JP2003283229A - Method of controlling array antenna - Google Patents

Method of controlling array antenna

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JP2003283229A
JP2003283229A JP2002081074A JP2002081074A JP2003283229A JP 2003283229 A JP2003283229 A JP 2003283229A JP 2002081074 A JP2002081074 A JP 2002081074A JP 2002081074 A JP2002081074 A JP 2002081074A JP 2003283229 A JP2003283229 A JP 2003283229A
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signal
vector
array antenna
cumulant
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Application number
JP2002081074A
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Japanese (ja)
Inventor
Kokuko Yo
克虎 楊
Takashi Ohira
孝 大平
Kimin Cho
毅民 張
Chuyu Ki
忠勇 祁
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ATR Advanced Telecommunications Research Institute International
Original Assignee
ATR Advanced Telecommunications Research Institute International
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To change the directional characteristics of an array antenna without referring to learning sequence signals. <P>SOLUTION: In a method of controlling the array antenna, three steps are repeated. In the first step, signals received by means of the antenna elements 1-1 to 1-N of the array antenna 100 are multiplied by prescribed weighting factors and an output signal z obtained by summing the multiplied results is outputted. In the second step, in a cumulant of degree 2m having m (m: an integer of ≥2) first variables, (m-1) second variables, and one third variable, a cumulant vector d which includes m identical output signal z as the first variables, (m-1) identical signal z* (complex conjugate of the output signal z) as the second variables, and the complex conjugate vector x* of a received signal vector having each received signal as the third variable, is calculated. In the third step, a weighting factor vector c containing weighting factors as components is calculated based on the autocorrelation matrices R of the received signal vectors x and the cumulant vector d. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

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、複数のアンテナ素
子からなるアレーアンテナ装置の指向特性を変化させる
ことができるアレーアンテナの制御方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an array antenna control method capable of changing the directional characteristics of an array antenna device including a plurality of antenna elements.

【0002】[0002]

【従来の技術】送信される複数の干渉波信号の中から所
望波信号を受信側端末装置で適応的にフィルタリングす
るために、複数のアンテナ素子からなるアレーアンテナ
を受信側で適応制御することによって、所望波の方向に
主ビームを向けかつ干渉波の方向にヌルを形成する技術
が存在している(例えば、特願2000−55655号
公報参照)。このアレーアンテナを受信側で適応制御す
る方法としては、送信側で各無線パケットデータの先頭
部分に学習シーケンス信号を予め含ませておき、当該学
習シーケンス信号と同一の信号を受信側でも発生させ、
受信側において、受信された学習シーケンス信号と、上
記発生された学習シーケンス信号との相互相関が最大と
なることを規範(評価基準)として、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てその指向特性を
変化させ、これにより、アレーアンテナの指向性を最適
パターンとなるように、すなわち所望波の方向に主ビー
ムを向けかつ干渉波の方向にヌルを形成するパターンと
なるように適応制御する。
2. Description of the Related Art In order to adaptively filter a desired wave signal from a plurality of transmitted interference wave signals at a receiving side terminal device, an array antenna including a plurality of antenna elements is adaptively controlled at the receiving side. There is a technique of directing a main beam in the direction of a desired wave and forming a null in the direction of an interference wave (see, for example, Japanese Patent Application No. 2000-55655). As a method of adaptively controlling this array antenna on the receiving side, a learning sequence signal is included in advance at the beginning of each wireless packet data on the transmitting side, and the same signal as the learning sequence signal is generated on the receiving side.
On the receiving side, the directivity characteristic of the variable reactance element is changed by changing the reactance value of the variable reactance element with reference to the maximum cross-correlation between the received learning sequence signal and the generated learning sequence signal. By this, the directivity of the array antenna is adaptively controlled so as to have an optimum pattern, that is, a pattern in which the main beam is directed in the direction of the desired wave and a null is formed in the direction of the interference wave.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この従
来例では、学習シーケンス信号などの参照信号が必要で
あること、また、この参照信号を予め送信側及び受信側
の両方で一致させておく必要があり、これにより、適応
制御のための回路が複雑になるという問題点があった。
実際には、例えば、パイロット信号の時間が限定される
ような移動体通信システム、又は通信の逆探知システ
ム、ソナーなどのアプリケーションシステムにおいて、
所望される信号源の参照信号の持続時間の長さが短かっ
たり、もしくは参照信号をまったく利用できないなどの
状況が存在する。この場合には、上述の適応制御の方法
を用いることができないという問題があった。
However, in this conventional example, it is necessary to have a reference signal such as a learning sequence signal, and it is necessary to match this reference signal in advance on both the transmitting side and the receiving side. However, this causes a problem that the circuit for adaptive control becomes complicated.
In practice, for example, in a mobile communication system where the time of the pilot signal is limited, or in an application system such as a communication reverse detection system, sonar,
There are situations where the reference signal of the desired signal source has a short duration or the reference signal is not available at all. In this case, there is a problem that the above-mentioned adaptive control method cannot be used.

【0004】本発明の目的は以上の問題点を解決し、参
照信号を必要とせずに、制御回路が簡単であって、アレ
ーアンテナの主ビームを所望波の方向に向けかつ干渉波
の方向にヌルを向けるように適応制御することができる
アレーアンテナの制御方法を提供することにある。
The object of the present invention is to solve the above problems, to simplify the control circuit without the need for a reference signal, to direct the main beam of the array antenna in the desired wave direction and in the interference wave direction. An object of the present invention is to provide a control method of an array antenna that can be adaptively controlled so as to direct a null.

【0005】[0005]

【課題を解決するための手段】本発明の態様に係るアレ
ーアンテナの制御方法は、所定の配置形状で近接して並
置された複数N個のアンテナ素子からなるアレーアンテ
ナの制御方法において、上記各アンテナ素子によってそ
れぞれ受信された複数N個の受信信号を成分とする受信
信号ベクトルxの自己相関行列Rを計算する第1のステ
ップと、上記受信された複数N個の受信信号に対して、
複数N個の所定の重み係数をそれぞれ乗算した後、乗算
結果の各信号を加算した結果の出力信号zを出力する第
2のステップと、mを2以上の整数とし、m個の第1の
変数と、(m−1)個の第2の変数と、1個の第3の変
数とを有する2m次のキュムラントにおいて、第1の変
数としてm個の同一の上記出力信号zを含み、第2の変
数として(m−1)個の同一の上記出力信号の複素共役
の信号zを含み、第3の変数として上記受信信号ベク
トルxの複素共役ベクトルxを含むキュムラントベク
トルdを計算する第3のステップと、上記計算された受
信信号ベクトルxの自己相関行列Rと、上記計算された
キュムラントベクトルdとに基づいて、次式
An array antenna control method according to an aspect of the present invention is an array antenna control method comprising a plurality of N antenna elements that are closely arranged in a predetermined arrangement shape. A first step of calculating an autocorrelation matrix R of a received signal vector x having a plurality of N received signals respectively received by the antenna elements, and for the received N received signals,
The second step of multiplying each of a plurality of N predetermined weighting factors and then adding the respective signals of the multiplication results, and outputting the output signal z, and m being an integer of 2 or more, In a 2mth order cumulant having a variable, (m-1) second variables, and one third variable, including m identical output signals z as a first variable, Compute a cumulant vector d that contains (m-1) complex conjugate signals z * of the same output signal as the second variable and the complex conjugate vector x * of the received signal vector x as the third variable. Based on the third step, the autocorrelation matrix R of the received signal vector x calculated above, and the cumulant vector d calculated above,

【数2】 を用いて、上記各重み係数を成分とする重み係数ベクト
ルcを計算して設定する第4のステップと、上記第2乃
至第4のステップを繰り返すことによって、上記アレー
アンテナの主ビームを所望波の方向に向けかつ干渉波の
方向にヌルを向けるように適応制御する第5のステップ
とを含むことを特徴とする。
[Equation 2] By repeating the fourth step of calculating and setting the weight coefficient vector c having each weight coefficient as a component and the second to fourth steps, the main beam of the array antenna is converted into a desired wave. And a fifth step of adaptively controlling the null so that the null is directed to the interference wave and to the direction of the interference wave.

【0006】上記アレーアンテナの制御方法において、
好ましくは、上記出力信号zが出力される毎に、m個の
第1の変数と、m個の第2の変数とを有する2m次のキ
ュムラントにおいて、第1の変数としてm個の同一の上
記出力信号zを含み、第2の変数としてm個の同一の上
記出力信号の複素共役の信号zを含む出力信号zのキ
ュムラントを計算し、上記出力信号zのパワーを計算
し、上記計算された出力信号zのパワーに対する上記出
力信号zのキュムラントの比の値を目的関数の値として
計算するステップと、上記計算された目的関数の値と、
前回に出力された出力信号zに基づいて計算された目的
関数の値との差が所定のしきい値よりも小さいときに上
記第5のステップの処理を停止するステップとをさらに
含むことを特徴とする。
In the above array antenna control method,
Preferably, in a 2m-th order cumulant having m first variables and m second variables each time the output signal z is output, m identical same variables are used as the first variables. Compute the cumulant of the output signal z containing the output signal z and containing, as the second variable, m identical complex conjugate signals z * of the output signal, calculate the power of the output signal z, and Calculating the value of the ratio of the cumulant of the output signal z to the power of the output signal z as the value of the objective function, and the value of the calculated objective function,
Further comprising the step of stopping the processing of the fifth step when the difference from the value of the objective function calculated based on the output signal z output last time is smaller than a predetermined threshold value. And

【0007】[0007]

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

【0008】図1は、本発明に係る実施形態のアレーア
ンテナ装置の構成を示すブロック図である。本実施形態
に係るアレーアンテナの制御方法は、特に、送信局で発
生される学習シーケンス信号と同一のデータ系列を有す
る学習シーケンス信号を受信端末で発生させて参照する
ことを必要とせず、所望波信号の到来方向にビームを向
け、干渉波信号にヌルを向けることを特徴としている。
FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of an array antenna apparatus according to an embodiment of the present invention. The array antenna control method according to the present embodiment does not particularly require a receiving terminal to generate and refer to a learning sequence signal having the same data sequence as the learning sequence signal generated at the transmitting station, and to obtain a desired wave. The feature is that the beam is directed to the arrival direction of the signal and the null is directed to the interference wave signal.

【0009】図1に示すように、この実施形態に係るア
レーアンテナの制御装置の概略構成は、一直線上に近接
して並置された複数N個のアンテナ素子1−1乃至1−
Nにてなるリニアアレーアンテナ100によって受信さ
れた複数N個の受信信号に対して所定の重み係数を用い
て乗算した後、各乗算結果の信号を出力する乗算器5−
1乃至5−Nと、上記出力された各乗算結果の信号を加
算して、アレーアンテナ装置の出力信号z(t)を出力
する加算器6と、上記受信信号の高次の統計量に基づい
て重み係数を計算し、上記計算された各重み係数を乗算
器5−1乃至5−Nに出力して設定する適応制御型コン
トローラ10とを備えたことを特徴としている。ここ
で、上記重み係数の計算では、高次の統計量として、上
記受信された受信信号を成分とする受信信号ベクトルx
(t)と、上記出力信号z(t)とに基づく、mを2以
上の整数として2m個の変数を有する2m次のキュムラ
ントを用いて、上記各重み係数を成分とする重み係数ベ
クトルcを計算する。
As shown in FIG. 1, a schematic configuration of an array antenna control apparatus according to this embodiment has a plurality of N antenna elements 1-1 to 1- 1 which are juxtaposed in parallel on a straight line.
A multiplier 5 that outputs a signal of each multiplication result after multiplying a plurality of N reception signals received by the linear array antenna 100 of N using a predetermined weighting coefficient.
1 to 5-N and the output signal of each multiplication result are added to output an output signal z (t) of the array antenna apparatus, and an adder 6 based on a high-order statistic of the received signal. An adaptive control type controller 10 for calculating a weighting coefficient by outputting the weighting coefficient to the multipliers 5-1 to 5-N and setting the weighting coefficient. Here, in the calculation of the weighting factor, as a high-order statistic, a received signal vector x having the received signal as a component is received.
Based on (t) and the output signal z (t), a weight coefficient vector c having each weight coefficient as a component is calculated using a 2m-th order cumulant having 2m variables in which m is an integer of 2 or more. calculate.

【0010】各アンテナ素子1−1乃至1−Nで受信さ
れた受信信号はそれぞれ、低雑音増幅器2−1乃至2−
Nで増幅された後に、ダウンコンバータ3−1乃至3−
Nに入力され、このダウンコンバータ3−1乃至3−N
はそれぞれ、入力される受信信号を所定の中間周波数の
信号(以下、IF信号という。)に低域変換して、A/
Dコンバータ4−1乃至4−Nに出力する。さらに、A
/Dコンバータ4−1乃至4−Nはそれぞれ、入力され
るIF信号をアナログ/ディジタル変換してディジタル
化された受信信号x(t),x(t),…,x
(t)に変換して、乗算器5−1乃至5−Nに出力す
るとともに、上記各受信信号を、受信信号ベクトルx
(t)=[x(t),x(t),…,x(t)]
として適応制御型コントローラ10に出力する。
The received signals received by the antenna elements 1-1 to 1-N are low noise amplifiers 2-1 to 2-, respectively.
After being amplified by N, the down converters 3-1 to 3-
N is input to the down converters 3-1 to 3-N.
Respectively, low-pass-converts the input received signal into a signal of a predetermined intermediate frequency (hereinafter referred to as IF signal), and
Output to the D converters 4-1 to 4-N. Furthermore, A
The / D converters 4-1 to 4-N respectively receive the received signals x 1 (t), x 2 (t), ..., X, which are digitized by analog-to-digital conversion of the input IF signal.
N (t) and output to the multipliers 5-1 to 5-N, and each received signal is received signal vector x
(T) = [x 1 (t), x 2 (t), ..., x N (t)]
Is output to the adaptive control type controller 10.

【0011】適応制御型コントローラ10は、kをアレ
ーアンテナの適応制御処理のステップ番号(時刻に対応
する)として、受信信号ベクトルx(t)とアレーアン
テナ装置の加算器6の出力信号z(k−1)(t)とに
基づいて重み係数ベクトルc (k)を計算して乗算器5
−1乃至5−Nに出力し、乗算器5−1乃至5−Nは各
受信信号x(t),…,x(t)に対して重み係数
ベクトルc(k)の各成分である複数N個の重み係数を
乗算して重み付けし、次に、重み付けされた受信信号は
加算器6で加算される。加算器6は、加算結果の出力信
号z(k)(t)を復調器7に出力するとともに、前述
のように適応制御型コントローラ10にも出力する。一
方、復調器7は、入力される出力信号z(k)(t)に
対して所定の復調処理を行ってデータ信号である復調信
号を出力する。
The adaptive control type controller 10 outputs k
ー Antenna adaptive control processing step number (corresponding to the time
As the received signal vector x (t) and the array
Output signal z of the adder 6 of the tenor device(K-1)To (t)
Based on the weighting coefficient vector c (K)To calculate multiplier 5
-1 to 5-N, and the multipliers 5-1 to 5-N output
Received signal x1(T), ..., xNWeighting factor for (t)
Vector c(K)N weighting factors that are each component of
Multiply and weight, then the weighted received signal is
It is added by the adder 6. The adder 6 outputs the output signal of the addition result.
No. z(K)(T) is output to the demodulator 7, and
It outputs to the adaptive control type controller 10 as well. one
On the other hand, the demodulator 7 outputs the input output signal z(K)To (t)
The specified demodulation processing is performed on the
No. is output.

【0012】適応制御型コントローラ10は、図2に示
す適応制御処理を以下のように実行する。まず、適応制
御型コントローラ10は、後述の数16を用いて、受信
信号ベクトルx(t)の自己相関行列Rを計算し(ステ
ップS1)、加算器6からの出力信号z
(k−1)(t)を測定した後、mを2以上の整数と
し、m個の第1の変数と、(m−1)個の第2の変数
と、1個の第3の変数とを有する2m次のキュムラント
(数76において、p=mかつq=m−1とおいたも
の)において、第1の変数としてm個の同一の上記出力
信号z(k−1)(t)を含み、第2の変数として(m
−1)個の同一の上記出力信号の複素共役の信号z
(k−1) (t)を含み、第3の変数として上記受信
信号ベクトルxの複素共役ベクトルx(t)を含むキ
ュムラントベクトルd(k−1)を計算する。適応制御
型コントローラ10はさらに、上記計算された受信信号
ベクトルx(t)の自己相関行列Rと、上記計算された
キュムラントベクトルd(k−1)とに基づいて、後述
の数75を用いて、上記各重み係数を成分とする重み係
数ベクトルc(k)を計算して乗算器5−1乃至5−N
に設定する(ステップS5)。適応制御型コントローラ
10は、出力信号z(k−1)(t)を測定すること
と、キュムラントベクトルd(k−1)を計算すること
と、重み係数ベクトルc(k)を計算して設定すること
とを繰り返すことによって(ステップS4乃至S8)、
上記アレーアンテナの主ビームを所望波の方向に向けか
つ干渉波の方向にヌルを向けるように適応制御すること
を特徴とする。また、適応制御型コントローラ10は、
上記出力信号z(k)(t)が出力される毎に(すなわ
ち、数77で表されるように、受信信号ベクトルx
(t)に対して重み係数ベクトルc(k)が乗算される
毎に)、m=nとおいた数146を用いて、m個の第1
の変数と、m個の第2の変数とを有する2m次のキュム
ラントにおいて、第1の変数としてm個の同一の上記出
力信号z(k)(t)を含み、第2の変数としてm個の
同一の上記出力信号の複素共役の信号z(k)*(t)
を含む出力信号zのキュムラントを計算し、上記出力信
号zのパワーを計算し、上記計算された出力信号zのパ
ワーに対する上記出力信号zのキュムラントの比の値を
目的関数の値として計算し(ステップS3及びS6)、
上記計算された目的関数の値J(z(k)(t))=J
(c k))と、前回に出力された出力信号z
(k−1)(t)に基づいて(すなわち、前回に計算さ
れた重み係数ベクトルc(k−1)に基づく出力信号z
(k−1 (t)=(c(k−1)x(t)に基づ
いて)計算された目的関数の値J(z
(k−1)(t))=J(c(k−1))との差が所定
のしきい値よりも小さいときに適応制御処理を停止する
(ステップS7)ことを特徴とする。
The adaptive control type controller 10 executes the adaptive control processing shown in FIG. 2 as follows. First, the adaptive controller 10 calculates the autocorrelation matrix R of the received signal vector x (t) by using Expression 16 described later (step S1), and outputs the output signal z from the adder 6.
(K-1) After measuring (t), m is an integer of 2 or more, m first variables, (m-1) second variables, and one third variable In a 2m th order cumulant having (and p = m and q = m−1 in Eq. 76), m identical output signals z (k−1) (t) are used as the first variables. As a second variable (m
-1) Complex conjugate signals z of the same output signal
(K-1) * include (t), calculates the cumulant vector d (k-1) containing a complex conjugate vector x of the received signal vector x as a third variable * (t). The adaptive control controller 10 further uses Equation 75 described below based on the calculated autocorrelation matrix R of the received signal vector x (t) and the calculated cumulant vector d (k-1). , A weighting coefficient vector c (k) having each of the weighting factors as a component is calculated, and multipliers 5-1 to 5-N
Is set (step S5). The adaptive controller 10 measures the output signal z (k-1) (t), calculates the cumulant vector d (k-1), and calculates and sets the weighting coefficient vector c (k). By repeating the process (steps S4 to S8),
It is characterized in that the main beam of the array antenna is adaptively controlled so as to direct the main beam toward the desired wave and the null toward the interference wave. Further, the adaptive control type controller 10 is
Each time the output signal z (k) (t) is output (that is, as shown in Expression 77, the received signal vector x
Each time (t) is multiplied by the weighting coefficient vector c (k) ), using m = n, the number 146
In the 2mth order cumulant having m variables and m second variables, the same m output signals z (k) (t) are included as the first variables, and the m second m variables are included as the second variables. Signal z (k) * (t) of the complex conjugate of the same output signal of
The cumulant of the output signal z including is calculated, the power of the output signal z is calculated, and the value of the ratio of the cumulant of the output signal z to the calculated power of the output signal z is calculated as the value of the objective function ( Steps S3 and S6),
The value of the objective function calculated above J (z (k) (t)) = J
(C ( k) ) and the output signal z output last time
(K-1) based on (t) (that is, the output signal z based on the previously calculated weighting coefficient vector c (k-1))
(K-1) (t) = (c (k-1)) T x on the basis of a (t)) computed objective function value J (z
The adaptive control process is stopped when the difference between (k-1) (t)) = J (c (k-1) ) is smaller than a predetermined threshold value (step S7).

【0013】次いで、図1の適応制御型コントローラ1
0によって実行される適用制御処理の原理について説明
する。本実施形態の適応制御処理は、アレーアンテナの
指向特性を変化させるときに、送信局で発生される学習
シーケンス信号と同一の学習シーケンス信号を当該アレ
ーアンテナ装置が位置する受信端末で発生させる必要が
ない「ブラインド適応ビーム形成」であることを特徴と
し、以下、本発明に係る適応制御処理を「ブラインドビ
ーム形成」又は「BB」と表記する。この適応制御処理
はさらに、べき乗のさらにべき乗の速さで収束する超指
数的アルゴリズムを実現することを特徴とする。
Next, the adaptive control type controller 1 of FIG.
The principle of the application control process executed by 0 will be described. In the adaptive control process of this embodiment, when changing the directional characteristics of the array antenna, it is necessary to generate the same learning sequence signal as the learning sequence signal generated in the transmitting station in the receiving terminal in which the array antenna device is located. The feature is that there is no "blind adaptive beam forming", and the adaptive control processing according to the present invention is hereinafter referred to as "blind beam forming" or "BB". This adaptive control process is further characterized by implementing a super-exponential algorithm that converges at a speed of exponentiation.

【0014】ブラインド適応ビーム形成を定式化する前
に、一般性を失うことなく、ブラインドビーム形成に限
定しない適応フィルタリングと、その適応フィルタリン
グの処理を実行する適応制御型アレーアンテナ装置とを
定式化する。定式化を簡単にするために、一般性を失う
ことなく、マルチパス伝搬のない独立した非ガウス的な
空間的ソース信号について考察する。複数N個のアンテ
ナ素子で構成されるアレーアンテナと、非ガウス信号を
送信するP(P≦N)個の信号源(ソース)とが存在す
るとすれば、アレーアンテナの受信信号ベクトルx
(t)は次式で表される。
Before formulating blind adaptive beamforming, an adaptive filtering which is not limited to blind beamforming without loss of generality and an adaptive control type array antenna apparatus which executes the processing of the adaptive filtering are formulated. . To simplify the formulation, we consider an independent non-Gaussian spatial source signal without multipath propagation without loss of generality. If there is an array antenna composed of a plurality of N antenna elements and P (P ≦ N) signal sources that transmit non-Gaussian signals, the received signal vector x of the array antenna
(T) is expressed by the following equation.

【0015】[0015]

【数3】 [Equation 3]

【0016】ここで、a(θ)及びω(t)=[ω
(t),…,ω(t)]はそれぞれ、当該アレー
アンテナに関連付けられたアレーステアリングベクトル
及びアレー雑音ベクトルである。例えば、半波長間隔の
リニアアレーアンテナの場合、位相基準点をリニアアレ
ーアンテナの中心にとると、ステアリングベクトルa
(θ)は、次式で表すことができる。
Where a (θ) and ω (t) = [ω
1 (t), ..., ω N (t)] T is an array steering vector and an array noise vector associated with the array antenna. For example, in the case of a linear array antenna with a half wavelength interval, if the phase reference point is set at the center of the linear array antenna, the steering vector a
(Θ) can be expressed by the following equation.

【0017】[0017]

【数4】 [Equation 4]

【0018】各送信信号源から到来するソース信号及び
使用するアレーアンテナについて、以下のように仮定し
ている。
The source signals coming from each transmission signal source and the array antenna used are assumed as follows.

【0019】<A1>ソース信号b(t),p=1,
…,Pは独立した非ガウス信号であり、そのパワーは、
次式で示される。
<A1> Source signal b p (t), p = 1,
…, P is an independent non-Gaussian signal and its power is
It is shown by the following formula.

【0020】[0020]

【数5】 [Equation 5]

【0021】<A2>雑音ベクトルω(t)はゼロ平均
であり、空間的に白色である。
<A2> The noise vector ω (t) has a zero mean and is spatially white.

【0022】[0022]

【数6】E{ω(t)ω(t)}=0[6] E {ω (t) ω T (t)} = 0

【数7】E{ω(t)ω(t)}=σω N×N ## EQU7 ## E {ω (t) ω H (t)} = σ ω 2 I N × N

【0023】ここで、(・)及び(・)はそれぞれ
転置及び共役転置を示し、σω は雑音のパワーを表
し、IN×NはN次の単位行列である。雑音ベクトルω
(t)は、ソース信号とは無相関である。
Here, (•) T and (•) H represent transposition and conjugate transposition, respectively, σ ω 2 represents noise power, and I N × N is an Nth-order unit matrix. Noise vector ω
(T) is uncorrelated with the source signal.

【0024】<A3>すべてのソース信号b(t)の
ステアリングベクトルa(θ)は線形独立である。ま
た、例えば、マルチパス信号のような相関するソース信
号は、非相関化又は直交分解によって無相関ソース信号
に変換することができる。
<A3> The steering vectors a (θ p ) of all the source signals b p (t) are linearly independent. Also, correlated source signals, such as, for example, multipath signals, can be converted to decorrelated source signals by decorrelation or orthogonal decomposition.

【0025】次に、ソース信号b(t)を、そのパワ
ーに係る成分(数5を参照)と、信号の成分(時間につ
いて変化する成分)ba(t)とによって次式のよう
に表す。
Next, the source signal b p (t) is expressed by the following equation using the component relating to the power (see the equation 5) and the signal component (component changing with time) ba p (t). Represent

【0026】[0026]

【数8】 p=1,…,P[Equation 8] p = 1, ..., P

【0027】また、雑音ベクトルの成分ω(t)を、
そのパワーに係る成分σωと、時間について変化する成
分ωa(t)とによって次式のように表す。
The noise vector component ω l (t) is
The component σ ω related to the power and the component ωa 1 (t) that changes with time are expressed by the following equation.

【0028】[0028]

【数9】ω(t)=σωωa(t) l=1,…,N,Ω l (t) = σ ω ωa l (t) l = 1, ..., N,

【0029】さらに、N次の単位行列IN×Nを次のよ
うに表す。
Further, the unit matrix I N × N of order N is expressed as follows.

【0030】[0030]

【数10】 IN×N=[eN×1 (l),…,eN×1 (N)[Equation 10] I N × N = [e N × 1 (l) , ..., E N × 1 (N) ]

【0031】ソース信号のパワーに係る成分(数5を参
照)と、ステアリングベクトルa(θ)との積を成分と
するN×P次行列である受信信号行列A(Θ)を次式で
表す。
The received signal matrix A (Θ), which is an N × P-order matrix whose component is the product of the component of the power of the source signal (see equation 5) and the steering vector a (θ), is expressed by the following equation. .

【0032】[0032]

【数11】 [Equation 11]

【0033】以上の表記にしたがって、チャンネル応答
行列Hと、正規化された受信信号ベクトルα(t)とを
次のように定義する。
According to the above notation, the channel response matrix H and the normalized received signal vector α (t) are defined as follows.

【0034】[0034]

【数12】 [Equation 12]

【数13】 α(t)=[α(t),…,αP+N(t)] =[ba(t),…,ba(t),ωa(t),…,ωa(t)] Α (t) = [α 1 (t), ..., α P + N (t)] T = [ba 1 (t), ..., ba P (t), ωa 1 (t), ..., ωa N (t)] T

【0035】ゆえに、Therefore,

【数14】 E[α(t)α(t)]=I(P+N)×(P+N) であり、数3の受信信号ベクトルx(t)は、次式のよ
うに表すことができる。
[Equation 14] E [α (t) α H (t)] = I (P + N) × (P + N) , and the received signal vector x (t) of Equation 3 can be expressed as the following equation.

【0036】[0036]

【数15】 [Equation 15]

【0037】また、次式は、仮定A1及びA2に従う、
数3の受信信号ベクトルx(t)の自己相関行列であ
る。
Further, the following equation follows the assumptions A1 and A2,
It is an autocorrelation matrix of the received signal vector x (t) of the equation 3.

【0038】[0038]

【数16】R=E[x(t)x(t)] =HE[α(t)α(t)]H =H =A(Θ)A(Θ)+σω N×N [Number 16] R = E [x (t) x H (t)] = H T E [α (t) α H (t)] H * = H T H * = A (Θ) A H (Θ) + Σ ω 2 I N × N

【0039】数12から、チャンネル応答行列Hは常に
列の個数に等しいランクを有することが分かる。適応制
御型アレーアンテナの出力は、次式のように定式化され
る。
From equation 12, it can be seen that the channel response matrix H always has a rank equal to the number of columns. The output of the adaptive control type array antenna is formulated as follows.

【0040】[0040]

【数17】z(t)=cx(t)=cα(t)Z (t) = c T x (t) = c T H T α (t)

【0041】ここで、c=[c,c,…,c
は適応型アレーアンテナの複素重み係数ベクトルを表
す。
Here, c = [c 1 , c 2 , ..., C N ] T
Represents the complex weighting coefficient vector of the adaptive array antenna.

【0042】利得ベクトルをGain vector

【数18】s=[s,…,sP+N=H
(P+N)×NN×1 とおくと、適応制御型アレーアンテナの出力は次のよう
に表すことができる。
S = [s 1 , ..., s P + N ] T = H
If (P + N) × N c N × 1 is set, the output of the adaptive control type array antenna can be expressed as follows.

【0043】[0043]

【数19】 [Formula 19]

【0044】ここで、sは正規化された受信信号ベク
トルの成分α(t)の複素利得を表す。
Here, s n represents the complex gain of the component α n (t) of the normalized received signal vector.

【0045】信号源をn番目に固定することによって
与えられたソース基準信号
Source reference signal given by fixing the signal source to the n 0 th

【数20】 1≦n≦Pが存在し、かつ仮定A1及びA2のもとで
は、ソース基準信号
[Equation 20] 1 ≦ n 0 ≦ P exists, and under the assumptions A1 and A2, the source reference signal

【数21】 と適応制御型アレーアンテナの出力信号z(t)との間
の平均2乗誤差MSEを、次のように表すことができ
る。
[Equation 21] The mean square error MSE between the output signal z (t) of the adaptive control array antenna and the output signal z (t) can be expressed as follows.

【0046】[0046]

【数22】 [Equation 22]

【0047】MSEを重み係数ベクトルcに関して最小
化するために、次のウィーナー−ホップの方程式があ
る。
In order to minimize the MSE with respect to the weighting coefficient vector c, there is the following Wiener-Hop equation.

【0048】[0048]

【数23】 [Equation 23]

【0049】ここで、ベクトルdは次式をみたす。Here, the vector d satisfies the following equation.

【数24】 [Equation 24]

【0050】coptは最適な重み係数ベクトルであ
り、もしくは最適適応型ビームフォーマと呼ばれる。最
適な重み係数ベクトルcoptを得るためには、所望波
信号源のステアリングベクトル、又はより一般的には空
間的なシグニチャー波形信号(アレーアンテナの空間的
な応答)が必要とされ、空間的なシグニチャー波形信号
は通常、所望される信号源に係る既知の参照信号(学習
シーケンス信号)とアレーアンテナの受信信号との間の
相互相関によって推定される。
C opt is the optimum weighting coefficient vector, or is called the optimum adaptive beamformer. In order to obtain the optimum weighting coefficient vector c opt , the steering vector of the desired wave signal source, or more generally the spatial signature waveform signal (spatial response of the array antenna), is required The signature waveform signal is usually estimated by the cross-correlation between the known reference signal (learning sequence signal) of the desired signal source and the received signal of the array antenna.

【0051】以上のように定式化された信号環境のもと
で、「超指数的」に収束する、すなわち、べき乗のさら
にべき乗の速さで収束する反復原理について、さらに定
式化する。従来技術文献1「O. Shalvi et al., "Super
-exponential methods for blind deconvolution", IEE
E Transaction on Information Theory, Vol. 39, No.
2, pp.504-519, 1993年3月」に示されているよう
に、以下の複素ベクトルsの反復手順について、重み係
数ベクトルcは考慮せずに考察する。
Under the signal environment formulated as described above, the iterative principle that converges "hyperexponentially", that is, converges at the speed of exponentiation and further exponentiation is further formulated. Prior Art Document 1 "O. Shalvi et al.," Super
-exponential methods for blind deconvolution ", IEE
E Transaction on Information Theory, Vol. 39, No.
2, pp.504-519, March 1993 ”, the following iterative procedure of the complex vector s is considered without considering the weighting coefficient vector c.

【0052】[0052]

【数25】 s’=s (s ,n=1,…,P+NS n '= s n p (s n * ) q , n = 1, ..., P + N

【数26】 [Equation 26]

【0053】ここでは、以下の2つの表記を用いてい
る。
Here, the following two notations are used.

【数27】s’=[s’,…,sP+N’] [Number 27] s' = [s 1 ', ..., s P + N'] T

【数28】 [Equation 28]

【0054】n=1,…,P+Nに対して、For n = 1, ..., P + N,

【数29】s=s (k−1) S n = s n (k-1)

【数30】s (k)=s" とすると、次のような反復方程式が得られる。If s n (k) = s n ", the following iterative equation is obtained.

【0055】[0055]

【数31】 n=1,…,P+N[Equation 31] n = 1, ..., P + N

【0056】[0056]

【数32】 n=1,…,P+Nである場合(ここで、0≦φ<2
π,ζは所定の係数)、k≧1については次式が得ら
れる。
[Equation 32] When n = 1, ..., P + N (where 0 ≦ φ n <2
π and ζ n are predetermined coefficients), and the following equation is obtained for k ≧ 1.

【0057】[0057]

【数33】 n=1,…,P+N[Expression 33] n = 1, ..., P + N

【0058】p+q≧2かつp−q=1のとき、When p + q ≧ 2 and p−q = 1,

【数34】 である場合、k→∞として次式が得られる。[Equation 34] Then, the following equation is obtained with k → ∞.

【0059】[0059]

【数35】 [Equation 35]

【0060】数33からは、この反復手順が、利得ベク
トルsの主成分の大きさ(利得)が1に接近しかつ他の
すべての成分がゼロに接近する望ましい応答に、べき乗
のさらにべき乗の速さで(超指数的に)利得sを収束
させることが分かる。より一般的な場合として、所望波
信号が、絶対値が有限である包絡線(有限モジュラス)
を有するような複素重み付けシーケンスのもとでの超指
数的反復手順について考察すると、数25及び数26
は、次式のようになる。
From Eq. 33, this iterative procedure shows that the desired response is such that the magnitude of the principal components of the gain vector s (gain) approaches 1 and all other components approach zero, to the power of power and then to power. It can be seen that the gain s n converges (super exponentially) with speed. As a more general case, the desired wave signal is an envelope with a finite absolute value (finite modulus).
Considering a hyperexponential iterative procedure under a complex weighting sequence such as
Is as follows:

【0061】[0061]

【数36】 s’=β (s ,n=1,…,P+NS n ′ = β n s n p (s n * ) q , n = 1, ..., P + N

【数37】 [Equation 37]

【0062】ここで、有限モジュラスの要素は、Here, the element of finite modulus is

【数38】 |β|<∞,n=1,…,P+N である。ここで、0≦ψ<2πである。数31の場合
のように、k≧1については次のような反復方程式が得
られる。
[Equation 38] | Β n | <∞, n = 1, ..., P + N. Here, 0 ≦ φ n <2π. As in the case of Expression 31, the following iterative equation is obtained for k ≧ 1.

【0063】[0063]

【数39】 n=1,…,P+N[Formula 39] n = 1, ..., P + N

【0064】数33と同様に、Similarly to the equation 33,

【数40】 n=1,…,P+N である場合、k≧1については次式が得られる。[Formula 40] If n = 1, ..., P + N, then for k ≧ 1, we have:

【0065】[0065]

【数41】 n=1,…,P+N[Formula 41] n = 1, ..., P + N

【0066】p+q≧2であれば、数41は次式のよう
になる。
If p + q ≧ 2, the equation 41 is as follows.

【数42】 n=1,…,P+N[Equation 42] n = 1, ..., P + N

【0067】上述の反復シーケンスの収束のふるまい
は、次の定理に示されている。
The convergence behavior of the iterative sequence described above is shown in the following theorem.

【0068】<定理1>有限モジュラスの要素、すなわ
<Theorem 1> Element of finite modulus, that is,

【数43】 |β|<∞,n=1,…,P+N を有する任意の重み付けシーケンスの場合、kが無限大
に近づくとき数42の反復シーケンスが以下の結果、す
なわち、
[Equation 43] For any weighted sequence with | β n | <∞, n = 1, ..., P + N, the iterative sequence of Eq. 42 when k approaches infinity results in:

【数44】 に超指数的に収束するための条件は、p+q≧2、及び
次式である。
[Equation 44] The conditions for hyperexponentially converging on p are p + q ≧ 2 and the following equation.

【0069】[0069]

【数45】 n=1,…,P+N,n≠n [Equation 45] n = 1, ..., P + N, n ≠ n 0

【0070】<定理1の証明>p+q≧2のとき、数4
2は次のように表すことができる。
<Proof of Theorem 1> When p + q ≧ 2, Equation 4
2 can be expressed as follows.

【0071】[0071]

【数46】 [Equation 46]

【0072】利得s (k)の分母は常に1以上、すな
わち、
The denominator of the gain s n (k) is always 1 or more, that is,

【数47】 であり、このことは、[Equation 47] And this is

【数48】 |β|<0,n=1,…,P+N である場合に、数45の条件のもとで、すなわち、[Equation 48] When | β n | <0, n = 1, ..., P + N, under the condition of Expression 45, that is,

【数49】 n=1,…,P+N,n≠n の条件のもとで、[Equation 49] Under the condition of n = 1, ..., P + N, n ≠ n 0 ,

【数50】 を意味するので、n=1,…,P+N,n≠nについ
て、|s (k)|の分子は、k→∞のとき超指数的
((p+q)k)にゼロに収束する。すなわち、次の2
つの式が同時に成立する。
[Equation 50] , N = 1, ..., P + N, n ≠ n 0 , the numerator of | s n (k) | converges to zero exponentially ((p + q) k ) when k → ∞. That is, the following 2
Two expressions are established at the same time.

【0073】[0073]

【数51】 [Equation 51]

【数52】 [Equation 52]

【0074】ゆえに、k→∞のとき、次式のようにな
る。
Therefore, when k → ∞, the following equation is obtained.

【0075】[0075]

【数53】 |s (k)|→0,n=1,…,P+N,n≠n | S n (k) | → 0, n = 1, ..., P + N, n ≠ n 0

【数54】 [Equation 54]

【0076】以上で、定理1は証明された。Thus, Theorem 1 is proved.

【0077】ただし、定理1は、重み係数ベクトルcを
考慮しないときの反復複素ベクトルsのみに関すること
を注意する。ゆえに、重み係数ベクトルcを制御してい
るときの反復複素ベクトルsのふるまいを考察すること
によって、ブラインド適応ビーム形成を定式化すること
ができる。
However, note that Theorem 1 relates only to the iterative complex vector s when the weighting coefficient vector c is not considered. Therefore, blind adaptive beamforming can be formulated by considering the behavior of the iterative complex vector s when controlling the weighting coefficient vector c.

【0078】代わって、次に、ブラインド適応ビーム形
成を定式化する。適応制御型アレーアンテナの与えられ
た初期値複素重み係数ベクトルc(0)については、数
18に従って次のような利得ベクトルが得られる。
Instead, we then formulate blind adaptive beamforming. For the given initial value complex weighting coefficient vector c (0) of the adaptive control type array antenna, the following gain vector is obtained according to Eq.

【0079】[0079]

【数55】s(0)=[s (0),…,sP+N
(0)=Hc(0)
S (0) = [s 1 (0) , ..., s P + N
(0) ] T = Hc (0)

【数56】s(k)=[s (k),…,sP+N
(k)=Hc(k)
S (k) = [s 1 (k) , ..., s P + N
(K) ] T = Hc (k)

【0080】重み係数ベクトルcを調整することによっ
て、適応制御型アレーアンテナの出力においてただ1つ
のソース信号のみが存在するとともに、他の重畳された
ソース信号は完全に抑圧されることが期待される。この
ことは、利得ベクトルsの1つの成分が1に等しく、か
つ他の成分がゼロに等しいことを意味し、これは、いわ
ゆる完全処理である。しかしながら、チャンネル応答行
列Hは雑音の存在のもとで列の個数に等しいランクを有
し、かつチャンネル応答行列Hの次元は重み係数ベクト
ルcの次元より高いことから、完全処理を実行する重み
係数ベクトルcを発見することは不可能である。重み係
数ベクトルcの最適な調整又は反復は、出力利得ベクト
ルs(k)と所望される利得ベクトルとの間の最小平均
2乗誤差(MMSE)の意味において実行される。定理
1より、数36及び数37に従って、所望の利得ベクト
ルを定式化することができる。次式をk−1回目の反復
における所望の利得ベクトルとする。
By adjusting the weighting coefficient vector c, it is expected that only one source signal will be present at the output of the adaptive array antenna, while the other superimposed source signals will be completely suppressed. . This means that one component of the gain vector s is equal to 1 and the other component is equal to zero, which is a so-called perfect process. However, since the channel response matrix H has a rank equal to the number of columns in the presence of noise, and the dimension of the channel response matrix H is higher than the dimension of the weight coefficient vector c, the weight coefficients It is impossible to find the vector c. Optimal adjustment or iteration of the weighting factor vector c is performed in the sense of the minimum mean square error (MMSE) between the output gain vector s (k) and the desired gain vector. From Theorem 1, the desired gain vector can be formulated according to the equations 36 and 37. Let the following equation be the desired gain vector in the k-1th iteration.

【0081】[0081]

【数57】g(k−1)=[β(s (k−1)
(s (k−1)*,…,βP+N(sP+N
(k−1)(sP+N (k−1)*
G (k−1) = [β 1 (s 1 (k−1) ) p
(S 1 (k-1) * ) q , ..., β P + N (s P + N
(K-1) ) p (s P + N (k-1) * ) q ] T

【0082】関連の正規化された利得ベクトルs(k)
を条件とする数59のMMSE基準は、最適な反復重み
係数ベクトルc(k)が従うものである。
The associated normalized gain vector s (k)
The MMSE criterion of Eq. (59 ) subject to is that the optimal iterative weighting coefficient vector c (k) follows.

【0083】すなわち、That is,

【数58】‖s(k)‖=‖Hc(k)‖=1 を仮定して、ベクトルHc(k)と利得ベクトルg
(k−1)の2乗誤差を、重み係数ベクトルc(k)
関して最小化する。
[Mathematical formula-see original document] Assuming ‖s (k) ‖ = ‖Hc (k) ‖ = 1, the vector Hc (k) and the gain vector g
The squared error of (k-1) is minimized with respect to the weighting coefficient vector c (k) .

【0084】[0084]

【数59】 [Equation 59]

【0085】ラグランジュ乗数法を使用すると、反復重
み係数ベクトルc(k)は次式のように解かれ、示され
る。
Using the Lagrange multiplier method, the iterative weighting coefficient vector c (k) is solved and given by:

【0086】[0086]

【数60】 [Equation 60]

【0087】[0087]

【数61】d(k−1)=H(k−1) とすると、数16の自己相関行列Rの定義によって、数
60は次のように表すことができる。
When d (k-1) = H H g (k-1) , the formula 60 can be expressed as follows by the definition of the autocorrelation matrix R of the formula 16.

【0088】[0088]

【数62】 [Equation 62]

【0089】ここで、自己相関行列Rは複数のサンプル
(又は受信信号のスナップショット)に関して評価する
ことができる。数57の利得ベクトルg(k−1)は、
チャンネル応答行列Hの知識なしに重み係数ベクトルc
(k−1)から直接に得ることができないため、数61
のベクトルd(k−1)を評価することが本発明の主要
な課題となる。
Here, the autocorrelation matrix R can be evaluated for a plurality of samples (or received signal snapshots). The gain vector g (k-1) of Equation 57 is
Weight coefficient vector c without knowledge of channel response matrix H
Since it cannot be obtained directly from (k-1) ,
Evaluating the vector d (k-1) of is the main subject of the present invention.

【0090】まず、次のキュムラントについて考察す
る。
First, consider the following cumulants.

【0091】[0091]

【数63】 [Equation 63]

【0092】数63のキュムラントにおいて、そのp個
の第1の変数として加算器6の出力信号z(t)を含
み、そのq個の第2の変数として出力信号の複素共役の
信号z (t)を含み、その1個の第3の変数として受
信信号ベクトルxの複素共役ベクトルx(t)を含ん
でいる。
In the cumulant of equation 63, p pieces thereof
The output signal z (t) of the adder 6 is included as the first variable of
The q second variables of the complex conjugate of the output signal
Signal z *(T) is included and is accepted as the one third variable.
Complex conjugate vector x of signal signal vector x*Contains (t)
I'm out.

【0093】このキュムラントの定義及び本発明に関連
するキュムラントの性質については、従来技術文献2
「J. M. Mendel, "Tutorial on higher-order statisti
cs (spectra) in signal processings and system theo
ry: theoretical results andsome applications", Pro
ceedings of the IEEE, Vol. 79, No. 3, pp.278-305,
1991年3月」に詳述されている。それによれば、ラ
ンダム変数を成分とするベクトルx=(x,x
…,x)と、それと同じ次元のベクトルv=(v
,…,v)とについて、以下の式をキュムラント
生成関数として定義する。
For the definition of this cumulant and the properties of the cumulant relevant to the present invention, refer to Prior Art 2
"JM Mendel," Tutorial on higher-order statisti
cs (spectra) in signal processings and system theo
ry: theoretical results andsome applications ", Pro
ceedings of the IEEE, Vol. 79, No. 3, pp.278-305,
March 1991 ”. According to it, a vector x = (x 1 , x 2 ,
..., x n ) and a vector of the same dimension as v = (v 1 ,
For v 2 , ..., V n ), the following equation is defined as a cumulant generation function.

【0094】[0094]

【数64】K(v)=ln{E[exp(jv
x)]}
K (v) = ln {E [exp (jv
T x)]}

【0095】ここで、jは虚数単位であり、E[・]
は、xの分布に関する平均値であり、また、ln{・}
は自然対数を表す。複数のランダム変数x,x
…,xに係るn次のキュムラントは、上記キュムラン
ト生成関数を変数v,v,…,vについてべき級
数展開したときのn次の項の係数として導出され、次の
ように定義される。
Here, j is an imaginary unit and E [·]
Is the mean value for the distribution of x, and ln {·}
Represents the natural logarithm. A plurality of random variables x 1 , x 2 ,
The n th order cumulant relating to x n is derived as a coefficient of the n th order term when the above cumulant generation function is power series expanded with respect to the variables v 1 , v 2 , ..., v n , and is defined as follows. To be done.

【0096】[0096]

【数65】 [Equation 65]

【0097】ここで、ゼロ平均過程に関するキュムラン
トの例をいくつか示す。
Here are some examples of cumulants relating to the zero averaging process.

【0098】[0098]

【数66】cum(x)=0[Equation 66] cum (x 1 ) = 0

【数67】cum(x;x)=E{x## EQU00006 ## cum (x 1 ; x 2 ) = E {x 1 x 2 }

【数68】 cum(x;x;x)=E{x[Equation 68] cum (x 1 ; x 2 ; x 3 ) = E {x 1 x 2 x 3 }

【数69】cum(x;x;x;x) =E{x} −cum(x;x)cum(x;x) −cum(x;x)cum(x;x) −cum(x;x)cum(x;xCum (x 1 ; x 2 ; x 3 ; x 4 ) = E {x 1 x 2 x 3 x 4 } -cum (x 1 ; x 2 ) cum (x 3 ; x 4 ) -cum ( x 1; x 3) cum ( x 2; x 4) -cum (x 1; x 4) cum (x 2; x 3)

【0099】k回目の反復重み係数ベクトルc(k)
対する適応制御型アレーアンテナの出力は、数19によ
って次式のように表される。
The output of the adaptive control type array antenna for the k-th iterative weighting coefficient vector c (k) is expressed by the following equation by the equation (19).

【0100】[0100]

【数70】 [Equation 70]

【0101】数70及び数15を数63に代入し、かつ
キュムラントの線形性(従来技術文献2)、すなわち、
次式
Substituting the equations (70) and (15) into the equation (63), and the cumulant linearity (prior art 2), that is,
The following formula

【数71】cum(Σ;…)=Σcu
m(x;…) を考慮すると、数63のキュムラントは下記のように表
される。
[Number 71] cum (Σ i b i x i ; ...) = Σ i b i cu
Considering m (x i ; ...), the cumulant of Expression 63 is expressed as follows.

【0102】[0102]

【数72】 [Equation 72]

【0103】数57の定義に対して、For the definition of equation 57,

【数73】β=cum(α(t):p;α
(t):q+1) n=1,…,P+N と定めると、数72は数61のベクトルd(k)に完全
に一致することが分かる。ゆえに、次式が得られる。
Β n = cum (α n (t): p; α
When n * (t): q + 1) n = 1, ..., P + N is established, it is understood that the equation 72 completely matches the vector d (k) of the equation 61. Therefore, the following equation is obtained.

【0104】[0104]

【数74】d(k−1)=cum(z
(k−1)(t):p;z(k−1)*(t):q;x
(t))
D (k−1) = cum (z
(K-1) (t): p; z (k-1) * (t): q; x
* (T))

【0105】結論として、反復重み係数ベクトルc
(k)のための関連付けられた方程式は、次のようにま
とめられる。
In conclusion, iterative weighting coefficient vector c
The associated equations for (k) are summarized as follows.

【0106】[0106]

【数75】 [Equation 75]

【数76】d(k−1)=cum(z
(k−1)(t):p;z(k−1)*(t):q;x
(t))
D (k−1) = cum (z
(K-1) (t): p; z (k-1) * (t): q; x
* (T))

【数77】 z(k−1)(t)=(c(k−1)x(t)Z (k−1) (t) = (c (k−1) ) T x (t)

【0107】上記の重み係数ベクトル反復方程式は、ブ
ラインド適応ビーム形成が実行されるとき、任意の構成
を有するあらゆるセンサアレーアンテナと非ガウス信号
のソース信号とに対して成立することを注意する。実際
の通信信号においては、その確率分布は対称であるとみ
なすことができるので、奇数次のキュムラント(すなわ
ち、p≠q+1であるようなときの、3次、5次又は7
次等のキュムラント)は、ゼロに等しい。従って、本実
施形態において、以下キュムラントベクトルと呼ぶ数7
6のベクトルd(k−1)は、数65を用いて、pを2
以上の整数とし、p個の第1の変数と、q個(q=p−
1)の第2の変数と、1個の第3の変数とを有する2p
次のキュムラントにおいて、第1の変数としてp個の同
一の上記出力信号z(k−1)(t)を含み、第2の変
数として(p−1)個の上記出力信号の複素共役の信号
(k−1)*(t)を含み、第3の変数として上記受
信信号ベクトルxの複素共役ベクトルx(t)を含む
キュムラントを計算することによって得られる。数76
と数75に従って、アレーアンテナの受信信号の高次の
統計量に基づいて、アレーアンテナの主ビームを所望波
の方向に向けかつ干渉波の方向にヌルを向けるように重
み係数を計算することができる。
Note that the above weighting factor vector iteration equation holds for all sensor array antennas with arbitrary configurations and non-Gaussian source signals when blind adaptive beamforming is performed. In an actual communication signal, the probability distribution can be considered to be symmetric, so that an odd-order cumulant (that is, third-order, fifth-order, or seven-order when p ≠ q + 1) is obtained.
The next cumulant) is equal to zero. Therefore, in the present embodiment, the following Equation 7 is called a cumulant vector.
The vector d (k-1) of 6 uses p.
With the above integers, p first variables and q (q = p−
2p having the second variable of 1) and one third variable
In the following cumulant, p identical output signals z (k-1) (t) are included as a first variable, and (p-1) complex conjugate signals of the (p-1) output signals are included as a second variable. It is obtained by calculating a cumulant containing z (k-1) * (t) and containing the complex conjugate vector x * (t) of the received signal vector x as the third variable. Number 76
And calculating the weighting factors to direct the main beam of the array antenna in the direction of the desired wave and the null in the direction of the interference wave based on the higher order statistics of the received signals of the array antenna. it can.

【0108】アレーアンテナに関連した雑音がガウス分
布し、かつp+q≧2であることを仮定するとき、数7
2及び数76を数75に代入すると、次式が得られる。
Assuming that the noise associated with the array antenna is Gaussian and p + q ≧ 2,
By substituting 2 and formula 76 into formula 75, the following formula is obtained.

【0109】[0109]

【数78】 [Equation 78]

【0110】これは、p+q≧2であれば、数73によ
って定義されるガウス雑音のキュムラントはゼロである
という事実を含む。数78からは、ブラインド適応制御
型アレーアンテナの超指数的な反復重み係数ベクトル
は、常に、ウィーナー−ホップの方程式によって特定さ
れる、すべての対応する空間的なソース信号について関
連付けられた各最適な重み係数ベクトルの線形結合であ
ることが分かる。数18及び数19により、最適な適応
制御型アレーアンテナの出力におけるすべての独立した
ソース信号及び雑音成分の、i番目のソース信号に関す
る利得ベクトルを次式のように表す。
This includes the fact that if p + q ≧ 2, the Gaussian noise cumulant defined by Eq. 73 is zero. From Eq. 78, the super-exponential iterative weighting coefficient vector of the blind adaptively controlled array antenna is always each optimal optimum associated with all corresponding spatial source signals specified by the Wiener-Hop equation. It can be seen that it is a linear combination of the weighting factor vectors. Equations (18) and (19) represent the gain vector of the i-th source signal of all independent source signals and noise components at the output of the optimal adaptive control array antenna as follows.

【0111】[0111]

【数79】 [Equation 79]

【0112】かつ、この利得ベクトルξ(θ)のノル
ムの2乗は、すべての独立した信号成分の合計の出力パ
ワーを表すことが分かる。
It can be seen that the square of the norm of the gain vector ξ (θ i ) represents the total output power of all the independent signal components.

【0113】[0113]

【数80】 [Equation 80]

【0114】数56の定義のもとで、数75乃至数77
に基づく反復利得ベクトルs(k)は、次のように表さ
れる。
Based on the definition of Expression 56, Expressions 75 to 77
The iterative gain vector s (k) based on is expressed as:

【0115】[0115]

【数81】 [Equation 81]

【0116】これは、ブラインド適応ビーム形成の出力
利得ベクトルもまた、関連付けられたすべての最適な重
み係数ベクトルに関する利得ベクトルの線形結合である
ことを表している。
This means that the output gain vector of blind adaptive beamforming is also a linear combination of gain vectors for all associated optimal weighting coefficient vectors.

【0117】収束解は、複素重み係数ベクトルの初期値
(0)と、使用される次数p+qと、ソース信号のパ
ワーの分布、ソース信号の間の空間的な相関などを含む
信号環境とに依存する。
The convergent solution is based on the initial value c (0) of the complex weighting coefficient vector, the order p + q to be used, the signal environment including the power distribution of the source signals and the spatial correlation between the source signals. Dependent.

【0118】k≧1に対しては|s (k)|<1,n
=1,…,P+Nであるので、利得の絶対値のべき乗|
(k)p+qは、利得の絶対値|s (k)|よ
りも小さくなる。初期値重み係数ベクトルc(0)が、
│s n (k) │ <1, n for k ≧ 1
= 1, ..., P + N, the exponent of the absolute value of the gain |
s n (k) | p + q is smaller than the absolute value of the gain | s n (k) |. The initial value weighting coefficient vector c (0) is

【数82】 1≦n≦P を成立させるとき、∀p+q,|β|<+∞,n=
1,…,P+Nに対して、次式のように収束することが
明らかである。
[Equation 82] When 1 ≦ n 0 ≦ P holds, ∀p + q, | β n | <+ ∞, n =
It is clear that for 1, ..., P + N, they converge as in the following equation.

【0119】[0119]

【数83】 [Equation 83]

【0120】ここで、Here,

【数84】 [Equation 84] Is

【数85】 の位相角を表す。[Equation 85] Represents the phase angle of.

【0121】しかしながら、数72乃至数77により、
p+q→∞は使用されるキュムラントの次数が無限大で
あることを意味し、これは、無限次数キュムラントの定
義及び存在についての問題を提起する。他方、数83
は、より高次のキュムラントを用いることがブラインド
適応ビーム形成アルゴリズムの性能を改善することを意
味している。実際に、適当な次数p+qについて、望ま
しくないソース信号に対応する利得が所望のソース信号
に対応する利得よりも小さいならば、ブラインド適応ビ
ーム形成アルゴリズムを、ウィーナー−ホップの方程式
等のモデルに関連付けられた最適な適応型ビームフォー
マに近接させることが可能である。このことは、反復重
み係数ベクトルの初期条件が、次数p+qの適正な値の
もとで、
However, according to the equations 72 to 77,
p + q → ∞ means that the order of the cumulants used is infinite, which raises questions about the definition and existence of infinite order cumulants. On the other hand, the number 83
Implies that using higher order cumulants improves the performance of blind adaptive beamforming algorithms. Indeed, for a suitable order p + q, if the gain corresponding to the undesired source signal is less than the gain corresponding to the desired source signal, the blind adaptive beamforming algorithm is associated with a model such as the Wiener-Hop equation. It is possible to place the optimal adaptive beamformer in close proximity. This means that the initial condition of the iterative weighting coefficient vector is a proper value of the order p + q,

【数86】 を成立させるときは、[Equation 86] Is satisfied,

【数87】 n=1,…,P+N,n≠n が得られ、これにより、次式が導かれるという事実に基
づくものである。
[Equation 87] It is based on the fact that n = 1, ..., P + N, n ≠ n 0 is obtained, which leads to

【数88】 [Equation 88]

【0122】ここで、ε’,n=1,…,P+N,n
≠nと、ε”とはそれぞれ、任意の値をとりうる、よ
り小さい誤差の数と複素誤差ベクトルであり、複素誤差
ベクトルε”の絶対値‖ε”‖は、非常に小さな数であ
る。
Here, ε n ', n = 1, ..., P + N, n
≠ n 0 and ε ″ are the numbers of smaller errors and complex error vectors that can take arbitrary values, respectively, and the absolute value of complex error vector ε ″ ‖ε ″ ‖ is a very small number. .

【0123】次に、本アルゴリズムのふるまいを理解す
るために2つの定理を証明する。定理2では、すべての
ソース信号のSNRが無限大に近づくことを仮定し、定
理3では1つのソース信号が他のソース信号と空間的に
無相関であることを仮定している。
Next, two theorems will be proved in order to understand the behavior of this algorithm. Theorem 2 assumes that the SNRs of all source signals approach infinity, and Theorem 3 assumes that one source signal is spatially uncorrelated with another source signal.

【0124】<定理2>アレーアンテナに関連付けられ
た雑音がガウス分布し、かつp+q≧2のとき、次の2
つの式が満たされれば、数75乃至数77によって特定
されるブラインド適応ビーム形成反復アルゴリズムは、
干渉の完全な抑圧を実行する。
<Theorem 2> When the noise associated with the array antenna has a Gaussian distribution and p + q ≧ 2, the following 2
If two equations are satisfied, the blind adaptive beamforming iterative algorithm specified by Eqs.
Performs complete suppression of interference.

【0125】[0125]

【数89】 i=1,…,P[Equation 89] i = 1, ..., P

【数90】 [Equation 90]

【0126】ここで、係数βは数73によって定義さ
れる。
Here, the coefficient β n is defined by the equation 73.

【0127】定理2は、ブラインド適応ビーム形成アル
ゴリズムの最高の性能を示しているが、これは、入力S
NRが高いときの本アルゴリズムの性能を理解する上で
有用である。実際に、高い入力SNRの場合には、ブラ
インドアルゴリズムは、非ブラインドの最適適応型ビー
ムフォーマに、すなわち、送信局と受信端末とで学習シ
ーケンス信号を発生させ、それらの最小平均2乗誤差
(MMSE)等の基準に基づいて適応制御するときの性
能に近づく。
Theorem 2 shows the best performance of the blind adaptive beamforming algorithm, which is the input S
This is useful for understanding the performance of this algorithm when NR is high. In fact, for high input SNRs, the blind algorithm causes the non-blind optimal adaptive beamformer, ie, the transmitting station and the receiving terminal, to generate the learning sequence signals and their minimum mean square error (MMSE). ) Approaches performance when adaptively controlled based on criteria such as

【0128】<定理3>アレーアンテナに関連付けられ
た雑音がガウス分布し、かつp+q≧2のとき、与えら
れたn(1≦n≦P)について、次の2つの式が満
たされれば、数75乃至数77によって特定されるブラ
インド適応ビーム形成反復アルゴリズムは、ウィーナー
−ホップの方程式によって特定される非ブラインドの最
適適応型ビームフォーマに収束する。
<Theorem 3> When the noise associated with the array antenna has a Gaussian distribution and p + q ≧ 2, the following two expressions are satisfied for a given n 0 (1 ≦ n 0 ≦ P). , 75 to 77, the blind adaptive beamforming iterative algorithm converges to the non-blind optimal adaptive beamformer specified by the Wiener-Hop equation.

【0129】[0129]

【数91】 n=1,…,P,n≠n [Formula 91] n = 1, ..., P, n ≠ n 0

【数92】 ≠m,1≦m≦P[Equation 92] n 0 ≠ m 0 , 1 ≦ m 0 ≦ P

【0130】ここで、以下の表記を用いる。The following notation is used here.

【数93】 [Equation 93]

【数94】 [Equation 94]

【数95】 [Formula 95]

【数96】 [Equation 96]

【0131】実際には、定理3の条件下でのブラインド
適応ビーム形成の問題は、1次元の従来のディジタルビ
ーム形成によって解決できるが、これはブラインドであ
り、重畳された信号環境の場合には機能しないことが多
い。定理3の目的は、n番目のソース信号のステアリ
ングベクトルが既知であるときに、ブラインドアルゴリ
ズムは、与えられた条件下で、定理3の証明の数117
が示すような従来のディジタルビーム形成の結果(ウィ
ーナー−ホップ方程式によって特定される非ブラインド
の最適な適応型ビームフォーマ)に収束することを理論
的に示すことにある。このことは、ブラインド適応ビー
ム形成アルゴリズムの重要な性質である。
In practice, the problem of blind adaptive beamforming under the conditions of Theorem 3 can be solved by one-dimensional conventional digital beamforming, which is blind and in the case of a superposed signal environment. Often does not work. The purpose of Theorem 3 is that when the steering vector of the n 0th source signal is known, the blind algorithm is
Is theoretically shown to converge to the result of conventional digital beamforming (a non-blind optimal adaptive beamformer specified by the Wiener-Hop equation). This is an important property of blind adaptive beamforming algorithms.

【0132】<定理2の証明>数60及び数57を数5
6に代入し、かつ数12の定義を考慮すると、適応制御
型アレーアンテナの出力における反復重み係数ベクトル
による信号の反復利得ベクトルs(k)は、次式で表さ
れる。
<Proof of Theorem 2> Equation 60 and Equation 57 are transformed into Equation 5
Substituting 6 and considering the definition of Equation 12, the iterative gain vector s (k) of the signal by the iterative weighting coefficient vector at the output of the adaptive control array antenna is expressed by the following equation.

【0133】[0133]

【数97】 [Numerical Expression 97]

【0134】ここで、Δ(k−1)は次式を意味する。Here, Δ (k-1) means the following equation.

【0135】[0135]

【数98】 [Equation 98]

【0136】ガウス雑音のキュムラントは、p+q≧2
のときゼロに等しいので、数97は、次式のようにな
る。
The cumulant of Gaussian noise is p + q ≧ 2
Since it is equal to zero when, the formula 97 is as follows.

【0137】[0137]

【数99】 [Numerical expression 99]

【0138】数16の定義及びシャーマン−モリソン−
ウッドベリの公式(従来技術文献3「G. H. Golub et a
l., "Matrix Computations", Third Edition, The John
s Hopkins University Press, p.50, 1996」)により、
仮定A3に基づく自己相関行列Rの逆行列は、次のよ
うに表すことができる。
Definition of Eq. 16 and Sherman-Morison-
Woodbury's formula (Prior Art 3 “GH Golub et a
l., "Matrix Computations", Third Edition, The John
s Hopkins University Press, p.50, 1996 ”)
The inverse matrix of the autocorrelation matrix R T based on Assumption A3 can be expressed as:

【0139】[0139]

【数100】 [Equation 100]

【0140】ゆえに、次式が成り立つ。Therefore, the following equation holds.

【0141】[0141]

【数101】 [Equation 101]

【0142】同様に、次式が成り立つ。Similarly, the following equation holds.

【数102】 [Equation 102]

【0143】[0143]

【数103】 i=1,…,P のとき、数101及び数102は次の結果に近づく。[Equation 103] When i = 1, ..., P 1, the equations 101 and 102 approach the next result.

【0144】[0144]

【数104】A(Θ)(R−1(Θ)→I## EQU00004 ## AT (.THETA.) ( RT ) -1A * (. THETA.) → I

【数105】σω(R−1(Θ)→0Σ ω (R T ) −1 A * (Θ) → 0

【0145】数104及び数105を数99に代入する
と、次式が得られる。
By substituting the equations 104 and 105 into the equation 99, the following equation is obtained.

【0146】[0146]

【数106】 [Equation 106]

【0147】ここで、Δ(k−1)は次式を意味する。Here, Δ (k-1) means the following equation.

【0148】[0148]

【数107】 [Equation 107]

【0149】数106は、定理1と同じ状況によるもの
である。定理1の結論は、定理2の結論を証明してい
る。以上で、定理2は証明された。
Expression 106 is based on the same situation as Theorem 1. The conclusion of Theorem 1 proves the conclusion of Theorem 2. This proves Theorem 2.

【0150】<定理3の証明>定理2の証明と同様に、
アレーアンテナに関連付けられた雑音がガウス分布して
いるとき、数99の反復利得ベクトルs(k)をここで
次のように書き直す。
<Proof of Theorem 3> Similar to the proof of Theorem 2,
When the noise associated with the array antenna is Gaussian distributed, the iterative gain vector s (k) of Eq. 99 is now rewritten as:

【0151】[0151]

【数108】 [Equation 108]

【0152】ここで、次の2つの表記を用いている。Here, the following two notations are used.

【0153】[0153]

【数109】 [Equation 109]

【数110】R=A(Θ)A (Θ)+σω R i = A i (Θ) A i H (Θ) + σ ω 2 I

【0154】[0154]

【数111】 n=1,…,P,n≠n という条件から、次式が導かれる。[Equation 111] The following equation is derived from the condition that n = 1, ..., P, n ≠ n 0 .

【0155】[0155]

【数112】 [112]

【0156】数16によれば、自己相関行列Rを次のよ
うに表すことができる。
According to equation 16, the autocorrelation matrix R can be expressed as follows.

【0157】[0157]

【数113】 [Equation 113]

【0158】シャーマン−モリソン−ウッドベリの公式
(従来技術文献3)により、自己相関行列Rの逆行列
は、次式で表すことができる。
According to the Sherman-Morison-Woodbury formula (Prior Art 3), the inverse matrix of the autocorrelation matrix R can be expressed by the following equation.

【0159】[0159]

【数114】 [Equation 114]

【0160】同様に、行列Similarly, the matrix

【数115】 にシャーマン−モリソン−ウッドベリの公式を用い、か
つ数112を用いることによって、次式が得られる。
[Equation 115] By using the Sherman-Morison-Woodbury formula for and the equation 112, the following equation is obtained.

【0161】[0161]

【数116】 [Equation 116]

【0162】ゆえに、次式が成り立つ。Therefore, the following equation holds.

【0163】[0163]

【数117】 [Expression 117]

【0164】数117を数108に代入し、かつ数11
2を用いて、次式が得られる。
Substituting the number 117 into the number 108, and the number 11
Using 2, the following equation is obtained.

【0165】[0165]

【数118】 [Equation 118]

【0166】ここで、次の2つの表記を用いた。Here, the following two notations are used.

【0167】[0167]

【数119】 [Equation 119]

【数120】 [Equation 120]

【0168】数118によれば、次の不等式が成立す
る。
According to equation 118, the following inequality holds.

【0169】[0169]

【数121】 n=1,…,P,n≠n [Equation 121] n = 1, ..., P, n ≠ n 0

【数122】 [Equation 122]

【数123】 l=1,…,N[Equation 123] l = 1, ..., N

【0170】利得sP+l (k),l=1,…,Nは、
利得s (k),n=1,…,Pに依存していることが
分かるが、われわれが関心を持っているのは利得s
(k),n=1,…,Pの反復のふるまいのみである。
次式が成り立つとすると、
The gain s P + 1 (k) , l = 1, ..., N is
Gain s n (k), n = 1, ..., but it can be seen that depend on P, gain What we are interested s n
(K) , n = 1, ..., P is only the behavior of iteration.
If the following equation holds,

【数124】 すなわち、n=1,…,Pについて、[Equation 124] That is, for n = 1, ..., P,

【数125】 であるとすると、次のような関係が得られる。[Equation 125] Then, the following relation is obtained.

【0171】[0171]

【数126】 n=1,…,P,n≠n [Equation 126] n = 1, ..., P, n ≠ n 0

【数127】 [Equation 127]

【数128】 [Equation 128]

【0172】ここで、Here,

【数129】 n=1,…,P,n≠n [Numerical Expression 129] n = 1, ..., P, n ≠ n 0

【数130】 [Equation 130]

【数131】 1≦r≦P とすると、次式が得られる。[Equation 131] When 1 ≦ r 0 ≦ P, the following equation is obtained.

【0173】[0173]

【数132】 n=1,…,P[Equation 132] n = 1, ..., P

【数133】 n=1,…,P,n≠n [Expression 133] n = 1, ..., P, n ≠ n 0

【数134】 [Equation 134]

【0174】以上を繰り返し、次のような反復方程式を
得る。
By repeating the above, the following iterative equation is obtained.

【0175】[0175]

【数135】 [Equation 135]

【数136】 n=1,…,P+N,n≠n [Equation 136] n = 1, ..., P + N, n ≠ n 0

【数137】 [Equation 137]

【0176】ゆえに、次の不等式が成立する。Therefore, the following inequality holds.

【0177】[0177]

【数138】 n=1,…,P,n≠n [Equation 138] n = 1, ..., P, n ≠ n 0

【0178】[0178]

【数139】 のとき、k→∞ならば、次の項は超指数的に(すなわ
ち、べき乗のさらにべき乗の速さで)ゼロに収束する。
[Equation 139] Then, if k → ∞, the next term converges to zero exponentially (that is, at the exponentiation speed of the exponentiation).

【0179】[0179]

【数140】 [Equation 140]

【0180】数117によれば、数140は以下を含意
している。
According to equation 117, equation 140 implies the following.

【0181】[0181]

【数141】 [Expression 141]

【数142】 [Equation 142]

【0182】ゆえに、数118から、次式が成り立つ。Therefore, from the equation 118, the following equation is established.

【0183】[0183]

【数143】 [Numerical Expression 143]

【0184】ベクトルs(k)は、回転を表す最大の複
素位相係数になるまで最適適応型フィルタの利得ベクト
ルに近づく。以上で、定理3は証明された。
The vector s (k) approaches the gain vector of the optimum adaptive filter until it becomes the maximum complex phase coefficient representing rotation. Above, Theorem 3 is proved.

【0185】次に、ブラインド適応ビーム形成の目的関
数を定式化する。目的関数又はコスト関数は、適応型フ
ィルタリングのアルゴリズムを実行する際には必ず必要
である。ブラインド分離及びブラインド等化で最も広範
に使用される目的関数は、アレーアンテナが所望波を取
り出すための逆フィルタとして動作する性能を示す、次
式の逆フィルタ基準である(従来技術文献4「O. Shalv
i et al., "New criteria for blind deconvolution of
nonminimum phase systems (channels)", IEEE Transa
ction on Information Theory, Vol. 36, No. 2, pp.31
2-321, 1990年3月」)。
Next, the objective function of blind adaptive beam forming is formulated. The objective function or the cost function is always necessary when executing the adaptive filtering algorithm. The most widely used objective function in blind separation and blind equalization is the inverse filter criterion of the following equation, which indicates the performance of the array antenna to operate as an inverse filter for extracting a desired wave (Prior Art Document 4 "O. . Shalv
i et al., "New criteria for blind deconvolution of
nonminimum phase systems (channels) ", IEEE Transa
ction on Information Theory, Vol. 36, No. 2, pp.31
2-321, March 1990 ").

【0186】[0186]

【数144】 [Expression 144]

【0187】ここで、次の表記を用いた。The following notation is used here.

【0188】[0188]

【数145】 [Equation 145]

【0189】e(k)は関連付けられたブラインド等化
器の出力を表し、m+n>2である。数144の分子
は、数145で表されるm+n次のキュムラントであ
り、数144の分母は、信号e(k)のパワーである。
雑音のない場合には、目的関数はアレーアンテナに関連
付けられた信号のキュムラントの最大モジュラス(所望
波信号の包絡線)によって制限される(従来技術文献
4)。原則的には、目的関数をブラインド適応ビーム形
成に使用することについては何の困難もない。数17乃
至数19の意味においては、e(k)をアレーアンテナ
の出力信号z(t)で置き換えると、数144は次式の
ように表される。
E (k) represents the output of the associated blind equalizer, m + n> 2. The numerator of Expression 144 is an m + nth order cumulant represented by Expression 145, and the denominator of Expression 144 is the power of the signal e (k).
In the absence of noise, the objective function is limited by the maximum modulus of the cumulant of the signal associated with the array antenna (envelope of the desired wave signal) (4). In principle, there is no difficulty in using the objective function for blind adaptive beamforming. In the meaning of the expressions 17 to 19, when e (k) is replaced with the output signal z (t) of the array antenna, the expression 144 is expressed by the following expression.

【0190】[0190]

【数146】 [Expression 146]

【0191】ここで、次の表記を用いた。Here, the following notation is used.

【0192】[0192]

【数147】 [Expression 147]

【0193】以下、数学的に変形された数146の右辺
の項に基づいて説明する。数14によれば、次式が得ら
れる。
Hereinafter, description will be made based on the mathematically modified term on the right side of Expression 146. According to Equation 14, the following equation is obtained.

【0194】[0194]

【数148】γ (1,1)=cum{α(t),α
(t)}=E{|α(t)|}=1
Γ l (1,1) = cum {α l (t), α
l * (t)} = E {| α l (t) | 2 } = 1

【0195】次式The following equation

【数149】 が適応制御型アレーアンテナの合計出力パワーの2乗平
均根を表すとすると、数146は次のように表すことが
できる。
[Equation 149] Represents the root mean square of the total output power of the adaptive control array antenna, the equation 146 can be expressed as follows.

【0196】[0196]

【数150】 [Equation 150]

【0197】通信及びレーダに使用される複素包絡線信
号波形の大部分(例えば、QPSKで変調された信号)
は対称な確率分布を有するため、それらのすべての奇数
次のモーメント、それらのすべての奇数次のキュムラン
ト及び非対称な定義を有するそれらのすべてのキュムラ
ントはゼロに等しいことが分かる。以下においては、m
=n>1である状況について考察する。従って、数14
6の目的関数の値は、数65を用いて、m個の第1の変
数と、m個の第2の変数とを有する2m次のキュムラン
トにおいて、第1の変数としてm個の同一の上記出力信
号zを含み、第2の変数としてm個の上記出力信号の複
素共役の信号zを含む出力信号zのキュムラントと、
上記出力信号zのパワーとを計算し、上記計算された出
力信号zのパワーに対する上記出力信号zのキュムラン
トの比の値を計算することによって得られる。なお、数
146の目的関数Jが当該アレーアンテナの逆フィルタ
基準となるためには、数76と数146の各キュムラン
トの次数のパラメータを、それぞれ等しく設定すること
が必要である(すなわち、p=q+1=m=n)。
Most of the complex envelope signal waveforms used in communications and radar (eg, QPSK modulated signals)
Since we have a symmetric probability distribution, we find that all their odd moments, all their odd cumulants and all those cumulants with asymmetric definitions are equal to zero. In the following, m
Consider the situation where = n> 1. Therefore, the number 14
The value of the objective function of 6 is, using Equation 65, in a 2mth order cumulant having m first variables and m second variables, m identical above A cumulant of the output signal z containing the output signal z and containing, as a second variable, a complex conjugate signal z * of the m output signals;
By calculating the power of the output signal z and the ratio of the cumulant of the output signal z to the calculated power of the output signal z. In order that the objective function J of Expression 146 serves as the inverse filter reference of the array antenna, it is necessary to set the parameters of the orders of the cumulants of Expression 76 and Expression 146 to be equal (that is, p = q + 1 = m = n).

【0198】この状況に基づくと、数150は、次式の
ように変形される。
Based on this situation, the equation 150 is transformed into the following equation.

【0199】[0199]

【数151】 [Expression 151]

【0200】数151からは、与えられたn,1≦n
≦Pについて、
From equation 151, given n 0,1 ≦ n
For 0 ≤ P,

【数152】 であることの必要十分条件は[Equation 152] The necessary and sufficient conditions for being

【数153】 及びs=0,n=1,…,P+N,n≠nであるこ
とが分かるが、これは、定理2で言及された完全処理の
条件であり、適応型ビームフォーマによってはめったに
満足されることはない。実際には、ブラインド適応型ビ
ームフォーマが
[Expression 153] , And s n = 0, n = 1, ..., P + N, n ≠ n 0 , which is a condition of the complete processing mentioned in Theorem 2 and is rarely satisfied by the adaptive beamformer. There is no such thing. In fact, the blind adaptive beamformer

【数154】 n=1,…,P+N,n≠n,1≦n≦P を成立させるとき、数151は、次式で表すことができ
る。
[Equation 154] When n = 1, ..., P + N, n ≠ n 0 , and 1 ≦ n 0 ≦ P, Expression 151 can be expressed by the following equation.

【0201】[0201]

【数155】 [Equation 155]

【0202】ここで、比Here, the ratio

【数156】 は、mが大きくなるにつれて小さくなる。このことは、
mが大きいほど、すなわち用いられるキュムラントの次
数が高いほど、項γ (m),n=1,…,P+N,n
≠n,1≦n≦Pの、目的関数値J2m(c)に対
する寄与がより減少されることを意味する。項
[Equation 156] Becomes smaller as m becomes larger. This is
The larger m, ie the higher the order of the cumulants used, the terms γ n (m) , n = 1, ..., P + N, n
Of ≠ n 0, 1 ≦ n 0 ≦ P, means that the contribution to be more reduced with respect to the objective function value J 2m (c). Term

【数157】 は、l番目の望ましくないソース信号に対する適応型フ
ィルタの抑圧比を表す。抑圧比が大きいほど、目的関数
に対するl番目の望ましくないソース信号の寄与は小さ
くなる。
[Equation 157] Represents the suppression ratio of the adaptive filter for the l-th unwanted source signal. The larger the suppression ratio, the smaller the contribution of the l-th unwanted source signal to the objective function.

【0203】目的関数の重み係数ベクトルcに関する勾
配は、次式のように導出される。
The gradient regarding the weighting coefficient vector c of the objective function is derived as in the following equation.

【0204】[0204]

【数158】 [Equation 158]

【0205】ここで、sgn(Cm,m{z(t)})はキ
ュムラントCm,m{z(t)}の正又は負の符号を表
す。数155の定留点は、
Here, sgn (C m, m {z (t)}) represents the positive or negative sign of the cumulant C m, m {z (t)}. The fixed point of equation 155 is

【数159】 であるところに位置している。次の定理では、数75乃
至数77によって与えられるアルゴリズムが数155の
定留点に収束することを証明する。
[Equation 159] It is located where The next theorem proves that the algorithm given by Eqs. 75 to 77 converges to the stationary point of Eq.

【0206】<定理4>数75乃至数77によって特定
される超指数的反復アルゴリズムは、目的関数数155
の定留点に収束する。ただし、数76及び数146にお
いて、キュムラントの次数のパラメータは、p=q+1
=m=nである。
<Theorem 4> The hyperexponential iterative algorithm specified by the equations 75 to 77 has the objective function number 155.
Converge to the fixed point of. However, in Eqs. 76 and 146, the cumulant order parameter is p = q + 1
= M = n.

【0207】<定理4の証明>超指数的反復アルゴリズ
ムが収束するとき、数75乃至数77は次のように表す
ことができる。
<Proof of Theorem 4> When the hyper-exponential iterative algorithm converges, Equations 75 to 77 can be expressed as follows.

【0208】[0208]

【数160】 [Equation 160]

【数161】d=cum(z(t):m;z(t):
m−1;x(t))
D = cum (z (t): m; z * (t):
m-1; x * (t))

【数162】z(t)=cx(t)Z (t) = c T x (t)

【0209】数160を数158に代入すると、次式が
得られる。
By substituting the equation 160 into the equation 158, the following equation is obtained.

【0210】[0210]

【数163】 [Expression 163]

【0211】ここで、cRc=1が使用されてい
る。キュムラントの線形性(従来技術文献2)に基づ
き、かつ数161及び数162を用いて、次式が成り立
つ。
Here c T Rc * = 1 is used. Based on the linearity of the cumulant (Prior Art 2) and using the equations 161 and 162, the following equation holds.

【0212】[0212]

【数164】 [Equation 164]

【0213】これは、This is

【数165】sgn(Cm,m{z(t)})=+1 を意味している。ゆえに、次式が成り立つ。165 means sgn (C m, m {z (t)}) = + 1. Therefore, the following equation holds.

【0214】[0214]

【数166】 [Equation 166]

【0215】以上で、定理4は証明された。Thus, Theorem 4 is proved.

【0216】通信、レーダなどにおける解析信号(複素
包絡線)は対称な確率分布を有することが多いため、本
実施形態では、従来技術文献2の定義に基づいて、対称
な成分を有するキュムラントを用いている。p=q+1
=m=n=2,3,4の場合のキュムラント、すなわ
ち、次数(2,2)、(3,3)及び(4,4)を有す
る、数76、数146及び数158に関連付けられた方
程式を次に挙げる。
Since analytic signals (complex envelopes) in communications, radar, etc. often have symmetrical probability distributions, this embodiment uses a cumulant having symmetrical components based on the definition of the prior art document 2. ing. p = q + 1
= M = n = 2,3,4 associated with cumulants, ie numbers 76, 146 and 158 with orders (2,2), (3,3) and (4,4) The equation is given below.

【0217】[0217]

【数167】cum(z(t):2;z(t):2)
=E(|z(t)|)−2(E(|z(t)|))
167 cum (z (t): 2; z * (t): 2)
= E (| z (t) | 4 ) -2 (E (| z (t) | 2 ))
Two

【数168】cum(z(t):2;z(t);x
(t))=E(|z(t)|z(t)x(t))−
2E(|z(t)|)E(z(t)x(t))
Cum (z (t): 2; z * (t); x *
(T)) = E (| z (t) | 2 z (t) x * (t))-
2E (| z (t) | 2 ) E (z (t) x * (t))

【数169】cum(z(t):3;z(t):3)
=E(|z(t)|)−9E(|z(t)|)E
(|z(t)|)+12(E(|z(t)|))
169 cum (z (t): 3; z * (t): 3)
= E (| z (t) | 6 ) -9E (| z (t) | 4 ) E
(| Z (t) | 2 ) +12 (E (| z (t) | 2 )) 3

【数170】cum(z(t):3;z(t):2;
(t))=E(|z(t)|z(t)x
(t))−3E(|z(t)|)E(z(t)x
(t))−6E(|z(t)|)E(|z(t)|
z(t)x(t))+12(E(|z(t)|))
E(z(t)x(t))
Cum (z (t): 3; z * (t): 2;
x * (t)) = E (| z (t) | 4 z (t) x
* (T))-3E (| z (t) | 4 ) E (z (t) x *
(T))-6E (| z (t) | 2 ) E (| z (t) | 2
z (t) x * (t)) + 12 (E (| z (t) | 2 ))
2 E (z (t) x * (t))

【数171】cum(z(t):4;z(t):4)
=E(|z(t)|)−16E(|z(t)|)E
(|z(t)|)−18(E(|z(t)|))
+144E(|z(t)|)(E(|z(t)
))−144(E(|z(t)|))
171 cum (z (t): 4; z * (t): 4)
= E (| z (t) | 8 ) -16E (| z (t) | 6 ) E
(| Z (t) | 2 ) -18 (E (| z (t) | 4 )) 2
+ 144E (| z (t) | 4 ) (E (| z (t)
| 2 )) 2 -144 (E (| z (t) | 2 )) 4

【数172】cum(z(t):4;z(t):3;
(t))=E(|z(t)|z(t)x
(t))−4E(|z(t)|)E(z(t)x
(t))−12E(|z(t)|)E(|z(t)|
z(t)x(t))−18E(|z(t)|)E
(|z(t)|z(t)x(t))+72E(|z
(t)|)E(|z(t)|)E(z(t)x
(t))+72(E(|z(t)|))E(|z
(t)|z(t)x(t))−144(E(|z
(t)|))E(z(t)x(t))
Cum (z (t): 4; z * (t): 3;
x * (t)) = E (| z (t) | 6 z (t) x
* (T))-4E (| z (t) | 6 ) E (z (t) x *
(T))-12E (| z (t) | 2 ) E (| z (t) |
4 z (t) x * (t))-18E (| z (t) | 4 ) E
(| Z (t) | 2 z (t) x * (t)) + 72E (| z
(T) | 4 ) E (| z (t) | 2 ) E (z (t) x
* (T)) + 72 (E (| z (t) | 2 )) 2 E (| z
(T) | 2 z (t) x * (t))-144 (E (| z
(T) | 2 )) 3 E (z (t) x * (t))

【0218】定理4からは、定留点が特定されていない
ことが分かるが、このことは、所定の初期条件が与えら
れかつ満足されれば、超指数的ブラインドアルゴリズム
は目的関数のすべての定留点に収束することを含意して
いる。定理4に従って、完全な超指数的ブラインド適応
ビーム形成アルゴリズムを実現する適応制御処理を、図
2に示されたフローチャートのように定式化する。
From Theorem 4, it can be seen that the fixed point is not specified, which means that if a given initial condition is given and satisfied, the super-exponential blind algorithm will find all constants of the objective function. It implies to converge to the point of absence. According to Theorem 4, the adaptive control process that realizes the perfect super-exponential blind adaptive beamforming algorithm is formulated as in the flowchart shown in FIG.

【0219】図2を参照すると、適応制御処理前の初期
設定として、例えば、収束精度のしきい値定数ρを、ρ
=10−5に設定し、数76及び数146で用いられる
キュムラントの次数を(2,2)と設定して、キュムラ
ントの次数のパラメータをp=m=n=2及びq=1に
設定する。ステップS1において、適応制御型コントロ
ーラ10は、各アンテナ素子1−1乃至1−Nで受信さ
れた受信信号x,…,xを成分とする受信信号ベク
トルx(t)を測定し、数16を用いて、その自己相関
行列Rを計算する。ステップS2で、重み係数ベクトル
の初期値c(0 を乗算器5―1乃至5―Nに出力して
設定する。次いで、ステップS3で、重み係数ベクトル
(0)に基づく出力信号z(0)(t)を測定し(数
77参照)、上記出力信号z(0)(t)に基づく目的
関数値J(z(0)(t))=J(c(0))を数14
6(ただし、m=n=2とする。)を用いて計算する。
ステップS4で、反復のステップ番号kを1に初期化
し、次いで、ステップS5において、出力信号z
(k−1)(t)と受信信号ベクトルx(t)とに基づ
いて、数76を用いてキュムラントベクトルd
(k−1)を計算し、次いで、このキュムラントベクト
ルd(k−1)と自己相関行列Rとに基づいて、数75
を用いて重み係数ベクトルc(k)を計算し、それを乗
算器5−1乃至5−Nに出力して設定する。ステップS
6で、重み係数ベクトルc(k)に基づく出力信号z
k)(t)を測定し(数77参照)、上記出力信号z
(k)(t)に基づく目的関数値J(z(k)(t))
=J(c(k))を数146を用いて計算する。次に、
ステップS7で、目的関数値J(c(k−1))と目的
関数値J(c(k))との差が、しきい値定数ρよりも
小さいか否かを判断する。目的関数値の差がしきい値定
数ρ以上であるときは、ステップS8で、ステップ番号
kを1だけインクリメントして、ステップS5に戻る。
一方、目的関数値の差がしきい値定数ρよりも小さいと
きは、適応制御処理を終了する。
Referring to FIG. 2, as an initial setting before the adaptive control processing, for example, a threshold constant ρ of convergence accuracy is set to ρ
= 10 −5 , the cumulant order used in Eqs. 76 and 146 is set to (2, 2), and the cumulant order parameter is set to p = m = n = 2 and q = 1. . In step S1, the adaptive controller 10 measures the received signal vector x (t) having the received signals x 1 , ..., X N received by the antenna elements 1-1 to 1- N as components, 16 is used to calculate the autocorrelation matrix R. In step S2, the initial value c (0 ) of the weighting coefficient vector is output to the multipliers 5-1 to 5-N and set. Then, at step S3, (see number 77) to measure the weight coefficient vector c (0) to based on the output signal z (0) (t), the output signal z (0) (t) objective based on the function value J ( z (0) (t)) = J (c (0) )
6 (provided that m = n = 2) is used.
In step S4, the step number k of the iteration is initialized to 1, and then in step S5, the output signal z
(K−1) Based on (t) and the received signal vector x (t), the cumulant vector d
(K-1) is calculated, and then based on this cumulant vector d (k-1) and the autocorrelation matrix R,
Is used to calculate the weighting coefficient vector c (k) , which is output to the multipliers 5-1 to 5-N to be set. Step S
6, the output signal z ( based on the weighting coefficient vector c (k)
k) (t) is measured (see equation 77), and the output signal z
(K) the objective function value J based on the (t) (z (k) (t))
= J (c (k) ) is calculated using equation 146. next,
In step S7, it is determined whether the difference between the objective function value J (c (k-1) ) and the objective function value J (c (k) ) is smaller than the threshold constant ρ. When the difference between the objective function values is equal to or larger than the threshold constant ρ, the step number k is incremented by 1 in step S8, and the process returns to step S5.
On the other hand, when the difference between the objective function values is smaller than the threshold constant ρ, the adaptive control process ends.

【0220】[0220]

【実施例】本発明者らは、提案されたブラインド適応ビ
ーム形成アルゴリズムの効力を確認するために、コンピ
ュータによるシミュレーションを行った。シミュレーシ
ョンには、半波長の間隔を有する6素子より成る一様な
リニアアレーアンテナを使用する。当該リニアアレーア
ンテナは較正されていないが、これは、各アンテナ素子
の複素利得が、それらの公称値、例えば、1から摂動し
ていることを含意している。複素利得の摂動は実際に存
在し、一般には、周囲の温度、湿度などのような要素に
起因する、非常にゆっくりとした不規則な変動であると
考えられている。ここでは、摂動のある利得は未知であ
るが、シミュレーションに関連する期間の間は一定に保
たれているものと仮定している。振幅及び位相の公称値
はそれぞれ、1(0dB)及び0ラジアンである。われ
われは、摂動のある利得を、一様分布に従う乱数サンプ
ルであるとし、振幅の標準偏差が0.1で、かつ位相の
標準偏差が0.1ラジアンとする。このように設定され
た摂動のある利得ベクトルは、シミュレーションでは次
の表の値が使われて、アレーアンテナのステアリングベ
クトルの成分にそれぞれ乗算された。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present inventors performed a computer simulation to confirm the effectiveness of the proposed blind adaptive beamforming algorithm. The simulation uses a uniform linear array antenna consisting of 6 elements with half wavelength spacing. The linear array antenna is not calibrated, which implies that the complex gain of each antenna element is perturbed from their nominal value, eg, 1. Complex gain perturbations actually exist and are generally considered to be very slow, irregular fluctuations due to factors such as ambient temperature, humidity, and so on. Here, it is assumed that the perturbed gain is unknown, but remains constant during the period relevant to the simulation. Nominal values for amplitude and phase are 1 (0 dB) and 0 radians, respectively. We assume that the perturbed gain is a random sample that follows a uniform distribution, with a standard deviation in amplitude of 0.1 and a standard deviation in phase of 0.1 radian. The perturbed gain vector thus set was multiplied by the components of the steering vector of the array antenna by using the values in the following table in the simulation.

【0221】[0221]

【表1】 ―――――――――――――――――――――――――――――――――――― 1.0236−0.1233j 0.8636−0.0075j 1.1470+0.1185j 1.0491−0.0626j 0.8854−0.1041j 1.1536+0.1937j ――――――――――――――――――――――――――――――――――――[Table 1] ―――――――――――――――――――――――――――――――――――― 1.0236-0.1233j 0.8636-0.0075j 1.1470 + 0.1185j 1.0491-0.0626j 0.8854-0.1041j 1.1536 + 0.1937j ――――――――――――――――――――――――――――――――――――

【0222】アレーアンテナに対して遠方界から送信す
る3つのソース信号が存在する場合について考察する。
ソース信号はすべて、QPSK変調されているとする。
最強のパワーを有するソース信号を所望のソース信号と
仮定し、アレーアンテナのブロードサイドから12.3
゜に位置する。便宜上、所望のソース信号のパワーは常
に、ブロードサイドから16.5゜に位置した第2のソ
ース信号のパワーよりも0.5dB高く、かつブロード
サイドから−1.7゜に位置した第3のソース信号のパ
ワーよりも2dB高いと仮定する。
Consider the case where there are three source signals transmitted from the far field to the array antenna.
It is assumed that all source signals are QPSK modulated.
Assuming that the source signal having the strongest power is the desired source signal, 12.3 from the broad side of the array antenna.
Located at °. For convenience, the power of the desired source signal is always 0.5 dB higher than the power of the second source signal located 16.5 ° from the broadside, and the power of the third source located −1.7 ° from the broadside. Assume 2 dB above the power of the source signal.

【0223】前述したように、重み係数ベクトルの初期
値は収束結果にとって重要である。ここでは、次のよう
な2つの異なる重み係数ベクトルの初期値を使用する。
As described above, the initial value of the weighting coefficient vector is important for the convergence result. Here, the following initial values of two different weighting coefficient vectors are used.

【0224】[0224]

【数173】 [Numerical Expression 173]

【数174】c(0)=[1,0,0,0,0,0] C (0) = [1,0,0,0,0,0] T

【0225】ゆえに、数173の第1の初期値条件のも
とでは、重み係数ベクトルの初期値は所望の信号源に向
かってビームを形成し、数174の第2の初期値条件の
もとでは、アレーアンテナ応答は無指向性である。重み
係数ベクトルの初期値として第1の初期値条件を用いた
ブラインドビームフォーマの方により良い性能が予測さ
れるが、所望されるソース信号の空間的なシグニチャー
波形信号についての先験的な情報がないので、実際には
一般に第2の初期値条件が使用されている。
Therefore, under the first initial value condition of Expression 173, the initial value of the weighting coefficient vector forms a beam toward the desired signal source, and under the second initial value condition of Expression 174, Then, the array antenna response is omnidirectional. Although a blind beamformer using the first initial value condition as the initial value of the weighting coefficient vector is expected to have better performance, there is a priori information about the spatial signature waveform signal of the desired source signal. In practice, the second initial value condition is generally used because it does not exist.

【0226】重み係数ベクトルの第1及び第2の初期値
条件における、入力SNRに対する所望波信号の出力S
INRを表すグラフを、それぞれ図3及び図4にプロッ
トしている。ここで、使用したサンプル数は5000で
あり、収束精度の定数ρ=1×10−5である。これら
の図面で、「BB」は、本願明細書で提案するブライン
ド適応ビーム形成アルゴリズムを表している。これらの
図面からは、入力SNRがそれほど低くないときは(入
力SNR>−5dB)、より高い次数が用いられると、
ブラインド適応ビーム形成アルゴリズムはMMSEによ
る最適解の場合により近くなることが明らかである。ま
た、第1の初期値条件に基づく結果の方が第2の初期値
条件に基づく結果よりもわずかに良いことも分かる。こ
れに対して、入力SNRが高いときは、次数(2,
2)、(3,3)及び(4,4)のキュムラント(すな
わち、p=q+1=m=nの場合のキュムラント)によ
る第1及び第2の初期値条件両方の場合のブラインド適
応ビーム形成アルゴリズムの結果はすべて、MMSEの
場合にほとんど差のない状態に近づく。
The output S of the desired wave signal with respect to the input SNR under the first and second initial value condition of the weighting coefficient vector
Graphs representing the INR are plotted in FIGS. 3 and 4, respectively. Here, the number of samples used is 5000, and the convergence accuracy constant ρ = 1 × 10 −5 . In these figures, "BB" stands for the blind adaptive beamforming algorithm proposed herein. From these figures, when the input SNR is not too low (input SNR> -5 dB), the higher order is used,
It is clear that the blind adaptive beamforming algorithm is closer to the optimal solution with MMSE. It can also be seen that the result based on the first initial value condition is slightly better than the result based on the second initial value condition. On the other hand, when the input SNR is high, the order (2,
2), blind adaptive beamforming algorithm for both first and second initial value conditions with cumulants of (3,3) and (4,4) (ie, cumulants for p = q + 1 = m = n) All of the results approach to the state where there is almost no difference in the case of MMSE.

【0227】図5及び図6は、適応制御処理の反復回数
に対する所望波信号の出力SINRで表されるブライン
ドアルゴリズムの収束性能のグラフを、第1及び第2の
初期値条件のそれぞれについて表し、ここでは、入力S
NRを10dBと仮定し、5000サンプルを使用した
場合の結果を示している。これらの図面からは、2つの
重み係数ベクトルの初期値の両方が同様の収束レートを
与えることが分かる。
FIGS. 5 and 6 are graphs showing the convergence performance of the blind algorithm represented by the output SINR of the desired wave signal with respect to the number of iterations of the adaptive control processing, for each of the first and second initial value conditions, Here, input S
The results are shown when NR is assumed to be 10 dB and 5000 samples are used. From these figures it can be seen that both initial values of the two weighting coefficient vectors give similar convergence rates.

【0228】サンプル数がブラインドアルゴリズムの性
能に与える効果について考察するため、図7乃至図9
に、使用されたシンボルレートのサンプル数に対する所
望波信号の出力SINRを表すグラフをプロットしてい
る。ここで、入力SNRは10dBと仮定している。よ
り多数のサンプルでは、第1及び第2の初期値条件の両
方に基づくブラインドアルゴリズムが最適な結果に接近
して収束することが分かる。しかしながら、第2のソー
ス信号のパワーは所望されるソース信号に近いので、図
9の1000個のサンプルの場合に見られるように、第
2の初期値条件のもとでは、本アルゴリズムが第2のソ
ース信号に対する最適な重み係数ベクトルの近くに収束
する可能性がある。信号を区別するために他の情報を利
用できる場合を除けば、すべてのブラインドアルゴリズ
ムは到来する信号の順序(order)に対してはブライン
ドであることから、このことは当然である。
To examine the effect of the number of samples on the performance of the blind algorithm, FIGS.
In the graph, the graph showing the output SINR of the desired wave signal with respect to the number of samples of the symbol rate used is plotted. Here, it is assumed that the input SNR is 10 dB. It can be seen that for a larger number of samples, the blind algorithm based on both the first and second initial value conditions converges closer to the optimal result. However, since the power of the second source signal is close to the desired source signal, under the second initial value condition, the present algorithm will be the second one, as can be seen in the case of 1000 samples in FIG. May converge close to the optimal weighting coefficient vector for the source signal of. This is natural because all blind algorithms are blind to the order of the incoming signal, unless other information is available to distinguish the signals.

【0229】最後に、図10及び図11には、重み係数
ベクトルの第1及び第2の初期値条件に基づき、利得パ
ターンの振幅で表されたビームパターンを示している。
ここで、10dBの入力SNRを有する5000個のサ
ンプルを使用している。両方の重み係数ベクトルの初期
値のもとで、収束ビームパターンは最適MMSEビーム
フォーマの場合に非常に近いことが分かる。
Finally, FIGS. 10 and 11 show a beam pattern represented by the amplitude of the gain pattern based on the first and second initial value conditions of the weighting coefficient vector.
Here we are using 5000 samples with an input SNR of 10 dB. It can be seen that under the initial values of both weighting factor vectors, the convergent beam pattern is very close to that of the optimal MMSE beamformer.

【0230】図3乃至図11は、ブラインド適応ビーム
形成においては、第2の初期値条件及び次数(2,2)
のキュムラントを用いることが効果的であるということ
を明らかに示している。
FIGS. 3 to 11 show the second initial value condition and the order (2, 2) in blind adaptive beamforming.
It clearly shows that the use of these cumulants is effective.

【0231】図1において、アレーアンテナ100は、
本願明細書に開示された実施形態では、複数N個のアン
テナ素子1−1乃至1−Nを一直線上に並置してリニア
アレーアンテナとして構成されるが、それ以外の配置
(1次元的、2次元的又は3次元的に所定の配置形状)
を用いることを制限するものではない。また、本実施形
態において、送信される信号はQPSK変調されている
と仮定したが、本発明に係る適応制御処理は、QPSK
変調に限らず、ゼロでないキュムラントを有する任意の
変調方法に対して実行することが可能である。
In FIG. 1, the array antenna 100 is
In the embodiment disclosed in the specification of the present application, a plurality of N antenna elements 1-1 to 1-N are arranged side by side on a straight line to form a linear array antenna, but other arrangements (one-dimensional, 2 Dimensionally or three-dimensionally arranged shape)
Does not limit the use of. Further, in the present embodiment, it is assumed that the signal to be transmitted is QPSK modulated, but the adaptive control process according to the present invention uses QPSK.
Not limited to modulation, it can be performed for any modulation method that has a non-zero cumulant.

【0232】以下、本実施形態に係るアレーアンテナの
制御方法の利点を、いくつかの従来技術に係るブライン
ド制御方法と比較することによって示す。まず、ブライ
ンド適応フィルタリングは、等化器の設計において、所
望波信号の学習シーケンスを用いる代わりにディジタル
通信信号の包絡線が一定である特性が用いられる公知の
コンスタントモジュラスアルゴリズム(CMA)をアレ
ーアンテナに拡張することによって実現されている(従
来技術文献5「J. J. Shynk et al., "The constant mo
dulus array for cochannel signal copy and directio
n finding", IEEE Transaction on Signal Processing,
Vol. 44, No. 3, pp.652-660, 1996年3月」)。
解析結果は、例えば、複数のソース信号が高いSNRを
有し、かつ到来角が近接していないような場合には、C
MAに基づくブラインド適応ビーム形成アルゴリズムの
定常状態及び収束性能は、学習シーケンス信号に関連し
た非ブラインドのシナリオから取得されるそれに非常に
近いことを示している。しかしながら、CMAに基づく
ブラインドビームフォーマは、通常、そのような条件が
満足されていない場合には性能の低下をもたらすので、
より緩和された条件で動作可能な本実施形態に係るアレ
ーアンテナの制御方法の方が優れている。
The advantages of the array antenna control method according to the present embodiment will be shown below by comparison with some conventional blind control methods. First, in blind adaptive filtering, a known constant modulus algorithm (CMA) is used for an array antenna, in which the characteristic that the envelope of a digital communication signal is constant is used instead of using a learning sequence of a desired wave signal in designing an equalizer. This is realized by expansion (Prior Art Document 5 “JJ Shynk et al.,“ The constant mo
dulus array for cochannel signal copy and directio
n finding ", IEEE Transaction on Signal Processing,
Vol. 44, No. 3, pp. 652-660, March 1996 ").
The analysis result shows that, for example, when a plurality of source signals have high SNRs and the angles of arrival are not close to each other, C
The steady state and convergence performance of the MA-based blind adaptive beamforming algorithm is shown to be very close to that obtained from the non-blind scenario associated with the learning sequence signal. However, CMA-based blind beamformers typically result in poor performance if such conditions are not met, and
The array antenna control method according to the present embodiment, which can operate under more relaxed conditions, is superior.

【0233】一方、それに代わって、1979年に提案
されたMUSICアルゴリズム(従来技術文献6「R.
O. Schmidt, "Multiple emitter location and signal
parameter estimation", Proceedings of RADC Spectru
m Estimation Workshop, pp.243-258, ニューヨーク州
グリフィス空軍基地 1979年。IEEE Transaction o
n Antennas Propagation, Vol. AP-34, pp.276-280, 1
986年3月においてリプリント」)によれば、所望さ
れるソース信号のステアリングベクトルは、各信号源か
ら同時に到来する複数の空間的なソース信号の推定され
た到来方向(DOA)を用いて取得することができる。
しかしながら、このアルゴリズムは、アレー信号の設計
上の誤差(modeling error)に敏感である。制御アルゴ
リズムに関連付けられたアレーアンテナが十分に較正さ
れていないとき、DOAの推定は、空間的及び時間的な
チャンネル応答の知識がなければ大きな誤差をもたら
す。すなわち、所望波信号のステアリングベクトルが大
きな誤差を含んで推定されること。ゆえに、この点で
も、アレーアンテナのチャンネル応答の知識や、アレー
アンテナの厳密な較正を必要としない本実施形態に係る
アレーアンテナの制御方法が優れている。
On the other hand, instead of that, the MUSIC algorithm proposed in 1979 (Prior Art Document 6 "R.
O. Schmidt, "Multiple emitter location and signal
parameter estimation ", Proceedings of RADC Spectru
m Estimation Workshop, pp.243-258, Griffith Air Force Base, NY 1979. IEEE Transaction o
n Antennas Propagation, Vol. AP-34, pp.276-280, 1
According to Reprint, March 986 "), the steering vector of the desired source signal is obtained using the estimated directions of arrival (DOA) of multiple spatial source signals coming from each source simultaneously. be able to.
However, this algorithm is sensitive to modeling errors in the array signal. When the array antennas associated with the control algorithm are not well calibrated, DOA estimation introduces large errors without knowledge of the spatial and temporal channel response. That is, the steering vector of the desired wave signal should be estimated with a large error. Therefore, also in this respect, the method of controlling the array antenna according to the present embodiment, which does not require knowledge of the channel response of the array antenna or strict calibration of the array antenna, is excellent.

【0234】通信信号の高次の統計量、すなわちキュム
ラント(従来技術文献2)を用いるか、又は通信信号の
循環定常特性を用いてブラインド適応ビーム形成を実現
する方法は、アレーアンテナのチャンネル応答の知識な
しに所望される信号源の空間的なシグニチャー波形信号
を推定する新たな方法である。しかしながら、かつて提
案された方法は、いくつかのアプリケーションに限定さ
れたものである。例えば、尖度(4次のキュムラント)
最大化アルゴリズム(従来技術文献7「Z. Ding et a
l., "Stationary points of a Kurtosis maximization
algorithm for blind signal separation and antenna
beamforming", IEEE Transaction on Signal Processin
g, Vol. 48, No. 6, pp.1587-1596, 2000年6
月」)は、雑音のない場合のみに大域的に収束する。4
次のキュムラントに基づくブラインド適応ビーム形成
(従来技術文献8「M. C. Dogan et al., "Cumulant-ba
sed blindoptimum beamforming", IEEE Transaction on
Aerospace Electronics System,Vol. 30, No. 3, pp.7
22-741, 1994年7月」)は、干渉波信号がガウス分
布されていること、あるいは着信信号がコヒーレントで
ある(又は同じ4次キュムラントを有する独立した信号
である)ことを仮定している。周期的な相関関数に基づ
くブラインド適応ビーム形成(従来技術文献9「Q. Wu
et al., "Blind adaptive beamforming for cyclostati
onary signals", IEEE Transaction on Signal Process
ing, Vol. 44, No. 11, pp.2757-2767, 1996年11
月」)は、関連した複数の信号に係るサイクル周波数の
先験的な情報を必要とする。
A method of realizing blind adaptive beamforming by using a higher order statistic of a communication signal, that is, a cumulant (Prior Art 2) or using a cyclic stationary characteristic of a communication signal is described as follows. It is a new method of estimating the spatial signature waveform signal of the desired signal source without knowledge. However, the method once proposed is limited to some applications. For example, kurtosis (4th cumulant)
Maximization algorithm (Prior Art Document 7 “Z. Ding et a
l., "Stationary points of a Kurtosis maximization
algorithm for blind signal separation and antenna
beamforming ", IEEE Transaction on Signal Processin
g, Vol. 48, No. 6, pp.1587-1596, 2000 6
The moon ") converges globally only in the absence of noise. Four
Blind adaptive beamforming based on the following cumulants (Prior Art Document 8 “MC Dogan et al.,“ Cumulant-ba
sed blindoptimum beamforming ", IEEE Transaction on
Aerospace Electronics System, Vol. 30, No. 3, pp.7
22-741, July 1994 ") assumes that the interfering signal is Gaussian distributed or that the incoming signal is coherent (or is an independent signal with the same fourth order cumulant). . Blind Adaptive Beamforming Based on Periodic Correlation Function (Prior Art Document 9 “Q. Wu
et al., "Blind adaptive beamforming for cyclostati
onary signals ", IEEE Transaction on Signal Process
ing, Vol. 44, No. 11, pp. 2757-2767, 1996 11
Moon ”) requires a priori information of the cycle frequency of the associated signals.

【0235】以上説明したように、本発明に係る実施形
態のアレーアンテナの制御方法によれば、雑音がある場
合でも大域的な収束を達成し、また、干渉波信号がガウ
ス分布されていること、着信信号がコヒーレントである
(又は同じ4次キュムラントを有する独立した信号であ
る)という仮定、及び複数の信号のサイクルの周波数の
先験的な情報を必要とせずに、アレーアンテナの主ビー
ムを所望波の方向に向けかつ干渉波の方向にヌルを向け
るようにアレーアンテナを適応制御することができるの
で、従来技術に係る制御方法よりも優れている。
As described above, according to the array antenna control method of the embodiment of the present invention, global convergence is achieved even in the presence of noise, and the interference wave signal is Gaussian distributed. , The assumption that the incoming signal is coherent (or independent signals with the same fourth-order cumulant), and without the need for a priori knowledge of the frequency of multiple signal cycles, Since the array antenna can be adaptively controlled so as to direct the null toward the desired wave and toward the interference wave, it is superior to the control method according to the related art.

【0236】本実施形態では、超指数的ブラインド分離
理論から拡張された超指数的ブラインド適応ビーム形成
アルゴリズムを定式化して提示した。またわれわれは、
提案されたブラインドアルゴリズムが最適な適応型ビー
ムフォーマの場合に近づくための条件を証明し、逆フィ
ルタ基準と提案されたアルゴリズムとの間の関係を導出
した。シミュレーション結果は、提案されたアルゴリズ
ムが重み係数ベクトルの初期値に敏感ではなく、初期値
のために無指向性のアレーアンテナパターンを用いるこ
とは、所望波信号に一致した重み係数ベクトルの初期値
を使用する場合に比べて、性能はさほど低下しないこと
を示している。定常状態の最適性能に接近するためには
次数(2,2)のキュムラントを用いることで十分であ
るが、より高次のキュムラントを使用すれば、より多く
の計算を行って収束性能を改善することができる。
In this embodiment, the super-exponential blind adaptive beamforming algorithm extended from the super-exponential blind separation theory is formulated and presented. Also we
We proved the conditions for the proposed blind algorithm to approach the case of the optimal adaptive beamformer, and derived the relation between the inverse filter criterion and the proposed algorithm. The simulation results show that the proposed algorithm is not sensitive to the initial value of the weighting coefficient vector, and that using an omnidirectional array antenna pattern for the initial value makes the initial value of the weighting coefficient vector consistent with the desired wave signal It shows that the performance does not deteriorate so much as compared with the case where it is used. It is sufficient to use a cumulant of order (2,2) to approach the optimal steady-state performance, but higher order cumulants can be used to perform more computations and improve convergence performance. be able to.

【0237】本願明細書では、超指数的なブラインド適
応ビーム形成アルゴリズムの定式化が提示された。上記
アルゴリズムは、シャルビ(Shalvi)及びワインスタイ
ン(Weinstein)によって提示されたキュムラントに基
づく超指数的なブラインド分離(デコンボリューショ
ン)理論(従来技術文献1)の拡張である。この定式化
により、われわれは2つの異なる条件のセットを示し、
上記条件のセットの元で、ブラインド適応ビーム形成ア
ルゴリズムはそれぞれ、望ましくないソース信号の完全
な抑圧を実行し、かつウィーナー−ホップの方程式に関
連付けられた最適な重み係数ベクトルに収束することを
証明した。シミュレーション結果は、このアルゴリズム
の有効性を示している。
A formulation of a super-exponential blind adaptive beamforming algorithm has been presented herein. The above algorithm is an extension of the cumulant-based super-exponential blind deconvolution theory (Prior Art 1) presented by Shalvi and Weinstein. With this formulation, we show two different sets of conditions,
Under the above set of conditions, each blind adaptive beamforming algorithm proved to perform complete suppression of the undesired source signal and converge to the optimal weighting coefficient vector associated with the Wiener-Hop equation. . Simulation results show the effectiveness of this algorithm.

【0238】[0238]

【発明の効果】以上詳述したように、本発明に係るアレ
ーアンテナの制御方法によれば、複数N個のアンテナ素
子からなるアレーアンテナにおいて、上記各アンテナ素
子によってそれぞれ受信された各受信信号に対し、所定
の重み係数をそれぞれ乗算して加算した結果の出力信号
zを出力し、2m個の変数を有する2m次のキュムラン
トにおいて、その変数として上記出力信号zと上記出力
信号の複素共役の信号z と、上記各受信信号を成分と
する受信信号ベクトルxの複素共役ベクトルxを含む
キュムラントベクトルdを計算し、上記受信信号ベクト
ルxの自己相関行列Rと上記キュムラントベクトルdと
に基づいて、数75を用いて、上記各重み係数を成分と
する重み係数ベクトルcを計算して設定することを繰り
返すことによって、上記アレーアンテナの主ビームを所
望波の方向に向けかつ干渉波の方向にヌルを向けるよう
に適応制御する。
As described above in detail, the array according to the present invention is
-According to the antenna control method, a plurality of N antenna elements
In an array antenna consisting of children, each of the above antenna elements
Predetermined for each received signal received by each child
Output signal of the result of multiplying and adding the weighting factors of
Outputs z and has a 2m-th order cumulan with 2m variables
The output signal z and the output as variables.
Signal z of the complex conjugate of the signal *And each received signal as a component
Complex conjugate vector x of received signal vector x*including
Calculate the cumulant vector d and calculate the received signal vector
The autocorrelation matrix R of Le x and the cumulant vector d
Based on
To calculate and set the weighting coefficient vector c
By returning it, the main beam of the above array antenna is located.
Point the null towards the wanted wave and towards the interfering wave
Adaptive control.

【0239】従って、上記アレーアンテナの制御方法に
よれば、参照信号を必要とせずに、簡単な回路構成を用
いて、アレーアンテナの主ビームを所望波の方向に向け
かつ干渉波の方向にヌルを向けるように、アレーアンテ
ナを適応制御することができる。また、適応制御処理
は、超指数的に(べき乗のべき乗の速さで)高速で収束
して最適な重み係数を導出することができる。この最適
な重み係数は、所定の条件下で、ウィーナー−ホップの
方程式で特定される解に収束する。
Therefore, according to the above array antenna control method, the main beam of the array antenna is directed in the direction of the desired wave and null in the direction of the interference wave by using a simple circuit configuration without requiring the reference signal. The array antenna can be adaptively controlled so as to point to. In addition, the adaptive control process can converge at a high speed exponentially (at the speed of exponentiation) to derive an optimum weighting coefficient. This optimal weighting factor converges to the solution specified by the Wiener-Hop equation under given conditions.

【0240】また、上記アレーアンテナの制御方法にお
いて、好ましくは、上記出力信号zが出力される毎に、
2m個の変数を有する2m次のキュムラントにおいて、
その変数として上記出力信号zと上記出力信号の複素共
役の信号zとを含む出力信号zのキュムラントを計算
し、上記出力信号zのパワーを計算し、上記計算された
出力信号zのパワーに対する上記出力信号zのキュムラ
ントの比の値を目的関数の値として計算し、上記計算さ
れた目的関数の値と、前回に出力された出力信号zに基
づいて計算された目的関数の値との差が所定のしきい値
よりも小さいときに適応制御処理を停止する。従って、
当該ブラインド適応ビーム形成に関連した逆フィルタ基
準を当該適応制御処理の目的関数として用いるとき、上
述の最適な重み係数は、この目的関数を最大化させるよ
うに、アレーアンテナの主ビームを所望波の方向に向け
かつ干渉波の方向にヌルを向けることができる。
In the above array antenna control method, preferably, each time the output signal z is output,
In a cumulant of order 2m with 2m variables,
The cumulant of the output signal z including the output signal z and the complex conjugate signal z * of the output signal as its variable is calculated, the power of the output signal z is calculated, and the power of the calculated output signal z is calculated. The value of the cumulant ratio of the output signal z is calculated as the value of the objective function, and the difference between the value of the calculated objective function and the value of the objective function calculated based on the output signal z output last time. When is smaller than a predetermined threshold value, the adaptive control process is stopped. Therefore,
When the inverse filter criterion associated with the blind adaptive beamforming is used as the objective function of the adaptive control process, the optimal weighting factor described above causes the main beam of the array antenna to produce the desired wave of the desired wave so as to maximize the objective function. A null can be directed in the direction and in the direction of the interference wave.

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

【図1】 本発明の実施形態に係るアレーアンテナ装置
の構成を示すブロック図である。
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of an array antenna device according to an embodiment of the present invention.

【図2】 図1の適応制御型コントローラ10によって
実行される適応制御処理を示すフローチャートである。
FIG. 2 is a flowchart showing an adaptive control process executed by the adaptive control type controller 10 of FIG.

【図3】 図1のアレーアンテナ装置のシミュレーショ
ン結果であって、重み係数ベクトルの第1の初期値条件
における、入力SNRに対する所望波信号の出力SIN
Rを示すグラフである。
3 is a simulation result of the array antenna apparatus of FIG. 1, showing the output SIN of the desired wave signal with respect to the input SNR under the condition of the first initial value of the weighting coefficient vector.
It is a graph which shows R.

【図4】 図1のアレーアンテナ装置のシミュレーショ
ン結果であって、重み係数ベクトルの第2の初期値条件
における、入力SNRに対する所望波信号の出力SIN
Rを示すグラフである。
FIG. 4 is a simulation result of the array antenna apparatus of FIG. 1, showing the output SIN of the desired wave signal with respect to the input SNR under the second initial value condition of the weighting coefficient vector.
It is a graph which shows R.

【図5】 図1のアレーアンテナ装置のシミュレーショ
ン結果であって、重み係数ベクトルの第1の初期値条件
における、適応制御処理の反復回数に対する所望波信号
の出力SINRで表される収束性能を示すグラフであ
る。
5 is a simulation result of the array antenna apparatus of FIG. 1, showing convergence performance represented by output SINR of a desired wave signal with respect to the number of iterations of adaptive control processing under the first initial value condition of the weighting coefficient vector. It is a graph.

【図6】 図1のアレーアンテナ装置のシミュレーショ
ン結果であって、重み係数ベクトルの第2の初期値条件
における、適応制御処理の反復回数に対する所望波信号
の出力SINRで表される収束性能を示すグラフであ
る。
6 is a simulation result of the array antenna apparatus of FIG. 1, showing a convergence performance represented by an output SINR of a desired wave signal with respect to the number of iterations of the adaptive control process under the second initial value condition of the weighting coefficient vector. It is a graph.

【図7】 図1のアレーアンテナ装置のシミュレーショ
ン結果であって、重み係数ベクトルの第1の初期値条件
における、使用されたシンボルレートのサンプル数に対
する所望波信号の出力SINRを示すグラフである。
FIG. 7 is a graph showing a simulation result of the array antenna apparatus of FIG. 1, showing the output SINR of the desired wave signal with respect to the number of samples of the used symbol rate under the first initial value condition of the weighting coefficient vector.

【図8】 図1のアレーアンテナ装置のシミュレーショ
ン結果であって、(2,2)次及び(3,3)次のブラ
インドビーム形成アルゴリズムと、重み係数ベクトルの
第2の初期値条件における、使用されたシンボルレート
のサンプル数に対する所望波信号の出力SINRを示す
グラフである。
8 is a simulation result of the array antenna apparatus of FIG. 1, showing the use of (2,2) th order and (3,3) th order blind beam forming algorithms and the second initial value condition of the weighting coefficient vector. 7 is a graph showing an output SINR of a desired wave signal with respect to the number of samples of a selected symbol rate.

【図9】 図1のアレーアンテナ装置のシミュレーショ
ン結果であって、(4,4)次のブラインドビーム形成
アルゴリズムと、重み係数ベクトルの第2の初期値条件
における、使用されたシンボルレートのサンプル数に対
する所望波信号の出力SINRを示すグラフである。
FIG. 9 is a simulation result of the array antenna apparatus of FIG. 1, showing the number of samples of the symbol rate used in the (4, 4) th order blind beam forming algorithm and the second initial value condition of the weighting coefficient vector. 5 is a graph showing an output SINR of a desired wave signal with respect to.

【図10】 図1のアレーアンテナ装置のシミュレーシ
ョン結果であって、重み係数ベクトルの第1の初期値条
件における、利得パターンの振幅で表された、収束した
指向性パターンを示すグラフである。
FIG. 10 is a graph showing simulation results of the array antenna apparatus of FIG. 1, showing a converged directivity pattern represented by the amplitude of a gain pattern under the first initial value condition of the weighting coefficient vector.

【図11】 図1のアレーアンテナ装置のシミュレーシ
ョン結果であって、重み係数ベクトルの第2の初期値条
件における、利得パターンの振幅で表された、収束した
指向性パターンを示すグラフである。
FIG. 11 is a graph showing a simulation result of the array antenna apparatus of FIG. 1, showing a converged directivity pattern represented by the amplitude of a gain pattern under the second initial value condition of the weighting coefficient vector.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1−1乃至1−N…アンテナ素子、 2−1乃至2−N…低雑音増幅器、 3−1乃至3−N…ダウンコンバータ、 4−1乃至4−N…A/Dコンバータ、 5−1乃至5−N…乗算器、 6…加算器、 7…復調器、 10…適応制御型コントローラ、 100…アレーアンテナ。 1-1 to 1-N ... Antenna element, 2-1 to 2-N ... Low noise amplifier, 3-1 to 3-N ... Down converter, 4-1 to 4-N ... A / D converter, 5-1 to 5-N ... Multiplier, 6 ... adder, 7 ... Demodulator, 10 ... Adaptive control type controller, 100 ... array antenna.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 張 毅民 アメリカ合衆国19085ペンシルベニア州ビ ラノーバ、ランカスター・アベニュー800 番、ビラノーバ・ユニバーシティ、デパー トメント・オブ・エレクトリカル・アン ド・コンピューター・エンジニアリング (72)発明者 祁 忠勇 台湾30013新竹市光復路二段101號 国立清 華大学内 Fターム(参考) 5J021 AA05 AA06 CA06 DB01 EA07 FA13 FA16 FA26 FA29 FA30 FA32 GA02 GA06 HA06 HA10 5K059 CC03 CC04 DD31    ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continued front page    (72) Inventor Zhang Yimin             United States 19085 Bi, Pennsylvania             Lanova, Lancaster Avenue 800             Number, Vila Nova University, Depar             Statement of Electrical Anne             De computer engineering (72) Inventor Tada Yui             Taiwan 30013 Hsinchu City Gwangbokro 2nd dan No. 101 National Qing             Hua University F term (reference) 5J021 AA05 AA06 CA06 DB01 EA07                       FA13 FA16 FA26 FA29 FA30                       FA32 GA02 GA06 HA06 HA10                 5K059 CC03 CC04 DD31

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 所定の配置形状で近接して並置された複
数N個のアンテナ素子からなるアレーアンテナの制御方
法において、 上記各アンテナ素子によってそれぞれ受信された複数N
個の受信信号を成分とする受信信号ベクトルxの自己相
関行列Rを計算する第1のステップと、 上記受信された複数N個の受信信号に対して、複数N個
の所定の重み係数をそれぞれ乗算した後、乗算結果の各
信号を加算した結果の出力信号zを出力する第2のステ
ップと、 mを2以上の整数とし、m個の第1の変数と、(m−
1)個の第2の変数と、1個の第3の変数とを有する2
m次のキュムラントにおいて、第1の変数としてm個の
同一の上記出力信号zを含み、第2の変数として(m−
1)個の同一の上記出力信号の複素共役の信号zを含
み、第3の変数として上記受信信号ベクトルxの複素共
役ベクトルxを含むキュムラントベクトルdを計算す
る第3のステップと、 上記計算された受信信号ベクトルxの自己相関行列R
と、上記計算されたキュムラントベクトルdとに基づい
て、次式 【数1】 を用いて、上記各重み係数を成分とする重み係数ベクト
ルcを計算して設定する第4のステップと、 上記第2乃至第4のステップを繰り返すことによって、
上記アレーアンテナの主ビームを所望波の方向に向けか
つ干渉波の方向にヌルを向けるように適応制御する第5
の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。
1. A method of controlling an array antenna comprising a plurality of N antenna elements arranged in close proximity in a predetermined arrangement shape, wherein a plurality of N elements received by the respective antenna elements are provided.
A first step of calculating an autocorrelation matrix R of a received signal vector x having a number of received signals as components; and a plurality of N predetermined weighting factors for the received plurality of N received signals, respectively. After the multiplication, a second step of outputting an output signal z as a result of adding the respective signals of the multiplication results, m being an integer of 2 or more, and the m first variables and (m-
1) 2 with one second variable and one third variable
In the m-th order cumulant, m identical output signals z are included as a first variable and (m-
1) A third step of calculating a cumulant vector d containing the same complex conjugate signal z * of the output signals and containing the complex conjugate vector x * of the received signal vector x as a third variable; Autocorrelation matrix R of the calculated received signal vector x
And the cumulant vector d calculated above, the following equation By repeating the fourth step of calculating and setting the weight coefficient vector c having each weight coefficient as a component and the second to fourth steps,
Fifth, the adaptive control is performed so that the main beam of the array antenna is directed to the desired wave and the null is directed to the interference wave.
And a method of controlling an array antenna.
【請求項2】 上記出力信号zが出力される毎に、m個
の第1の変数と、m個の第2の変数とを有する2m次の
キュムラントにおいて、第1の変数としてm個の同一の
上記出力信号zを含み、第2の変数としてm個の同一の
上記出力信号の複素共役の信号zを含む出力信号zの
キュムラントを計算し、上記出力信号zのパワーを計算
し、上記計算された出力信号zのパワーに対する上記出
力信号zのキュムラントの比の値を目的関数の値として
計算するステップと、 上記計算された目的関数の値と、前回に出力された出力
信号zに基づいて計算された目的関数の値との差が所定
のしきい値よりも小さいときに上記第5のステップの処
理を停止するステップとをさらに含むことを特徴とする
請求項1記載のアレーアンテナの制御方法。
2. In a 2m-th order cumulant having m first variables and m second variables each time the output signal z is output, m identical first variables are provided. Calculating the cumulant of the output signal z including the output signal z of the above and including, as a second variable, the signal z * of the complex conjugate of m identical output signals, calculating the power of the output signal z, Calculating the ratio of the cumulant of the output signal z to the calculated power of the output signal z as the value of the objective function, the value of the calculated objective function, and the output signal z output last time The step of stopping the process of the fifth step when the difference from the value of the objective function calculated by the above is smaller than a predetermined threshold value, the array antenna according to claim 1. Control method.
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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