(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
アンテナ素子Ｎ個を等間隔に直線配列したアレーアンテナに対して、１方向のビームと第１乃至第Ｍの方向（Ｍ≦Ｎ−２）にヌルを生成するヌル方向制御方法であって、
指定された方向に前記ビームを生成する（Ｎ−Ｍ）素子アレーのアンテナウェイトベクトルを算出する第１のステップと、
指定された第１乃至第Ｍの方向にヌルを生成する２素子アレーのアンテナウェイトベクトルをそれぞれ算出する第２のステップと、
前記算出した第１の方向にヌルを生成する２素子アレーの一方のアンテナウェイトと前記算出した（Ｎ−Ｍ）素子アレーのアンテナウェイトベクトルの積を求め、該積の後尾に０を付加した（Ｎ−Ｍ＋１）素子アレーのアンテナウェイトベクトルと、前記算出した第１の方向にヌルを生成する２素子アレーの他方のアンテナウェイトと前記算出した（Ｎ−Ｍ）素子アレーのアンテナウェイトベクトルの積を求め、該積の先頭に０を付加した（Ｎ−Ｍ＋１）素子アレーのアンテナウェイトベクトルとを加算することにより、指定した方向に前記ビーム及び前記第１のヌルを生成する（Ｎ−Ｍ＋１）素子アレーのアンテナウェイトベクトルを算出する第３のステップと、
前記算出した第２の方向にヌルを生成する２素子アレーの一方のアンテナウェイトと前記算出した（Ｎ−Ｍ＋１）素子アレーのアンテナウェイトベクトルの積を求め、該積の後尾に０を付加した（Ｎ−Ｍ＋２）素子アレーのアンテナウェイトベクトルと、前記算出した第２の方向にヌルを生成する２素子アレーの他方のアンテナウェイトと前記算出した（Ｎ−Ｍ＋１）素子アレーのアンテナウェイトベクトルの積を求め、該積の先頭に０を付加した（Ｎ−Ｍ＋２）素子アレーのアンテナウェイトベクトルとを加算することにより、指定した方向に前記ビーム及び前記第１乃至第２のヌルを生成する（Ｎ−Ｍ＋２）素子アレーのアンテナウェイトベクトルを算出する第４のステップと、
前記第４のステップを、指定された前記ビーム及び第１乃至第Ｍのヌルが全て生成されるＮ素子アレーのアンテナウェイトベクトルが算出されるまで繰り返すステップからなることを特徴とするアレーアンテナのヌル方向制御方法。
【請求項２】
アンテナ素子Ｎ個を等間隔に直線配列したアレーアンテナに対して、第１乃至第Ｍの方向（Ｍ≦Ｎ−１）にヌルを生成するヌル方向制御方法であって、
（Ｎ−Ｍ）素子アレーアンテナのアンテナウェイトベクトルを任意に与える第１のステップと、
指定された第１乃至第Ｍの方向にヌルを生成する２素子アレーのアンテナウェイトベクトルをそれぞれ算出する第２のステップと、
前記算出した第１の方向にヌルを生成する２素子アレーの一方のアンテナウェイトと前記算出した（Ｎ−Ｍ）素子アレーのアンテナウェイトベクトルの積を求め、該積の後尾に０を付加した（Ｎ−Ｍ＋１）素子アレーのアンテナウェイトベクトルと、前記算出した第１の方向にヌルを生成する２素子アレーの他方のアンテナウェイトと前記算出した（Ｎ−Ｍ）素子アレーのアンテナウェイトベクトルの積を求め、該積の先頭に０を付加した（Ｎ−Ｍ＋１）素子アレーのアンテナウェイトベクトルとを加算することにより、指定した方向に前記第１のヌルを生成する（Ｎ−Ｍ＋１）素子アレーのアンテナウェイトベクトルを算出する第３のステップと、
前記算出した第２の方向にヌルを生成する２素子アレーの一方のアンテナウェイトと前のステップで算出した（Ｎ−Ｍ＋１）素子アレーのアンテナウェイトベクトルの積を求め、該積の後尾に０を付加した（Ｎ−Ｍ＋２）素子アレーのアンテナウェイトベクトルと、前記算出した第２の方向にヌルを生成する２素子アレーの他方のアンテナウェイトと前記算出した（Ｎ−Ｍ＋１）素子アレーのアンテナウェイトベクトルの積を求め、該積の先頭に０を付加した（Ｎ−Ｍ＋２）素子アレーのアンテナウェイトベクトルとを加算することにより、指定した方向に前記第１乃至第２のヌルを生成する（Ｎ−Ｍ＋２）素子アレーのアンテナウェイトベクトルを算出する第４のステップと、
前記第４のステップを、指定された第１乃至第Ｍのヌルが全て生成されるＮ素子アレーのアンテナウェイトベクトルが算出されるまで繰り返すステップからなることを特徴とするアレーアンテナのヌル方向制御方法。
【請求項３】
アンテナ素子Ｎ個を等間隔に直線配列したアレーアンテナに対して、１方向のビームと第１乃至第Ｍの方向（Ｍ≦Ｎ−２）にヌルを生成するアンテナウェイト計算部を有するヌル方向制御装置において、
前記アンテナウェイト計算部は、
指定された方向に前記ビームを生成する（Ｎ−Ｍ）素子アレーのアンテナウェイトベクトルを算出する手段と、
指定された前記第１乃至第Ｍの方向にヌルを生成する２素子アレーのアンテナウェイトベクトルをそれぞれ算出する手段と、
前記算出した（Ｎ−Ｍ）素子アレーのアンテナウェイトベクトルと前記算出した第１の方向にヌルを生成する２素子アレーの一方のアンテナウェイトとの積を求め該積の後尾に０を付加した（Ｎ−Ｍ＋１）素子アレーのアンテナウェイトベクトルと、前記算出した（Ｎ−Ｍ）素子アレーのアンテナウェイトベクトルと前記算出した第１の方向にヌルを生成する２素子アレーの他方のアンテナウェイトとの積を求め該積の先頭に０を付加した（Ｎ−Ｍ＋１）素子アレーのアンテナウェイトベクトルとを加算することにより、指定した方向に前記ビーム及び前記第１のヌルを生成する（Ｎ−Ｍ＋１）素子アレーのアンテナウェイトベクトルを算出する手段と、
算出した（Ｎ−Ｍ＋ｋ）素子アレー（ｋ＝１，…，Ｍ−１）のアンテナウェイトベクトルと前記算出した第ｋ＋１の方向にヌルを生成する２素子アレーの一方のアンテナウェイトとの積を求め該積の後尾に０を付加した（Ｎ−Ｍ＋ｋ＋１）素子アレーのアンテナウェイトと、前記算出した（Ｎ−Ｍ＋ｋ）素子アレーのアンテナウェイトと前記算出した第ｋ＋１の方向にヌルを生成する２素子アレーの他方のアンテナウェイトベクトルとの積を求め該積の先頭に０を付加した（Ｎ−Ｍ＋ｋ＋１）素子アレーのアンテナウェイトベクトルとを加算することにより、指定した方向に前記ビーム及び前記第１乃至第ｋ＋１のヌルを生成する（Ｎ−Ｍ＋ｋ＋１）素子アレーのアンテナウェイトベクトルを算出する演算を、ｋ＝１からＭ−１まで順次繰り返すことにより指定された前記ビームと前記第１乃至第Ｍのヌルが全て生成されるＮ素子アレーのアンテナウェイトベクトルを算出する手段とを備えている、
ことを特徴とするアレーアンテナのヌル方向制御装置。
【請求項４】
アンテナ素子Ｎ個を等間隔に直線配列したアレーアンテナに対して、第１乃至第Ｍの方向（Ｍ≦Ｎ−１）にヌルを生成するアンテナウェイト計算部を有するヌル方向制御装置において、
前記アンテナウェイト計算部は、
指定された方向に前記ビームを生成する（Ｎ−Ｍ）素子アレーのアンテナウェイトベクトルを算出する手段と、
指定された前記第１乃至第Ｍの方向にヌルを生成する２素子アレーのアンテナウェイトベクトルをそれぞれ算出する手段と、
前記算出した（Ｎ−Ｍ）素子アレーのアンテナウェイトベクトルと前記算出した第１の方向にヌルを生成する２素子アレーの一方のアンテナウェイトとの積を求め該積の後尾に０を付加した（Ｎ−Ｍ＋１）素子アレーのアンテナウェイトベクトルと、前記算出した（Ｎ−Ｍ）素子アレーのアンテナウェイトベクトルと前記算出した第１の方向にヌルを生成する２素子アレーの他方のアンテナウェイトとの積を求め該積の先頭に０を付加した（Ｎ−Ｍ＋１）素子アレーのアンテナウェイトベクトルとを加算することにより、指定した方向に前記第１のヌルを生成する（Ｎ−Ｍ＋１）素子アレーのアンテナウェイトベクトルを算出する手段と、算出した（Ｎ−Ｍ＋ｋ）素子アレー（ｋ＝１，…，Ｍ−１）のアンテナウェイトベクトルと前記算出した第ｋ＋１の方向にヌルを生成する２素子アレーの一方のアンテナウェイトとの積を求め該積の後尾に０を付加した（Ｎ−Ｍ＋ｋ＋１）素子アレーのアンテナウェイトベクトルと、前記算出した（Ｎ−Ｍ＋ｋ）素子アレーのアンテナウェイトベクトルと前記算出した第ｋ＋１の方向にヌルを生成する２素子アレーの他方のアンテナウェイトとの積を求め該積の先頭に０を付加した（Ｎ−Ｍ＋ｋ＋１）素子アレーのアンテナウェイトベクトルとを加算することにより、指定した方向に前記第１乃至第ｋ＋１のヌルを生成する（Ｎ−Ｍ＋ｋ＋１）素子アレーのアンテナウェイトベクトルを算出する演算を、ｋ＝１からＭ−１まで順次繰り返すことにより指定された前記第１乃至第Ｍのヌルが全て生成されるＮ素子アレーのアンテナウェイトベクトルを算出する手段とを備えている、ことを特徴とするアレーアンテナのヌル方向制御装置。
【請求項５】
入力された送信データをＮ個の重み付けされた送信データに分配する信号処理部と、アンテナ素子Ｎ個を等間隔に直線配列したアレーアンテナを備え、前記信号処理部により分配された送信データを、それぞれＤ／Ａ変換器及び送信機を介して前記Ｎ個のアンテナ素子に供給する送信デジタルビームフォーミング装置において、
前記信号処理部に、請求項３または４に記載されたアレーアンテナのヌル方向制御装置が備えられていることを特徴とする送信デジタルビームフォーミング装置。
【請求項６】
アンテナ素子Ｎ個を等間隔に直線配列したアレーアンテナと、該アレーアンテナで受信された信号をそれぞれ受信デジタルデータに変換するＡ／Ｄ変換器と、各受信デジタルデータに対してそれぞれ重み付けした後合成して受信データとして出力する信号処理部とを備えた受信デジタルビームフォーミング装置において、
前記信号処理部に、請求項３または４に記載されたアレーアンテナのヌル方向制御装置が備えられていることを特徴とする受信デジタルビームフォーミング装置。
【請求項７】
アンテナ素子Ｎ個を等間隔に直線配列したアレーアンテナに対して、１方向のビームと第１乃至第Ｍの方向（Ｍ≦Ｎ−２）にヌルを生成するために前記各アンテナ素子アレーのアンテナウェイトの計算をコンピュータに実行させるためのプログラムであって、
指定された方向に前記ビームを生成する（Ｎ−Ｍ）素子アレーのアンテナウェイトベクトルを算出する処理と、
指定された第１乃至第Ｍの方向にヌルを生成する２素子アレーのアンテナウェイトベクトルをそれぞれ算出する処理と、
前記算出した第１の方向にヌルを生成する２素子アレーの一方のアンテナウェイトと前記算出した（Ｎ−Ｍ）素子アレーのアンテナウェイトベクトルの積を求め、該積の後尾に０を付加した（Ｎ−Ｍ＋１）素子アレーのアンテナウェイトベクトルと、前記算出した第１の方向にヌルを生成する２素子アレーの他方のアンテナウェイトと前記算出した（Ｎ−Ｍ）素子アレーのアンテナウェイトベクトルの積を求め、該積の先頭に０を付加した（Ｎ−Ｍ＋１）素子アレーのアンテナウェイトベクトルとを加算することにより、指定した方向に前記ビーム及び前記第１のヌルを生成する（Ｎ−Ｍ＋１）素子アレーのアンテナウェイトベクトルを算出する処理と、
前記算出した第２の方向にヌルを生成する２素子アレーの一方のアンテナウェイトと前記算出した（Ｎ−Ｍ＋１）素子アレーのアンテナウェイトベクトルの積を求め、該積の後尾に０を付加した（Ｎ−Ｍ＋２）素子アレーのアンテナウェイトベクトルと、前記算出した第２の方向にヌルを生成する２素子アレーの他方のアンテナウェイトと前記算出した（Ｎ−Ｍ＋１）素子アレーのアンテナウェイトベクトルの積を求め、該積の先頭に０を付加した（Ｎ−Ｍ＋２）素子アレーのアンテナウェイトベクトルとを加算することにより、指定した方向に前記ビーム及び前記第１乃至第２のヌルを生成する（Ｎ−Ｍ＋２）素子アレーのアンテナウェイトベクトルを算出する処理、及び該処理を、指定された前記ビーム及び第１乃至第Ｍのヌルが全て生成されるＮ素子アレーのアンテナウェイトベクトルが算出されるまで繰り返すことを特徴とするプログラム。
【請求項８】
アンテナ素子Ｎ個を等間隔に直線配列したアレーアンテナに対して、第１乃至第Ｍの方向（Ｍ≦Ｎ−１）にヌルを生成するために前記各アンテナ素子アレーのアンテナウェイトの計算をコンピュータに実行させるためのプログラムであって、
（Ｎ−Ｍ）素子アレーアンテナに任意に与えられたアンテナウェイトベクトルを設定する処理と、
指定された第１乃至第Ｍの方向にヌルを生成する２素子アレーのアンテナウェイトベクトルをそれぞれ算出する処理と、
前記算出した第１の方向にヌルを生成する２素子アレーの一方のアンテナウェイトと前記算出した（Ｎ−Ｍ）素子アレーのアンテナウェイトベクトルの積を求め、該積の後尾に０を付加した（Ｎ−Ｍ＋１）素子アレーのアンテナウェイトベクトルと、前記算出した第１の方向にヌルを生成する２素子アレーの他方のアンテナウェイトと前記算出した（Ｎ−Ｍ）素子アレーのアンテナウェイトベクトルの積を求め、該積の先頭に０を付加した（Ｎ−Ｍ＋１）素子アレーのアンテナウェイトベクトルとを加算することにより、指定した方向に前記第１のヌルを生成する（Ｎ−Ｍ＋１）素子アレーのアンテナウェイトベクトルを算出する処理と、前記算出した第２の方向にヌルを生成する２素子アレーの一方のアンテナウェイトと前のステップで算出した（Ｎ−Ｍ＋１）素子アレーのアンテナウェイトベクトルの積を求め、該積の後尾に０を付加した（Ｎ−Ｍ＋２）素子アレーのアンテナウェイトベクトルと、前記算出した第２の方向にヌルを生成する２素子アレーの他方のアンテナウェイトと前記算出した（Ｎ−Ｍ＋１）素子アレーのアンテナウェイトベクトルの積を求め、該積の先頭に０を付加した（Ｎ−Ｍ＋２）素子アレーのアンテナウェイトベクトルとを加算することにより、指定した方向に前記第１乃至第２のヌルを生成する（Ｎ−Ｍ＋２）素子アレーのアンテナウェイトベクトルを算出する処理、及び該処理を、指定された前記第１乃至第Ｍのヌルが全て生成されるＮ素子アレーのアンテナウェイトベクトルが算出されるまで繰り返すことを特徴とするプログラム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、アレーアンテナの所望の方向にヌルを生成するためのアンテナウェイト算出方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、移動体通信基地局では、アレーアンテナの各アンテナ素子の受信信号を適応信号処理することにより干渉波の到来する方向にヌルを生成し、干渉波を抑圧している。また、受信信号で求めたアンテナパターンを送信時に使用している。
【０００３】
しかし、ＷＥＢアクセス等の非対称な通信を考えた場合、受信信号において生成したヌルが、送信時にも最適とは限らない。そこで、何らかの方法で送信時にヌルを生成するべき方向を決定し、これにより指定された方向にヌルを生成する方法が必要となる。
【０００４】
所望の方向にヌルを生成するアンテナウェイトを求めるためには、アンテナウェイト計算時に、指定した方向から希望波及び干渉波が到来するモデルを作成し、Howells-Applebaumアダプティブアレーの制御アルゴリズムを用いて算出することができる。Howells-Applebaumアダプティブアレーの制御アルゴリズムについては、例えば、「菊間信良著“アレーアンテナによる適応信号処理：第４章  ＭＳＮアダプティブアレー”，ｐｐ．６７−８６，科学技術出版社」等に記載されている。
【０００５】
図７は、所望の方向にヌルを生成するアンテナウェイトを求める際に、Howells-Applebaumアダプティブアレーの制御アルゴリズムを用いた場合の例を示すフローチャートである。
【０００６】
従来のヌル制御方法では、ヌル及びビームを生成する方向が指定されると、このヌル及びビームを生成する方向のステアリングベクトルが作成され、これらのベクトルを合成した後、共分散行列が求められ、求められた共分散行列の逆行列を用いて各アレーアンテナの最適ウェイトが求められる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来技術においては、各アレーアンテナの最適ウェイトを求めるのに逆行列演算を必要とし、そのため処理時間や演算量が大きくなってしまい、追従速度の劣化やハードウェア規模の増大をまねくという問題がある。
【０００８】
本発明の目的は、この問題点を解決する方法を提案するものであり、指定した方向にビーム及びヌルを生成するためのアレーアンテナの最適ウェイトを、逆行列演算をおこなうことなく、少ない処理時間，演算量で求めることができる新規な手段を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明のアレーアンテナのヌル制御方法は、アンテナ素子Ｎ個を等間隔に直線配列したアレーアンテナにおいて、指定した方向にヌルを生成する２素子アレーのアンテナウェイトと、指定した方向にビームを生成するＬ素子アレーのアンテナウェイトを用いて、その積和演算により所望の方向にヌルとビームを生成するアンテナウェイトを算出することを特徴とする。
【００１０】
ここで、所望のヌル生成方向の数をＭ個とすると、ビームを生成するアレーの素子数Ｌは（Ｎ−Ｍ）となり、ヌルを一つ生成する毎にアレーの素子数を一つ増やして積和演算を行ってアンテナウェイトを求め、Ｍ方向のヌルが全て生成された時点でＮ個のアレーアンテナ素子のアンテナウェイトが決定される。この場合、制御可能なヌルの数ＭはＮ−２個以下であり、ビームの数は１個である。
【００１１】
また、本発明の他のアレーアンテナのヌル制御方法は、アンテナ素子Ｎ個を等間隔に直線配列したアレーアンテナにおいて、所望の方向にヌルを生成する２素子アレーのアンテナウェイトを用いて、その積和演算の繰り返しのみで所望のＭ方向にヌルを生成するアンテナウェイトを算出することを特徴とする。この場合、制御可能なヌルの数ＭはＮ−１個以下であり、ビームは制御できない。
【００１２】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明のヌル方向制御方法を実現する送信デジタルビームフォーミング装置を示すブロック図である。
【００１３】
アレーアンテナを構成するＮ個のアンテナ素子１−１〜１−Ｎは、それぞれ送信機２−１〜２−ＮとＤ／Ａ変換器３−１〜３−Ｎを備えている。また、ＤＳＰ(Digital Signal Processor)により構成される信号処理部４は、各アンテナ素子からの送信データに重み付を行う乗算器９−１〜９−Ｎとアンテナウェイト計算部５を備えている。
【００１４】
送信データは、信号処理部４でＮ分岐された後、乗算器９−１〜９−Ｎで、アンテナウェイト計算部５からのアンテナウェイトwbeam(n)（ｎ＝１，…，Ｎ）とそれぞれ乗算されることにより重み付けされ、Ｄ／Ａ変換器３−１〜３−Ｎに渡され、アナログ信号に変換されて送信機２−１〜２−Ｎを介してアンテナ素子１−１〜１−Ｎよりそれぞれ送信される。
【００１５】
アンテナウェイトwbeam(n)（ｎ＝１，…，Ｎ）は、ビーム方向θbeamとヌル方向θnull(1),…,θnull(M)の情報をもとにアンテナウェイト計算部５で計算される。
【００１６】
図２は、本発明によるヌル方向制御方法の第１の実施形態を示すフローチャートである。
【００１７】
アンテナウェイト計算部５には、このフローチャートを実行するための動作プログラムが実装されており、アンテナウェイト計算部５は、アレーアンテナのビーム方向θbeamとヌル方向θnull(1),…,θnull(M)が指定されると、この動作プログラムに従って、Ｎ個のアンテナ素子１−１〜１−Ｎに対するアンテナウェイトの計算を行い、アンテナウェイトwbeam(n)（ｎ＝１，…，Ｎ）を求める。
【００１８】
以下、図２を参照して本発明のアンテナウェイト計算方法について説明する。
【００１９】
ビーム及びヌルを生成する方向θbeam及びθnull(1)〜θnull(M)、が指定されると、まず、ビーム方向θbeamにビームを持つ（Ｎ−Ｍ）素子アレーアンテナのアンテナウェイトベクトルWbeamが下記の式（１）〜（４）を用いて計算される。ここで、Ｍは方向を指定するヌルの数で、Ｎ−２以下に制限される。
【００２０】
Wbeam0=[wbeam(1),…,wbeam(N-M)]       （１）
δwbeam=exp〔-j・k・d・sin(θbeam)〕       （２）
wbeam(1)=1       （３）
wbeam(n)=wbeam(n-1)・δwbeam     n=2,…,N-M       （４）
ここで、ｄはアンテナ素子間の距離、ｋは自由空間の伝播定数でｋ＝２π／λ、λは自由空間の波長を示す。
【００２１】
また、ここで、
Wpattern(0)=Wbeam0       （５）
とする。
【００２２】
次に、下記のＳＴＥＰ１〜ＳＴＥＰ３までの処理をｍ＝１〜Ｍで繰り返す。
ＳＴＥＰ１：  ヌル方向θnull(m)（ｍ＝１，…，Ｍ）にヌルを生成する２素子アレーのアンテナウェイトを、式（６）〜（９）を用いて計算する。
【００２３】
Wnull(m)=[wnull1(m),wnull2(m)]      （６）
δwnull(m)=exp〔-j・k・d・cos(θnull(m))〕      （７）
wnull1(m)=1      （８）
wnull2(m)=wnull1(m)・δwnull(m)=exp〔-j・k・d・cos(θnull(m))〕      （９）
ＳＴＥＰ２：  WbeamとWnull(m)を用いて下記の２つの（Ｎ−Ｍ）素子アレーアンテナのアンテナウェイトWbeam1とWbeam2を計算する。
【００２４】
Wbeam1=wnull1(m)・Wpattern(m-1)=1・Wpattern(m-1)       （１０）
Wbeam2=wnull2(m)・Wpattern(m-1)=exp〔-j・k・d・cos(θnull(m))〕・Wpattern(m-1)       （１１）
ＳＴＥＰ３： 次に、Wbeam1の後尾に０を付加し、Wbeam2の先頭に０を付加して（Ｎ−Ｍ＋１）素子アレーアンテナのアンテナウェイトを作成し、それらを加算する。
【００２５】
Wpattern(m)=[Wbeam1,0]+[0,Wbeam2]       （１２）
以上の処理の結果得られたアンテナウェイトベクトルWpattern(m)によりアレーアンテナの重み付けを行うことにより指定した方向θbeam及びθnull(1)〜θnull(M)にビーム及びヌルを生成するビームをつくることができる。
【００２６】
以上説明したように、本発明によれば、アンテナウェイトを求めるのに、逆行列演算をおこなう必要がないので、少ない処理時間，演算量で指定した方向にビーム及びヌルを持ったアンテナパターンを生成することができる。
【００２７】
図３及び図４は、一例として６素子のアレーアンテナに本発明を適用して、１つのビームと３つのヌルを生成する場合のヌル方向制御方法を示す概念図及び各処理段階におけるアンテナパターンを示す図である。
【００２８】
この実施例では、１つのビームθbeamと３つのヌルθnull(1)、θnull(2)、θnull(3)が指定されているのでＮ−Ｍ＝３となり、まず、式（１）〜（４）を用いてθbeamを有するアンテナパターンとなる３素子アレーアンテナのアンテナウェイトWbeam0を求める。
【００２９】
次に、式（６）〜（９）を用いてヌル方向θnull(１)にヌルを生成する２素子アレーのアンテナウェイトWnull(1)を計算し、このWnull(1)とWbeam0を用いて式（１０）、（１１）により２つの３素子アレーのアンテナウェイトを求め、式（１２）によりこの２つの３素子アレーのアンテナウェイトの加算を行って、θbeamとθnull(1)を有するアンテナパターンとなる４素子アレーアンテナのアンテナウェイトWpattern(1)を求める。
【００３０】
次に、式（６）〜（９）を用いてヌル方向θnull(2)にヌルを生成する２素子アレーのアンテナウェイトWnull(2)を計算し、このWnull(2)とWpattern(1)を用いて式（１０）、（１１）により２つの４素子アレーのアンテナウェイトを求め、式（１２）によりこの２つの４素子アレーのアンテナウェイトの加算を行って、θbeamとθnull(1)とθnull(2)を有するアンテナパターンとなる５素子アレーアンテナのアンテナウェイトWpattern(2)を求める。
【００３１】
次に、式（６）〜（９）を用いてヌル方向θnull(3)にヌルを生成する２素子アレーのアンテナウェイトWnull(3)を計算し、このWnull(3)とWpattern(2)を用いて式（１０）、（１１）により２つの５素子アレーのアンテナウェイトを求め、式（１２）によりこの２つの５素子アレーのアンテナウェイトの加算を行って、θbeamとθnull(1)とθnull(2)とθnull(3)を有するアンテナパターンとなる６素子アレーアンテナのアンテナウェイトWpattern(3)を求める。
【００３２】
求められたアンテナウェイトWpattern(3)のwbeam(n)（ｎ＝１，…，６）を、それぞれ乗算器９−１〜９−６に重み情報として入力し、各アンテナ素子から送出される送信データの振幅及び位相を制御することにより、指定した方向に１つのビームと３つのヌルを生成する。
【００３３】
このように、３つの複素ウェイトWnull(1)，Wnull(2)，Wnull(3)を用いてヌル方向を指定し、これらのウェイトを用いて指定した方向に１つのビームと３つのヌルを生成するアンテナウェイトを計算により求めることができる。
【００３４】
図４は、３素子アレーアンテナと複素ウェイトWnull(1)，Wnull(2)，Wnull(3)それぞれによる２素子アレーアンテナのパターンとヌル生成時のアレーアンテナのパターンを示し、点線は式（６）に相当するアンテナパターン、実線は式（５）及び式（１２）に相当するアンテナパターンである。
【００３５】
また、ビーム及びヌルの方向の指定は１つの複素ウェイトにより指定され、その複素ウェイトの加算および乗算のみにより、指定された方向にビーム及びヌルを持つアンテナパターンを生成するアンテナウェイトを算出しているので、演算量を低減することができる。
【００３６】
図５は、本発明によるアンテナウェイト計算方法を用いてヌル方向制御を行う第２の実施形態を示すフローチャートである。
【００３７】
本実施形態は、ヌル方向θnull(1)，…，θnull(M)のみ指定し、指定した方向にヌルを生成するものである。以下、本実施形態のヌル方向制御について説明する。
【００３８】
まず、（Ｎ−Ｍ）素子アレーアンテナのアンテナウェイトベクトルWpattern(0)を任意に与える。ここでＭはＮ−１以下に制限される。
【００３９】
Wpattern(0)=[1,…,wpattern(m)]       （１３）
とする。
【００４０】
次に、下記のＳＴＥＰ１〜ＳＴＥＰ３までの処理をｍ＝１〜Ｍで繰り返す。
ＳＴＥＰ１：  ヌル方向θnull(m)（ｍ＝１，…，Ｍ）にヌルを生成する２素子アレーのアンテナウェイトベクトルWnull(m)を、式（１４）〜（１７）を用いて求める。
【００４１】
Wnull(m)=[wnull1(m),wnull2(m)]      （１４）
δwnull(m)=exp〔-j・k・d・cos(θnull(m))〕      （１５）
wnull1(m)=1      （１６）
wnull2(m)=wnull1(m)・δwnull(m)=exp〔-j・k・d・cos(θnull(m))〕    （１７）
ＳＴＥＰ２：  WbeamとWnull(m)を用いて下記の２つの（Ｎ−Ｍ）素子アレーアンテナのアンテナウェイトベクトルWbeam1とWbeam2を計算する。
【００４２】
Wbeam1=wnull1(m)・Wpattern(m-1)=1・Wpattern(m-1)       （１８）
Wbeam2=wnull2(m)・Wpattern(m-1)
=exp〔-j・k・d・cos(θnull(m))〕・Wpattern(m-1)       （１９）
ＳＴＥＰ３： 次に、Wbeam1の後尾に０を付加し、Wbeam2の先頭に０を付加して（Ｎ−Ｍ＋１）素子アレーアンテナのアンテナウェイトを作成し、それらを加算する。
【００４３】
Wpattern(m)=[Wbeam1,0]+[0,Wbeam2]       （２０）
以上の処理の結果得られたアンテナウェイトベクトルWpattern(m)によってアレーアンテナの重み付けを行うことにより、指定した方向θnull(1)〜θnull(M)にヌルを生成することができる。
【００４４】
図６は、本発明のヌル方向制御方法を実現する受信デジタルビームフォーミング装置を示すブロック図である。
【００４５】
アレーアンテナを構成するＮ個のアンテナ素子１−１〜１−Ｎは、それぞれ受信機６−１〜６−ＮとＡ／Ｄ変換器７−１〜７−Ｎを備えている。また、ＤＳＰ(Digital Signal Processor)により構成される信号処理部８は、各アンテナ素子からの受信データに重み付を行う乗算器９−１〜９−Ｎと重み付けされた各受信データを合成する合成器１０とアンテナウェイト計算部５を備えている。
【００４６】
アンテナ素子１−１〜１−Ｎで受信された受信信号は、受信機６−１〜６−ＮからＡ／Ｄ変換器７−１〜７−Ｎに入力されてデジタルデータに変換され、乗算器９−１〜９−Ｎで、アンテナウェイト計算部５からのアンテナウェイトwbeam(n)（ｎ＝１，…，Ｎ）とそれぞれ乗算されることにより重み付けされた後、合成器１０で合成されて受信データとして出力される。
【００４７】
アンテナウェイト計算部５によるアンテナウェイトの計算方法は、上記説明した送信アンテナの場合と同様であるので詳細説明は省略する。
【００４８】
【発明の効果】
本発明によれば、アンテナウェイトを求めるのに、逆行列演算をおこなう必要がないので、少ない処理時間，演算量で指定した方向にビーム及びヌルを持ったアンテナパターンを生成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のヌル方向制御方法を実現する送信デジタルビームフォーミング装置を示すブロック図である。
【図２】本発明によるアンテナウェイト計算方法を用いてヌル方向制御を行う第２の実施形態を示すフローチャートである。
【図３】６素子のアレーアンテナに本発明を適用して、１つのビームと３つのヌルを生成する場合のヌル方向制御方法の例を示す概念図である。
【図４】図３の実施例の各処理段階におけるアンテナパターンを示す図である。
【図５】本発明によるアンテナウェイト計算方法を用いてヌル方向制御を行う第２の実施形態を示すフローチャートである。
【図６】本発明のヌル方向制御方法を実現する受信デジタルビームフォーミング装置を示すブロック図である。
【図７】所望の方向にヌルを生成するアンテナウェイトを求め従来例を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１−１〜１−Ｎ  アレーアンテナ素子
２−１〜２−Ｎ  送信機
３−１〜３−Ｎ  Ｄ／Ａ変換器
４，８  信号処理部（ＤＳＰ）
５  アンテナウェイト計算部
６−１〜６−Ｎ  受信機
７−１〜７−Ｎ  Ａ／Ｄ変換器
９−１〜９−Ｎ  乗算器
１０  合成器
【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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