JP2001044739A - アダプティブアレイ受信方式及びアダプティブアレイ受信装置 - Google Patents

アダプティブアレイ受信方式及びアダプティブアレイ受信装置

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JP2001044739A
JP2001044739A JP11219535A JP21953599A JP2001044739A JP 2001044739 A JP2001044739 A JP 2001044739A JP 11219535 A JP11219535 A JP 11219535A JP 21953599 A JP21953599 A JP 21953599A JP 2001044739 A JP2001044739 A JP 2001044739A
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JP
Japan
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antennas
signal
reference signal
weight coefficient
adaptive array
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JP11219535A
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English (en)
Inventor
Yoshitoshi Fujimoto
美俊 藤元
Noburo Ito
修朗 伊藤
Tsuguyuki Shibata
伝幸 柴田
Tokusho Suzuki
徳祥 鈴木
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Toyota Central R&D Labs Inc
Original Assignee
Toyota Central R&D Labs Inc
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  • Radio Transmission System (AREA)
  • Variable-Direction Aerials And Aerial Arrays (AREA)
  • Noise Elimination (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】参照信号期間中に到来しない遅延波又は干渉波
の影響をも低減するアダプティブ受信装置とすること。 【解決手段】複数のアンテナの受信信号に対し、各々相
関のない白色雑音を加えた信号についてアダプティブア
レイの重み係数を逐次算出する。この重み係数は、白色
雑音を加えた信号について、所望波方向にビーム形成さ
れるか、又は遅延波若しくは干渉波(所望波と同一周波
数の別個の信号)の方向にヌルが形成された状態とな
る。そこでこの重み係数を、複数のアンテナの受信信号
に対して乗ずる系を別個に設けることで、白色雑音のな
い状態で所望波方向にビーム形成されるか、又は遅延波
若しくは干渉波(所望波と同一周波数の別個の信号)の
方向にヌルが形成される。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、移動通信における
受信時のアダプティブアレイの適用に関する。本発明
は、時分割多重接続(TDMA)方式による移動通信に
特に有効である。
【0002】
【従来の技術】受信装置に複数のアンテナを設け、アダ
プティブアレイを適用することは良く知られている技術
である(例えば、ウェーブサミット講座「移動通信」オ
ーム社刊、p.283〜)。図2に一般的なアダプティブア
レイの概略を示す。図2は2個のアンテナによるものを
図示しているが、3個以上でも全く同様である。以下で
は参照信号を1タイムスロット毎に受信するものを考え
る。
【0003】アダプティブアレイは図2のように、各ア
ンテナ91及び92の受信信号x1及びx2に、乗算器93
及び94にて重み係数w1及びw2を乗じ、加算器95にて
それらの和をとる仕組みとなっている。その各重み係数
w1及びw2の決定のため、各アンテナの受信信号x1及びx2
と、参照信号dと、和信号(出力信号)yとを用いるもの
である。いま、アンテナをm個(m≧2)とし、各アンテ
ナの受信した信号を時間tにおいてxi(t)(iはアンテナ
番号、1≦i≦m)とする。このうち参照信号d(t)と比較
される部分(各タイムスロットの先頭部分)について、
次のような演算により各重み係数wiを決定する。尚、各
信号xi(t)、y(t)、d(t)及び重み係数wiは複素関数及び
複素数で示す。また、ベクトルの肩のTは転置ベクトル
を示し、肩の*は複素共役を意味する。
【0004】簡単のためベクトル表記をする。受信信号
xi(t)、重み係数wi、それらの積和y(t)について、次の
ように置く。
【数1】
【0005】このとき、最小平均自乗誤差(Minimum Me
an Square Error, MMSE)として次の値Jが最小とな
るようにする。尚、E[…]は行列又はベクトルのそれぞ
れの要素における平均値を意味する。本来アンサンブル
平均であるが、時間平均として求めることが一般的であ
る。
【数2】
【0006】このとき、J(平均自乗誤差)が最小とな
るものとして、次のように各重み係数の最適値の縦ベク
トルを算出することができる。これはLMS(Least Me
an Square)アルゴリズム又はRLS(Recursive Least
Squares)アルゴリズム、或いはSMI(Sample Matri
x Inverse)アルゴリズムにより算出できることが知ら
れている。
【数3】
【0007】式(3)の最適重み係数を求めるには式
(2−2)、(2−3)のみで良く、積和y(t)の情報は
最適重み係数の逐次演算には不要であることがわかる
(図2で加算器95から制御装置97への点線)。この
ようにして、出力信号yと参照信号dとの平均自乗誤差が
最も小さくなるよう重み係数wiが決定される。即ち、所
望波の到来に合わせて、所望波のタイムスロットの先頭
部分にある参照信号期間の受信信号と、受信装置の内部
で発生させる参照信号とを比較するのである。これは遅
延波(所望波がより長い経路を経由したもの)や干渉波
(所望波と異なる送信局からの到来波)がアンテナの数
より少ない場合はそれらの方向にいわゆるヌルを形成す
ることで達成される。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】ところで、例えばPH
S(Personal Handyphone System)においては、図3のよ
うに、所望波(a)と遅延波(b)(所望波がより長い
経路を経由したもの)の到来時刻のずれが参照信号期間
よりも長い場合がある。PHSは時分割多重接続(TD
MA)方式であるので、遅延波(b)は所望波(a)同
様、1タイムスロット毎にいわば断続的に受信され、そ
の到来が所望波(a)の参照信号期間終了後である可能
性がある。すると、所望波(a)による参照信号期間に
おいて、受信装置の持つ参照信号とから重み係数を決定
しても、それは参照信号期間終了後に到来する遅延波
(b)を排除することにならない。これは干渉波(c)
の到来が所望波(a)の参照信号期間終了後である場合
も同様である。
【0009】本発明は上記課題の解決を目的とするもの
であり、遅延波或いは干渉波の到来が所望波の参照信号
期間終了後でも、有効なアダプティブアレイを提供する
ものである。
【0010】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、請求項1に記載の発明によれば、複数のアンテナの
受信信号の各々に対し、逐次演算される重み係数を乗じ
たのち加算することにより、遅延波或いは干渉波の影響
を低減するアダプティブアレイ受信方式において、複数
のアンテナの受信信号に各々相関のない白色雑音を加算
し、白色雑音を加算した前記複数のアンテナの受信信号
に対して重み係数を乗じたのち加算した信号と参照信号
との差が最小となるよう、重み係数の最適値を逐次演算
し、複数のアンテナの受信信号の各々に対し、逐次演算
される前記重み係数の最適値を乗じたのち加算すること
により、遅延波或いは干渉波の影響を低減した出力信号
を得ることを特徴とする。
【0011】また請求項2に記載の発明によれば、複数
のアンテナと、その各々のアンテナの受信信号に重み係
数を乗ずるための前記複数のアンテナに対応した数の乗
算器と、その乗算器の出力を合成する加算器と、複数の
アンテナから分岐された受信信号に、各々相関のない白
色雑音を加算するための前記複数のアンテナに対応した
数の白色雑音発生器と雑音加算器の組と、参照信号発生
装置と、各々のアンテナの受信信号に乗ずる前記重み係
数を逐次演算出力する制御装置とを有し、制御装置の逐
次演算出力する重み係数は、前記雑音加算器の出力であ
る白色雑音の加算された各々のアンテナの受信信号に乗
じて和をとった信号と前記参照信号の出力信号との差を
最小とするよう決定されることを特徴とするアダプティ
ブアレイ受信装置とする。
【0012】
【作用及び発明の効果】各々相関のない白色雑音を加え
ることにより、あたかも全方向から干渉波が到来するか
の如き信号が形成される。これにアダプティブアレイを
適用すれば、所望波の方向のみにビームが形成されるこ
とになる。この各重み係数を、白色雑音を加える前の各
アンテナの受信信号に乗じて和を取れば、やはり所望波
の方向のみにビームが形成されることになる。よって所
望波の参照信号期間終了後に所望波の方向以外の方向か
ら遅延波或いは干渉波が到来しても、それらは本発明の
アダプティブアレイにより抑制される。一方、所望波の
参照信号期間中に遅延波或いは干渉波が到来すれば、通
常のアダプティブアレイ同様、白色雑音を加えたのちの
各アンテナの受信信号に対し、到来した遅延波或いは干
渉波の方向にヌルが形成される。この各重み係数を、白
色雑音を加える前の各アンテナの受信信号に乗じて和を
とれば、やはり到来した遅延波或いは干渉波の方向にヌ
ルが形成される。
【0013】
【発明の実施の形態】以下、本発明の具体的な実施例を
図を参照して説明する。尚、本発明は以下の実施例に限
定されるものではない。
【0014】〔実施例〕図1は、本発明の具体的な1実
施例であるアダプティブアレイ装置100の概略を示す
ブロック図である。2つのアンテナ11及び12を有す
るアダプティブアレイ装置100は信号出力部110と
ウエイト演算部120とからなり、それらは以下のよう
な構成である。
【0015】信号出力部110は2つのアンテナ11及
び12と、それらの出力x1及びx2と2つの重み係数w1
びw2をそれぞれ乗ずる乗算器21及び22、乗算器21
及び22の出力w1x1及びw2x2の和をとる加算器30とか
らなる。加算器30の出力yに含まれる遅延波或いは干
渉波の成分が少なくなるよう、ウエイト演算部120に
おいて重み係数w1及びw2を決定する。
【0016】ウエイト演算部120は、2つのアンテナ
11及び12から分岐された回路として構成されてい
る。互いに相関のない白色雑音n1及びn2を発生させる雑
音発生回路41及び42、2つのアンテナ11及び12
の出力x1及びx2に白色雑音n1及びn2をそれぞれ加える加
算器51及び52、及び、加算器51及び52の出力x1
+n1及びx2+n2と参照信号発生器60の出力dとから重み
係数w1及びw2を決定する制御装置70である。
【0017】ウエイト演算部120では、y'=w1(x1+
n1)+w2(x2+n2)と参照信号発生器60の信号dとの差の自
乗|d-y'|2の時間平均が最小となるよう、重み係数w1
及びw2を決定する。この重み係数w1及びw2を、信号出力
部110の重み係数w1及びw2として適用する構成であ
る。
【0018】ウエイト演算部120で決定される、白色
雑音を加えた信号に対する重み係数w1及びw2が、信号出
力部110においても有効であることを簡単に示す。従
来のアダプティブアレイで説明した点において、出力xi
+ni(iはアンテナ番号)に対して最適化した重み係数の
ベクトルを調べる。各ni(t)が白色雑音であり、他の信
号(xi、xj、nj、j≠i)と相関がないことに注意する。
まず、ウエイト演算部120で決定される重み係数をw'
i(iはアンテナ番号)とおく。最適化したm個の重み係
数w'iからなる縦ベクトルは次の式(4−1)の通りで
あり、それは式(4−2)、(4−3)、(4−4)、
(4−5)、(4−6)の定義により、式(4−7)の
値J'を最小とするものとして決定される。
【数4】
【0019】実際、式(4−7)の値J'を最小とする重
み係数w'iは、式(3)のwiと全く同様の手順で決定さ
れる。ところで、ni(t)が白色雑音であり、他の信号と
相関がないから、式(4−2)、式(4−3)は次のよ
うに概算できる。
【数5】
【0020】すなわち、式(4−2)、式(4−3)は
各々式(2−2)、式(2−3)とほぼ等しいといえる
(式(5−1)及び式(5−2))ので、式(4−1)
は式(3)にほぼ等しいと言うことができる(式(5−
3))。
【0021】このように、各白色雑音の振幅が、所望波
を各アンテナで受信した受信信号の振幅より十分小さけ
れば、ウエイト演算部120で決定される白色雑音を加
えた信号に対する重み係数で、白色雑音を加えない信号
に対する重み係数を置き替えてよいことが証明できた。
さらに、式(5−2)と式(2−3)を比較すると、各
アンテナで受信した信号に独立な白色雑音を加えること
は、相関行列Rxxの対角成分に正の値を加えることに相
当することがわかる。これが即ちあたかも全方向から干
渉波が到来しているがごとき作用として働き、所望波以
外の方向に対する感度が低くなる。その結果として、所
望波の方向にビームが形成される。
【0022】本発明は、参照信号をもとに、最小平均自
乗誤差(Minimum Mean Square Error, MMSE)法に
よりアダプティブアレイを適用するものである。本発明
の主要部は信号出力部と、白色雑音を加えた信号に対す
るウエイト演算部との構成であり、重み係数(ウエイ
ト)の計算方法自体にはよらない。LMS(Least Mean
Square)、RLS(Recursive Least Squares)その他
参照信号との(時間)平均自乗誤差を最小とする方法で
あればいかなる計算手段も適用できる。
【0023】本発明は重み係数の演算について、ディジ
タル演算であっても良く、アナログ演算であっても良
い。アダプティブアレイを適用する受信信号も、ディジ
タル信号であっても良くアナログ信号であっても良い。
また、重み係数の演算について、ソフトウエアで行なっ
ても、ハードウエアによって行なっても良い。アンテナ
の本数及び白色雑音発生器の組は2以上であれば良く、
任意である。
【0024】本発明は参照信号を各タイムスロット毎に
有する時分割多重接続(TDMA)方式に適しており、
例えば複数の移動局と対応する移動通信の基地局に特に
有効である。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の具体的な実施例にかかる2個のアン
テナを有するアダプティブアレイを示したブロック図。
【図2】 2個のアンテナによるアダプティブアレイの
基本構成を示したブロック図。
【図3】 参照信号を有する所望波(a)、参照信号を
有する遅延波(b)、参照信号を有しない干渉波(c)
の受信(到来)タイミングを示した模式図。
【符号の説明】
100 アダプティブアレイ 110 信号出力部 120 ウエイト演算部 11、12 アンテナ 21、22 乗算器 30 加算器 41、42 雑音発生回路 60 参照信号発生器 70 制御装置
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 柴田 伝幸 愛知県愛知郡長久手町大字長湫字横道41番 地の1 株式会社豊田中央研究所内 (72)発明者 鈴木 徳祥 愛知県愛知郡長久手町大字長湫字横道41番 地の1 株式会社豊田中央研究所内 Fターム(参考) 5J021 AA02 AA05 AA06 CA06 EA04 FA14 FA16 FA20 GA06 GA08 HA05 HA10 5K052 AA01 BB08 DD03 DD04 EE13 FF29 FF31 GG19 GG20 5K059 CC03 DD32 DD37 EE02

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 複数のアンテナの受信信号の各々に対
    し、逐次演算される重み係数を乗じたのち加算すること
    により、遅延波或いは干渉波の影響を低減するアダプテ
    ィブアレイ受信方式において、 前記複数のアンテナの受信信号に各々相関のない白色雑
    音を加算し、 白色雑音を加算した前記複数のアンテナの受信信号に対
    して重み係数を乗じたのち加算した信号と参照信号との
    差が最小となるよう、重み係数の最適値を逐次演算し、 前記複数のアンテナの受信信号の各々に対し、逐次演算
    される前記重み係数の最適値を乗じたのち加算すること
    により、遅延波或いは干渉波の影響を低減した出力信号
    を得ることを特徴とするアダプティブアレイ受信方式。
  2. 【請求項2】 複数のアンテナと、 その各々のアンテナの受信信号に重み係数を乗ずるため
    の前記複数のアンテナに対応した数の乗算器と、 その乗算器の出力を合成する加算器と、 前記複数のアンテナから分岐された受信信号に、各々相
    関のない白色雑音を加算するための前記複数のアンテナ
    に対応した数の白色雑音発生器と雑音加算器の組と、 参照信号発生装置と、 各々のアンテナの受信信号に乗ずる前記重み係数を逐次
    演算出力する制御装置とを有し、 前記制御装置の逐次演算出力する重み係数は、前記雑音
    加算器の出力である白色雑音の加算された各々のアンテ
    ナの受信信号に乗じて和をとった信号と前記参照信号の
    出力信号との差を最小とするよう決定されることを特徴
    とするアダプティブアレイ受信装置。
JP11219535A 1999-08-03 1999-08-03 アダプティブアレイ受信方式及びアダプティブアレイ受信装置 Pending JP2001044739A (ja)

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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003087051A (ja) * 2001-09-07 2003-03-20 Advanced Telecommunication Research Institute International アレーアンテナの制御方法
US7158773B2 (en) 2002-11-21 2007-01-02 Nec Infrontia Corporation Noise reduction device and wireless LAN base station apparatus using the device
JP2012175371A (ja) * 2011-02-21 2012-09-10 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> 受信方法、及び受信装置
WO2021261233A1 (ja) 2020-06-23 2021-12-30 京セラ株式会社 電子機器、電子機器の制御方法、及びプログラム
RU2819001C1 (ru) * 2022-12-22 2024-05-08 Акционерное общество "Научно-исследовательский институт точных приборов" Способ оптимальной первичной пространственно-временной обработки принимаемого сигнала в радиолокационной станции, работающей при наличии множества мешающих сигналов переотражения, и устройство для его осуществления

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