角度広がりを構成する素波間の遅延分散が小さい到来方向を選択し、その方向に対し送信することが可能になり、これにより所望の無線局における受信品質を高めることができるができる作用を有する。
更に、到来波の角度広がりに応じてメインローブのビーム幅を可変した指向性パターンで送信することができ、通信を行うおうとする無線局以外に存在する無線局に対して干渉を十分に低減できる作用を有する。
【００１３】
本発明の請求項５に記載の発明は、ウエイト生成部は角度広がりが所定値より大きい場合、ビーム幅を狭めた指向性ビームを形成する請求項１ないし４のいずれか記載の適応アンテナ装置であり、到来波の角度広がりに応じてメインローブのビーム幅を可変した指向性パターンで送受信することができる作用を有する。
【００１４】
本発明の請求項６に記載の発明は、複数のアンテナ素子で構成されるアレーアンテナと、前記アレーアンテナの各アンテナ素子で受信された到来波の信号を周波数変換後に直交検波する受信部と、前記受信部の出力信号を用いて最大電力を有する到来波の到来方向を推定する主波方向推定部と、前記受信部の出力信号を用いて干渉波の到来方向を推定する干渉波到来方向推定部と、前記干渉波到来方向推定部の出力を用いて前記干渉波の到来方向の角度広がりを推定する干渉波角度広がり推定部と、前記最大電力を有する到来波の到来方向に前記アレーアンテナの指向性を向け、前記最大電力を有する到来波の方向と前記干渉波の到来方向が同一でない場合、前記干渉波の到来方向に、干渉波角度広がりに応じた幅の指向性のヌルを形成するアレーウエイトを生成するウエイト生成部と、前記受信部の出力信号に前記アレーウエイトを乗算し合成する受信ビーム形成部と、前記受信ビーム形成部の出力信号に対し復調処理を行う復調部とを有する適応アンテナ装置であり、干渉波の角度広がりに応じたヌル幅を形成することができ、到来方向推定に誤差が含まれる場合でも、干渉波の抑圧効果の高い指向性が形成されることで、受信品質の改善ができる作用を有する。
【００１５】
本発明の請求項７に記載の発明は、複数のアンテナ素子で構成されるアレーアンテナと、前記アレーアンテナの各アンテナ素子で受信された到来波の信号を周波数変換後に直交検波する受信部と、前記受信部の出力信号を用いて複数の到来波の到来方向及びそれらの電力を推定する到来方向推定部と、前記到来方向推定部の出力を用いて前記複数の到来波から最大電力波を選択し、前記複数の到来波のうち、前記最大電力波に対して電力が所定値以内の到来波に対し角度広がりを推定する角度広がり推定部と、前記受信部の出力信号を用いて干渉波の到来方向を推定する干渉波到来方向推定部と、前記干渉波到来方向推定部の出力を用いて前記干渉波の到来方向の角度広がりを推定する干渉波角度広がり推定部と、前記最大電力波に対し到来波電力が所定値以内の到来波が存在する場合には角度広がりが最小となる方向に、存在しない場合は前記最大電力波方向に、前記アレーアンテナの指向性を向け、前記アレーアンテナの指向性を向けた方向と前記干渉波の到来方向が同一でない場合、前記干渉波の到来方向に、干渉波角度広がりに応じた幅の指向性のヌルを形成するアレーウエイトを生成するウエイト生成部と、前記受信部の出力信号に前記アレーウエイトを乗算し合成する受信ビーム形成部と、前記受信ビーム形成部の出力信号に対し復調処理を行う復調部とを有する適応アンテナ装置であり、干渉波の角度広がりに応じたヌル幅を形成することができ、到来方向推定に誤差が含まれる場合でも、干渉波の抑圧効果の高い指向性が形成されることで、受信品質の改善ができる作用を有する。
【００１６】
本発明の請求項８に記載の発明は、複数のアンテナ素子で構成されるアレーアンテナと、前記アレーアンテナの各アンテナ素子で受信された到来波の信号を周波数変換後に直交検波する受信部と、前記受信部の出力信号を用いて最大電力を有する到来波の到来方向を推定する主波方向推定部と、前記受信部の出力信号を用いて干渉波到来方向を推定する干渉波到来方向推定部と、前記干渉波到来方向推定部の出力を用いて前記干渉波到来方向の角度広がりを推定する干渉波角度広がり推定部と、前記最大電力を有する到来波の到来方向に前記アレーアンテナの指向性を向け、前記最大電力を有する到来波の方向と前記干渉波の到来方向が同一でない場合、前記干渉波の到来方向に、干渉波角度広がりに応じた幅の指向性のヌルを形成するアレーウエイトを生成するウエイト生成部と、送信信号に対し
前記アレーウエイトを乗算する送信ビーム形成部と、前記送信ビーム形成部の出力を前記アレーアンテナから送信する送信部とを有する適応アンテナ装置であり、干渉波の角度広がりに応じたヌル幅を形成することができ、到来方向推定に誤差が含まれる場合でも、干渉波の抑圧効果の高い指向性が形成されることで、送信時の通信品質の改善ができる作用を有する。
【００１７】
本発明の請求項９に記載の発明は、複数のアンテナ素子で構成されるアレーアンテナと、前記アレーアンテナの各アンテナ素子で受信された到来波の信号を周波数変換後に直交検波する受信部と、前記受信部の出力信号を用いて複数の到来波の到来方向及びそれらの電力を推定する到来方向推定部と、前記到来方向推定部の出力を用いて前記複数の到来波から最大電力波を選択し、前記複数の到来波のうち、前記最大電力波に対して電力が所定値以内の到来波に対し角度広がりを推定する角度広がり推定部と、前記受信部の出力信号を用いて干渉波の到来方向を推定する干渉波到来方向推定部と、前記干渉波到来方向推定部の出力を用いて前記干渉波の到来方向の角度広がりを推定する干渉波角度広がり推定部と、前記最大電力波に対し到来波電力が所定値以内の到来波が存在する場合には角度広がりが最小となる方向に、存在しない場合は前記最大電力波方向に、前記アレーアンテナの指向性を向け、前記アレーアンテナの指向性を向けた方向と前記干渉波の到来方向が同一でない場合、前記干渉波の到来方向に、干渉波角度広がりに応じた幅の指向性のヌルを形成するアレーウエイトを生成するウエイト生成部と、送信信号に対し前記アレーウエイトを乗算する送信ビーム形成部と、前記送信ビーム形成部の出力を前記アレーアンテナから送信する送信部とを有する適応アンテナ装置であり、干渉波の角度広がりに応じたヌル幅を形成することができ、到来方向推定に誤差が含まれる場合でも、干渉波の抑圧効果の高い指向性が形成されることで、送信時の通信品質の改善ができる作用を有する。
【００１８】
本発明の請求項１０に記載の発明は、到来波の角度広がりの大きさにより、主波方向推定部における到来方向推定アルゴリズムを切り替える請求項１又は３記載の適応アンテナ装置であり、角度広がりに応じた最適な到来方向推定の選択が可能で推定精度の向上が得られる作用を有する。
【００１９】
本発明の請求項１１に記載の発明は、到来波の角度広がりの大きさにより、到来方向推定部における到来方向推定アルゴリズムを切り替える請求項２、４、７又は９記載の適応アンテナ装置であり、角度広がりに応じた最適な到来方向推定の選択が可能で推定精度の向上が得られる作用を有する。
【００２０】
本発明の請求項１２に記載の発明は、干渉波の角度広がりの大きさにより、干渉波到来方向推定部における到来方向推定アルゴリズムを切り替える請求項６ないし９のいずれか記載の適応アンテナ装置であり、角度広がりに応じた最適な到来方向推定の選択が可能で推定精度の向上が得られる作用を有する。
【００２１】
本発明の請求項１３に記載の発明は、角度広がりが予め決められた値より大きい場合に、到来方向推定アルゴリズムを空間スムージング処理を加えたアルゴリズムに切り替える請求項１０、１１又は１２記載の適応アンテナ装置であり、角度広がりに応じた最適な到来方向推定の選択が可能で推定精度の向上が得られる作用を有する。
【００２２】
以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。
【００２３】
（実施の形態１）
図１は適応アンテナ装置の構成を示すブロック図である。以下図１を用いてその動作説明を行う。アレーアンテナ１はＭ個（ただし、Ｍ＞１）のアンテナ素子１−１〜１−Ｍから構成される。各アンテナ素子１−１〜１−Ｍで受信した高周波信号２−１〜２−Ｍは、各アンテナ素子１−１〜１−Ｍに接続された受信部３−１〜３−Ｍにおいて周波数変換された後に直交復調され、直交するＩ、Ｑ信号からなる受信信号４−１〜４−Ｍに変換される。各受信信号４−１〜４−Ｍは２分配され、一方は主波方向推定部５、もう一方は受信ビーム形成部８に入力される。
【００２４】
主波方向推定部５は最大電力を有する到来波の到来方向を推定する。以下、その動作を説明する。なお、以下では、Ｉ信号及びＱ信号のそれぞれに対しサンプリングされた信号を用い、Ｉ信号を実数部、Ｑ信号を虚数部として表現される複素ディジタル信号を受信信号ｘ（ｋ）と表す。まず、受信信号４−１〜４−Ｍからそれぞれ得られるサンプル時刻ｋΔＴ（ただし、ｋは自然数、ΔＴはサンプリング間隔）における受信信号ｘ1（ｋ）、ｘ2（ｋ）、．．．、ｘM（ｋ）から（数１）で示される受信ベクトルｘ（ｋ）を構成し、さらに、所定Ｎサンプル期間毎に蓄積した受信ベクトルｘ（ｋ）を用いて（数２）の相関行列Ｒを求める。この場合、相関行列Ｒは（Ｍ×Ｍ）行列となる。
【００２５】
【数１】
0003738705.tif 000002
【００２６】
【数２】
0003738705.tif 000003
【００２７】
次に、Ｃａｐｏｎ法による到来角評価関数を用いて、所定の角度ステップΔθ毎に到来角評価を行う。到来角評価関数は、文献Ｊ．Ｃａｐｏｎ，“Ｈｉｇｈ−Ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ  Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ−Ｗａｖｅｎｕｍｂｅｒ  Ｓｐｅｃｔｒｕｍ  Ａｎａｌｙｓｉｓ.”Ｐｒｏｃ．ＩＥＥＥ，５７（８）、ｐｐ．１４０８−１４１８、１９６９に記載されており、（数３）で示される。
【００２８】
【数３】
0003738705.tif 000004
【００２９】
ただし、ａ（θ）は、方位θに対するアレーアンテナの複素応答を表す。（以下、アレーモードベクトルと呼ぶ）また、Ｒ-1はＲの逆行列である。
【００３０】
到来角評価の結果の角度スペクトラムには、いくつかの極大値が得られるが、その中の最大のピークを最大電力波とし、最大ピークを与える角度を主波方向θ0とする。
【００３１】
次に、角度広がり推定部６における動作を以下説明する。
【００３２】
主波方向推定部５から得られた主波方向θ0における角度広がりを（数４）で示される角度広がり評価関数を用いて、角度広がりパラメータδを所定の角度ステップΔδ毎に評価を行う。
【００３３】
【数４】
0003738705.tif 000005
【００３４】
ただし、ａx（θ）は、アレーモードベクトルａ（θ）に対し、複素領域の引数をとるように拡張した一般化アレーモードベクトルである。（数４）における角度広がりパラメータδを可変して得られる角度広がりスペクトラムに対し、最大ピークを与える角度広がり値δ0を推定値とする。
【００３５】
なお、ここでは、Ｃａｐｏｎ法に対し、一般化アレーモードベクトルを用いて角度広がりを推定しているが、ＭＵＳＩＣ法、ＥＳＩＰＲＩＴ法と同様に一般化アレーモードベクトルを適用して角度広がり推定を行っても同様である。
【００３６】
ウエイト生成部７は、主波方向推定値θ0と、その角度広がり推定値δ0を用いて、メインビーム方向をθ0に、そのビーム幅をδ0に応じた指向性をもつアレーウエイトを生成する。以下では、ドルフ−チェビシェフ指向性合成法を用いた場合の動作説明を行う。ドルフ−チェビシェフ指向性合成法はアンテナの指向性がチェビシェフ多項式と一致するように励振分布を決定することで、メインローブに対するサイドローブ抑圧値ＳＬＬを任意に設定することができ、サイドローブ抑圧値ＳＬＬを小さくすることで、そのメインローブのビーム幅が狭くなる関係を有している。詳細については、例えば、Ｗ．Ｌ．Ｓｔｕｚｍａｎ他「Ａｎｔｅｎｎａ  Ｔｈｅｏｒｙ  ａｎｄ  Ｄｅｓｉｇｎ」、Ｗｉｌｅｙ、１９８１、ｐｐ．５３７〜５４２に記載されている。ここでは、８素子の直線アレーアンテナを用いた場合について、以下概略を示す。８素子（Ｍ＝８）の場合、メインローブ方向がθ0で、サイドローブ抑圧値ＳＬＬであるアレーウエイトは（数５）で示される。
【００３７】
【数５】
0003738705.tif 000006
【００３８】
ここで、ｓmは以下の（数６）から（数１０）で与えられる。
【００３９】
【数６】
0003738705.tif 000007
【００４０】
【数７】
0003738705.tif 000008
【００４１】
【数８】
0003738705.tif 000009
【００４２】
【数９】
0003738705.tif 000010
【００４３】
【数１０】
0003738705.tif 000011
【００４４】
ただし、ｍ＝１〜８、λはキャリアの波長、ｄはアレー素子間隔である。
【００４５】
ここで、ウエイト生成部７は角度広がりが所定値Ａ１より大きい場合、ビーム幅を狭めた指向性ビームを形成する。例えばＡ１＝１０°と設定し、δ0≦１０°であれば、ＳＬＬ＝２０ｄＢにし、δ0＞１０°であれば、ＳＬＬ＝１０ｄＢと設定することで、ウエイト生成部７は角度広がりが所定値Ａ１より大きい場合、ビーム幅を狭めた指向性ビームを形成することができる。
【００４６】
受信ビーム形成部８は、ウエイト生成部７でえられたアレーウエイトを用いて、受信信号に乗算し合成する。すなわち、（数１１）に示すように受信信号ｘm（ｋ）に対し、合成信号ｙ（ｋ）を出力する。ただし、＊は複素共役を示す。
【００４７】
【数１１】
0003738705.tif 000012
【００４８】
復調部９は、受信ビーム形成部８による合成信号ｙ（ｋ）に対し復調処理を行い、復号データを出力する。
【００４９】
以上のように本実施の形態では、ウエイト生成部７で主波方向に対する角度広がりに応じてメインローブのビーム幅を可変することができる。角度広がりが大きい場合には、角度広がりを構成する素波間の時間的な分散も大きくなるため、角度広がりが所定値よりも大きい場合、それらのマルチパスを含む主波方向から、狭ビームの指向性を向けることでマルチパス抑圧効果をさらに高めることができ、受信品質を高めることができる。
【００５０】
（実施の形態２）
図２は適応アンテナ装置の構成を示すブロック図である。以下図２を用いてその動作説明を行う。アレーアンテナはＭ個（ただし、Ｍ＞１）のアンテナ素子１−１〜１−Ｍから構成される。各アンテナ素子１−１〜１−Ｍで受信した高周波信号２−１〜２−Ｍは、各アンテナ素子１−１〜１−Ｍに接続された受信部３−１〜３−Ｍにおいて周波数変換された後に直交復調され、直交するＩ、Ｑ信号からなる受信信号４−１〜４−Ｍに変換される。各受信信号４−１〜４−Ｍは２分配され、一方は到来方向推定部１０、もう一方は受信ビーム形成部８に入力される。
【００５１】
到来方向推定部１０は受信部の出力信号を用いて複数の到来波の到来方向及びそれらの電力を推定する。以下に、その動作を説明する。なお、以下では、Ｉ信号及びＱ信号のそれぞれに対しサンプリングされた信号を用い、Ｉ信号を実数部、Ｑ信号を虚数部として表現される複素ディジタル信号を受信信号ｘ（ｋ）と表す。まず、受信信号４―１〜Ｍからそれぞれ得られるサンプル時刻ｋΔＴ（ただし、ｋは自然数、ΔＴはサンプリング間隔）における受信信号ｘ1（ｋ）、ｘ2（ｋ）、．．．、ｘM（ｋ）から（数１）で示される受信ベクトルｘ（ｋ）を構成し、さらに、所定Ｎサンプル期間毎に蓄積した受信ベクトルｘ（ｋ）を用いて（数２）の相関行列Ｒを求める。この場合、相関行列Ｒは（Ｍ×Ｍ）行列となる。次に、ＭＵＳＩＣ法による到来角評価関数を用いて、所定の角度ステップΔθ毎に到来角評価を行う。到来角評価関数は、（数１２）で示される。
【００５２】
【数１２】
0003738705.tif 000013
【００５３】
ここで、ＥNは雑音空間行列であり以下のように求める。到来波数がＳ個の場合、相関行列Ｒの固有値分解して得られる固有値λ1〜λMは降順に並べた時、（数１３）の関係にあり、雑音固有ベクトル空間に属する（Ｍ−Ｓ）個の相関行列Ｒの固有ベクトルｅsを列ベクトルとするＥN＝[ｅs+1、．．．、ｅM] が雑音固有空間行列を形成する。
【００５４】
【数１３】
0003738705.tif 000014
【００５５】
なお、一般に到来波数Ｓは未知であるため、到来波数を判定のため固有値の分布や文献Ｍ．Ｗａｘ  ａｎｄ  Ｔ．Ｋａｉｌａｔｈ，“Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ  ｏｆ  Ｓｉｇｎａｌｓ  ｂｙ  Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ  Ｔｈｅｏｒｅｔｉｃ  Ｃｒｉｔｅｒｉａ”，ＩＥＥＥ  Ｔｒａｎｓ．Ｏｎ  Ａｃｏｕｓｔｉｃｓ，Ｓｐｅｅｃｈ  ａｎｄ  Ｓｉｇｎａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ，Ｖｏｌ．ＡＳＳＰ３３（２），ｐｐ．３８７−３９２，Ｆｅｂｒｕａｒｙ（１９８５）に記載されている信号個数判定基準を設け判定を行う。また、到来角評価の結果、得られる角度スペクトラムには、いくつかの極大値が得られるが、その中の最大のピークを最大電力波とし、最大ピークを与える角度を主波方向θ0とし、残りの（Ｓ−１）個のピーク方向を大きい順にサーチし、それぞれの到来方向をθnとする。ただし、ｎ＝１、...、Ｓ−１とする。それぞれの到来方向に対する受信電力を（数１４）を用いて推定する。ただし、ｎ＝０、...、Ｓ−１であり、ＩはＭ×Ｍの単位行列である。
【００５６】
【数１４】
0003738705.tif 000015
【００５７】
角度広がり推定部１１は、到来方向推定部１０で得られた複数の到来方向とその電力推定値から、最大電力波と、最大電力波に対し到来波電力が所定値Ｌｐ内の到来波に対し角度広がりを推定する。すなわち、｜Ｐ（θn）―Ｐ（θ0）｜≦Ｌpを満たすθvに対してのみ（数１５）を用いて到来方向の角度広がり推定を行う。ただし、ｎ＝１、...、Ｓ−１である。
【００５８】
【数１５】
0003738705.tif 000016
【００５９】
ただし、ａx（θ）は、アレーモードベクトルに対し、複素領域の引数をとるように拡張した一般化アレーモードベクトルである。（数１５）における角度広がりパラメータδを所定の角度ステップΔδ毎に評価して得られる角度広がりスペクトラムに対し、最大ピークを与える角度広がり値δ0を到来方向θｖに対する角度広がり推定値δｖ0とする。
【００６０】
なお、ここでは、ＭＵＳＩＣ法を用いて到来方向推定、角度広がり推定を行っているが、ＥＳＩＰＲＩＴ法等を用いても同様に推定が可能である。
【００６１】
ウエイト生成部１２は、角度広がりが推定された到来波が複数ある場合は、角度広がりが最小となる方向にアレーアンテナメインビームを向けるアレーウエイトを生成する。角度広がりが推定された到来波が一つである場合は、その到来方向にメインビームを向ける。アレーウエイトｗｋとしては、実施の形態１で説明したドルフ−チェビシェフ指向性合成法などが適用できる。
【００６２】
受信ビーム形成部８は、ウエイト生成部１２で生成したアレーウエイトｗｋを用いて、受信信号に乗算し合成する。すなわち、（数１１）に示すように受信信号ｘm（ｋ）に対し、合成信号ｙ（ｋ）を出力する。ただし、＊は複素共役を示す。
【００６３】
復調部９は、受信ビーム形成部８による合成信号ｙ（ｋ）に対し復調処理を行い、復号データを出力する。
【００６４】
以上のように本実施の形態では、到来方向推定部１０と角度広がり推定部１１において、最大電力波に対し到来波電力が所定値内の到来波が複数存在する場合、それらの到来波のうち、角度広がりが最小である到来波の到来方向にメインビームを向けることが可能となり、受信電力的にも比較的良好で、かつ、角度広がりを構成する素波間の遅延分散が小さい到来波を選択的に受信することが可能になり、マルチパス抑圧効果を高めることで、受信品質を改善することができる。
【００６５】
なお、本実施例では、角度広がりに対するメインビームの幅については、特に説明を加えていなかったが、実施の形態１で説明したように、角度広がり推定値に応じてビーム幅を可変する構成でもよい。この場合は上述した効果に加え、実施の形態１で説明した効果が加わる。
【００６６】
（実施の形態３）
図３は適応アンテナ装置の構成を示すブロック図である。以下図３を用いてその動作説明を行う。アレーアンテナはＭ個（ただし、Ｍ＞１）のアンテナ素子１−１〜１−Ｍから構成される。各アンテナ素子１−１〜１−Ｍで受信した高周波信号２−１〜２−Ｍは、各アンテナ素子１−１〜１−Ｍに接続された受信部３−１〜３−Ｍにおいて周波数変換された後に直交復調され、直交するＩ、Ｑ信号からなる受信信号４−１〜４−Ｍに変換され、主波方向推定部５に入力される。
【００６７】
受信部３の出力信号４を用いて最大電力を有する到来波の到来方向を推定する主波方向推定部５と、最大電力を有する到来波の到来方向における角度広がりを推定する角度広がり推定部６と、最大電力を有する到来波の到来方向にアレーアンテナの指向性を向け、さらにそのビーム幅は角度広がり推定部６の推定結果を基に可変するアレーウエイトを生成するウエイト生成部７の動作は実施の形態１と同様であり、その説明は省略する。
【００６８】
変調部２０は、入力される送信データを変調してベースバンドＩ信号Ｉ（ｋ）及びＱ信号Ｑ（ｋ）を生成する。  送信ビーム形成部２１は、変調されたベースバンドＩ信号Ｉ（ｋ）及びＱ信号Ｑ（ｋ）を送信するアレー素子数Ｍに等しい数で分配し、それぞれに対し、アレーウエイトｗｍを乗算する。（ｍ＝１，．．．，Ｍ）すなわち、第ｍ番目の送信部への入力信号ｚｍ（ｋ）＝ｗｍ×（Ｉ（ｋ）＋ｊＱ（ｋ））となる。ただし、ｍ＝１〜Ｍとする。
【００６９】
送信部２２−１〜２２−Ｍは、入力されたベースバンド信号ｚｍ（ｋ）をＲＦ送信周波数に変換し、規定の送信電力によりアレーアンテナの各アレー素子から送信する。
【００７０】
以上のように本実施の形態では、アレーアンテナ１で受信した信号から電波の到来方向を推定し、さらにその到来波方向にメインローブを向け、さらに到来波の角度広がりに応じてメインローブのビーム幅を可変した指向性パターンで送信することができる。これにより、通信を行うおうとする無線局以外に存在する無線局に対して干渉を十分に低減でき、さらに角度広がりが大きい場合には、角度広がりを構成する素波間の時間的な分散も大きくなるため、角度広がりが所定値よりも大きい場合、それらのマルチパスを含む主波方向から、狭ビームの指向性を向けることでマルチパス抑圧効果をさらに高めることができ、これにより所望の無線局における受信品質を高めることができる。
【００７１】
（実施の形態４）
図４は適応アンテナ装置の構成を示すブロック図である。以下図４を用いてその動作説明を行う。アレーアンテナはＭ個（ただし、Ｍ＞１）のアンテナ素子１−１〜１−Ｍから構成される。各アンテナ素子１−１〜１−Ｍで受信した高周波信号２−１〜２−Ｍは、各アンテナ素子１−１〜１−Ｍに接続された受信部３−１〜３−Ｍにおいて周波数変換された後に直交復調され、直交するＩ、Ｑ信号からなる受信信号４−１〜４−Ｍに変換され、到来方向推定部１０に入力される。
【００７２】
受信部３−１〜３−Ｍの出力信号４−１〜４−Ｍを用いて複数の到来波の到来方向及びそれらの電力を推定する到来方向推定部１０と、複数の到来方向うち、最大電力波と、最大電力波に対し到来波電力が所定値内の到来波に対し角度広がりを推定する角度広がり推定部１１と、最大電力波に対し到来波電力が所定値内の到来波が存在する場合、角度広がりが最小となる方向に、存在しない場合は前記最大電力波方向に、アレーアンテナの指向性を向けるアレーウエイトを生成するウエイト生成部１２は実施の形態２と同様であり、その説明は省略する。
【００７３】
送信ビーム形成部２１は送信データを変調部２０において、変調されたベースバンドＩ信号Ｉ（ｋ）及びＱ信号Ｑ（ｋ）を送信するアレー素子数に等しい数で分配し、それぞれに対し、アレーウエイトｗｋを乗算する。すなわち、第ｍ番目の送信部２２への入力信号ｚｍ（ｋ）＝ｗｍ×（Ｉ（ｋ）＋ｊＱ（ｋ））となる。ただし、ｍ＝１〜Ｍである。
【００７４】
送信部２２−１〜２２−Ｍは、入力されたベースバンド信号ｚｍ（ｋ）をＲＦ送信周波数に変換し、規定の送信電力によりアレーアンテナの各アレー素子から送信する。
【００７５】
以上のように本実施の形態では、アレーアンテナで受信した信号から電波の到来方向を推定し、その到来波方向にメインローブを向け、さらに到来波の角度広がりに応じてメインローブのビーム幅を可変した指向性パターンで送信することができる。これにより、通信を行うおうとする所望の無線局以外に存在する無線局に対して干渉を十分に低減でき、さらに複数の到来波が存在する場合は、受信電力的にも比較的良好で、かつ、角度広がりを構成する素波間の遅延分散が小さい到来方向を選択し、その方向に対し送信することが可能になり、これにより所望の無線局における受信品質を高めることができる。
【００７６】
（実施の形態５）
図５は適応アンテナ装置の構成を示すブロック図である。以下図５を用いてその動作説明を行う。図５では、第１の実施の形態における適応アンテナ装置の構成を示す図１おいて、角度広がり推定部６をなくし、干渉波到来方向推定部３１と干渉波角度広がり推定部３２が追加された構成になっており、干渉波を抑圧するアレーウエイトを生成するものである。以下異なる部分について主に説明する。
【００７７】
アレーアンテナ１および受信部３によって、受信信号４が得られるまでの動作は上述した第１の実施の形態と同様である。主波方向推定部５は、第１の実施の形態における動作によって、受信部３からの出力信号４を用いて最大電力を有する到来波の到来方向を推定する。
【００７８】
干渉波到来方向推定部３１は、受信部３の出力信号４を用いて、干渉波の到来方向を推定する。ここで、干渉波とは、ＴＤＭＡ、ＦＤＭＡの場合では、後続する復調部９における等化器で等化できない程度の遅延時間の到来波、あるいは、他セルからの干渉波であり、ＣＤＭＡの場合、異なる符合に割り当てられたユーザを想定している。ＩＭＴ−２０００におけるＤＳ−ＣＤＭＡ方式の場合、高速データ通信を行うユーザと低速データ通信あるいは音声ユーザが混在する環境下での通信が想定され、特に高速データ通信を行うユーザに対しては送信電力も増加するため、他ユーザへの干渉度が増加する。
【００７９】
以下では、ＣＤＭＡ方式の基地局として本実施の形態を適用した場合の動作説明する。干渉波到来方向推定部３１では、受信信号４を用いて、他ユーザに割り当てられた符号により逆拡散を行う。逆拡散された受信信号のＩ信号及びＱ信号のそれぞれに対しサンプリングされた信号を用い、Ｉ信号を実数部、Ｑ信号を虚数部として表現される複素ディジタル信号を受信信号ｈ（ｔ）と表す。逆拡散後の受信信号からそれぞれ得られるサンプル時刻ｋΔＴ（ただし、ｋは自然数、ΔＴはサンプリング間隔）における受信信号ｈ1（ｋ）、ｈ2（ｋ）、．．．、ｈM（ｋ）から（数１６）で示される受信ベクトルｈ（ｋ）を構成し、さらに、所定Ｎサンプル期間毎に蓄積した受信ベクトルｈ（ｋ）を用いて（数１７）の相関行列Ｒhを求める。この場合、相関行列Ｒhは（Ｍ×Ｍ）行列となる。
【００８０】
【数１６】
0003738705.tif 000017
【００８１】
【数１７】
0003738705.tif 000018
【００８２】
次に、Ｃａｐｏｎ法による到来角評価関数を用いて、所定の角度ステップΔφ毎に到来角評価を行う。到来角評価関数は、（数１８）で示される。
【００８３】
【数１８】
0003738705.tif 000019
【００８４】
到来角評価の結果の角度スペクトラムには、いくつかの極大値が得られるが、その中の最大のピークを最大電力波とし、最大ピークを与える角度を干渉波方向φ0とする。
【００８５】
次に、干渉波角度広がり推定部３２における動作を以下説明する。干渉波到来方向推定部３１から得られた主波方向φ0における角度広がりを（数１９）で示される角度広がり評価関数を用いて、角度広がりパラメータψを所定の角度ステップΔψ毎に評価を行う。
【００８６】
【数１９】
0003738705.tif 000020
【００８７】
（数１９）における角度広がりパラメータψを可変して得られる角度広がりスペクトラムに対し、最大ピークを与える角度広がり値ψ0を推定値とする。なお、ここでは、Ｃａｐｏｎ法に対し、一般化アレーモードベクトルを用いて角度広がりを推定しているが、ＭＵＳＩＣ法、ＥＳＩＰＲＩＴ法に同様に一般化アレーモードベクトルを適用して角度広がり推定を行っても同様のである。
【００８８】
ウエイト生成部３０は、到来方向にアレーアンテナの指向性を向け、到来方向と干渉波方向が同一でない場合、干渉波方向に干渉波角度広がりに応じた幅の指向性のヌルを形成するアレーウエイトを生成する。所望波方向と干渉波方向が既知である場合のアレーウエイト形成法としてはＤＣＭＰ法が代表的である。ＤＣＭＰ法の詳細は、Ｋ．Ｔａｋａｎｏ、“Ａｎ  Ａｄａｐｔｉｖｅ  Ａｒｒａｙ  Ｕｎｄｅｒ  Ｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌ  Ｃｏｎｓｔｒａｉｎｔ”、ＩＥＥＥ  Ｔｒａｎｓ．ＡＰ−２４（５）、１９７６に記載されている。拘束行列Ｃは、（数２０）で示すように到来方向θ0のアレーモードベクトルａ（θ0）、干渉波方向φ0のアレーモードベクトルａ（φ0）、さらに、ヌル幅を干渉波方向の角度広がりに応じたものにするため、角度広がりに応じた干渉波方向近傍のアレーモードベクトルａ（φ0―αψ0）、ａ（φ0＋αψ0）からなる。ただし、αは定数。また、拘束応答ベクトルＨは（数２１）で示される。ただし、Ｔは行列転置を表す。ＤＣＭＰ法によって得られる最適ウエイトＷｏｐｔは（数２２）で示される。Ｗｏｐｔをアレーウエイトとすることで、到来方向にアレーアンテナの指向性を向け、到来方向と干渉波方向が同一でない場合、干渉波方向に干渉波角度広がりに応じた幅の指向性のヌルを形成するアレーウエイトを生成することができる。なお、拘束行列Ｃ及び拘束応答ベクトルＨとして、（数２０）及び（数２１）の代わりに、（数２３）及び（数２４）を用いることで、拘束条件数を４から３に減らすことができ、アレー素子数が少ない場合、計算量の低減とアレー素子数が少ない場合への適用が可能となる。
【００８９】
【数２０】
0003738705.tif 000021
【００９０】
【数２１】
0003738705.tif 000022
【００９１】
【数２２】
0003738705.tif 000023
【００９２】
【数２３】
0003738705.tif 000024
【００９３】
【数２４】
0003738705.tif 000025
【００９４】
以上のように得られたアレーウエイトを用いて、受信ビーム形成または送信ビーム形成に用いることで、干渉波の角度広がりに応じたヌル幅を形成することができ、到来方向推定に誤差が含まれる場合でも、干渉波の抑圧効果の高い指向性が形成されることで、受信または送信時の通信品質の改善が図れる。
【００９５】
なお、本実施の形態における主波方向推定部５の代わりに、第２の実施の形態で説明した到来方向推定部１０と角度広がり推定部１１を用いて、最大電力波に対し到来波電力が所定値内の到来波が複数存在する場合、それらの到来波のうち、角度広がりが最小である到来波の到来方向にメインビームを向ける構成でもよい。
【００９６】
なお、第３の実施の形態に、本実施の形態の干渉波到来方向推定部３１と干渉波角度広がり推定部３２を用いても良く、その場合の構成は図６のようになり、干渉波到来方向推定部３１と干渉波角度広がり推定部３２の動作は本実施の形態と同じで、その他の動作は第３の実施の形態と同様であり、本実施の形態と同様の効果が得られる。またこの場合も、主波方向推定部５の代わりに、第４の実施の形態で説明した到来方向推定部１０と角度広がり推定部１１を用いても良い。
【００９７】
（実施の形態６）
図７は適応アンテナ装置の別な構成を示すブロック図である。以下図７において、角度広がり推定部４１の推定結果を主波方向推定部４０にフィードバックしており、この情報を用いて主波方向推定部４０における方向推定アルゴリズムを切り替える動作を行う機能が追加されている。以下では、主に異なる部分である主波方向推定部４０の動作を図８のフローチャートを用いて説明を行う。
【００９８】
アレーアンテナ１および受信部３によって、受信信号４が得られるまでの動作は上述した第１の実施の形態と同様である（ｓ７０）。主波方向推定部４０はまず、受信信号４に対し、第１の到来方向推定処理により到来方向を推定する（ｓ７１）。ここで第１の到来方向推定処理は（数２）で示された相関行列演算（ｓ７１−１）後に、（数３）あるいは（数１２）で示される到来方向推定評価関数演算（ｓ７１−２）を行う。得られた到来方向推定結果を角度広がり推定部４１に入力し、角度広がり推定値を得る（ｓ７２）。得られた角度広がり値φと所定値ＡＳとの比較を行い（ｓ７３）、φ≦ＡＳである場合、その時の到来方向推定値を最終的な推定値とする（ｓ７４）。一方、φ＞ＡＳである場合、第２の到来方向推定処理を行う（ｓ７５）。ここで、第２の到来方向推定処理は、（数２）で示された相関行列演算（ｓ７５−１）後に、得られた相関行列に対しサブアレー素子数Ｍｓによる空間スムージング処理を更に行い（ｓ７５−２）、それにより得られた相関行列Ｒｓを用いて、（数３）あるいは（数１２）で示される到来方向推定評価関数演算を行う（ｓ７５−３）。ただし、Ｍｓ≦Ｍである。これにより得られた到来方向推定値を最終的な推定値とする（ｓ７４）。なお、空間スムージング処理に関しての詳細は、文献Pillai et al, "Forward/Backward Spatial Smoothing Techniques for Coherent Signal Identification", IEEE Trans. on Acoustics, speech and signal processing, VOL.37, NO.1, 1989等に記載されている。
【００９９】
以上のように本実施の形態では、角度広がりの大きさにより、主波方向推定部４０における到来方向推定アルゴリズムを切り替えることが可能となる。すなわち、角度広がりが所定値より大きい場合、主波方向推定部４０における到来方向推定アルゴリズムは空間スムージング処理を加えたアルゴリズムに切り替わる。角度広がりが１０度を超える大きさになると、角度広がりを構成する素波間が相関性の高いマルチパスとして見えるようになるため、相関行列のランクが低下し、到来波を高精度に推定できなくなる。そのため、本実施の形態で示したように空間スムージングを加えた到来方向推定処理を行うことで推定精度の改善が可能となる。逆に角度広がりが十分小さい領域では、空間スムージング処理時のアレーアンテナのサブアレー化によるアレー開口面が小さくなることによる推定精度の劣化を防ぐことができる。
【０１００】
なお、本発明を実施の形態３で説明した主波方向推定部に対しても同様に角度広がりに応じて到来方向推定アルゴリズムを切り替えてもよい。
【０１０１】
なお、本発明を実施の形態２、４及び５で説明した到来方向推定部に対しても同様に角度広がりに応じて到来方向推定アルゴリズムを切り替えてもよい。
【０１０２】
なお、本発明を実施の形態５で説明した干渉波到来方向推定部に対しても同様に角度広がりに応じて到来方向推定アルゴリズムを切り替えてもよい。
【０１０３】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、到来方向推定と角度広がり推定結果に応じて受信時あるいは送信時のアレーアンテナの指向性を、無線局の位置に対し、適応的にビーム方向とビーム幅を可変することができる。さらに、干渉局が存在する場合は、干渉波方向にヌルを形成することができ、そのヌル幅を角度広がりに応じて可変することができる。これらにより、本発明を複数の端末局と通信を行う必要のある移動体通信の基地局に適応することで、端末間の干渉低減ができ、通信品質の改善及びシステム容量の向上を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１における適応アンテナ装置の構成を示すブロック図
【図２】同実施の形態２における適応アンテナ装置の構成を示すブロック図
【図３】同実施の形態３における適応アンテナ装置の構成を示すブロック図
【図４】同実施の形態４における適応アンテナ装置の構成を示すブロック図
【図５】同実施の形態５における適応アンテナ装置の構成を示すブロック図
【図６】同実施の形態５における適応アンテナ装置の構成を示すブロック図
【図７】同実施の形態６における適応アンテナ装置の構成を示すブロック図
【図８】同実施の形態６における到来方向推定処理部の動作を示すフローチャート
【図９】従来の適応アンテナ装置の構成を示すブロック図
【符号の説明】
１  アレーアンテナ
１―１〜１―Ｍ  アンテナ素子
２―１〜２―Ｍ  高周波信号
３―１〜３―Ｍ  受信部
４―１〜４―Ｍ  受信信号
５  主波方向推定部
６  角度広がり推定部
７  ウエイト生成部
８  受信ビーム形成部
９  復調部
【図１】
0003738705.tif 000026
【図２】
0003738705.tif 000027
【図３】
0003738705.tif 000028
【図４】
0003738705.tif 000029
【図５】
0003738705.tif 000030
【図６】
0003738705.tif 000031
【図７】
0003738705.tif 000032
【図８】
0003738705.tif 000033
【図９】
0003738705.tif 000034