JP2002246826A - Array antenna controller and its method - Google Patents

Array antenna controller and its method

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JP2002246826A JP2001036862A JP2001036862A JP2002246826A JP 2002246826 A JP2002246826 A JP 2002246826A JP 2001036862 A JP2001036862 A JP 2001036862A JP 2001036862 A JP2001036862 A JP 2001036862A JP 2002246826 A JP2002246826 A JP 2002246826A
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幸宏 神谷
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To realize space-time signal processing to a reception signal outputted from an ESPAR antenna with a simple circuit constitution. SOLUTION: A time domain signal processing part 4 executes time domain signal processing to a reception signal x(k) received by an exciting element A0 of an array antenna system 100 being an ESPAR antenna so that the direction of a main beam can be faced to the direction of a substantially desired wave based on the reception signal x(k), and outputs a processed signal y(k). An evaluation value calculating part 5 calculates an evaluation value by using a prescribed evaluation standard based on the inputted processed signal y(k), and outputs an evaluation value signal indicating an evaluation value. A space domain signal processing part 6 executes space domain signal processing in order to obtain an evaluation value signal being a substantially desired value based on the inputted evaluation value signal, and generates impressed voltage signals corresponding to the reactance values of variable reactance elements 12-1 to 12-6, and outputs those signals to the variable reactance elements 12-1 to 12-6 so that the evaluation value signal being the desired value can be obtained.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、無線信号を送受信
するための励振素子と、励振素子から所定の間隔だけ離
れて設けられた複数の非励振素子と、複数の非励振素子
にそれぞれ接続された複数の可変リアクタンス素子とを
備え、各可変リアクタンス素子のアクタンス値を変化さ
せることによりアレーアンテナの指向特性を変化させる
電子制御導波器アレーアンテナ装置(Electronically S
teerable Passive Array Radiator(ESPAR) Antenna;以
下、エスパアンテナという。)などのアレーアンテナ装
置のための制御装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an excitation element for transmitting and receiving a radio signal, a plurality of non-excitation elements provided at a predetermined distance from the excitation element, and a plurality of non-excitation elements connected respectively. Electronically controlled director array antenna device (Electronically S) that comprises a plurality of variable reactance elements and changes the directional characteristic of each variable reactance element to change the directional characteristics of the array antenna.
teerable Passive Array Radiator (ESPAR) Antenna; ) And the like for a control device for an array antenna device.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来技術のエスパアンテナ(以下、第1
の従来例という。)の基本構成は、例えば、従来技術文
献1「T. Ohira et al., "Electronically steerable p
assivearray radiator antennas for low-cost analog
adaptive beamforming," 2000IEEE International Conf
erence on Phased Array System & Technology pp. 101
-104, Dana point, California, May 21-25, 2000」や
特願平11−194487号の特許出願において提案さ
れている。このエスパアンテナは、無線信号が送受信さ
れる励振素子と、この励振素子から所定の間隔だけ離れ
て設けられ、無線信号が送受信されない少なくとも1個
の非励振素子と、この非励振素子に接続された可変リア
クタンス素子とから成るアレーアンテナを備え、上記可
変リアクタンス素子のリアクタンス値を変化させること
により、上記アレーアンテナの指向特性を変化させるこ
とができる。
2. Description of the Related Art A conventional ESPAR antenna (hereinafter referred to as a first ESPAR antenna) will be described.
It is called the conventional example. ) Is described in, for example, prior art document 1 “T. Ohira et al.,“ Electronically steerable p.
assivearray radiator antennas for low-cost analog
adaptive beamforming, "2000 IEEE International Conf
erence on Phased Array System & Technology pp. 101
-104, Dana point, California, May 21-25, 2000 "and Japanese Patent Application No. 11-194487. The ESPAR antenna is provided with an excitation element through which a radio signal is transmitted and received, at least one non-excitation element that is provided at a predetermined distance from the excitation element, and through which no radio signal is transmitted and received, and is connected to the non-excitation element. An array antenna including a variable reactance element is provided, and the directivity characteristics of the array antenna can be changed by changing the reactance value of the variable reactance element.

【0003】また、従来技術である複数のアンテナ素子
を備えた適応型アレーアンテナ(以下、第2の従来例と
いう。)において、適応的なビーム形成によって実現さ
れる空間領域信号処理と、等化器による時間領域信号処
理を組み合わせた時空間信号処理(以下、時空間信号処
理という。)が、高速無線通信で問題となるマルチパス
フェージングに対する対策として有効であることが知ら
れている。
In addition, in a conventional adaptive array antenna having a plurality of antenna elements (hereinafter, referred to as a second conventional example), spatial domain signal processing realized by adaptive beam forming and equalization are performed. It has been known that spatio-temporal signal processing (hereinafter, referred to as spatio-temporal signal processing) in which time-domain signal processing by a transmitter is combined is effective as a measure against multipath fading which is a problem in high-speed wireless communication.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】第1の従来例のエスパ
アンテナは、第2の従来例の適応型アレーアンテナに比
較して、単一の励振素子のみから構成されているので、
経済性の面から非常に有利である。一方、第2の従来例
においては、複数のアンテナ素子毎に時空間信号処理を
行うハードウェア回路を設けなければならず、その回路
構成は複雑であり、高価であるという問題点があった。
The first prior art ESPAR antenna is composed of only a single excitation element as compared with the second prior art adaptive array antenna.
This is very advantageous in terms of economy. On the other hand, in the second conventional example, it is necessary to provide a hardware circuit for performing spatio-temporal signal processing for each of a plurality of antenna elements, and there is a problem that the circuit configuration is complicated and expensive.

【0005】本発明の目的は以上の問題点を解決し、第
2の従来例に比較して回路構成が簡単であって、エスパ
アンテナで受信された受信信号に対して時空間信号処理
を行うことができるアレーアンテナの制御装置を提供す
ることにある。
[0005] An object of the present invention is to solve the above problems, to have a simpler circuit configuration than the second conventional example, and to perform spatio-temporal signal processing on a signal received by an ESPAR antenna. An object of the present invention is to provide an array antenna control device capable of performing the above-described operations.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】本発明に係るアレーアン
テナの制御装置は、無線信号を送受信するための励振素
子と、上記励振素子から所定の間隔だけ離れて設けられ
た複数の非励振素子と、上記複数の非励振素子にそれぞ
れ接続された複数の可変リアクタンス素子とを備え、上
記各可変リアクタンス素子のリアクタンス値を変化させ
ることによりアレーアンテナの指向特性を変化させるア
レーアンテナの制御装置において、上記励振素子によっ
て受信された受信信号に基づいて、主ビームの方向が実
質的に所望波の方向に向くように上記受信信号に対して
時間領域の信号処理を実行して処理信号を出力する第1
の処理手段と、上記第1の処理手段から出力される処理
信号に基づいて、所定の評価基準を用いて評価値を演算
して、評価値を示す評価値信号を出力する演算手段と、
上記演算手段から出力される評価値信号に基づいて、実
質的に所望値の評価値信号を得るように空間領域の信号
処理を実行することにより、上記所望値の評価値信号が
得られた、上記各可変リアクタンス素子のリアクタンス
値に対応する信号を発生して上記各可変リアクタンス素
子に出力する第2の処理手段とを備えたことを特徴とす
る。
An array antenna control apparatus according to the present invention comprises an excitation element for transmitting and receiving a radio signal, and a plurality of non-excitation elements provided at a predetermined distance from the excitation element. A plurality of variable reactance elements respectively connected to the plurality of non-exciting elements, the array antenna control device for changing the directional characteristics of the array antenna by changing the reactance value of each of the variable reactance elements, A first processing step of performing a time-domain signal processing on the reception signal based on the reception signal received by the excitation element so that the direction of the main beam is substantially directed to a desired wave, and outputting a processed signal;
Processing means, and calculating means for calculating an evaluation value using a predetermined evaluation criterion based on the processing signal output from the first processing means, and outputting an evaluation value signal indicating the evaluation value,
Based on the evaluation value signal output from the arithmetic means, by performing signal processing of the spatial domain to obtain substantially the desired value evaluation value signal, the desired value evaluation value signal was obtained, A second processing unit that generates a signal corresponding to the reactance value of each of the variable reactance elements and outputs the signal to each of the variable reactance elements.

【0007】上記アレーアンテナの制御装置において、
上記第2の処理手段は、好ましくは、遺伝的アルゴリズ
ム、又は差分ベクトルの簡易探索法を用いて空間領域の
信号処理を実行することを特徴とする。また、上記アレ
ーアンテナの制御装置において、上記第1の処理手段
は、好ましくは、CMアルゴリズム、RLSアルゴリズ
ム又はLMSアルゴリズムに基づく線形等化器を用いて
時間領域の信号処理を実行することを特徴とする。
[0007] In the above array antenna control device,
The second processing means preferably executes the signal processing in the spatial domain using a genetic algorithm or a simple search method for a difference vector. Further, in the array antenna control device, the first processing means preferably executes signal processing in the time domain using a linear equalizer based on a CM algorithm, an RLS algorithm, or an LMS algorithm. I do.

【0008】本発明に係るアレーアンテナの制御方法
は、無線信号を送受信するための励振素子と、上記励振
素子から所定の間隔だけ離れて設けられた複数の非励振
素子と、上記複数の非励振素子にそれぞれ接続された複
数の可変リアクタンス素子とを備え、上記各可変リアク
タンス素子のリアクタンス値を変化させることによりア
レーアンテナの指向特性を変化させるアレーアンテナの
制御方法において、上記励振素子によって受信された受
信信号に基づいて、主ビームの方向が実質的に所望波の
方向に向くように上記受信信号に対して時間領域の信号
処理を実行して処理信号を出力するステップと、上記処
理信号に基づいて、所定の評価基準を用いて評価値を演
算して、評価値を示す評価値信号を出力するステップ
と、上記評価値信号に基づいて、実質的に所望値の評価
値信号を得るように空間領域の信号処理を実行すること
により、上記所望値の評価値信号が得られた、上記各可
変リアクタンス素子のリアクタンス値に対応する信号を
発生して上記各可変リアクタンス素子に出力するステッ
プとを含むことを特徴とする。
According to a method of controlling an array antenna according to the present invention, there are provided an excitation element for transmitting and receiving a radio signal, a plurality of non-excitation elements provided at a predetermined distance from the excitation element, and a plurality of non-excitation elements. A plurality of variable reactance elements respectively connected to the element, in the method of controlling the array antenna to change the directional characteristics of the array antenna by changing the reactance value of each of the variable reactance elements, received by the excitation element Performing signal processing in the time domain on the received signal so that the direction of the main beam is substantially directed to the direction of a desired wave based on the received signal, and outputting a processed signal; Calculating an evaluation value using a predetermined evaluation criterion, and outputting an evaluation value signal indicating the evaluation value; Then, by performing signal processing in the spatial domain so as to substantially obtain an evaluation value signal of a desired value, the evaluation value signal of the desired value is obtained, which corresponds to the reactance value of each of the variable reactance elements. Generating a signal and outputting the signal to each of the variable reactance elements.

【0009】上記アレーアンテナの制御方法において、
上記空間領域の信号処理を実行するステップは、好まし
くは、遺伝的アルゴリズム、又は差分ベクトルの簡易探
索法を用いて空間領域の信号処理を実行することを特徴
とする。また、アレーアンテナの制御方法において、上
記時間領域の信号処理を実行するステップは、好ましく
は、CMアルゴリズム、RLSアルゴリズム又はLMS
アルゴリズムに基づく線形等化器を用いて時間領域の信
号処理を実行することを特徴とする。
[0009] In the above method of controlling an array antenna,
The step of executing the signal processing in the spatial domain preferably performs the signal processing in the spatial domain using a genetic algorithm or a simple search method of a difference vector. In the method of controlling an array antenna, the step of performing the signal processing in the time domain is preferably a CM algorithm, an RLS algorithm, or an LMS algorithm.
It is characterized in that signal processing in the time domain is executed using a linear equalizer based on an algorithm.

【0010】[0010]

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明に係
る実施形態について説明する。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0011】<実施形態>図1は、本発明に係る実施形
態である、エスパアンテナと呼ばれるアレーアンテナ装
置100のための制御装置の構成を示すブロック図であ
る。この制御装置の特徴は、アレーアンテナ装置100
に対して、時間領域信号処理部4と、評価値計算部5
と、空間領域信号処理部6とを備えたことを特徴として
いる。
<Embodiment> FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a control device for an array antenna device 100 called an ESPAR antenna according to an embodiment of the present invention. The feature of this control device is that the array antenna device 100
, A time domain signal processing unit 4 and an evaluation value calculation unit 5
And a spatial domain signal processing unit 6.

【0012】図1において、このアレーアンテナの制御
装置は、1つの励振素子A0と、6個の非励振素子A1
乃至A6と、接地導体11とを備えてなる従来技術のエ
スパアンテナで構成されたアレーアンテナ装置100の
ための制御装置である。アレーアンテナ装置100にお
いては、1つの励振素子A0と、6個の非励振素子A1
乃至A6とは、図1に示すように、励振素子A0を中心
とする半径dの円周上に非励振素子A1乃至A6が等間
隔となるように配置される。ここで、非励振素子A1乃
至A6の各一端はそれぞれ、各可変リアクタンス素子1
2−1乃至12−6を介して接地されている。また、非
励振素子A1乃至A6は、図2に示すように、各素子A
0乃至A6の長さに対して十分に大きい広さを有する導
体板にてなる接地導体11とは電気的に絶縁されるよう
に支持され、各非励振素子A1乃至A6の接地導体11
側の他端はそれぞれ、可変リアクタンス素子12−1乃
至12−6を介して接地されている。また、各可変リア
クタンス素子12は例えば可変容量ダイオードにてな
る。なお、各素子A0乃至A6は例えば1/4波長の長
さを有するモノポール型アンテナ素子である。また、半
径dは1/4波長である。ここで、1波長は送受信する
無線信号の波長である。
In FIG. 1, the control device of this array antenna includes one excitation element A0 and six non-excitation elements A1.
A to A6 and a control device for the array antenna device 100 including the ESPAR antenna according to the related art including the ground conductor 11. In the array antenna device 100, one excitation element A0 and six non-excitation elements A1
As shown in FIG. 1, the non-exciting elements A1 to A6 are arranged at equal intervals on a circle having a radius d around the exciting element A0. Here, one end of each of the non-excitation elements A1 to A6 is connected to each of the variable reactance elements 1
Grounded via 2-1 to 12-6. The non-excited elements A1 to A6 are, as shown in FIG.
The grounding conductor 11 of each of the non-excited elements A1 to A6 is supported so as to be electrically insulated from the grounding conductor 11 formed of a conductor plate having a sufficiently large width with respect to the length of 0 to A6.
The other ends on the side are grounded via variable reactance elements 12-1 to 12-6, respectively. Each of the variable reactance elements 12 is, for example, a variable capacitance diode. Each of the elements A0 to A6 is, for example, a monopole antenna element having a length of 1/4 wavelength. The radius d is a quarter wavelength. Here, one wavelength is the wavelength of a radio signal to be transmitted and received.

【0013】アレーアンテナ装置100の励振素子A0
で受信された受信信号は、低雑音増幅器1により増幅さ
れた後、ダウンコンバータ2により例えば中間周波信号
にダウンコンバートされ、さらにはA/D変換器3によ
りディジタル形式の受信信号x(k)にA/D変換され
て時間領域信号処理部4に入力される。次いで、時間領
域信号処理部4は、入力される受信信号x(k)に基づ
いて、主ビームの方向が実質的に所望波の方向に向くよ
うに上記受信信号x(k)に対して時間領域の信号処理
を実行して処理信号y(k)を評価値計算部5及び復調
器7に出力する。時間領域信号処理部4における具体的
な時間領域の処理は、詳細後述するように、図3に示す
ようなトランスバーサルフィルタ回路20及びCMA処
理コントローラ21からなる時間領域信号処理部4−1
により実行される第1の実施形態に係る処理、もしく
は、図5に示すようなトランスバーサルフィルタ回路2
0及びLMS処理コントローラ21aからなる時間領域
信号処理部4−2により実行される第2の実施形態に係
る処理などである。一方、復調器7は、入力される処理
信号y(k)に対して、送信側の変調方式に対応した復
調処理を施し、復調後の復調信号を外部装置に出力す
る。
Excitation element A0 of array antenna device 100
Is amplified by the low-noise amplifier 1 and then down-converted by the down-converter 2 to, for example, an intermediate frequency signal, and further converted into a digital received signal x (k) by the A / D converter 3. The signal is A / D converted and input to the time domain signal processing unit 4. Next, the time-domain signal processing unit 4 performs time-based processing on the received signal x (k) based on the input received signal x (k) such that the direction of the main beam is substantially directed to the direction of the desired wave. The signal processing of the region is executed, and the processed signal y (k) is output to the evaluation value calculation unit 5 and the demodulator 7. The specific processing in the time domain in the time domain signal processing unit 4 is, as described later in detail, a time domain signal processing unit 4-1 including a transversal filter circuit 20 and a CMA processing controller 21 as shown in FIG.
According to the first embodiment, or a transversal filter circuit 2 as shown in FIG.
0 and the processing according to the second embodiment executed by the time domain signal processing unit 4-2 including the LMS processing controller 21a. On the other hand, the demodulator 7 performs demodulation processing corresponding to the modulation method on the transmission side on the input processing signal y (k), and outputs the demodulated signal after demodulation to an external device.

【0014】次いで、評価値計算部5は、一時記憶メモ
リを有する例えばDSP(ディジタル・シグナル・プロ
セッサ)などのMPUで構成され、入力される処理信号
y(k)に基づいて、所定の評価基準を用いて評価値を
演算して、評価値を示す評価値信号を空間領域信号処理
部6に出力する。さらに、空間領域信号処理部6は、一
時記憶メモリを有する例えばDSPなどのMPUで構成
され、入力される評価値信号に基づいて、実質的に所望
値の評価値信号を得るように空間領域の信号処理を実行
することにより、上記所望値の評価値信号が得られた、
各可変リアクタンス素子12−1乃至12−6のリアク
タンス値に対応する印加電圧信号を発生して各可変リア
クタンス素子12−1乃至12−6に出力する。ここ
で、各可変リアクタンス素子12−1乃至12−6がそ
れぞれ可変容量ダイオードで構成される場合は、上記印
加電圧信号は、印加バイアス電圧である。すなわち、各
印加バイアス電圧を変化することにより、各可変リアク
タンス素子12−1乃至12−6のリアクタンス値を変
化させることにより、所望の指向性パターンを得るよう
に制御できる。ここで、空間領域信号処理部6における
具体的な空間領域の処理は、詳細後述するように、図4
に示す遺伝的アルゴリズム(GA)を用いた空間領域信
号処理(第1の実施形態)、もしくは、図6に示す差分
ベクトルの簡易探索法を用いた空間領域信号処理(第2
の実施形態)などの処理である。なお、上記評価値は、
評価関数の関数値であり、その所望値は第1及び第2の
実施形態の場合のように最小値である場合であってもよ
いし、その評価関数に依存して最大値であってもよい。
Next, the evaluation value calculation section 5 is constituted by an MPU such as a DSP (Digital Signal Processor) having a temporary storage memory, and based on an input processing signal y (k), a predetermined evaluation criterion. And outputs an evaluation value signal indicating the evaluation value to the spatial domain signal processing unit 6. Further, the spatial domain signal processing unit 6 is configured by an MPU such as a DSP having a temporary storage memory, and generates a substantially desired evaluation value signal based on the input evaluation value signal. By performing the signal processing, the evaluation value signal of the desired value was obtained,
An applied voltage signal corresponding to the reactance value of each of the variable reactance elements 12-1 to 12-6 is generated and output to each of the variable reactance elements 12-1 to 12-6. Here, when each of the variable reactance elements 12-1 to 12-6 is constituted by a variable capacitance diode, the applied voltage signal is an applied bias voltage. That is, by changing the applied bias voltage and changing the reactance value of each of the variable reactance elements 12-1 to 12-6, control can be performed so as to obtain a desired directivity pattern. Here, the specific processing of the spatial domain in the spatial domain signal processing unit 6 will be described with reference to FIG.
The spatial domain signal processing using the genetic algorithm (GA) shown in FIG. 6 (first embodiment) or the spatial domain signal processing using the simple difference vector search method shown in FIG.
Embodiment) and the like. The above evaluation value is
It is a function value of the evaluation function, and the desired value may be a minimum value as in the first and second embodiments, or a maximum value depending on the evaluation function. Good.

【0015】以上説明したように、本実施形態によれ
ば、アレーアンテナ装置100に対して、時間領域信号
処理部4と、評価値計算部5と、空間領域信号処理部6
とを備えたことにより、アレーアンテナ装置100で受
信された受信信号に対して、主ビームの方向が実質的に
所望波の方向に向くようにかつ実質的に所望値の評価値
信号を得るように、時間領域信号処理と、空間領域信号
処理とを組み合わせた時空間信号処理を実行することが
できる。本実施形態の回路構成は、1つの励振素子A0
に対する1系統の受信回路のみからなっているので、第
2の従来例に比較して簡単化できるとともに、高速無線
通信で問題となるマルチパスフェージングの影響を軽減
するのに有効である。
As described above, according to the present embodiment, the time domain signal processing unit 4, the evaluation value calculation unit 5, and the spatial domain signal processing unit 6
Is provided so that the received signal received by the array antenna apparatus 100 is obtained such that the direction of the main beam is substantially directed to the direction of the desired wave and the evaluation value signal of a substantially desired value is obtained. In addition, it is possible to execute spatio-temporal signal processing combining time-domain signal processing and spatial-domain signal processing. The circuit configuration of the present embodiment includes one excitation element A0
Since it is composed of only one system of receiving circuit, it can be simplified as compared with the second conventional example, and is effective in reducing the influence of multipath fading which is a problem in high-speed wireless communication.

【0016】なお、アレーアンテナ装置100は、可逆
回路であって、送信アンテナとして用いるときは、励振
素子A0のみに無線信号が給電される一方、受信アンテ
ナとして用いるときは、相手先の送信機からの無線信号
が励振素子A0により受信信号として受信される。
The array antenna apparatus 100 is a reversible circuit. When used as a transmission antenna, a radio signal is supplied only to the excitation element A0. Is received by the excitation element A0 as a reception signal.

【0017】<第1の実施形態>図3は、図1の時間領
域信号処理部4の第1の実施形態である時間領域信号処
理部4−1及び評価値計算部5−1の内部構成を示すブ
ロック図である。
<First Embodiment> FIG. 3 shows the internal structure of a time domain signal processing section 4-1 and an evaluation value calculation section 5-1 which are a first embodiment of the time domain signal processing section 4 of FIG. FIG.

【0018】図3において、時間領域信号処理部4−1
は、線形等化器であるトランスバーサルフィルタ回路2
0と、CMA処理コントローラ21とを備えて構成され
る。A/D変換器3から出力される受信信号x(k)
は、トランスバーサルフィルタ20に入力され、ここ
で、CMA処理コントローラ21に出力されるととも
に、乗算器14−1を介して加算器15に出力され、ま
た、受信信号x(k)は、それぞれ例えば1シンボルの
1/4ないし1/2の遅延時間を有し互いに縦続接続さ
れた複数(M−1)個の遅延回路13−1乃至13−
(M−1)を介して乗算器14−M及びCMA処理コン
トローラ21に出力される。遅延回路13−1から出力
される受信信号はCMA処理コントローラ21に出力さ
れるとともに、乗算器14−2を介して加算器15に出
力される。また、遅延回路13−m(m=2,3,…,
M−1)から出力される受信信号はCMA処理コントロ
ーラ21に出力されるとともに、乗算器14−(m+
1)を介して加算器15に出力される。ここで、各乗算
器14−mの重み係数wk,m(m=1,2,…,M)
は後述するCMA処理コントローラ21により演算され
て各乗算器14−mにセットされ、各乗算器14−mは
入力される信号に対して重み係数wk,mを乗算した後
加算器15に出力する。さらに、加算器15は入力され
る複数M個の信号を加算して加算結果の信号を処理信号
y(k)としてCMA処理コントローラ21及び評価値
計算部5−1に出力する。
In FIG. 3, a time domain signal processing section 4-1
Is a transversal filter circuit 2 which is a linear equalizer
0 and a CMA processing controller 21. Received signal x (k) output from A / D converter 3
Is input to the transversal filter 20, where it is output to the CMA processing controller 21, and is also output to the adder 15 via the multiplier 14-1. The received signal x (k) is, for example, A plurality of (M-1) delay circuits 13-1 to 13- having a delay time of 1/4 to 1/2 of one symbol and cascade-connected to each other.
The signal is output to the multiplier 14-M and the CMA processing controller 21 via (M-1). The received signal output from the delay circuit 13-1 is output to the CMA processing controller 21 and output to the adder 15 via the multiplier 14-2. The delay circuit 13-m (m = 2, 3,...,
The received signal output from M-1) is output to the CMA processing controller 21 and the multiplier 14- (m +
It is output to the adder 15 via 1). Here, the weight coefficient w k, m (m = 1, 2,..., M) of each multiplier 14-m
Is calculated by a CMA processing controller 21 described later and set in each multiplier 14-m. Each multiplier 14-m multiplies an input signal by a weight coefficient w k, m and outputs the result to an adder 15. I do. Further, the adder 15 adds the plurality of M input signals and outputs a signal of the addition result as a processing signal y (k) to the CMA processing controller 21 and the evaluation value calculation unit 5-1.

【0019】CMA処理コントローラ21は、以下に示
すように、加算器15からの処理信号y(k)と、各遅
延回路13−1乃至13−(M−1)からの信号とに基
づいて、公知のコンスタント・モジュラス・アルゴリズ
ム(以下、CMA又はCMアルゴリズムという。)を用
いて、加算器15からの信号が一定値の信号となるよう
に、すなわち、主ビームの方向が実質的に所望波の方向
に向くように上記受信信号x(k)に対して時間領域の
信号処理を実行することにより、各乗算器14−mの重
み係数wk,m(m=1,2,…,M)を演算して出力
する。ここで、遅延回路13−1乃至13−(M−1)
からCMA処理コントローラ21に入力される時刻kに
おける受信信号ベクトルX(k)は次式で表される。
The CMA processing controller 21 calculates the processing signal y (k) from the adder 15 and the signals from the delay circuits 13-1 to 13- (M-1) as described below. Using a known constant modulus algorithm (hereinafter, referred to as CMA or CM algorithm), the signal from the adder 15 becomes a signal of a constant value, that is, the direction of the main beam is substantially equal to that of the desired wave. By performing signal processing in the time domain on the received signal x (k) so as to face the direction, the weight coefficient w k, m (m = 1, 2,..., M) of each multiplier 14-m Is calculated and output. Here, the delay circuits 13-1 to 13- (M-1)
The received signal vector X (k) at time k input to the CMA processing controller 21 from is obtained by the following equation.

【数1】X(k)=[x(k) x(k) … x
M−1(k)]
[Number 1] X (k) = [x 1 (k) x 2 (k) ... x
M-1 (k)] T

【0020】ここで、添字Tは行列の転置を表す。ま
た、受信信号ベクトルX(k)に乗算される重み係数ベ
クトルW(k)を次式で表される。
Here, the subscript T represents transposition of a matrix. The weight coefficient vector W (k) by which the received signal vector X (k) is multiplied is represented by the following equation.

【数2】W(k)=[wk,1k,2 … w
k,M−1
W (k) = [w k, 1 w k, 2 ... W
k, M-1 ] T

【0021】このとき、加算器15からの処理信号y
(k)は次式で表される。
At this time, the processing signal y from the adder 15
(K) is represented by the following equation.

【数3】y(k)=W(k)X(k)Y (k) = W (k) T X (k)

【0022】本実施形態に係るCMA処理コントローラ
21は、CMアルゴリズムに係る次式の更新式を用いて
重み係数ベクトルW(k)を更新する。
The CMA processing controller 21 according to the present embodiment updates the weight coefficient vector W (k) by using the following update equation relating to the CM algorithm.

【0023】[0023]

【数4】W(k+1)←W(k)−μ[4・X(k)y
(k)(|y(k)|−σ)]
## EQU4 ## W (k + 1) ← W (k) -μ [4 · X (k) y
* (K) (| y ( k) | 2 -σ 2)]

【0024】ここで、σは予め決められた定数であり、
本実施形態では1に設定される。また、添字*は複素共
役を表す。さらに、μは予め決められたステップサイズ
であり、本実施形態では、好ましくは0.01に設定さ
れる。
Here, σ is a predetermined constant,
In the present embodiment, it is set to 1. The subscript * represents a complex conjugate. Further, μ is a predetermined step size, and is preferably set to 0.01 in the present embodiment.

【0025】次いで、図3の評価値計算部5−1の構成
及び動作について説明する。図3において、評価値計算
部5−1は、絶対値計算器22と、減算器23と、定数
信号発生器24と、時間積分器25とを備えて構成され
る。加算器15から出力される処理信号y(k)は、評
価値計算部5−1の絶対値計算器21に入力され、絶対
値計算器21は処理信号y(k)の絶対値を計算し、計
算結果を示す信号を減算器23に出力する。次いで、減
算器23は、絶対値計算器22からの信号から、定数信
号発生器24により発生された所定の一定値を有する定
数信号を減算し、減算結果の値を示す信号を時間積分器
25に出力する。さらに、時間積分器25は、入力され
る信号に対して所定の時間間隔で時間積分し、時間積分
後の信号であって上記定数信号との誤差を示す評価値信
号を空間領域信号処理部6に出力する。
Next, the configuration and operation of the evaluation value calculator 5-1 shown in FIG. 3 will be described. 3, the evaluation value calculation unit 5-1 includes an absolute value calculator 22, a subtractor 23, a constant signal generator 24, and a time integrator 25. The processing signal y (k) output from the adder 15 is input to the absolute value calculator 21 of the evaluation value calculator 5-1. The absolute value calculator 21 calculates the absolute value of the processing signal y (k). , And outputs a signal indicating the calculation result to the subtractor 23. Next, the subtracter 23 subtracts a constant signal having a predetermined constant value generated by the constant signal generator 24 from the signal from the absolute value calculator 22, and outputs a signal indicating the value of the subtraction result to the time integrator 25. Output to Further, the time integrator 25 time-integrates the input signal at predetermined time intervals, and outputs an evaluation value signal, which is a signal after the time integration and indicates an error from the constant signal, to the spatial domain signal processing unit 6. Output to

【0026】図4は、図1の空間領域信号処理部6の第
1の実施形態である空間領域信号処理部6−1によって
実行される、遺伝的アルゴリズム(GA)を用いた空間
領域信号処理を示すフローチャートである。
FIG. 4 shows spatial domain signal processing using a genetic algorithm (GA) executed by the spatial domain signal processing section 6-1 which is a first embodiment of the spatial domain signal processing section 6 of FIG. It is a flowchart which shows.

【0027】図4に示すように、まず、ステップS1に
おいて第1世代の複数Npセットの印加電圧ベクトルV
乃至VVNpを公知の一様乱数発生法を用いて発生
する。ここで、Npは母集団に含まれる印加電圧ベクト
ルVVのセット数を表し、印加電圧ベクトルVVは、次
式で表される。
As shown in FIG. 4, first, in step S1, a plurality of Np sets of applied voltage vectors V of the first generation are set.
V 1 to VV Np are generated using a known uniform random number generation method. Here, Np represents the set number of the applied voltage vectors VV included in the population, and the applied voltage vector VV is represented by the following equation.

【0028】[0028]

【数5】VV=[v,v,…,vVV = [v 1 , v 2 ,..., V 6 ]

【0029】次いで、ステップS2において、評価前の
最小評価値として初期値1010を設定した後、ステッ
プS3において現在の母集団の各印加電圧ベクトルに対
応する印加電圧信号を発生して可変リアクタンス素子1
2−1乃至12乃至6に出力しかつ時間領域信号処理部
4−1及び評価値計算部5−1を動作させ、評価値計算
部5−1から評価値を示す評価値信号を得ることによ
り、各印加電圧ベクトルの性能を評価する。そして、ス
テップS4において評価前後の最小評価値の差の絶対値
が所定の評価しきい値ε(例えば、10−3であ
る。)以下であるか否かが判断され、NOのときはステ
ップS5に進む一方、YESのときはステップS9に進
む。
[0029] Then, in step S2, after setting the initial value 10 10 as the minimum evaluation value before evaluation, variable reactance element to generate the applied voltage signal corresponding to the applied voltage vector of the current population in step S3 1
2-1 to 12 to 6 and operate the time domain signal processing unit 4-1 and the evaluation value calculation unit 5-1 to obtain an evaluation value signal indicating the evaluation value from the evaluation value calculation unit 5-1. Then, the performance of each applied voltage vector is evaluated. The evaluation threshold epsilon 1 absolute value of a predetermined difference between the minimum evaluation values before and after evaluation in In step S4 (e.g., 10 -3.) Or less whether it is determined, step when the NO While proceeding to S5, if YES, proceed to step S9.

【0030】ステップS5において評価された各印加電
圧ベクトルの評価値を昇順でソートし、より高いNpa
(<Np)セットの印加電圧ベクトルを取捨選択した
後、ステップS6において各2つの印加電圧ベクトルの
対の前半部(各ベクトルの前半に位置する要素)と後半
部(各ベクトルの後半に位置する要素)とを交換するこ
とにより、交叉を行う。そして、ステップS7において
一様乱数法により発生された乱数によってランダムに選
択された各2つの印加電圧ベクトルの対で、先頭の要素
(例えば3つ)を交換することにより、突然変異を行っ
た後、ステップS8において、上述のステップS3の処
理と同様に、現在の母集団の各印加電圧ベクトルに対応
する印加電圧信号を発生して可変リアクタンス素子12
−1乃至12乃至6に出力しかつ時間領域信号処理部4
−1及び評価値計算部5−1を動作させ、評価値計算部
5−1から評価値を示す評価値信号を得ることにより、
各印加電圧ベクトルの性能を評価した後、ステップS4
の判断ステップに戻る。ここで、YESであれば、ステ
ップS9において評価後の印加電圧ベクトルの母集団の
うち、最小の評価値を有する印加電圧ベクトルを選択し
て印加電圧信号を発生して可変リアクタンス素子12−
1乃至12−6に出力して当該アレーアンテナの制御装
置を運用し、当該空間領域信号処理を終了する。
The evaluation values of the applied voltage vectors evaluated in step S5 are sorted in ascending order, and higher Npa
After selecting (<Np) sets of applied voltage vectors, in step S6 the first half (element located in the first half of each vector) and the second half (located in the second half of each vector) of each pair of two applied voltage vectors Crossover is performed by exchanging Then, after performing mutation by exchanging the first element (for example, three) with each pair of two applied voltage vectors randomly selected by the random number generated by the uniform random number method in step S7, In step S8, similarly to the processing in step S3, an applied voltage signal corresponding to each applied voltage vector of the current population is generated, and the variable reactance element 12
-1 to 12 to 6 and the time domain signal processing unit 4
-1 and the evaluation value calculation unit 5-1 are operated to obtain an evaluation value signal indicating the evaluation value from the evaluation value calculation unit 5-1.
After evaluating the performance of each applied voltage vector, step S4
It returns to the judgment step of. If “YES” here, the applied voltage vector having the smallest evaluation value is selected from the population of the applied voltage vectors after the evaluation in step S9, and the applied voltage signal is generated to generate the variable reactance element 12−.
The signal is output to 1 to 12-6 to operate the array antenna control device, and the spatial domain signal processing ends.

【0031】以上のように実行される空間領域信号処理
においては、入力される評価値信号に基づいて、実質的
に所望値の評価値信号を得るように空間領域の信号処理
を実行することにより、上記所望値の評価値信号が得ら
れた、各可変リアクタンス素子12−1乃至12−6の
リアクタンス値に対応する印加電圧信号を発生して各可
変リアクタンス素子12−1乃至12−6に出力してい
る。
In the spatial domain signal processing performed as described above, signal processing in the spatial domain is performed based on the input evaluation value signal so as to obtain an evaluation value signal of a substantially desired value. Generates an applied voltage signal corresponding to the reactance value of each of the variable reactance elements 12-1 to 12-6 from which the evaluation value signal of the desired value is obtained, and outputs the applied voltage signal to each of the variable reactance elements 12-1 to 12-6. are doing.

【0032】<第2の実施形態>次いで、第2の実施形
態に係る時間領域信号処理及び空間領域信号処理につい
て以下に説明する。
<Second Embodiment> Next, time domain signal processing and spatial domain signal processing according to a second embodiment will be described below.

【0033】図5は、図1の時間領域信号処理部4の第
2の実施形態である時間領域信号処理部4−2及び評価
値計算部5−2の内部構成を示すブロック図であり、図
5において、図3と同様の処理部については同様の符号
を付している。
FIG. 5 is a block diagram showing the internal configuration of the time domain signal processing section 4-2 and the evaluation value calculation section 5-2 which are the second embodiment of the time domain signal processing section 4 of FIG. 5, the same reference numerals are given to the same processing units as those in FIG.

【0034】図5において、時間領域信号処理部4−2
は、トランスバーサルフィルタ回路20と、LMS処理
コントローラ21aと、学習シーケンス信号発生器26
とを備えて構成される。A/D変換器3から出力される
受信信号x(k)は、図3と同様の構成を有するトラン
スバーサルフィルタ20に入力され、当該トランスバー
サルフィルタ回路20内の遅延回路13−1乃至13−
(M−1)の入出力端子から出力される信号は、図3の
第1の実施形態と同様に、LMS処理コントローラ21
aに出力される。また、トランスバーサルフィルタ回路
20の加算器15から出力される処理信号y(k)はL
MS処理コントローラ21a及び評価値計算部5−2内
の減算器27に出力される。学習シーケンス信号発生器
26は、ディジタルデータ無線通信の通信前の学習処理
において、送信機側で発生される学習シーケンス信号の
信号パターンと同一の信号パターンを有する学習シーケ
ンス信号r(k)を繰り返し発生してLMS処理コント
ローラ21a及び減算器27に出力する。
In FIG. 5, a time domain signal processing section 4-2
Is a transversal filter circuit 20, an LMS processing controller 21a, a learning sequence signal generator 26
It is comprised including. The received signal x (k) output from the A / D converter 3 is input to the transversal filter 20 having the same configuration as in FIG. 3, and the delay circuits 13-1 to 13-in the transversal filter circuit 20 are used.
The signal output from the input / output terminal of (M-1) is, as in the first embodiment of FIG.
output to a. The processing signal y (k) output from the adder 15 of the transversal filter circuit 20 is L
It is output to the MS processing controller 21a and the subtractor 27 in the evaluation value calculation unit 5-2. The learning sequence signal generator 26 repeatedly generates a learning sequence signal r (k) having the same signal pattern as the learning sequence signal generated on the transmitter side in the learning process before the communication of the digital data wireless communication. And outputs the result to the LMS processing controller 21 a and the subtracter 27.

【0035】また、評価値計算部5−2は、減算器27
と、絶対二乗値計算器28と、時間積分器29とを備え
て構成される。減算器27は、学習シーケンス信号発生
器26により発生される学習シーケンス信号r(k)か
ら、トランスバーサルフィルタ回路20の加算器15か
ら出力される処理信号y(k)を減算し、減算結果の信
号を絶対二乗値計算器28に出力する。次いで、絶対二
乗値計算器28は、入力される信号の絶対値の二乗値を
演算し、その演算値を有する信号を時間積分器29に出
力する。さらに、時間積分器29は、入力される信号に
対して所定の時間間隔で時間積分し、時間積分後の信号
であって上記処理信号y(k)と学習シーケンス信号r
(k)との間の誤差を示す評価値信号を空間領域信号処
理部6に出力する。
The evaluation value calculator 5-2 includes a subtractor 27.
, An absolute square calculator 28, and a time integrator 29. The subtracter 27 subtracts the processing signal y (k) output from the adder 15 of the transversal filter circuit 20 from the learning sequence signal r (k) generated by the learning sequence signal generator 26, The signal is output to the absolute square calculator 28. Next, the absolute square value calculator 28 calculates the square value of the absolute value of the input signal, and outputs a signal having the calculated value to the time integrator 29. Further, the time integrator 29 time-integrates the input signal at predetermined time intervals, and after the time integration, the processed signal y (k) and the learning sequence signal r
An evaluation value signal indicating an error between the two values is output to the spatial domain signal processing unit 6.

【0036】LMS処理コントローラ21aは、以下に
示すように、加算器15からの処理信号y(k)と、各
遅延回路13−1乃至13−(M−1)からの信号と、
学習シーケンス信号とに基づいて、公知のLMS(最小
二乗平均誤差法)アルゴリズムを用いて、評価値計算部
5−2の絶対二乗値計算器28の出力が最小となるよう
に、言いかえれば、処理信号y(k)と学習シーケンス
信号との間の二乗平均値誤差が最小となるように、すな
わち、主ビームの方向が実質的に所望波の方向に向くよ
うに上記受信信号x(k)に対して時間領域の信号処理
を実行することにより、各乗算器14−mの重み係数w
k,m(m=1,2,…,M)を演算して出力する。こ
こで、本実施形態に係るLMS処理コントローラ21a
は、LMSアルゴリズムに係る次式の更新式を用いて重
み係数ベクトルW(k)を更新する。
As described below, the LMS processing controller 21a processes the processed signal y (k) from the adder 15, the signals from the delay circuits 13-1 to 13- (M-1),
Based on the learning sequence signal, a known LMS (least mean square error) algorithm is used to minimize the output of the absolute square calculator 28 of the evaluation value calculator 5-2, in other words, The received signal x (k) is set such that the root mean square error between the processed signal y (k) and the learning sequence signal is minimized, that is, the direction of the main beam is substantially directed to the direction of the desired wave. By performing signal processing in the time domain on the weight coefficient w of each multiplier 14-m.
k, m (m = 1, 2,..., M) are calculated and output. Here, the LMS processing controller 21a according to the present embodiment
Updates the weight coefficient vector W (k) by using the following update equation related to the LMS algorithm.

【0037】[0037]

【数6】 W(k+1)←W(k)+μ・X(k)・e(k) ここで、W (k + 1) ← W (k) + μ · X (k) · e * (k) where

【数7】e(k)=r(k)−y(k)[Mathematical formula-see original document] e (k) = r (k) -y (k)

【0038】ここで、μは予め決められたステップサイ
ズであり、本実施形態では、好ましくは0.01に設定
される。
Here, μ is a predetermined step size, and is preferably set to 0.01 in the present embodiment.

【0039】図6は、図1の空間領域信号処理部6の第
2の実施形態である空間領域信号処理部6−2によって
実行される、差分ベクトルの簡易探索法を用いた空間領
域信号処理を示すフローチャートである。図6のステッ
プS11における初期化処理において、所定の初期値ベ
クトルVV=[v10,v20,…,v60]をセッ
トし、評価前の印加電圧ベクトルの初期値VVの評価
値を10にセットした後、評価前の印加電圧ベクトル
VVに初期値ベクトルVVをセットする。次いで、
ステップS12において印加電圧ベクトルVVと各差
分ベクトルΔVV乃至ΔVV (ここで、下付き添
字は2である。)との和のベクトル(2通り)を発
生し、それに対応する印加電圧信号を発生して可変リア
クタンス素子12−1乃至12−6に出力して、時間領
域信号処理部5−2及び評価値計算部5−2を動作さ
せ、評価値計算部5からの評価値信号の評価値を得るこ
とにより、各印加電圧ベクトルの性能を評価する。ここ
で、上記差分ベクトルΔVV 乃至ΔVV とは、本
実施形態におけるシンボルを0とαの2つのシンボルと
し、2の6乗個存在する2進法6桁のすべての組み合わ
せを並べたものであり、次式で表される。
FIG. 6 is a block diagram of the spatial domain signal processor 6 shown in FIG.
The spatial domain signal processing unit 6-2 according to the second embodiment
Performed spatial domain using simple search method of difference vector
It is a flowchart which shows area signal processing. The steps in FIG.
In the initialization process in step S11, a predetermined initial value
Kuturu VV0= [V10, V20, ..., v60]
And the initial value VV of the applied voltage vector before the evaluation.2Evaluation of
Value 105After setting to, the applied voltage vector before evaluation
VV2To the initial value vector VV0Is set. Then
In step S12, the applied voltage vector VV2And each difference
Minute vector ΔVV1Or ΔVV2 6(Where the subscript
The character is 26It is. ) And the sum vector (26Leave the street)
And generates a corresponding applied voltage signal to
Output to the capacitance elements 12-1 to 12-6, and
Operating the area signal processing unit 5-2 and the evaluation value calculation unit 5-2.
To obtain the evaluation value of the evaluation value signal from the evaluation value calculation unit 5.
Then, the performance of each applied voltage vector is evaluated. here
And the difference vector ΔVV 1Or ΔVV2 6Is a book
The symbols in the embodiment are two symbols of 0 and α.
And all combinations of 6 6-digit binary numbers that exist
And is expressed by the following equation.

【0040】[0040]

【数8】 (Equation 8)

【0041】次いで、ステップS13において最小の評
価値を有する印加電圧ベクトルに対応する差分ベクトル
ΔVVbestを検索し、ステップS14において評価
後の印加電圧ベクトルVVにVV+ΔVVbest
をセットする。そして、ステップS15において印加電
圧ベクトルVVに対応する印加電圧信号を発生して可
変リアクタンス素子12−1乃至12−6に出力して、
時間領域信号処理部5−2及び評価値計算部5−2を動
作させ、評価値計算部5からの評価値信号の評価値を得
ることにより、各印加電圧ベクトルの性能を評価する。
さらに、ステップS16において印加電圧ベクトルV
とVの評価値の差の絶対値が所定のしきい値ε(例
えば10−3)であるか否かが判断され、NOであれ
ば、ステップS17で現在の印加電圧ベクトルVV
評価前の印加電圧ベクトルVVとした後、ステップS
12に戻り、上述の処理を繰り返す。一方、ステップS
16でYESであるときは、ステップS18において印
加電圧ベクトルVVに対応する印加電圧信号を発生し
て可変リアクタンス素子12−1乃至12−6に出力し
て当該アレーアンテナの制御装置を運用して当該空間領
域信号処理を終了する。
[0041] Then, search the difference vector DerutaVV best corresponding to the applied voltage vector having the minimum evaluation value in step S13, VV 2 + ΔVV best in applied voltage vector VV 1 after evaluation in step S14
Is set. Then, output to the variable reactance element 12-1 to 12-6 to generate the applied voltage signal corresponding to the applied voltage vector VV 1 in step S15,
The performance of each applied voltage vector is evaluated by operating the time domain signal processing unit 5-2 and the evaluation value calculation unit 5-2 to obtain the evaluation value of the evaluation value signal from the evaluation value calculation unit 5.
Further, in step S16, the applied voltage vector V 1
The absolute value of the difference between the evaluation value of V 2 is determined whether a predetermined threshold epsilon 2 (e.g. 10 -3). If NO, the current applied voltage vector VV 1 at step S17 after the applied voltage vector VV 2 before evaluation, the step S
Returning to step 12, the above processing is repeated. On the other hand, step S
When at 16 is YES, operates a control device of the array antenna to output to the variable reactance element 12-1 to 12-6 to generate the applied voltage signal corresponding to the applied voltage vector VV 1 in step S18 The spatial domain signal processing ends.

【0042】以上のように構成されたアレーアンテナの
制御装置においては、時空間信号処理を、低価格で実現
できるエスパアンテナであるアレーアンテナの制御装置
100と等化器(トランスバーサルフィルタ回路20)
を組み合わせることにより実現し、両者を連動して制御
することにより、励振素子A0は1個のみなので、それ
以降の回路は1系統のみでよく、従来高価だった時空間
信号処理装置を低価格化でき、すなわち、回路構成を簡
単化し、安価に製造できる。なお、従来技術において、
エスパアンテナを利用した時空間信号処理装置はなく、
エスパアンテナの指向性制御を行う空間領域信号処理部
6は、時間領域信号処理部4及び評価値計算部5からの
評価値信号の情報を得て、それに基づきエスパアンテナ
の指向性制御を行っている。
In the array antenna control device configured as described above, the array antenna control device 100, which is an ESPAR antenna capable of realizing spatio-temporal signal processing at low cost, and an equalizer (transversal filter circuit 20)
And by controlling both in conjunction, only one excitation element A0 is required, so only one circuit is required after that, and the cost of the conventionally expensive spatiotemporal signal processing device is reduced. That is, the circuit configuration can be simplified and the circuit can be manufactured at low cost. In the prior art,
There is no spatio-temporal signal processing device using ESPAR antenna,
The spatial domain signal processing unit 6 that performs directivity control of the ESPAR antenna obtains information of the evaluation value signal from the time domain signal processing unit 4 and the evaluation value calculation unit 5, and performs directivity control of the ESPAR antenna based on the information. I have.

【0043】従って、本実施形態に係るアレーアンテナ
の制御装置によれば、時空間信号処理は、その名の通
り、アンテナの指向性制御による空間領域の信号処理
と、等化器等による時間領域の信号処理を組み合わせた
信号処理であり、高速無線通信で問題となるマルチパス
フェージングの影響を軽減するのに有効である。
Therefore, according to the array antenna control apparatus according to the present embodiment, spatio-temporal signal processing is, as its name implies, signal processing in the spatial domain by controlling the directivity of the antenna and time-domain signal processing by the equalizer and the like. This signal processing is a combination of the above signal processing, and is effective in reducing the influence of multipath fading which is a problem in high-speed wireless communication.

【0044】<変形例>以上の実施形態においては、非
励振素子A1乃至A6の個数を6個としているが、本発
明はこれに限らず、任意の複数個であってもよい。
<Modification> In the above embodiment, the number of the non-exciting elements A1 to A6 is six. However, the present invention is not limited to this, and an arbitrary plural number may be used.

【0045】以上の第2の実施形態においては、時間領
域信号処理においてLMSアルゴリズムを用いている
が、本発明はこれに限らず、以下の更新式を用いるRL
Sアルゴリズムを用いてもよい。
In the second embodiment, the LMS algorithm is used in the time domain signal processing. However, the present invention is not limited to this, and the RL using the following update formula is used.
The S algorithm may be used.

【0046】[0046]

【数9】W(k+1)←W(k)+ka(k+1)[r
(k+1)−W(k)X(k+1)]
## EQU9 ## W (k + 1) ← W (k) + ka (k + 1) [r
(K + 1) -W T ( k) X (k + 1)]

【数10】ka(k+1)←P(k)・X(k+1)・
[1+X(k+1)P(k)X(k+1)]−1
## EQU10 ## ka (k + 1) ← P (k) .X (k + 1).
[1 + X T (k + 1) P (k) X (k + 1)] −1

【数11】P(k+1)←[I−k(k+1)X(k
+1)]P(k)
P (k + 1) ← [I−k (k + 1) X T (k
+1)] P (k)

【0047】ここで、Iは(M−1)×(M−1)の単
位行列であり、行列P(k)は(M−1)×(M−1)
の行列であり、その初期値P(0)は次式で表される。
Here, I is a unit matrix of (M−1) × (M−1), and matrix P (k) is (M−1) × (M−1)
The initial value P (0) is represented by the following equation.

【0048】[0048]

【数12】P(0)=100000・I## EQU12 ## P (0) = 100000 · I

【0049】以上の第1の実施形態においては、時間領
域信号処理においてCMアルゴリズムを用いかつ空間領
域信号処理においては遺伝的アルゴリズムを用いてい
る。また、第2の実施形態又はその変形例においては、
時間領域信号処理においてLMSアルゴリズム又はRL
Sアルゴリズムを用いかつ空間領域信号処理においては
差分ベクトルの簡易探索法を用いている。しかしなが
ら、本発明はこれに限らず、時間領域信号処理において
CMアルゴリズムを用いかつ空間領域信号処理において
は差分ベクトルの簡易探索法を用いてもよい。とって代
わって、時間領域信号処理においてLMSアルゴリズム
又はRLSアルゴリズムを用いかつ空間領域信号処理に
おいては遺伝的アルゴリズムを用いてもよい。
In the first embodiment, the CM algorithm is used in the time domain signal processing, and the genetic algorithm is used in the spatial domain signal processing. In the second embodiment or its modified example,
LMS algorithm or RL in time domain signal processing
In the spatial domain signal processing, a simple search method for a difference vector is used. However, the present invention is not limited to this, and a CM algorithm may be used in time domain signal processing, and a simple search method for a difference vector may be used in spatial domain signal processing. Alternatively, the LMS algorithm or RLS algorithm may be used in time domain signal processing and a genetic algorithm may be used in spatial domain signal processing.

【0050】[0050]

【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、エ
スパアンテナと呼ばれるアレーアンテナ装置のための制
御装置及び制御方法において、受信信号に対して時間領
域の信号処理を実行する時間領域信号処理部と、処理信
号に基づいて評価値を演算する評価値計算部と、評価値
に基づいて空間領域の信号処理を実行する空間領域信号
処理部とを備えたことを特徴としている。このアレーア
ンテナ装置の励振素子は1個のみなので、それ以降の回
路は1系統のみでよく、従来高価だった時空間信号処理
装置を低価格化でき、すなわち、回路構成を簡単化し、
安価に製造できる。なお、従来技術において、エスパア
ンテナを利用した時空間信号処理装置はない。ここで、
時空間信号処理は、その名の通り、アンテナの指向性制
御による空間領域の信号処理と、等化器等による時間領
域の信号処理を組み合わせた信号処理であり、高速無線
通信で問題となるマルチパスフェージングの影響を軽減
するのに有効であるという特有の効果を有する。
As described above in detail, according to the present invention, in a control device and a control method for an array antenna device called an ESPAR antenna, a time-domain signal processing for executing a time-domain signal processing on a received signal is provided. It is characterized by comprising a processing unit, an evaluation value calculation unit that calculates an evaluation value based on the processing signal, and a spatial domain signal processing unit that executes signal processing of a spatial domain based on the evaluation value. Since the array antenna device has only one excitation element, only one circuit is required after that, and the spatio-temporal signal processing device, which was conventionally expensive, can be reduced in price. That is, the circuit configuration is simplified,
It can be manufactured at low cost. In the related art, there is no spatiotemporal signal processing device using an ESPAR antenna. here,
As the name implies, spatio-temporal signal processing is signal processing that combines signal processing in the spatial domain by directivity control of an antenna and signal processing in the time domain by an equalizer or the like. It has a unique effect that it is effective in reducing the effects of path fading.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】 本発明に係る実施形態である、エスパアンテ
ナと呼ばれるアレーアンテナ装置100のための制御装
置の構成を示すブロック図である。
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a control device for an array antenna device 100 called an ESPAR antenna according to an embodiment of the present invention.

【図2】 図1のアレーアンテナの制御装置100にお
ける励振素子A0及び非励振素子A1,A4と接地導体
板11との関係を示す断面図である。
FIG. 2 is a cross-sectional view illustrating a relationship between an excitation element A0 and non-excitation elements A1 and A4 and a ground conductor plate 11 in the array antenna control device 100 of FIG.

【図3】 図1の時間領域信号処理部4の第1の実施形
態である時間領域信号処理部4−1及び評価値計算部5
−1の内部構成を示すブロック図である。
FIG. 3 is a diagram illustrating a time domain signal processing unit 4-1 and an evaluation value calculation unit 5 according to a first embodiment of the time domain signal processing unit 4 of FIG. 1;
FIG. 2 is a block diagram showing an internal configuration of -1.

【図4】 図1の空間領域信号処理部6の第1の実施形
態である空間領域信号処理部6−1によって実行され
る、遺伝的アルゴリズム(GA)を用いた空間領域信号
処理を示すフローチャートである。
FIG. 4 is a flowchart showing spatial domain signal processing using a genetic algorithm (GA), which is executed by a spatial domain signal processing section 6-1 which is the first embodiment of the spatial domain signal processing section 6 of FIG. It is.

【図5】 図1の時間領域信号処理部4の第2の実施形
態である時間領域信号処理部4−2及び評価値計算部5
−2の内部構成を示すブロック図である。
FIG. 5 is a diagram illustrating a time domain signal processing unit 4-2 and an evaluation value calculation unit 5 according to a second embodiment of the time domain signal processing unit 4 of FIG. 1;
FIG. 2 is a block diagram showing an internal configuration of -2.

【図6】 図1の空間領域信号処理部6の第2の実施形
態である空間領域信号処理部6−2によって実行され
る、差分ベクトルの簡易探索法を用いた空間領域信号処
理を示すフローチャートである。
FIG. 6 is a flowchart showing a spatial domain signal processing using a simple search method of a difference vector, which is executed by a spatial domain signal processing section 6-2 which is a second embodiment of the spatial domain signal processing section 6 of FIG. It is.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…低雑音増幅器、 2…ダウンコンバータ、 3…A/D変換器、 4,4−1,4−2…時間領域信号処理部、 5,5−1,5−2…評価値計算部、 6…空間領域信号処理部、 7…復調器、 8…同軸ケーブル、 11…接地導体、 12−1乃至12−6…可変リアクタンス素子、 13−1乃至13−(M−1)…遅延回路、 14−1乃至14−M…乗算器、 15…加算器、 20…トランスバーサルフィルタ回路、 21…CMA処理コントローラ、 21a…LMS処理コントローラ、 22…絶対値計算器、 23…減算器、 24…定数信号発生器、 25…時間積分器、 26…学習シーケンス信号発生器、 27…減算器、 28…絶対二乗値計算器、 29…時間積分器。 100…アレーアンテナ装置、 A0…励振素子、 A1乃至A6…非励振素子。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Low noise amplifier, 2 ... Down converter, 3 ... A / D converter, 4,4-1, 4-2 ... Time domain signal processing part, 5,5-1, 5-2 ... Evaluation value calculation part 6 spatial domain signal processing unit 7 demodulator 8 coaxial cable 11 ground conductor 12-1 to 12-6 variable reactance element 13-1 to 13- (M-1) delay circuit 14-1 to 14-M: Multiplier, 15: Adder, 20: Transversal filter circuit, 21: CMA processing controller, 21a: LMS processing controller, 22: Absolute value calculator, 23: Subtractor, 24: Constant Signal generator, 25: time integrator, 26: learning sequence signal generator, 27: subtractor, 28: absolute square value calculator, 29: time integrator. 100: Array antenna device, A0: Exciting element, A1 to A6: Non-exciting element

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 大平 孝 京都府相楽郡精華町光台二丁目2番地2 株式会社エイ・ティ・アール環境適応通信 研究所内 Fターム(参考) 5J021 AA06 AA08 CA06 DB02 DB03 EA04 FA14 FA15 FA16 FA17 FA20 FA26 FA29 FA30 FA32 GA02 HA05 HA10  ────────────────────────────────────────────────── ─── Continued on the front page (72) Inventor Takashi Ohira 2-2-2 Kodaidai, Seika-cho, Soraku-gun, Kyoto F-term in ATR Environmental Adaptive Communication Research Laboratories (reference) 5J021 AA06 AA08 CA06 DB02 DB03 EA04 FA14 FA15 FA16 FA17 FA20 FA26 FA29 FA30 FA32 GA02 HA05 HA10

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 無線信号を送受信するための励振素子
と、上記励振素子から所定の間隔だけ離れて設けられた
複数の非励振素子と、上記複数の非励振素子にそれぞれ
接続された複数の可変リアクタンス素子とを備え、上記
各可変リアクタンス素子のリアクタンス値を変化させる
ことによりアレーアンテナの指向特性を変化させるアレ
ーアンテナの制御装置において、 上記励振素子によって受信された受信信号に基づいて、
主ビームの方向が実質的に所望波の方向に向くように上
記受信信号に対して時間領域の信号処理を実行して処理
信号を出力する第1の処理手段と、 上記第1の処理手段から出力される処理信号に基づい
て、所定の評価基準を用いて評価値を演算して、評価値
を示す評価値信号を出力する演算手段と、 上記演算手段から出力される評価値信号に基づいて、実
質的に所望値の評価値信号を得るように空間領域の信号
処理を実行することにより、上記所望値の評価値信号が
得られた、上記各可変リアクタンス素子のリアクタンス
値に対応する信号を発生して上記各可変リアクタンス素
子に出力する第2の処理手段とを備えたことを特徴とす
るアレーアンテナの制御装置。
1. An excitation element for transmitting and receiving a radio signal, a plurality of non-excitation elements provided at a predetermined distance from the excitation element, and a plurality of variable elements respectively connected to the plurality of non-excitation elements. An array antenna control device comprising a reactance element and changing a directional characteristic of the array antenna by changing a reactance value of each of the variable reactance elements, based on a reception signal received by the excitation element,
A first processing unit for performing a time-domain signal processing on the received signal so as to output a processed signal so that a main beam direction is substantially directed to a desired wave direction; and A calculating means for calculating an evaluation value using a predetermined evaluation criterion based on the output processing signal, and outputting an evaluation value signal indicating the evaluation value; based on the evaluation value signal output from the calculating means By performing signal processing in the spatial domain so as to substantially obtain an evaluation value signal of a desired value, a signal corresponding to the reactance value of each of the variable reactance elements, in which the evaluation value signal of the desired value is obtained, A second processing means for generating and outputting the variable reactance element to each of the variable reactance elements.
【請求項2】 上記第2の処理手段は、遺伝的アルゴリ
ズム、又は差分ベクトルの簡易探索法を用いて空間領域
の信号処理を実行することを特徴とする請求項1記載の
アレーアンテナの制御装置。
2. The array antenna control device according to claim 1, wherein said second processing means executes signal processing in a spatial domain using a genetic algorithm or a simple search method for a difference vector. .
【請求項3】 上記第1の処理手段は、CMアルゴリズ
ム、RLSアルゴリズム又はLMSアルゴリズムに基づ
く線形等化器を用いて時間領域の信号処理を実行するこ
とを特徴とする請求項1又は2記載のアレーアンテナの
制御装置。
3. The signal processing apparatus according to claim 1, wherein the first processing means executes signal processing in a time domain using a linear equalizer based on a CM algorithm, an RLS algorithm, or an LMS algorithm. Array antenna control device.
【請求項4】 無線信号を送受信するための励振素子
と、上記励振素子から所定の間隔だけ離れて設けられた
複数の非励振素子と、上記複数の非励振素子にそれぞれ
接続された複数の可変リアクタンス素子とを備え、上記
各可変リアクタンス素子のリアクタンス値を変化させる
ことによりアレーアンテナの指向特性を変化させるアレ
ーアンテナの制御方法において、 上記励振素子によって受信された受信信号に基づいて、
主ビームの方向が実質的に所望波の方向に向くように上
記受信信号に対して時間領域の信号処理を実行して処理
信号を出力するステップと、 上記処理信号に基づいて、所定の評価基準を用いて評価
値を演算して、評価値を示す評価値信号を出力するステ
ップと、 上記評価値信号に基づいて、実質的に所望値の評価値信
号を得るように空間領域の信号処理を実行することによ
り、上記所望値の評価値信号が得られた、上記各可変リ
アクタンス素子のリアクタンス値に対応する信号を発生
して上記各可変リアクタンス素子に出力するステップと
を含むことを特徴とするアレーアンテナの制御方法。
4. An excitation element for transmitting and receiving a radio signal, a plurality of non-excitation elements provided at a predetermined distance from the excitation element, and a plurality of variable elements respectively connected to the plurality of non-excitation elements. A method for controlling an array antenna that includes a reactance element and that changes a directional characteristic of the array antenna by changing a reactance value of each of the variable reactance elements, based on a reception signal received by the excitation element,
Performing time-domain signal processing on the received signal so that the direction of the main beam is substantially in the direction of the desired wave, and outputting a processed signal; based on the processed signal, a predetermined evaluation criterion Calculating an evaluation value by using and outputting an evaluation value signal indicating the evaluation value; based on the evaluation value signal, performing signal processing in a spatial domain so as to obtain an evaluation value signal of a substantially desired value. Executing the method, generating a signal corresponding to the reactance value of each of the variable reactance elements, from which the evaluation value signal of the desired value is obtained, and outputting the signal to each of the variable reactance elements. Array antenna control method.
【請求項5】 上記空間領域の信号処理を実行するステ
ップは、遺伝的アルゴリズム、又は差分ベクトルの簡易
探索法を用いて空間領域の信号処理を実行することを特
徴とする請求項4記載のアレーアンテナの制御装置。
5. The array according to claim 4, wherein the step of executing the signal processing of the spatial domain executes the signal processing of the spatial domain using a genetic algorithm or a simple search method of a difference vector. Antenna control device.
【請求項6】 上記時間領域の信号処理を実行するステ
ップは、CMアルゴリズム、RLSアルゴリズム又はL
MSアルゴリズムに基づく線形等化器を用いて時間領域
の信号処理を実行することを特徴とする請求項4又は5
記載のアレーアンテナの制御装置。
6. The step of executing the signal processing in the time domain includes a CM algorithm, an RLS algorithm, or an LLS algorithm.
The signal processing in the time domain is performed using a linear equalizer based on the MS algorithm.
An array antenna control device according to any one of the preceding claims.
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