JP2002543436A - アンテナ・アレイ用のｄｏａの堅実な推定 - Google Patents

アンテナ・アレイ用のｄｏａの堅実な推定

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Abstract

(57)【要約】 干渉を緩和し、かつ通信システムにおける周波数再利用率を向上させるために、着信方向（ＤＯＡ）支援デジタル・ビーム形成（ＤＢＦ）サブシステム（３００，図３）が提供される。ＤＯＡ支援ＤＢＦサブシステムは、少なくとも一つのアンテナ・ビーム・パターンにおいてビームおよびナルを正確に配置するために用いられる。望ましい位置にビームを、また望ましくない位置にナルを正確に配向することにより、ＤＯＡ支援ＤＢＦサブシステムは通信システムにおいてアンテナ・ビーム・パターンのより効率的な処理を行う。ＤＯＡ支援ＤＢＦサブシステムは、静止衛星，非静止衛星および地上通信装置において用いられる。ＤＯＡ支援ＤＢＦサブシステムは、独自のアルゴリズムを利用して、より効率的なビーム管理を可能にし、またより多くの加入者にサービスを提供しつつ、スペクトルおよび電力を節減することを可能にするＤＯＡ情報を判定する。

Description

【発明の詳細な説明】
（産業上の利用分野） 本発明は、一般に、フェーズド・アレイ・アンテナ(phased array antenna)に
関し、さらに詳しくは、アンテナ・アレイに関連するビームの着信方向（ＤＯＡ
：directions of arrival）の堅実な推定のための方法および装置に関する。
【０００１】 （従来の技術） 衛星通信システムは、多重アンテナ・ビームを介して複数のユーザと通信する
ためにフェーズド・アンテナ・アレイを利用してきた。一般に、効率的な帯域幅
変調手法は多重接続手法と組み合わされ、周波数分離方法はユーザの数を増加す
るために採用される。電子環境はますます高密度化しているので、ワイヤレス通
信システムではさらなる高度化が求められる。例えば、全ユーザが限られた周波
数スペクトルを競い合う場合、各システム間の干渉を緩和することは各システム
へのスペクトル割当の鍵となる。
【０００２】 デジタル・ビーム形成（ＤＢＦ：Digital Beam Forming)システムは、通信シ
ステムおよびレーダ・システムで用いるために開発されている。ＤＢＦシステム
は、アンテナ放射／受信パターンにおけるビームおよびナルを効率的に配置する
ために、正確な着信方向（ＤＯＡ：direction of arrival)情報を必要とする。
送信機および受信機が互いに対して移動するＤＢＦシステムでは、ＤＯＡ情報は
精度を維持するために絶えず更新される。正確かつ最新のＤＯＡ情報を利用して
、ＤＢＦシステムは、大きな非アクティブ・エリアの不必要なカバレッジを避け
ながら、アクティブかつ高トラヒック・エリアにビームを配置することにより、
資源の割当を改善できる。これは、衛星を利用する場合には特に重要である。な
ぜならば、着信方向の効率的な判定は必要な処理負荷を軽減し、必要な搭載電力
(on-board power)の量を低減するためである。
【０００３】 ＤＢＦシステムにおいてフェーズド・アレイ・アンテナによって受信される着
信信号(incident signal)のＤＯＡ推定を正確かつ効率的に判定する方法および
装置が必要とされる。また、ＤＢＦシステムにおいてフェーズド・アレイ・アン
テナによって送信される信号のＤＯＡ推定を正確かつ効率的に判定する方法およ
び装置も必要とされる。さらに、非静止衛星および／または静止衛星を含む衛星
通信システムにとって、これらの必要性は特に重要である。
【０００４】 （好適な実施例の説明） 本発明のより完全な理解は、図面と共に詳細な説明および特許請求の範囲を参
照することによって得られよう。なお、図面を通じて、同様な参照番号は同様な
項目を表すものとする。
【０００５】 本発明は、着信方向を正確かつ効率的に判定し、それによりビームをより正確
に配向させ、高密度化することにより、通信システムにおいて周波数および符号
再利用率を向上させる方法および装置を提供する。本発明の方法および装置は、
通信システムにおけるアンテナ・ビームのより効率的な処理を行う。さらに、本
発明の方法および装置は、衛星通信システムにおける非静止衛星で利用するのに
特に重要である。
【０００６】 デジタル・ビーム形成(digital beamforming)は、本質的には開ループ概念で
ある。デジタル・ビーム形成装置(digital beamformer)への必要な入力は、望ま
しい方向にビーム(beams)およびナル(nulls)を指向させるために必要なＤＯＡ情
報である。ＤＯＡ情報が正確でないと、これらの方向は厳密に正しくなくなり、
そのためビームは実際のソースから外れてしまう。さらに、相互ナルは理想的な
位置から逸脱し、性能全体を劣化させる。
【０００７】 本発明は、高性能ＤＯＡ推定アルゴリズムと、ＤＢＦに基づくシステムとを組
み合わせて、現在および将来の通信システムの容量を大幅に改善し、しかも既存
の変調方法との互換性も維持する。本発明において、デジタル・ビーム形成方法
は、とりわけ、望ましい着信信号および望ましくない着信信号の着信方向を判定
することにより、高性能化される。
【０００８】 図１は、本発明の方法および装置が実施される、衛星通信システムの簡略ブロ
ック図を示す。図１は、典型的なスペクトル共有の場合の、デジタル・ビーム形
成装置を有する一つの衛星１１０を示す。図示のように、衛星１１０と地上通信
装置(terrestrial-based communication device)１２０，１３０，１４０との間
にはいくつかの通信経路が存在する。第１ビーム１２５は、衛星１１０と地上通
信装置１２０との間にリンクを確立するために利用できる。第２ビーム１３５は
、衛星１１０と地上通信装置１３０との間にリンクを確立するために利用できる
。第３ビーム１４５は、衛星１１０と地上通信装置１４０との間にリンクを確立
するために利用できる。好適な実施例では、ＤＯＡ推定は、第１ビーム１２５，
第２ビーム１３５および第３ビーム１４５について衛星１１０にて判定される。
【０００９】 好適な実施例では、衛星１１０に示されるような多数の通信衛星が非静止軌道
上に存在し、クロスリンク（図示せず）を利用して相互接続される。別の実施例
では、通信衛星は全てが相互接続されない。例えば、一部の通信衛星は静止軌道
上にあってもよい。
【００１０】 非静止軌道上では、衛星は地表上の任意の点に対して高速で移動できる。これ
は、これらの衛星が地表上の点に対してさまざまな時間で視界に入ることを意味
する。
【００１１】 現行のシステムでは、スペクトル効率の低下が見られる。なぜならば、とりわ
け、十分な分離を確保するために、ビーム１２５，１３５，１４５に示されるよ
うなビーム間でより大きなセパレーションが必要とされるためである。２本以上
の通信ビームが周波数スペクトルの共通部分を占める場合、これらのビーム内の
２本以上の通信チャネル間の干渉が生じうる。本発明で用いられるＤＯＡ推定方
法は、ビームおよびナルをより正確に配置できるので、ビーム間の分離を増加す
る上で効果的である。
【００１２】 図１において、第１干渉源１７０および第２干渉源も図示される。第１干渉信
号経路１７５は、衛星１１０と第１干渉源１７０との間に存在する。第２干渉信
号経路１８５は、衛星１１０と第２干渉源１８０との間に存在する。さらに、Ｄ
ＯＡ推定は、干渉信号経路１７５，１８５について衛星１１０にて判定される。
【００１３】 デジタル・ビーム形成方法では、１２０，１３０，１４０によって示されるユ
ーザが検出され、これらのユーザに対してＤＯＡ情報を取得あるいは推定するこ
とを必要とする。ある場合、ビーム形成計算はＤＯＡデータにおける誤差によっ
て著しく劣化することがある。ＤＭＬ(decoupled maximum likelihood)およびＭ
ＵＳＩＣ(multiple signal classification)など、着信方向を推定するためのい
くつかのアルゴリズムが当業者に知られているが、これらのアルゴリズムには、
動的に変化する環境においてその性能を制限する限界が存在する。
【００１４】 好適な実施例では、衛星１１０は以下で説明するようなデジタル・ビーム形成
装置（図示せず）およびＤＯＡＥ（図示せず）を採用する。衛星１１０および地
上通信装置１２０，１３０，１４０は、衛星通信システム１００におけるノード
とみなすことができる。当業者であれば、以下で説明する本発明の好適な実施例
の機能は、衛星通信システム１００の任意のノードで、もしくは他の無線周波数
（ＲＦ）通信システムの任意のノードで実施できることが理解されよう。
【００１５】 好適な実施例では、受信モードおよび送信モードにおける所望の信号および望
ましくない信号の着信方向が推定される。ＤＯＡ情報は、受信モードおよび送信
モードの両方においてビームおよびナルの配置のために利用できる。これを実現
するために、ＤＯＡ推定値は周期的に更新され、デジタル・ビーム形成装置の制
御マトリクスは周期的に調整されて、ビームおよびナルの位置を維持する。
【００１６】 さらに、狭いナルおよび広いナルの組合せ、より一般的には、所望の幅を有す
るナル、を生成するために、ＤＯＡ推定アルゴリズムを利用できる。この柔軟性
により、異なるビーム幅および異なるナル幅を有する同時ビーム(concurrent be
am)も可能になる。
【００１７】 受信モードにおいて、特定の時点における衛星は、望ましくは、特定の地上通
信装置に受信ビームを向けて、干渉信号送信機の方向ではアンテナの受信パター
ンにナルを好ましくは与える。従って、望ましくない信号経路上で受信される干
渉は大幅に低減される。例えば、干渉信号送信機は、この通信システムにおける
他のユーザや、他のシステムにおける信号源や、妨害信号(jamming signals)が
ありうる。望ましくは、衛星の受信アンテナ・パターンにおける少なくとも一つ
のナルは、この衛星の視界内で送信される各望ましくない信号に向けられ、この
信号を追跡する。例えば、視界は現在動作中の視界によって、あるいは衛星の視
界全体によって定めることができる。
【００１８】 送信モードでは、衛星は、望ましくは、特定の地上通信装置に少なくとも一つ
の通信ビームを向けて、任意の既知の望ましいあるいは望ましくない信号受信機
の方向でアンテナの送信パターンにナルを好ましくは与える。ここでも、着信方
向は、ビームおよびナルの角位置を判定するために用いられる。ＤＯＡはＤＯＡ
Ｅによって判定でき、このＤＯＡＥは、とりわけ、装置の位置に関連する情報を
利用できる。例えば、システム内のノードの位置を判定するために、ＧＰＳ情報
を利用できる。
【００１９】 地上通信装置１２０，１３０，１４０で用いる場合、デジタル・ビーム形成装
置は、望ましくは、自局の送信および受信アンテナ・ビーム特性を調整して、少
なくとも一つのビームを所望の衛星に向けて、少なくとも一つのナルを干渉する
（望ましくない）信号の方向に向ける。例えば、干渉信号は、この通信システム
または別のシステムにおける別の衛星と関連付けることができる。
【００２０】 ＤＯＡ推定の精度は、ほとんどの場合、ＤＯＡ推定アルゴリズムおよびその実
装によって制御される。必要な精度は、所望ユーザ間の角セパレーション(angul
ar separation)，干渉サイト間の角セパレーションおよび所望ユーザと干渉サイ
トとの間の角セパレーションによって決定される。
【００２１】 図２は、アンテナ素子の平面アレイと、一般化したポイント・ソースからの着
信信号の斜視図を示す。ｘ軸，ｙ軸，ｚ軸を有する三次元座標系が示されている
。平面アレイ２００は、それぞれｘ方向およびｙ方向で相互セパレーションｄx
およびｄyを有する多数の素子からなる。受信モードでは、第１セットの素子が
用いられ、送信モードでは、第２セットの素子が用いられる。当業者であれば、
第１セットおよび第２セットは同じであっても、異なってもよいことが理解され
よう。図示を簡単にするため、座標系の中心はアレイの幾何学的中心に配置され
ている。
【００２２】 ポイント・ソース２１０（Ｐ（ｒ，θj，φj））は、ｊ番目の同一チャネル信
号(co-channel signal)に相当し、ここでｒは座標系の原点からの距離を表し、
θjおよびφjはそれぞれ仰角および方位角を表す。望ましくは、（θj，φj）は
、ポイント・ソース２１０のＤＯＡ推定値を表すために用いられる。
【００２３】 好適な実施例では、ポイント・ソース２１０と平面アレイ２００との間に少な
くとも一つの信号経路２１５が存在する。望ましくは、信号経路２１５は、それ
に関連する仰角および方位角（θjおよびφj）を有する。着信方向は、平面アレ
イ２００またはポイント・ソース２１０に対して求めることができる。ポイント
・ソース２１０は、ある場合には受信機を、第２の場合には送信機を、また別の
場合には一体型受信機／送信機を表すことができる。トランシーバおよび送信機
は、望ましい信号源および／または望ましくない信号源になりうる。
【００２４】 サブアレイ２２０は、平面アレイ２００における第１サブセットの素子からな
る。サブアレイ２２０は、ベクトルｗによって表される、通常ベースバンドであ
る個別の複素加重(complex weights)を有する多数のアンテナ素子からなる。基
準アンテナ２３０は、平面アレイ２００における第２サブセットの素子からなる
。図示を簡単にするため、一つの動作周波数ｆおよび均等な素子間隔を想定する
が、これらの制限は本発明にとって必要ではない。基準アンテナ２３０は、規定
の円錐形領域内の所望の視界において実質的に均等な利得を有する。
【００２５】 サブアレイ２２０のサイズおよび基準アンテナ２３０のサイズは、特定のハー
ドウェア制限内でソフトウェア処理によって制御され、これにより適応可能なＤ
ＯＡ ＤＢＦサブシステムが可能になる。
【００２６】 視界（ＦＯＶ：field of view）は、基準アンテナ２３０に伴う動作ＦＯＶ(op
erational FOV)である。ＦＯＶは特定の方向を指すルック方向(look direction)
で示されているが、ルック方向はある程度変更できる。例えば、ルック方向は、
衛星が移動する際に既存の通信トラヒックの改善されたカバレッジを達成・維持
するために、あるいは衛星網内の近傍衛星の失ったサービス要求あるいは過酷な
サービス要求を補償するために変更できる。
【００２７】 図２に示すような対応地域(footprint)２４０は、基準アンテナ２３０のＦＯ
Ｖに関連する。対応地域２５０は、平面アレイ２００に伴う基準ビームの潜在的
なカバレッジ領域を示す。
【００２８】 好適な実施例では、基準アンテナ２３０からの受信ベースバンド信号は、サブ
アレイ２２０内のアンテナ素子からの個別ベースバンド信号の加重和(weighted
sum)と合成される。サブアレイ加重を調整することにより複合受信パワー(compo
site received power)を最小限にすることで、着信指向性信号アクティビティ(i
ncident directional signal activity)に対応するナルおよび低利得領域を示す
、複合アンテナ・パワー・パターンが生じる。
【００２９】 標準的なデジタル・ビーム形成は、ビームがその間の相互ナロー・ナルで形成
されるので、サイドローブ構造の分離以上に、ビーム間の分離(isolation)を増
加する上で効果的である。一般に、各形成ビームは、干渉ビームの規定の方向に
向かって一つのナルを示すことがある。しかし、標準的なデジタル・ビーム形成
は、特にスティキー・ビーム(skicky beam)の観点では、ポインティング誤差に
対する感度，帯域幅および軌道力学(orbit dynamics)について考慮すると、制限
される。スティキー・ビームとは、衛星が上空を移動しても、地表に実質的に固
定したままのエンドポイントを有するビームのことである。割当てられたビーム
方向が実際のビーム方向から逸脱すると、鋭俊なナルは実際の方向と一致しなく
なる。これは、割当てられたビーム方向がユーザ位置の中心ではなくなるために
生じる。従って、標準的なビーム形成は、ぎりぎりの効果しか提供しない。
【００３０】 好適な実施例では、標準的なデジタル・ビーム形成のナロー・ナルの限定的な
効果は、ビームおよびナルをより正確に配置するようにＤＯＡ推定アルゴリズム
を高性能化することによって実質的に排除される。さらに、広い相互ナルは、地
上ソースに対し衛星が移動しても、形成ビーム間の分離を増加する。
【００３１】 図３は、本発明の好適な実施例による、デジタル・ビーム形成装置(digital b
eamformer)および着信方向推定装置（ＤＯＡＥ：direction of arrival estimat
or）を含む着信方向（ＤＯＡ：direction of arrival）支援ＤＢＦサブシステム
の簡略ブロック図を示す。ＤＯＡ支援ＤＢＦサブシステム３００は、複数の受信
（Ｒｘ）素子３１２および複数の送信（Ｔｘ）素子３１４からなるアレイ・アン
テナ３１０と、複数の受信機／送信機（Ｒｘ／Ｔｘ）モジュール３２０と、デジ
タル・ビーム形成装置３３０と、ＤＯＡＥ３４０と、コントローラ３５０とを含
む。
【００３２】 アレイ・アンテナ３１０は、好ましくは線形あるいは平面の二次元アレイに配
置された素子を含むが、他のアレイ配置も適切である。受信無線周波数（ＲＦ）
信号は、素子レベルで処理される。
【００３３】 図３において、アンテナ素子ａ1〜ａKは、着信指向性信号ｂ1〜ｂJに対する受
信素子３１２として示されている。望ましくは、Ｋ素子の受信アレイに着信する
Ｊ個の指向性信号が存在する。さらに、アンテナ素子ａ1’〜ａK'’は、送信指
向性信号ｂ1’〜ｂJ'’に対する送信素子３１４として示される。望ましくは、
Ｋ’素子の送信アレイから送信されるＪ’個の指向性信号が存在する。
【００３４】 好適な実施例では、少なくとも一つの個別の送信（Ｔｘ）アレイ・アンテナが
用いられ、また少なくとも一つの受信（Ｒｘ）アレイ・アンテナが用いられる。
さらに、Ｒｘ／Ｔｘモジュール３２０は、いくつかの個別の受信機能といくつか
の個別の送信機能からなる。
【００３５】 好適な実施例では、複数の受信素子３１２および複数の送信素子３１４は、デ
ジタル・ビーム形成手法を利用して制御される。望ましくは、受信素子３１２の
アレイまたは送信素子３１４のアレイからのアンテナ・パターンは、アレイにお
いて線形位相加重(linear phase weighting)を適用することによって指向される
。例えば、アンテナ・パターンは、個別受信素子３１２の出力の振幅および位相
加重によって形成され、別のアレイ・パターンは、個別送信素子３１４の入力の
振幅および位相加重によって形成される。広い相互ナルでは、このオプションは
、狭い相互ナルの場合のように、全体的な性能を劣化させることはない。
【００３６】 Ｒｘ／Ｔｘモジュール３２０は、Ｒｘ素子３１２およびＴｘ素子３１４に結合
される。好ましくは、少なくとも一つのアンテナ素子が一つのＲｘ／Ｔｘモジュ
ールに結合される。受信モードで動作する際に、Ｒｘ／Ｔｘモジュール３２０は
、とりわけ、周波数ダウンコンバート，濾波，増幅およびＡ／Ｄ変換のＲｘ機能
を実行する。受信信号に応答して、Ｒｘ／Ｔｘモジュール３２０は、同相（Ｉ）
および直交相（Ｑ）Ａ／Ｄコンバータを利用して、デジタル・データを生成する
。ＩおよびＱデジタル・データは、複素アナログ信号エンベロープの実数成分お
よび虚数成分をそれぞれ表し、ＤＢＦ３３０によって処理される。望ましくは、
Ｒｘ／Ｔｘモジュールは、Ｋ個のデジタル受信信号（ｒ1〜ｒK）をＤＢＦ３３０
に与える。
【００３７】 さらに、送信モードで動作する際に、Ｒｘ／Ｔｘモジュール３２０は、望まし
くは、とりわけ、周波数アップコンバート，濾波，増幅およびＤ／Ａ変換のＴｘ
機能を実行する。Ｄ／Ａコンバータは、各Ｔｘアレイ素子についてデジタル・デ
ータを対応するアナログ信号に変換する。Ｒｘ／Ｔｘモジュール３２０は、ＤＢ
Ｆ３３０から受信したデジタル信号から、Ｔｘアレイ素子で送信するのに適した
信号を生成する。望ましくは、Ｒｘ／Ｔｘモジュールは、ＤＢＦ３３０によりＫ
’個のデジタル送信信号（ｒ1’〜ｒK'’）が与えられる。
【００３８】 デジタル・ビーム形成装置３３０は、Ｒｘ／Ｔｘモジュール３２０に結合され
る。デジタル・データは、ＤＢＦ３３０とＲｘ／Ｔｘモジュール３２０との間で
やり取りされる。ＤＢＦ３３０は、所望の特性を有するアンテナ・ビーム・パタ
ーンを形成するために必要なビーム形成機能およびビーム指向(beam steering)
機能を実施する。ＤＢＦ３３０は、最小限のビーム間干渉を有する指向性信号の
受信および送信のために受信ビームおよび送信ビームを形成する。
【００３９】 さらに、ＤＢＦ３３０は、３３５を介してコントローラ３５０に結合される。
デジタル・データは、ＤＢＦ３３０とコントローラ３５０との間でやり取りされ
る。デジタル・データは、受信モードおよび送信モードで動作するデータ、なら
びに制御用の他のデータを含む。図３に示すように、ＤＢＦ３３０は受信ビーム
・ポート信号
【００４０】
【数８】
【００４１】 をコントローラ３５０に与える。これらの信号は、着信信号（ｂ1〜ｂJ）の最適
推定である。
【００４２】 ＤＢＦ３３０は、コントローラ３５０から送信ビーム・ポート信号（ｂ’1〜
ｂ’J'）を得る。実際の送信信号
【００４３】
【数９】
【００４４】 は元の信号（ｂ’1〜ｂ’J）の最適表現である。デジタル・ビーム形成装置の機
能の一つは、ＴおよびＴ’変換行列を導出することであり、これらの変換行列は
、受信信号および送信信号に対して演算する際に、着信信号および実際の送信信
号の最適推定値をそれぞれ生成する。
【００４５】 好適な実施例では、ＤＢＦ３３０は、ＢＬＵＥ(best linear unbiased estima
tor)を利用する。このアルゴリズムは、最小分散(minimum-variance)信号推定を
達成するために、アレイの加重係数(weight coefficients)を調整する。ＢＬＵ
Ｅアルゴリズムは、各ビームについて干渉信号の方向でディープ・ナル(deep nu
ll)を強制し、そのため、ポインティング誤差が生じやすい。その効果を向上さ
せるために、ＢＬＵＥアルゴリズムと共に正確なＤＯＡ推定手法が用いられる。
さらに、可変幅ナルは、ビーム間分離(inter-beam isolation)を向上させ、雑音
および運動に対するさらなる堅実性(robustness)を提供する。
【００４６】 ＤＯＡＥ３４０は、３４５を介してＤＢＦ３３０に結合され、３５５を介して
コントローラ３５０に結合される。デジタル・データは、ＤＯＡＥ３４０と、Ｄ
ＢＦ３３０と、コントローラ３５０との間のやり取りされる。好適な実施例では
、ＤＯＡＥ３４０は、コントローラ３５０からアンテナ・コンフィギュレーショ
ン・データを取得する。さらに、コントローラ３５０は、着信方向の初期値，着
信方向の計算値および着信方向の格納値を与えることができる。
【００４７】 ＤＯＡＥ３４０は、とりわけ、基準アンテナ加重およびサブアレイ加重をＤＢ
Ｆ３３０に与える。ＤＯＡＥ３４０は、既存のビームの知見を利用して、新規の
指向性着信信号アクティビティについてその探索方法(search strategy)を向上
させる。望ましくは、ＤＯＡＥ３４０は、ＤＢＦ３３０およびコントローラ３５
０から既存のビーム情報を取得する。また、ＤＯＡＥ３４０は、とりわけ、ビー
ム幅およびナル幅情報を利用して、そのビーム割当方法(beam assignment strat
egy)を決定する。
【００４８】 ＤＯＡＥ３４０は、とりわけ、以下で説明するような共分散行列(covariance
matrix)および相互相関ベクトル(cross-correlation vector)を計算するために
用いられる。好適な実施例では、ＤＯＡＥ３４０は、数値的に安定しており、か
つ基本となる共分散行列が逆数を有するという条件を課さない、弛緩アルゴリズ
ム(relaxation algorithm)を採用する。
【００４９】 好適な実施例では、ＤＯＡＥ３４０は、一つまたはそれ以上の並列プロセッサ
によって構成される。ＤＯＡＥ３４０は、命令として機能するデータであって、
実行されると、以下で説明する処理をＤＯＡＥ３４０に行わせるデータを格納す
る。代替実施例では、ＤＯＡＥ３４０は、デジタル信号プロセッサを利用して実
装できる。別の実施例では、ＤＯＡＥ３４０は、対数コンバータ，逆対数コンバ
ータおよび並列プロセッサを含むことができる特殊プロセッサを利用して実装で
きる。
【００５０】 例えば、ＤＢＦ３３０，ＤＯＡＥ３４０およびコントローラ３５０において用
いられるプロセッサは、対数系（ＬＮＳ：logarithmic number system）演算を
利用できる。ＬＮＳ演算は、乗算演算を乗算器ではなく加算器で実現できるので
、有利である。ＬＮＳプロセッサは、対数コンバータ，加算回路，加重回路およ
び逆対数コンバータを含むことができる。別の実施例では、ＤＢＦ３３０および
ＤＯＡＥ３４０は演算資源を共有できる。
【００５１】 好適な実施例では、ＤＯＡＥ３４０はＮ素子受信サブアレイを利用して、所望
の視界における着信方向の分布を判定する。望ましくは、Ｎは受信アンテナ・ア
レイ内の素子総数よりも小さい正の整数である。堅実な弛緩アルゴリズムが採用
されるので、ＤＯＡＥ３４０はＮ次元サブアレイを利用することに制限されずに
、着信信号パワーの指向性分布のより精細な画定を実現するためにフル・アレイ
を実際に採用できる。
【００５２】 図３に示すように、ＤＯＡＥ３４０は標本化信号ｓ0，ｓ1，．．．ｓnを受信
し、ここでｓ0は基準ポート信号であり、ｓ（［ｓ1，．．．ｓn］T）はＮ成分の
サブアレイ信号ベクトルである。
【００５３】 各信号のＭ個の連続した時間サンプルを採取することにより、以下の数量が定
められる：
【００５４】
【数１０】
【００５５】 および
【００５６】
【数１１】
【００５７】 ここで、ｓ 0は、サンプル時間ｔ＝１，．．．，Ｍにおけるｓ0（ｔ）のサンプル
である成分を有する複素Ｍ成分基準ポート信号ベクトルを表し、Ｓはｓ T（ｔ）
のＭ時間サンプルからなる複素ＭｘＮサブアレイ信号行列を表す。
【００５８】 好適な実施例では、基準ポート信号サンプルは、Ｎサブアレイ・ポート信号サ
ンプルの加重和と合成され、複合信号サンプルＳｗ＋ｓ 0を形成し、ここでｗは
Ｎ次元複素加重ベクトルである。このとき、対応する受信複合パワーは次式に比
例する：
【００５９】
【数１２】
【００６０】 この式は、ｗの二次関数であり、ｗが適切な意味（例えば、最小二乗など）で
以下の一次系(linear system)を満たすときに最小値となる：
【００６１】
【数１３】
【００６２】 この場合、ＣはＮｘＮ複素サブアレイ信号共分散行列であり、ｄはＮ成分サブ
アレイ／基準信号相互相関ベクトルであり、それぞれ次式によって与えられる：
【００６３】
【数１４】
【００６４】
【数１５】
【００６５】 一次系（Ｃｗ＋ｄ＝０）の解は、実質的に以下の反転である：
【００６６】
【数１６】
【００６７】 だが、これは概して数値的に信頼性がない場合がある。例えば、Ｃの条件が悪い
場合、直接行列反転は数値的に信頼性がない。これは、一次系が優決定(over-de
temrined)である場合、すなわち、Ｎが着信信号の数よりも大きい場合、に特に
いえることである。ＳＶＤ(Singular Value Decomposition)，擬逆数(Pseudoinv
erse)およびＢＣＲ(Batch Covariance Relation)などの固有空間手法(eigenspac
e techniques)は、ｗの最適推定値を判定するための数値低に安定した堅実な代
替方法である。従って、これらの手法は条件の悪い系を解くのにより適しており
、ＤＯＡＥで用いるのに適している。
【００６８】 好適な実施例では、ＢＣＲ手法が用いられる。ＢＣＲ手法の利点は、限られた
演算分解能でも、数値的に安定していることであり、ＢＣＲ手法はｗの現推定値
を改善するために反復的に適用でき、それにより変化する環境においても漸増的
な改善が可能である。
【００６９】 加重ベクトル解ｗを考慮し、また図３に示すような平面アンテナ・アレイを仮
定すると、（φ，θ）の関数としての複合アンテナ放射パターンは次式によって
与えられる：
【００７０】
【数１７】
【００７１】 ここで、（ｘn，ｙn）は、ｎ番目のアンテナ素子の１／２波長正規化ｘｙ位置で
ある。好適な実施例では、ＥC（φ，θ）は複合パターンであり、Ｅ0（φ，θ）
は基準パターンであり、Ｅn（φ，θ）は組み込み型素子パターン(embedded ele
ment pattern)である。
【００７２】 ここで、受信複合アンテナ・パワー・パターンは次式によって与えられる：
【００７３】
【数１８】
【００７４】 （φ，θ）の範囲でこのパターンを計算すると、着信指向性信号アクティビテ
ィを表すナルおよび低利得領域が得られる。この指向性信号分布の別の視点は、
基準アンテナ・パワー・パターンに対して合成パワーを正規化することによって
得られ、これは基準に対する複合パワー・パターン
【００７５】
【数１９】
【００７６】 となり、これは次式の正規化複合パワー・パターンの逆数の形式である：
【００７７】
【数２０】
【００７８】 逆数正規化複合パワー・パターン(reciprocal normalized composite power p
attern)は、方向角φおよびθの関数としての、基準アンテナ・パワー・パター
ンに対するピークおよび高領域の形式で着信信号指向性分布(incident signal d
irectional profile)を示す。この意味で、Ｐ（φ、θ）は、単位元(unity)を基
準とした着信指向性パワーの推定値である。
【００７９】 正規化合成パワー・パターンを把握することにより、ＤＯＡ推定サブシステム
の視界内の着信信号アクティビティの方向を特定するために、ピーク探索手法(p
eak-finding techniques)を適用できる。ここで、ＤＢＦビームの実現可能なビ
ーム幅についての知見を利用すると、実際的な意味で、最適なカバレッジを与え
るビーム方向を指定することが可能になる。さらに、現ビーム方向を把握すると
、ＤＯＡ推定サブシステムは新規ビーム方向のみを探索するだけでよく、この手
法は不要な演算を省く。
【００８０】 この探索手法に伴う演算上の複雑さは、φおよびθについて用いられるステッ
プ・サイズを含む多数の要因に依存する。例えば、複雑さは、着信方向および所
望のＦＯＶにおける探索範囲のサイズについて必要とされる精度にも依存する。
【００８１】 さらに、特定のスペクトル特性を有する着信信号エネルギは、複合パワー・パ
ターンのどこにナルを挿入すべきか、またはピーク指向性パワー推定値を判定す
るために利用できる。着信信号が望ましくない信号（干渉）であると特定される
と、そのＤＯＡ情報はＤＢＦシステムにとって重要になる。望ましくは、ＤＢＦ
システムはこの知見を利用して、ＤＢＦシステムが形成する各ビーム内のこのポ
イントにナルを挿入する。別の実施例では、ＤＢＦシステムは、望ましくない干
渉をさらに特定するために、この方向でビームを形成できる。ナルをインテリジ
ェントに配置することにより、望ましくない信号または妨害信号はＤＯＡ情報を
利用して抑圧される。
【００８２】 容量の増加，干渉の低減および性能の改善は、ＤＯＡ支援ＤＢＦサブシステム
を利用して実現できる。一般に、デジタル・ビーム形成とは、デジタル信号処理
を介して制御される、ベースバンドでの多重，同時，独立制御されるビームの形
成のことである。
【００８３】 高度なＤＯＡ推定能力を有するＤＯＡ支援ＤＢＦサブシステムでは、通信シス
テムはサービスの全容量および品質を最適化するように、ビームをソースに割当
て、ナルを干渉に割当てる資源割当方針を採用できる。例えば、高度なＤＯＡ推
定能力を利用すると、トラヒック密度に応じて変化するビームおよびナル位置を
有するように、アンテナ・パターンを確立できる。
【００８４】 図３に示すＤＯＡ支援ＤＢＦサブシステム３００は、固定ビーム・アンテナを
有する従来のシステムに比べて有利である。なぜならば、このサブシステム３０
０は、とりわけ、アンテナ・パターンを適応的に調整し、受信データに応答して
正確に配置されたビームおよびナルを生成するためである。望ましくは、受信デ
ータは、望ましい着信信号および望ましくない着信信号についてＤＯＡを正確に
推定するために用いられる。すなわち、ＤＯＡ支援ＤＢＦサブシステム３００は
、通信サービスの要求に応答して正確なアンテナ・ビーム指向を行い、また改善
されたナル配置を行って、望ましくないＲＦ信号の影響を緩和する。これらの機
能は、ＤＢＦ３３０，ＤＯＡＥ３４０およびコントローラ３５０内に組み込まれ
る適切なソフトウェアを介して実装される。
【００８５】 ユーザおよび衛星が互いに対して位置を変える衛星通信システムにおいて、デ
ジタル・ビーム形成方法が効果的であるためには、衛星およびユーザが互いに対
して移動するにつれて、ＤＯＡ情報を更新しなければならない。
【００８６】 好適な実施例では、衛星上の少なくとも一つのアンテナ・アレイに着信する信
号について、ＤＯＡが推定される。この情報は、例えば、アクティブで高トラヒ
ックの領域にビームを配置し、かつ非アクティブ領域にビームを配置しないこと
により、資源の割当を改善するために利用できる。この資源割当の改善は、性能
全体を向上させ、搭載電力消費(on-board power consumption)を節減する。
【００８７】 図４は、本発明の好適な実施例による、ＤＯＡ支援ＤＢＦサブシステムにおい
て着信方向を判定するための手順のフロー図を示す。手順４００は、ステップ４
０２から開始する。
【００８８】 ステップ４０４にて、基準アンテナが定められる。好適な実施例では、基準ア
ンテナは所望の視界をカバーする一方で、十分に低いサイドローブ構造を有する
残りの空間を阻止する、基準ビームを形成する。
【００８９】 好適な実施例では、基準アンテナを定めるために用いられる素子はハードウェ
アに依存しない。基準アンテナは、ＤＯＡＥによって動的に制御される。望まし
くは、基準アンテナは、視界のサイズが変化したり、視界の方向が変化すると変
化する。例えば、非静止衛星システムでは、視界は衛星が地表に対して移動する
と変化する。さらに、ビームが低トラヒック領域から高トラヒック領域に移動す
ると、視界を変化できる。
【００９０】 ステップ４０６にて、Ｎ素子サブアレイが選択される。好適な実施例では、Ｎ
素子アレイは受信アンテナ・アレイ内のサブアレイである。別の実施例では、Ｎ
素子アレイは受信アレイ全体である。望ましくは、Ｎは条件が変化すると変化す
る。
【００９１】 大きなデジタル制御アンテナ・アレイを考慮すると、本発明は、基準アンテナ
と組み合わせて加重サブアレイ(weighted subarray)を利用して、所望の視界に
おける着信方向の分布を判定する。採用される弛緩アルゴリズムは数値的に安定
し、堅実であり、基本となる共分散行列が逆数を有するという条件を課さない。
従って、システムは小さいサブアレイを利用することに制限されずに、着信信号
パワーの指向性分布のより精細な画定を実現するためにフル・アレイを実際に採
用できる。
【００９２】 好適な実施例では、行列Ｓが求められ、ここでＳは、サンプル時間ｔ＝１，．
．．，ＭにおけるＭ時間サンプルと、１〜Ｎまでの番号のＮサブアレイ素子とに
相当する成分を有する複素ＭｘＮサブアレイ信号行列を表す。
【００９３】 好適な実施例では、ｓ 0が求められ、ここでｓ 0は、サンプル時間ｔ＝１，．．
．，Ｍにおけるｓ0（ｔ）のサンプルである成分を有する複素Ｍ成分基準ポート
信号ベクトルを表す。
【００９４】 さらに、視界は、特定の領域についてＤＯＡ推定が必要なときに、ある程度変
更できる。
【００９５】 ステップ４０８にて、複合受信パワーは次式によって与えられる：
【００９６】
【数２１】
【００９７】 この式は、ｗの二次関数であり、ｗが以下の一次系を満たすときに最小値となる
：
【００９８】
【数２２】
【００９９】 ここで、以下で説明するように、Ｃは共分散行列であり、ｄは相互相関ベクトル
である。
【０１００】 ステップ４１０にて、共分散行列が計算される。好適な実施例では、複素ベー
スバンド信号共分散行列は次式を介して計算される：
【０１０１】
【数２３】
【０１０２】 さらに、相互相関ベクトルが計算される。好適な実施例では、相互相関ベクト
ルは次式を介して基準アレイとＮ素子アレイとの間で計算される：
【０１０３】
【数２４】
【０１０４】 ここで、Ｓはサブアレイ信号ベクトルｓ（ｔ）のＭ時間サンプルからなる。
【０１０５】 ステップ４１２にて、Ｎ素子サブアレイにおけるＮ次元複素加重ベクトルであ
るｗについて、ステップ４０８の一次系が解かれる。好適な実施例では、ＢＣＲ
または関連する固有空間手法が用いられる。
【０１０６】 ステップ４１４にて、ｗについて得られた値を利用して、複合アンテナ・パタ
ーンが計算される。好適な実施例では、複合アンテナ・パターンＥC（φ，θ）
が計算される。
【０１０７】 ステップ４１６にて、所望の視界内の複数のポイント（φ，θ）について、逆
数正規化複合パワー・パターンＰ（φ、θ）が計算される。
【０１０８】 ステップ４１８にて、複数のポイント（φ，θ）にて計算された逆数正規化複
合パワー・パターンＰ（φ，θ）から、複数の着信信号についてＤＯＡ推定値が
導出される。好適な実施例では、ＤＯＡ推定値に相当する（φ，θ）空間内のＰ
（φ，θ）のピークを見つけるために、ピーク探索手法が用いられる。
【０１０９】 ステップ４２０にて、手順４００は終了する。手順４００は、所望の視界内の
複数のポイントについて複合パワー・パターンを計算し、またこの複合パワー・
パターンに対して少なくとも一つのピーク探索手法を適用することにより、少な
くとも一つの着信信号のＤＯＡ推定値を導出するために用いられる。次に、ＤＯ
Ａ支援ＤＢＦサブシステムは、前記着信信号が望ましい信号である場合には、Ｄ
ＯＡ推定値に実質的に等しい方向でビームを確立し、またＤＯＡ支援ＤＢＦサブ
システムは、前記着信信号が望ましくないソースからである場合には、ＤＯＡ推
定値に実質的に等しい方向にナルを向ける。
【０１１０】 図５は、ＤＯＡアルゴリズムによって推定される指向性信号アクティビティを
示すグラフである。３つの異なる着信方向での信号アクティビティを表す３つの
ピーク５１０は、この例ではＤＯＡ推定方法を利用して生成した。ＢＣＲおよび
擬逆数(qseudo-inverse)を利用して計算が行われ、多重素子線形アレイについて
ｗを求めた。この例では、着信信号の着信方向は、４９度，５０度および５１度
で生じた。
【０１１１】 ＤＯＡ支援ＤＢＦサブシステムはビーム指向(beam steering)およびナル指向(
null steering)の両方を含むので、計算負荷は増加し、より複雑になる。これを
実現するために、適切な手法が用いられる。例えば、ＤＯＡ推定手法と組み合わ
せてＢＬＵＥ ＤＢＦアルゴリズムを利用することにより、性能と複雑さとの間
で優れたトレードオフが得られる。この組合せでは、所望のユーザの方向でのビ
ームの指向と、干渉信号の方向でのナルの指向を同時に行うことができる。
【０１１２】 また、演算上の複雑さは、いつ計算を行うかを制御することによって管理され
る。望ましくは、ＤＯＡ推定計算は、必要に応じて実施される。例えば、更新レ
ートは、とりわけ、望ましいおよび望ましくない送信機および受信機に対する衛
星の位置の変化を含む多数の要因に依存する。仰角の変化レートが０．０５６９
°／秒であるならば、これは、フレーム長が９０ｍｓｅｃであると仮定すると、
０．００５°／フレームに相当する。０．５°毎にビーム形成装置の補正が必要
な場合、ＤＯＡ情報は１００フレーム毎に更新する必要がある。これは、適切な
デジタル信号プロセッサを利用して行うことができる。
【０１１３】 ＤＯＡ支援ＢＤＦシステムにおいて、演算上の複雑さは、ＤＯＡ推定値に対し
て反復的な更新を行うことによって軽減できる。ＢＣＲ手法は、反復的なｗ更新
を行うことを可能にし、それによりＤＯＡ推定値の実質的に連続的な改善を行う
ことができる。例えば、ＤＯＡ計算はＤＢＦ計算と分散(distributed)および時
分割(time-shared)できる。望ましくは、これらのオプションにより、有効な演
算資源を経済的に利用することが可能になる。さらに、反復的更新を利用し、ま
た以前に特定されたピーク付近を探索することにより、ピーク検出はより演算効
率的に行うことができる。
【０１１４】 また、ビーム間で広い相互ナルを利用すると、ＤＯＡ推定の更新レートは低減
される。望ましくは、広い相互ナルはシステム全体をより堅実にする。
【０１１５】 ＤＯＡ支援ＤＢＦシステムにおいて、演算上の複雑さは、着信信号の少なくと
も一部についてＤＯＡの近似推定値を利用することにより軽減できる。望ましく
は、着信方向の近似推定値は、獲得段階(acquisition phase)中にユーザについ
て求められる。例えば、獲得段階中により広いＦＯＶおよびより広いビームを利
用できる。
【０１１６】 さらに、演算上の複雑さは、ナロー・バンディング(narrow-banding)手法を利
用して軽減できる。例えば、一つの動作周波数、おそらくは、通信システムの動
作帯域幅の中心周波数について、ＤＯＡ推定手法を公式化できる。帯域幅Ｂがキ
ャリア周波数ｆCのわずかな部分である狭帯域システムの場合、ｆCにてＤＯＡ推
定手法を安全に適用でき、帯域エッジでは性能劣化はほとんど生じない。しかし
、分数帯域幅(fractional bandwidth)Ｂ／ｆCが増加すると、推定誤差の増加と
して劣化が現れる。この場合、時分割方式にて個別のサブバンドについてＤＯＡ
推定値を導出できる。
【０１１７】 別の実施例では、着信方向を得るために、ＧＰＳ支援位置システムを利用でき
る。これらの実施例では、位置システム・データは、ＢＣＲの制限および初期条
件を与えるために利用できる。例えば、ＤＯＡ推定アルゴリズムは、未知の干渉
源を特定するために利用できる。別の実施例では、通信システム内の衛星により
、粗位置データを地上装置に与えることができる。
【０１１８】 本発明の方法および装置は、正確に配置されたビームおよびナルを有するアン
テナ・パターンを利用することにより、衛星通信システムの能力を大幅に向上さ
せることを可能にする。干渉信号の影響を最小限に抑えるため正確に配置された
ナルを利用することは、さまざまなミッションで最適化でき、本発明の方法およ
び装置を利用するシステムにより追加のコスト効果も得ることができる。さらに
、広いナルとともに本発明の方法および装置を利用することは、全体的なシステ
ム堅実性を強化する。
【０１１９】 本発明について、好適な実施例を参照して説明した。ただし、当業者であれば
、発明の範囲から逸脱せずに、本実施例において変更および修正が可能であるこ
とが理解されよう。例えば、トランシーバの特定のブロック図を利用する観点か
ら好適な実施例について説明したが、異なるブロック図を利用する他のシステム
も想起される。また、ＢＣＲは適応型加重ベクトルを更新するための好適なアル
ゴリズムであるが、他の同様な手法も適用できる。従って、これらおよび当業者
に明白な他の変更および修正は、発明の範囲に含まれるものとする。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の方法および装置が実施される、衛星通信システムの簡略
ブロック図を示す。
【図２】 アンテナ素子の平面アレイと、一般化したポイント・ソースから
の着信信号の斜視図を示す。
【図３】 本発明の好適な実施例による、デジタル・ビーム形成装置および
着信方向推定装置（ＤＯＡＥ）を含む着信方向（ＤＯＡ）支援ＤＢＦサブシステ
ムの簡略ブロック図を示す。
【図４】 本発明の好適な実施例による、ＤＯＡ支援ＤＢＦサブシステムに
おいて着信方向を判定するための手順のフロー図を示す。
【図５】 ＤＯＡアルゴリズムによって推定される指向性信号アクティビテ
ィを示すグラフである。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ，ＭＬ， ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，Ｋ Ｅ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＬ，ＳＺ，ＴＺ，ＵＧ，ＺＷ )，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ， ＴＪ，ＴＭ)，ＡＥ，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ， ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，Ｃ Ｕ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＤ ，ＧＥ，ＧＨ，ＧＭ，ＨＲ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＮ， ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＲ，Ｌ Ｓ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ， ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，Ｔ Ｔ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＡ，ＺＷ Ｆターム(参考） 5J021 AA05 AA06 CA06 DB01 EA04 FA00 FA13 GA01 GA06 HA05 HA07

Claims (28)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 着信方向（ＤＯＡ）支援デジタル・ビーム形成（ＤＢＦ）サ
    ブシステムを運用する方法であって、着信方向推定装置（ＤＯＡＥ）がアレイ・
    アンテナによって受信される着信信号の着信方向（ＤＯＡ）推定値を判定する、
    方法であって： 所望の視界内の複数のポイントについて複合パワー・パターンを計算する段階
    ； 前記複合パワー・パターンに対して少なくとも一つのピーク探索手法を適用す
    ることにより、前記着信信号について前記ＤＯＡ推定値を導出する段階； 前記着信信号のうちの一つが望ましい信号である場合に、前記着信信号のうち
    の一つについてＤＯＡ推定値に実質的に等しい方向でビームを確立する段階；お
    よび 前記着信信号の残りが望ましくないソースである場合に、前記着信信号の残り
    についてＤＯＡ推定値に実質的に等しい方向でナルを配向する段階； からなることを特徴とする方法。
  2. 【請求項２】前記計算する段階は： 前記所望の視界内の複数のポイント（φ，θ）についてＰC（φ，θ）を計算
    する段階であって、ＰC（φ，θ）は前記複合パワー・パターンであり、次式に
    よって定義され： 【数１】 ここで、 【数２】 ただし、 Ｅ0（φ，θ）は、前記アレイ・アンテナの基準放射パターンであり、 Ｅn（φ，θ）は、ｎ番目のサブアレイ素子の組み込み型放射パターンで
    あり、 （ｘn，ｙn）は、前記アレイ・アンテナのｘ−ｙ面における前記ｎ番目の
    サブアレイ素子の１／２波長正規化位置であり、 ｗnは、一次系Ｃｗ＋ｄ＝０に対する加重ベクトル解であるｗのｎ番目の
    成分である、 段階をさらに含んでなることを特徴とする請求項１記載の方法。
  3. 【請求項３】 前記計算する段階は、固有空間手法を利用して前記一次系を
    解く段階をさらに含んでなり、ＣはＮｘＮ複素サブアレイ信号共分散行列であり
    、ｄはＮ成分サブアレイ／基準信号相互相関ベクトルであることを特徴とする請
    求項２記載の方法。
  4. 【請求項４】 前記計算する段階は、Ｃ＝Ｓ*TＳを利用して、Ｃを計算する
    段階をさらに含んでなることを特徴とする請求項３記載の方法。
  5. 【請求項５】 前記計算する段階は、ｄ＝Ｓ*T ｓ 0を利用して、ｄを計算す
    る段階をさらに含んでなることを特徴とする請求項４記載の方法。
  6. 【請求項６】 前記計算する段階は： 【数３】 ；および 【数４】 を利用して、Ｓを計算する段階をさらに含んでなり、ｓ 0は、サンプル時間ｔ
    ＝１〜ｔ＝Ｍにおけるｓ0（ｔ）のサンプルである成分を有する複素Ｍ成分基準
    ポート信号ベクトルを表し、Ｓは、サンプル時間ｔ＝１〜ｔ＝ＭにおけるＭ時間
    サンプルと、１〜Ｎまでの番号のＮサブアレイ素子とに相当する成分を有する複
    素ＭｘＮサブアレイ信号行列を表す、段階； をさらに含んでなることを特徴とする請求項５記載の方法。
  7. 【請求項７】 前記解く段階は、ＢＣＲ(Batch Covriance Relaxation)アル
    ゴリズムを利用して、ｗを判定する段階をさらに含んでなることを特徴とする請
    求項４記載の方法。
  8. 【請求項８】 前記解く段階は、ＳＶＤ(Singular Value Decomposition)ア
    ルゴリズムを利用して、ｗを判定する段階をさらに含んでなることを特徴とする
    請求項４記載の方法。
  9. 【請求項９】 前記方法は、選択された領域をカバーするために、前記所望
    の視界を選択する段階をさらに含んでなることを特徴とする請求項１記載の方法
    。
  10. 【請求項１０】 前記方法は、少なくとも一つの望ましい信号をカバーする
    ために、前記所望の視界を選択する段階をさらに含んでなることを特徴とする請
    求項１記載の方法。
  11. 【請求項１１】 前記方法は、少なくとも一つの望ましくない信号をカバー
    するために、前記所望の視界を選択する段階をさらに含んでなることを特徴とす
    る請求項１記載の方法。
  12. 【請求項１２】 前記方法は、サービス要求に基づいて、前記所望の視界を
    選択する段階をさらに含んでなることを特徴とする請求項１記載の方法。
  13. 【請求項１３】 前記方法は、前記着信信号の動作周波数に基づいて、前記
    所望の視界を選択する段階をさらに含んでなることを特徴とする請求項１記載の
    方法。
  14. 【請求項１４】 前記方法は、前記着信信号の着信時間に基づいて、前記所
    望の視界を選択する段階をさらに含んでなることを特徴とする請求項１記載の方
    法。
  15. 【請求項１５】 複数のアンテナ素子からなるアンテナ・アレイであって、
    複数の着信信号が前記アンテナ・アレイにて受信されるアンテナ・アレイにおい
    て、前記複数の着信信号の一つについて着信方向（ＤＯＡ）推定値を導出する方
    法であって： 前記複数の着信信号を複数のデジタル受信信号にダウンコンバートする段階； デジタル・ビーム形成装置により、前記複数のデジタル受信信号から複数のデ
    ジタル・ベースバンド信号を判定する段階；および 着信方向推定装置（ＤＯＡＥ）により、前記複数のデジタル・ベースバンド信
    号を処理する段階； によって構成されることを特徴とする方法。
  16. 【請求項１６】 前記処理する段階は： 複素スカラ基準ポート信号のＭ個の連続した時間サンプルを受信する段階；お
    よび 複素Ｎ成分標本化信号ベクトルのＭ個の連続した時間サンプルを受信する段階
    ； からなることを特徴とする請求項１５記載の方法。
  17. 【請求項１７】 前記処理する段階は： 複素スカラ基準ポート信号の前記Ｍ個の連続した時間サンプルと、複素Ｎ成分
    標本化信号ベクトルの前記Ｍ個の連続した時間サンプルとを合成して、複合信号
    サンプルを形成する段階；および 前記複合信号サンプルを利用して、複合パワーを定める段階； からなることを特徴とする請求項１６記載の方法。
  18. 【請求項１８】 前記処理する段階は： 一次系を利用して、前記複合パワーを最小限に抑える段階であって、前記一次
    系はＣｗ＋ｄ＝０によって定められ、ここでＣは前記複数のアンテナ素子のＮ素
    子における複素ベースバンド信号共分散行列であり、Ｎは正の整数であり、ｄは
    基準アレイと前記Ｎ素子からなるサブアレイとの間の相互相関ベクトルである、
    段階；および 前記一次系の等式においてｗについて解く段階； からなることを特徴とする請求項１７記載の方法。
  19. 【請求項１９】 前記解く段階は： 次式を利用して、複素ベースバンド信号共分散行列を解く段階からなり、 Ｃ＝Ｓ*TＳ ここで、Ｓは前記Ｎ素子におけるＭサンプル・シフト複素信号行列であり、次
    式 【数５】 によって定められることを特徴とする請求項１８記載の方法。
  20. 【請求項２０】 前記解く段階は： 次式を利用して、前記相互相関ベクトルを計算する段階からなり、 ｄ＝Ｓ*T ｓ 0 ここで、ｓ 0は、サンプル時間ｔ＝１，．．．，Ｍにおけるｓ0（ｔ）のサンプル
    である成分を有する複素Ｍ成分基準ポート信号ベクトルであることを特徴とする
    請求項１９記載の方法。
  21. 【請求項２１】 前記解く段階は： 行列反転を利用する段階であって、ｗ＝Ｃ-1 ｄである、段階； からなることを特徴とする請求項１８記載の方法。
  22. 【請求項２２】 前記解く段階は： φｗについて解くために固有空間手法を利用する段階； からなることを特徴とする請求項２１記載の方法。
  23. 【請求項２３】 前記解く段階は、ＢＣＲ(Batch Covariance Relaxation)
    手法を利用して、ｄについて解く段階からなることを特徴とする請求項２１記載
    の方法。
  24. 【請求項２４】 前記解く段階は、ＢＣＲ(Batch Covariance Relaxation)
    手法を利用して、ｗについて反復的に解く段階からなることを特徴とする請求項
    ２３記載の方法。
  25. 【請求項２５】 前記処理する段階は： 複合アンテナ・パターンＥC（φ，θ）を計算する段階であって、 【数６】 であり、ここで（ｘn，ｙn）はｎ番目のアンテナ素子の１／２波長正規化ｘｙ位
    置であり、ＥC（φ，θ）は複合パターンであり、Ｅ0（φ，θ）は基準パターン
    であり、Ｅn（φ，θ）は組み込み型素子パターンである、段階； 所望の視界内の複数のポイント（φ，θ）について逆数複合パワーＰ（φ，θ
    ）を計算する段階であって、 【数７】 である、段階；および 前記複数のポイントにおいて計算された前記逆数パワーから、前記複数の着信
    信号のうちの前記一つについて前記ＤＯＡ推定値を導出する段階； からなることを特徴とする請求項１５記載の方法。
  26. 【請求項２６】 着信方向（ＤＯＡ）支援デジタル・ビーム形成（ＤＢＦ）
    サブシステムであって： 複数の素子を有する少なくとも一つのアンテナ・アレイ； 前記複数の素子に結合された複数の受信／送信（Ｒｘ／Ｔｘ）モジュール； 前記複数のＲｘ／Ｔｘモジュールに結合されたデジタル・ビーム形成装置（Ｄ
    ＢＦ）であって、前記ＤＢＦは、複数のビームを確立するために前記複数の素子
    のうちＮ素子を制御する、デジタル・ビーム形成装置（ＤＢＦ）； 前記ＤＢＦに結合された着信方向推定装置（ＤＯＡＥ）であって、前記ＤＯＡ
    Ｅは、前記複数のビームについて着信方向（ＤＯＡ）推定値を判定する、着信方
    向推定装置（ＤＯＡＥ）； 前記ＤＢＦおよび前記ＤＯＡＥに結合されるコントローラ； 前記第１受信サブアレイについて複素ベースバンド信号共分散行列Ｃを判定す
    る手段； 前記第１受信サブアレイおよび前記第２受信サブアレイを利用して、複素相互
    相関ベクトルｄを判定する手段； 前記少なくとも一つのアンテナ・アレイにおける受信パワーを最小限に抑える
    複素加重ベクトルｗを判定する手段； 前記複素加重ベクトルｗを利用して、前記少なくとも一つのアンテナ・アレイ
    について正規化パターンを判定する手段；および 前記正規化パターンにおける少なくとも一つの最大ポイントを利用して、前記
    着信方向推定値を判定する手段； によって構成されることを特徴とするＤＯＡ支援ＤＢＦサブシステム。
  27. 【請求項２７】 前記ＤＯＡ支援ＤＢＦサブシステムは： 前記複数の素子の第１受信サブアレイを基準アレイとして選択する手段； 前記複数の素子の第２受信サブアレイを選択する手段；および 前記第２受信サブアレイからの加重受信信号と、前記第１受信サブアレイから
    の基準アレイ信号とを合成する手段； をさらに含んで構成されることを特徴とする請求項２６記載のＤＯＡ支援ＤＢ
    Ｆサブシステム。
  28. 【請求項２８】 前記ＤＯＡ支援ＤＢＦサブシステムは： 前記第１受信サブアレイについて複素ベースバンド信号共分散行列Ｃを判定す
    る手段； 前記第１受信サブアレイおよび前記第２受信サブアレイを利用して、複素相互
    相関ベクトルｄを判定する手段； 前記少なくとも一つのアンテナ・アレイにおける受信パワーを最小限に抑える
    複素加重ベクトルｗを判定する手段； 前記複素加重ベクトルｗを利用して、前記少なくとも一つのアンテナ・アレイ
    について複合パターンを判定する手段；および 前記複合パターンにおける少なくとも一つの最小ポイントを利用して、前記着
    信方向推定値を判定する手段； をさらに含んで構成されることを特徴とする請求項２６記載のＤＯＡ支援ＤＢ
    Ｆサブシステム。
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