JP2004120554A - 移動局方向推定方法及び装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】移動局の方向を高精度に推定する。
【解決手段】Ｋ個のアンテナ素子を有するアレーアンテナ１の受信信号は受信機２を介して、到来方向推定部３に入力され、ＭＵＳＩＣアルゴリズムなどの超分解能到来方向推定技術により到来方向が推定される。Δθ内ピーク検索部４は、到来方向推定の結果、所定の角度Δθの範囲内に複数の到来方向が検出されたか否かを判定し、Δθの範囲内に複数の到来方向が検出されたときは、θｆ決定部５は、該所定の角度範囲内の複数の到来方向の内の一つの到来方向をその角度範囲内の最終的な到来方向と決定する。Δθの範囲外の到来方向とθｆ決定部５で決定された到来方向それぞれの受信電力を受信電力計算部６で計算し、移動局方向推定部７は、最大の受信電力を有する到来方向を移動局の方向と決定する。
【選択図】 図１
【解決手段】Ｋ個のアンテナ素子を有するアレーアンテナ１の受信信号は受信機２を介して、到来方向推定部３に入力され、ＭＵＳＩＣアルゴリズムなどの超分解能到来方向推定技術により到来方向が推定される。Δθ内ピーク検索部４は、到来方向推定の結果、所定の角度Δθの範囲内に複数の到来方向が検出されたか否かを判定し、Δθの範囲内に複数の到来方向が検出されたときは、θｆ決定部５は、該所定の角度範囲内の複数の到来方向の内の一つの到来方向をその角度範囲内の最終的な到来方向と決定する。Δθの範囲外の到来方向とθｆ決定部５で決定された到来方向それぞれの受信電力を受信電力計算部６で計算し、移動局方向推定部７は、最大の受信電力を有する到来方向を移動局の方向と決定する。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、移動通信システムにおける移動局の方向を推定する方法及び装置に関するものであり、移動局の位置を検出する場合等に適用して好適なものである。
【０００２】
【従来の技術】
ＧＰＳ等を用いることなく移動通信システム内で閉じて利用することができる移動局の位置検出法として、ＡＯＡ（Ａｎｇｌｅ ｏｆ Ａｒｒｉｖａｌ）や極座標測定が有力である。
図７の（ａ）は、ＡＯＡを示す図であり、この図に示すようにＡＯＡでは、３つ以上の基地局から移動局の方向（角度）を測定することにより移動局の位置を測定する方法である。また、図７の（ｂ）は、極座標測定を示す図であり、極座標測定は、１つの基地局から移動局までの距離とその方向を同時に測定することにより、移動局の位置を推定する方法である。
このようなＡＯＡや極座標測定において、移動局の方向を測定するためには、まず、電波の到来方向を測定することが必要であり、アレーアンテナを用いたＭＵＳＩＣアルゴリズム、Ｒｏｏｔ−ＭＵＳＩＣアルゴリズム、ＥＳＰＲＩＴ等の超分解能到来方向推定技術は非常に有用な方法である。このような超分解能到来方向推定技術の詳細については非特許文献１を参照されたい。
【０００３】
ここでは、ＭＵＳＩＣアルゴリズムについて図８を参照して説明する。
図８の（ａ）は、アレーアンテナの構成を示す図である。ここで、アンテナの水平面内指向性は無指向であり、素子数をＫ、アンテナ素子間隔は全て等間隔でｄとする。このようなアレーアンテナに素波であるパスがＱ個到来してきた場合の受信ベクトルは、次式で与えられる。
【数１】
但し、Ａ，Ｆ（ｔ），Ｎ（ｔ）はそれぞれ次式に示すように、各素波であるパスの方向行列、各パスの複素振幅ベクトル、雑音ベクトルを表している。
【数２】
ここで、Ｆｑ（ｔ），θｑはそれぞれ第ｑ番目のパスの複素振幅と到来方向を表し、λは波長、ｄｋは基準点から各素子位置までの距離を表している。
【０００４】
このときの相関行列は次式で表される。
【数３】
ここで、Ｓ＝Ｅ［Ｆ（ｔ）ＦＨ（ｔ）］であり、σ２は雑音電力である。ただし、Ｅ［ ］はアンサンブル平均を示す。
【０００５】
今、相関行列Ｒｘｘの固有値をλｋ（ｋ＝１，２，．．．，Ｋ）、それに対応する固有ベクトルをｅｋ（ｋ＝１，２，．．．，Ｋ）と置くと、それらの間には次式の関係が成り立つ。
【数４】
【０００６】
ここで、雑音電力σ２に等しい固有値の数を（Ｋ−Ｑ）とすると、次式の関係が成立する。
【数５】
また、雑音電力σ２に等しい固有値［λＱ＋１，．．．，λＫ］に対応する固有ベクトルを、
【数６】
とおくと、ＭＵＳＩＣスペクトラムは良く知られている次式で表される。
【数７】
【０００７】
ここで、各パスが同一の信号であり、互いに相関があるコヒーレント波である場合には、空間平均法であるＦｏｗａｒｄ−Ｂａｃｋｗａｒｄ（Ｆ／Ｂ）法を用いて、各パスの相互相関を抑圧する。具体的には、Ｋ本のアレーアンテナから素子数Ｍ本のサブアレーを１個ずつ素子をずらしながら（Ｋ−Ｍ＋１）個取り出し、各サブアレーの相関行列（部分相関行列）を足し合わせて、相関行列を計算すればよい。
【０００８】
このようなＭＵＳＩＣアルゴリズムを用い、次のように移動局の方向を推定する。
まず、前記式（６）より相関行列Ｒｘｘの固有値を求め、雑音電力σ２より大きい固有値の数から到来波数Ｑを推定する。到来波数の推定法として、例えば、ＡＩＣ（Ａｋａｉｋｅ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｃｒｅｔｅｒｉａ）を用いる。次に、雑音電力に相当する固有値、及びそれに対応する固有ベクトルを求めて、式（１０）によりＭＵＳＩＣスペクトラムを計算する。
図８の（ｂ）に、このようにして算出されたＭＵＳＩＣスペクトラムの一例を示す。そして、このＭＵＳＩＣスペクトラムから大きさが大きい順にＱ個のピーク値を探索して、電波の到来方向｛θ１，．．．，θＱ｝を決定する。
ここで、電波の到来方向が複数あるため、移動局の方向を一意に決定することはできない。そこで、推定したＱ個のパスの受信電力をそれぞれ求め、受信電力の最も大きいパスが最短経路を経たパスであることに期待して、受信電力が最大となるパスの方向を移動局の方向と決定していた（本願発明者による非特許文献２を参照されたい。）。
各パスの受信電力は、到来方向｛θ１，．．．，θＱ｝に対して次式に示すように逆行列演算を行い、その相関行列Ｓの対角成分から求めることができる。
【数８】
【０００９】
【非特許文献１】
菊間信良著「アレーアンテナによる適応信号処理」科学技術出版、１９９８年１１月２５日、ｐ．１９１−２６８
【非特許文献２】
表英毅，藤井輝也、「広帯域移動体通信における移動端末位置検出法の検討−移動局方向の推定精度−」，信学技報，ＡＰ２００２−３７（２００２−６），ｐｐ．１７−２２
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
上述のように、ＭＵＳＩＣアルゴリズムにより推定した複数の到来方向の中から移動局の方向を推定する場合、各到来方向の受信電力を計算し、受信電力が最大である到来方向を移動局の方向と決定していた。なお、ＭＵＳＩＣスペクトラムのピークの大きさと受信電力の大きさとは一致しない。
しかしながら、ＭＵＳＩＣ等においてある一定の角度（Δθ）の範囲内に集中して複数の到来方向（Ｎ個）があると推定された場合、実際の伝搬環境を考慮すると、図９の（ａ）に示すように、移動局から送信された複数の電波が近傍の建物で反射され基地局に到達している可能性が高い。
このような場合、移動局の方向は角度Δθの範囲の間にあるが、分解能が非常に高い場合は複数のピークが表れ、そのうちの一つを移動局の方向として選択した場合には、実際の移動局の方向と誤差が生じる可能性が高い。
図９の（ｂ）はこの様子を示す図である。図示する例１の場合は、角度Δθの範囲内に集中して複数の電波が到来しており、異なるアンテナ素子数で到来方向推定を行った場合にいずれの場合でも正しい移動局方向が得られているが、例２の場合は、アンテナ素子数が中程度（Ｋ＝１０）のときには、正しい移動局方向が得られていない。このように、ある一定の角度（Δθ）の範囲内に集中して複数の電波が到来している場合には、上述した方法により決定した移動局方向と実際の移動局方向の誤差は比較的大きいものであった。このため、実際の移動局の方向と、推定した方向には比較的大きな距離のずれが発生する。この距離のずれを可能な限り小さくすることが課題となり、換言すれば、実際の移動局方向と推定する移動局方向との誤差を可能な限り小さくすることが必要となる。
【００１１】
そこで本発明は、ＭＵＳＩＣ等の超分解能到来方向推定技術を用いて電波の到来方向を推定し、移動局の位置を検出する場合に、所定の角度範囲Δθの間に複数の到来方向があると推定したとき、推定精度を向上させることができる移動局方向推定方法及び装置を提供することを目的としている。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の移動局方向推定方法は、移動通信システムにおける基地局において移動局の方向を推定する方法であって、アレーアンテナを用いる超分解能到来方向推定技術により電波の到来角度を推定する第１のステップ、前記第１のステップの結果、所定の角度範囲内に複数の到来方向が検出されたかどうかを検出する第２のステップ、前記第２のステップにおいて所定の角度範囲内に複数の到来方向が検出された場合に、該所定の角度範囲内の複数の到来方向の中からその角度範囲内における最終的な一つの到来方向を決定する第３のステップ、及び、検出された前記所定の角度範囲外の到来方向及び前記第３のステップにより決定された到来方向それぞれの受信電力を算出し、最大の受信電力を有する到来方向を移動局の方向と決定する第４のステップを含むものである。
【００１３】
また、前記第３のステップは、前記アレーアンテナの演算に用いるアンテナ素子数を減少させることにより分解能を低下させて前記所定の角度範囲に所定のマージンを加えた角度範囲内で再度超分解能到来方向推定技術により到来角度推定を行うステップ、該推定の結果得られたピーク数が０ならば、前回の推定により得られたピークの中から最大の受信電力を有するピークをその角度範囲内での最終的な一つの到来方向と決定し、ピーク数が１ならば、その到来方向をその角度範囲内での最終的な一つの到来方向と決定し、ピーク数が２以上ならば演算に用いるアンテナ素子数をさらに減少させて前記ステップを繰り返し実行するステップとを有するものである。
あるいは、前記第３のステップは、前記所定の角度範囲内に検出された複数の到来方向を、それぞれの受信電力で重み付けし、平均化して得られる方向を前記所定の角度範囲内における最終的な一つの到来方向として決定するステップとされているものである。
【００１４】
さらに、本発明の移動局方向推定装置は、移動通信システムにおける移動局の方向を推定する装置であって、アレーアンテナと、前記アレーアンテナからの受信信号に基づき、超分解能到来方向推定技術により電波の到来方向を推定する到来方向推定部と、前記到来方向推定部により所定の角度範囲内に複数の到来方向が検出されたか否かを判定する所定角度範囲内ピーク検索部と、前記所定角度範囲内ピーク検索部及び前記到来方向推定部の検出結果に基づき、所定角度範囲内に検出された複数の到来方向の中からその角度範囲内における最終的な一つの到来方向を決定する所定角度範囲内の最終到来方向決定部と、前記所定の角度範囲外の到来方向と前記最終到来方向決定部において決定された到来方向のうち、最大の受信電力を有する到来方向を移動局方向と決定する移動局方向推定部とを有するものである。
【００１５】
さらにまた、前記最終到来方向決定部は、前記アンテナ素子の素子数を減少させて前記超分解能到来方向推定を行い、その結果、検出されたピーク数が０のときは前回の推定により得られたピークの中から最大の受信電力を有するピークをその角度範囲内における最終的な一つの到来方向と決定し、ピーク数が１のときはその到来方向をその角度範囲内での最終的な一つの到来方向と決定し、ピーク数が２以上のときは、演算に用いるアンテナ素子数をさらに減少させて再度前記超分解能到来方向推定を行い、上述の処理を繰り返すものである。
あるいは、前記最終到来方向決定部は、所定角度範囲内の複数の到来方向をそれぞれの受信電力により重み付けし、平均化して得られる到来方向をその角度範囲内における最終的な一つの到来方向と決定するものとされている。
【００１６】
【発明の実施の形態】
本発明の移動局方向推定方法は、ＭＵＳＩＣアルゴリズム、Ｒｏｏｔ−ＭＵＳＩＣアルゴリズム、ＥＳＰＲＩＴアルゴリズムなどアレーアンテナを用いる各種の超分解能到来方向推定処理を行なう場合に適用することができるが、ここでは、ＭＵＳＩＣアルゴリズムを用いる場合を例にとって説明する。
まず、本発明の移動局方向推定方法の第１の実施の形態について説明する。
図１は本発明の移動局方向推定方法の第１の実施の形態が実行される移動局方向推定装置の要部構成を示すブロック図、図２は本発明の移動局方向推定方法の第１の実施の形態の処理の流れを示すフローチャートである。
図１において、１は複数個（ここでは、Ｋ個）のアンテナ（＃１〜＃Ｋ）を有するアレーアンテナ、２は前記アレーアンテナ１に接続され、各アンテナの受信信号を出力する受信機、３は前記受信機２から出力される各アンテナの受信信号（受信ベクトルＸ（ｔ））を、前述したＭＵＳＩＣなどの超分解能到来方向推定技術により解析して、到来方向を推定する到来方向推定部、４は、前記到来方向推定部３による到来方向推定結果において、各到来方向に対して相互に所定の角度（Δθ）の範囲内にピークが存在するか否かを検索する所定角度範囲内ピーク検索部（Δθ内ピーク検索部）、５は前記ピーク検索部において角度Δθ内に複数のピークが存在している場合に、そのうちの一つのピークをその角度範囲内における最終的な一つの到来方向（角度θｆ）として決定する所定角度内最終到来方向決定部（θｆ決定部）、６は前記所定の角度（Δθ）範囲外の到来方向及び前記最終到来方向決定部５で決定された到来方向（θｆ）の受信電力を計算する受信電力計算部、７は、前記受信電力計算部６の計算結果に基づいて移動局の方向を決定する移動局方向推定部である。
【００１７】
このように構成された本発明の到来方向推定装置の第１の実施の形態における処理の流れについて、図２のフローチャートを参照して説明する。
処理が開始されると、前記到来方向推定部３において、前記受信機２から供給される前記各アンテナ素子（＃１〜＃Ｋ）の受信信号に対し、前述したＭＵＳＩＣアルゴリズムを用いて解析処理が行われ、前記図８（ｂ）に示したようなＭＵＳＩＣスペクトラムが計算される（ステップＳ１１）。ここでは、この結果Ｍ個のピークが計算されたものとする。
次に、前記Δθ内ピーク検索部４において、前記到来方向推定部３による計算結果に基づいて、各到来方向に対して相互に所定の角度（Δθ）内に存在するピークがあるか否かが判定される（ステップＳ１２）。ここで、所定の角度Δθの値は、個々の場合に応じて任意に決定することができ、例えば、１°〜５°程度の値としてもよい。
この判定の結果、所定の角度（Δθ）内に複数のピークが存在しないときは、前記受信電力計算部６において、前記式（１１）を用いて前記到来方向推定部３により検出された各到来方向の受信電力を計算し、前記移動局方向推定部７は、最大の受信電力を有する到来方向を移動局の方向であると決定する（ステップＳ２０）。
【００１８】
一方、前記ステップＳ１２の判定の結果、所定の角度Δθ内に複数のピークが存在しているときには、前記所定角度内最終到来方向決定部（θｆ決定部）５は、以下の処理を行う。
まず、検出されたピークを所定の領域に記憶して保存し（ステップＳ１３）、次に、前記受信機２から供給される受信信号のアンテナ数を一つ減少させて（ステップＳ１４）、前記到来方向推定部３に対して、前記複数のピークが存在する所定の角度ΔθにマージンΔφを加えた角度範囲、すなわち、当該ピークを含むΔθ±Δφの角度範囲についてＭＵＳＩＣアルゴリズムによる解析処理を行わせる（ステップＳ１５）。ここで、マージンΔφの値は、０°であってもよいし、Δθの値に応じた任意の値としても良く、例えば、０°〜１°程度としてもよい。また、解析処理を行うときに、前記Ｋ個のアンテナ素子のうち一方の端部に位置するアンテナ素子（＃１或いは＃Ｋ）のいずれかからの受信信号を演算に用いないようにして解析を行ってもよいし、あるいは、アンテナ素子（＃１又は＃Ｋ）のいずれかを用いずに再度信号を受信し、この受信信号を用いて解析処理を行うようにしてもよい。
そして、前記ステップＳ１５による解析処理の結果得られるピークの数を判定し（ステップＳ１６）、ピークが０となったとき（ＭＵＳＩＣスペクトラムが演算した角度範囲内で単調減少あるいは単調増加となったとき）は、前記ステップＳ１３で保存した角度Δθ内に存在する複数のピークそれぞれの受信電力を計算し、最大の受信電力を有するピークを角度Δθの範囲内の到来方向θｆと決定する（ステップＳ１７）。また、ピークの数が１つのときは、その１つのピークの方向をその角度Δθの範囲内の到来方向θｆと決定する（ステップＳ１８）。一方、ピークの数が２以上のときは、前記ステップＳ１３に戻り、新たに得られたピークを当該角度範囲内のピークとして保存し、前記ステップＳ１４以下を繰り返し実行する。これにより、ステップＳ１７或いはステップＳ１８において、その角度Δθの範囲内の到来方向θｆが決定される。
【００１９】
次に、前記θｆ決定部５の制御により決定された到来方向θｆと角度Δθ外の到来方向のそれぞれの受信電力を前記受信電力計算部６にて計算し、前記移動局方向決定部７は、最大の受信電力を有する到来方向を移動局の方向であると決定する（ステップＳ１９）。
なお、前記受信電力計算部６は、前記角度Δθ外の到来方向についての受信電力の計算は、前記θｆ決定部５からの指示にかかわらず、先に実行するようにしてもよい。
【００２０】
このように、本発明の移動局方向推定方法及び装置によれば、ある一定の角度（Δθ）の範囲内に複数の方向から電波が到来すると推定した場合に、その範囲では到来方向は本来一つであると仮定して検出を行っているため、結果として移動局方向の推定精度を向上することができる。
【００２１】
上述した第１の実施の形態においては、前記ステップＳ１５の結果ピークの数が０又は１にならない場合、アンテナ素子数ＫがＫ＝２となるまで、処理が繰り返される。そこで、用いるアンテナ素子数の最小値を任意に決定することができるようにした本発明の第２の実施の形態について、図３のフローチャートを参照して説明する。なお、この実施の形態の装置構成は、前記図１と同様である。
図３と前記図２とを比較すると明らかなように、図３のステップＳ２１，Ｓ２２，Ｓ２３，Ｓ２５，Ｓ２６，Ｓ２７，Ｓ２８，Ｓ２９，Ｓ３０及びＳ３１は、それぞれ、図２におけるステップＳ１１，Ｓ１２，Ｓ１３，Ｓ１４，Ｓ１５，Ｓ１６，Ｓ１７，Ｓ１８，Ｓ１９及びＳ２０にそれぞれ対応しており、この実施の形態においては、ステップＳ２３の後に演算に用いたアンテナ素子数Ｋが予め設定した最小値Ｋｍｉｎよりも大きいか否かを判定するステップＳ２４を設け、その時点での演算に用いたアンテナ素子数Ｋが最小値Ｋｍｉｎとなっていたら、アンテナ素子数Ｋを減少させることなく、ステップＳ２８に進んで、保存した該当ピークのうちの受信電力が最大のものをその角度Δθの範囲における最終的な一つの到来方向θｆと決定するようにしている。
このように、演算に使用するアンテナ素子数の最小値を設定するようにしてもよい。
【００２２】
上述した第１及び第２の実施の形態は、アンテナ素子数を順次減少させてＭＵＳＩＣアルゴリズムを繰り返し実行するものであった。次に、そのような繰り返しを行うことなく、所定の角度Δθの範囲内の到来方向を一つに決定する本発明の第３の実施の形態について説明する。
図４は、本発明のこの実施の形態の移動局方向推定方法が実行される移動局方向推定装置の構成を示すブロック図、図５は、この実施の形態の移動局方向推定方法の処理の流れを示すフローチャートである。
図４において、前記図１と同一の構成要素には、同一の番号を付す。図４と図１とを比較すると明らかなように、この実施の形態における所定角度内最終到来方向決定部（θｆ決定部）８は、前記Δθ内ピーク検索部４と受信電力計算部６とに接続されており、到来方向推定部３とは接続されていない点で、前記図１の実施の形態と相違している。
【００２３】
このように構成された移動局方向推定装置における処理の流れについて、図５のフローチャートを参照して説明する。
前述した実施の形態と同様に、前記到来方向推定部３において、前記受信機２から供給される前記各アンテナ素子（＃１〜＃Ｋ）の受信信号に対し、前述したＭＵＳＩＣアルゴリズムを用いて解析処理が行われ、ＭＵＳＩＣスペクトラムが計算される（ステップＳ４１）。
次に、前記Δθ内ピーク検索部４において、前記到来方向推定部３による計算結果に基づいて、各到来方向に対して相互に所定の角度（Δθ）内に存在するピークがあるか否かが判定される（ステップＳ４２）。
この判定の結果、所定の角度（Δθ）内に複数のピークが存在しないときは、前記受信電力計算部６において、前記式（１１）を用いて前記到来方向推定部３により検出された各到来方向の受信電力を計算し、前記移動局方向推定部７は、最大の受信電力を有する到来方向を移動局の方向であると決定する（ステップＳ４５）。
【００２４】
一方、前記ステップＳ４２の判定の結果、所定の角度Δθ内に複数（Ｎ個）のピークが存在しているときには、前記θｆ決定部８は、前記受信電力計算部６により、各到来方向の受信電力Ｓｎ（ｎ＝１，２，．．．，Ｎ）を計算し、各到来方向θｎ（ｎ＝１，２，．．．，Ｎ）につきそれぞれの受信電力Ｓｎで重み付けし、平均化して、角度Δθ範囲内の最終的な到来方向θｆを決定する。すなわち、次式に基づいて算出したθｆを、そのΔθ範囲内の最終的な一つの到来方向として決定する（ステップＳ４３）。
【数９】
そして、前記θｆ決定部８の制御により決定された到来方向θｆと角度Δθ外の到来方向のそれぞれの受信電力を前記受信電力計算部６にて計算し、前記移動局方向決定部７は、最大の受信電力を有する到来方向を移動局の方向であると決定する（ステップＳ４５）。
【００２５】
このように、この実施の形態によれば、所定の角度範囲内に複数の到来方向が検出されたときに、繰り返し処理を行うことなく、その角度範囲内の最終的な到来方向を決定することができる。
【００２６】
図６は、前述した本発明の第１の実施の形態のアルゴリズムを用いて移動局の方向を複数回推定した場合における実際の方向と推定した方向の誤差と、従来法により同様に推定した場合における移動局方向推定誤差の累積確率を示す図である。また、標準偏差の値は、本発明の第１の実施の形態の場合は、０．４０°であり、従来法の場合は、１．１４°であった。
この図から、本発明の第１のアルゴリズムを適用することにより、従来法よりも推定精度の誤差が小さくなっていることが分かる。また、それに伴い、一例として基地局−移動局間距離が２ｋｍであるとき、誤差の標準偏差値を用いると、従来法では実際の移動局の位置に対して約４０ｍのずれが生じているが、本発明の第１のアルゴリズムを適用した場合、約１４ｍのずれに抑制できていることが分かる。
なお、本発明の第２及び第３の実施の形態の場合でも、同様の効果を得ることができる。
【００２７】
なお、上記図１及び図４の機能ブロック図においては、各アンテナ素子の出力を一つの受信機に入力し、該受信機から複数のアンテナ素子の入力信号を出力するようにしていたが、各アンテナ素子対応に受信機を設け、各受信機でそれぞれ対応するアンテナ素子からの受信信号をベースバンド信号に変換するようにしてもよい。
【００２８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、ある一定の角度Δθの範囲内に複数の方向から電波が到来すると推定した場合、その範囲では到来方向は本来一つであると仮定して検出することから、結果として移動局方向の推定精度を向上することができる。
そして、本発明の移動局位置推定方法及び装置を、基地局から見た移動局までの距離と移動局からの電波の到来方向を用いて移動局の位置を推定する極座標測定、あるいは、３つの基地局から見た移動局の電波の到来方向を用いて移動局の位置を測定するＡＯＡに導入することにより、移動局の位置を精度良く推定することができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の移動局方向推定装置の第１の実施の形態の要部構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の移動局方向推定方法の第１の実施の形態の処理の流れを示すフローチャートである。
【図３】本発明の移動局方向推定方法の第２の実施の形態の処理の流れを示すフローチャートである。
【図４】本発明の移動局方向推定装置の第３の実施の形態の要部構成を示すブロック図である。
【図５】本発明の移動局方向推定方法の第３の実施の形態の処理の流れを示すフローチャートである。
【図６】本発明の第１の実施の形態を適用した場合と従来法を適用した場合の移動局方向推定誤差の累積確率を示す図である。
【図７】移動局位置測定の手法を説明するための図であり、（ａ）はＡＯＡを説明するための図、（ｂ）は極座標測定を説明するための図である。
【図８】ＭＵＳＩＣアルゴリズムを説明するための図であり、（ａ）はアレーアンテナの構成を示し、（ｂ）はＭＵＳＩＣスペクトラムの一例を示す図である。
【図９】移動局から送信された電波が基地局に到達する様子、及び、所定の角度範囲内に複数の電波が集中して到達する場合の問題点を説明するための図である。
【符号の説明】
１ アレーアンテナ
２ 受信機
３ 到来方向推定部
４ 所定角度範囲内ピーク検索部（Δθ内ピーク検索部）
５，８ 所定角度内最終到来方向決定部（θｆ決定部）
６ 受信電力計算部
７ 移動局方向推定部
【発明の属する技術分野】
本発明は、移動通信システムにおける移動局の方向を推定する方法及び装置に関するものであり、移動局の位置を検出する場合等に適用して好適なものである。
【０００２】
【従来の技術】
ＧＰＳ等を用いることなく移動通信システム内で閉じて利用することができる移動局の位置検出法として、ＡＯＡ（Ａｎｇｌｅ ｏｆ Ａｒｒｉｖａｌ）や極座標測定が有力である。
図７の（ａ）は、ＡＯＡを示す図であり、この図に示すようにＡＯＡでは、３つ以上の基地局から移動局の方向（角度）を測定することにより移動局の位置を測定する方法である。また、図７の（ｂ）は、極座標測定を示す図であり、極座標測定は、１つの基地局から移動局までの距離とその方向を同時に測定することにより、移動局の位置を推定する方法である。
このようなＡＯＡや極座標測定において、移動局の方向を測定するためには、まず、電波の到来方向を測定することが必要であり、アレーアンテナを用いたＭＵＳＩＣアルゴリズム、Ｒｏｏｔ−ＭＵＳＩＣアルゴリズム、ＥＳＰＲＩＴ等の超分解能到来方向推定技術は非常に有用な方法である。このような超分解能到来方向推定技術の詳細については非特許文献１を参照されたい。
【０００３】
ここでは、ＭＵＳＩＣアルゴリズムについて図８を参照して説明する。
図８の（ａ）は、アレーアンテナの構成を示す図である。ここで、アンテナの水平面内指向性は無指向であり、素子数をＫ、アンテナ素子間隔は全て等間隔でｄとする。このようなアレーアンテナに素波であるパスがＱ個到来してきた場合の受信ベクトルは、次式で与えられる。
【数１】
【数２】
【０００４】
このときの相関行列は次式で表される。
【数３】
【０００５】
今、相関行列Ｒｘｘの固有値をλｋ（ｋ＝１，２，．．．，Ｋ）、それに対応する固有ベクトルをｅｋ（ｋ＝１，２，．．．，Ｋ）と置くと、それらの間には次式の関係が成り立つ。
【数４】
ここで、雑音電力σ２に等しい固有値の数を（Ｋ−Ｑ）とすると、次式の関係が成立する。
【数５】
【数６】
【数７】
ここで、各パスが同一の信号であり、互いに相関があるコヒーレント波である場合には、空間平均法であるＦｏｗａｒｄ−Ｂａｃｋｗａｒｄ（Ｆ／Ｂ）法を用いて、各パスの相互相関を抑圧する。具体的には、Ｋ本のアレーアンテナから素子数Ｍ本のサブアレーを１個ずつ素子をずらしながら（Ｋ−Ｍ＋１）個取り出し、各サブアレーの相関行列（部分相関行列）を足し合わせて、相関行列を計算すればよい。
【０００８】
このようなＭＵＳＩＣアルゴリズムを用い、次のように移動局の方向を推定する。
まず、前記式（６）より相関行列Ｒｘｘの固有値を求め、雑音電力σ２より大きい固有値の数から到来波数Ｑを推定する。到来波数の推定法として、例えば、ＡＩＣ（Ａｋａｉｋｅ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｃｒｅｔｅｒｉａ）を用いる。次に、雑音電力に相当する固有値、及びそれに対応する固有ベクトルを求めて、式（１０）によりＭＵＳＩＣスペクトラムを計算する。
図８の（ｂ）に、このようにして算出されたＭＵＳＩＣスペクトラムの一例を示す。そして、このＭＵＳＩＣスペクトラムから大きさが大きい順にＱ個のピーク値を探索して、電波の到来方向｛θ１，．．．，θＱ｝を決定する。
ここで、電波の到来方向が複数あるため、移動局の方向を一意に決定することはできない。そこで、推定したＱ個のパスの受信電力をそれぞれ求め、受信電力の最も大きいパスが最短経路を経たパスであることに期待して、受信電力が最大となるパスの方向を移動局の方向と決定していた（本願発明者による非特許文献２を参照されたい。）。
各パスの受信電力は、到来方向｛θ１，．．．，θＱ｝に対して次式に示すように逆行列演算を行い、その相関行列Ｓの対角成分から求めることができる。
【数８】
【非特許文献１】
菊間信良著「アレーアンテナによる適応信号処理」科学技術出版、１９９８年１１月２５日、ｐ．１９１−２６８
【非特許文献２】
表英毅，藤井輝也、「広帯域移動体通信における移動端末位置検出法の検討−移動局方向の推定精度−」，信学技報，ＡＰ２００２−３７（２００２−６），ｐｐ．１７−２２
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
上述のように、ＭＵＳＩＣアルゴリズムにより推定した複数の到来方向の中から移動局の方向を推定する場合、各到来方向の受信電力を計算し、受信電力が最大である到来方向を移動局の方向と決定していた。なお、ＭＵＳＩＣスペクトラムのピークの大きさと受信電力の大きさとは一致しない。
しかしながら、ＭＵＳＩＣ等においてある一定の角度（Δθ）の範囲内に集中して複数の到来方向（Ｎ個）があると推定された場合、実際の伝搬環境を考慮すると、図９の（ａ）に示すように、移動局から送信された複数の電波が近傍の建物で反射され基地局に到達している可能性が高い。
このような場合、移動局の方向は角度Δθの範囲の間にあるが、分解能が非常に高い場合は複数のピークが表れ、そのうちの一つを移動局の方向として選択した場合には、実際の移動局の方向と誤差が生じる可能性が高い。
図９の（ｂ）はこの様子を示す図である。図示する例１の場合は、角度Δθの範囲内に集中して複数の電波が到来しており、異なるアンテナ素子数で到来方向推定を行った場合にいずれの場合でも正しい移動局方向が得られているが、例２の場合は、アンテナ素子数が中程度（Ｋ＝１０）のときには、正しい移動局方向が得られていない。このように、ある一定の角度（Δθ）の範囲内に集中して複数の電波が到来している場合には、上述した方法により決定した移動局方向と実際の移動局方向の誤差は比較的大きいものであった。このため、実際の移動局の方向と、推定した方向には比較的大きな距離のずれが発生する。この距離のずれを可能な限り小さくすることが課題となり、換言すれば、実際の移動局方向と推定する移動局方向との誤差を可能な限り小さくすることが必要となる。
【００１１】
そこで本発明は、ＭＵＳＩＣ等の超分解能到来方向推定技術を用いて電波の到来方向を推定し、移動局の位置を検出する場合に、所定の角度範囲Δθの間に複数の到来方向があると推定したとき、推定精度を向上させることができる移動局方向推定方法及び装置を提供することを目的としている。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の移動局方向推定方法は、移動通信システムにおける基地局において移動局の方向を推定する方法であって、アレーアンテナを用いる超分解能到来方向推定技術により電波の到来角度を推定する第１のステップ、前記第１のステップの結果、所定の角度範囲内に複数の到来方向が検出されたかどうかを検出する第２のステップ、前記第２のステップにおいて所定の角度範囲内に複数の到来方向が検出された場合に、該所定の角度範囲内の複数の到来方向の中からその角度範囲内における最終的な一つの到来方向を決定する第３のステップ、及び、検出された前記所定の角度範囲外の到来方向及び前記第３のステップにより決定された到来方向それぞれの受信電力を算出し、最大の受信電力を有する到来方向を移動局の方向と決定する第４のステップを含むものである。
【００１３】
また、前記第３のステップは、前記アレーアンテナの演算に用いるアンテナ素子数を減少させることにより分解能を低下させて前記所定の角度範囲に所定のマージンを加えた角度範囲内で再度超分解能到来方向推定技術により到来角度推定を行うステップ、該推定の結果得られたピーク数が０ならば、前回の推定により得られたピークの中から最大の受信電力を有するピークをその角度範囲内での最終的な一つの到来方向と決定し、ピーク数が１ならば、その到来方向をその角度範囲内での最終的な一つの到来方向と決定し、ピーク数が２以上ならば演算に用いるアンテナ素子数をさらに減少させて前記ステップを繰り返し実行するステップとを有するものである。
あるいは、前記第３のステップは、前記所定の角度範囲内に検出された複数の到来方向を、それぞれの受信電力で重み付けし、平均化して得られる方向を前記所定の角度範囲内における最終的な一つの到来方向として決定するステップとされているものである。
【００１４】
さらに、本発明の移動局方向推定装置は、移動通信システムにおける移動局の方向を推定する装置であって、アレーアンテナと、前記アレーアンテナからの受信信号に基づき、超分解能到来方向推定技術により電波の到来方向を推定する到来方向推定部と、前記到来方向推定部により所定の角度範囲内に複数の到来方向が検出されたか否かを判定する所定角度範囲内ピーク検索部と、前記所定角度範囲内ピーク検索部及び前記到来方向推定部の検出結果に基づき、所定角度範囲内に検出された複数の到来方向の中からその角度範囲内における最終的な一つの到来方向を決定する所定角度範囲内の最終到来方向決定部と、前記所定の角度範囲外の到来方向と前記最終到来方向決定部において決定された到来方向のうち、最大の受信電力を有する到来方向を移動局方向と決定する移動局方向推定部とを有するものである。
【００１５】
さらにまた、前記最終到来方向決定部は、前記アンテナ素子の素子数を減少させて前記超分解能到来方向推定を行い、その結果、検出されたピーク数が０のときは前回の推定により得られたピークの中から最大の受信電力を有するピークをその角度範囲内における最終的な一つの到来方向と決定し、ピーク数が１のときはその到来方向をその角度範囲内での最終的な一つの到来方向と決定し、ピーク数が２以上のときは、演算に用いるアンテナ素子数をさらに減少させて再度前記超分解能到来方向推定を行い、上述の処理を繰り返すものである。
あるいは、前記最終到来方向決定部は、所定角度範囲内の複数の到来方向をそれぞれの受信電力により重み付けし、平均化して得られる到来方向をその角度範囲内における最終的な一つの到来方向と決定するものとされている。
【００１６】
【発明の実施の形態】
本発明の移動局方向推定方法は、ＭＵＳＩＣアルゴリズム、Ｒｏｏｔ−ＭＵＳＩＣアルゴリズム、ＥＳＰＲＩＴアルゴリズムなどアレーアンテナを用いる各種の超分解能到来方向推定処理を行なう場合に適用することができるが、ここでは、ＭＵＳＩＣアルゴリズムを用いる場合を例にとって説明する。
まず、本発明の移動局方向推定方法の第１の実施の形態について説明する。
図１は本発明の移動局方向推定方法の第１の実施の形態が実行される移動局方向推定装置の要部構成を示すブロック図、図２は本発明の移動局方向推定方法の第１の実施の形態の処理の流れを示すフローチャートである。
図１において、１は複数個（ここでは、Ｋ個）のアンテナ（＃１〜＃Ｋ）を有するアレーアンテナ、２は前記アレーアンテナ１に接続され、各アンテナの受信信号を出力する受信機、３は前記受信機２から出力される各アンテナの受信信号（受信ベクトルＸ（ｔ））を、前述したＭＵＳＩＣなどの超分解能到来方向推定技術により解析して、到来方向を推定する到来方向推定部、４は、前記到来方向推定部３による到来方向推定結果において、各到来方向に対して相互に所定の角度（Δθ）の範囲内にピークが存在するか否かを検索する所定角度範囲内ピーク検索部（Δθ内ピーク検索部）、５は前記ピーク検索部において角度Δθ内に複数のピークが存在している場合に、そのうちの一つのピークをその角度範囲内における最終的な一つの到来方向（角度θｆ）として決定する所定角度内最終到来方向決定部（θｆ決定部）、６は前記所定の角度（Δθ）範囲外の到来方向及び前記最終到来方向決定部５で決定された到来方向（θｆ）の受信電力を計算する受信電力計算部、７は、前記受信電力計算部６の計算結果に基づいて移動局の方向を決定する移動局方向推定部である。
【００１７】
このように構成された本発明の到来方向推定装置の第１の実施の形態における処理の流れについて、図２のフローチャートを参照して説明する。
処理が開始されると、前記到来方向推定部３において、前記受信機２から供給される前記各アンテナ素子（＃１〜＃Ｋ）の受信信号に対し、前述したＭＵＳＩＣアルゴリズムを用いて解析処理が行われ、前記図８（ｂ）に示したようなＭＵＳＩＣスペクトラムが計算される（ステップＳ１１）。ここでは、この結果Ｍ個のピークが計算されたものとする。
次に、前記Δθ内ピーク検索部４において、前記到来方向推定部３による計算結果に基づいて、各到来方向に対して相互に所定の角度（Δθ）内に存在するピークがあるか否かが判定される（ステップＳ１２）。ここで、所定の角度Δθの値は、個々の場合に応じて任意に決定することができ、例えば、１°〜５°程度の値としてもよい。
この判定の結果、所定の角度（Δθ）内に複数のピークが存在しないときは、前記受信電力計算部６において、前記式（１１）を用いて前記到来方向推定部３により検出された各到来方向の受信電力を計算し、前記移動局方向推定部７は、最大の受信電力を有する到来方向を移動局の方向であると決定する（ステップＳ２０）。
【００１８】
一方、前記ステップＳ１２の判定の結果、所定の角度Δθ内に複数のピークが存在しているときには、前記所定角度内最終到来方向決定部（θｆ決定部）５は、以下の処理を行う。
まず、検出されたピークを所定の領域に記憶して保存し（ステップＳ１３）、次に、前記受信機２から供給される受信信号のアンテナ数を一つ減少させて（ステップＳ１４）、前記到来方向推定部３に対して、前記複数のピークが存在する所定の角度ΔθにマージンΔφを加えた角度範囲、すなわち、当該ピークを含むΔθ±Δφの角度範囲についてＭＵＳＩＣアルゴリズムによる解析処理を行わせる（ステップＳ１５）。ここで、マージンΔφの値は、０°であってもよいし、Δθの値に応じた任意の値としても良く、例えば、０°〜１°程度としてもよい。また、解析処理を行うときに、前記Ｋ個のアンテナ素子のうち一方の端部に位置するアンテナ素子（＃１或いは＃Ｋ）のいずれかからの受信信号を演算に用いないようにして解析を行ってもよいし、あるいは、アンテナ素子（＃１又は＃Ｋ）のいずれかを用いずに再度信号を受信し、この受信信号を用いて解析処理を行うようにしてもよい。
そして、前記ステップＳ１５による解析処理の結果得られるピークの数を判定し（ステップＳ１６）、ピークが０となったとき（ＭＵＳＩＣスペクトラムが演算した角度範囲内で単調減少あるいは単調増加となったとき）は、前記ステップＳ１３で保存した角度Δθ内に存在する複数のピークそれぞれの受信電力を計算し、最大の受信電力を有するピークを角度Δθの範囲内の到来方向θｆと決定する（ステップＳ１７）。また、ピークの数が１つのときは、その１つのピークの方向をその角度Δθの範囲内の到来方向θｆと決定する（ステップＳ１８）。一方、ピークの数が２以上のときは、前記ステップＳ１３に戻り、新たに得られたピークを当該角度範囲内のピークとして保存し、前記ステップＳ１４以下を繰り返し実行する。これにより、ステップＳ１７或いはステップＳ１８において、その角度Δθの範囲内の到来方向θｆが決定される。
【００１９】
次に、前記θｆ決定部５の制御により決定された到来方向θｆと角度Δθ外の到来方向のそれぞれの受信電力を前記受信電力計算部６にて計算し、前記移動局方向決定部７は、最大の受信電力を有する到来方向を移動局の方向であると決定する（ステップＳ１９）。
なお、前記受信電力計算部６は、前記角度Δθ外の到来方向についての受信電力の計算は、前記θｆ決定部５からの指示にかかわらず、先に実行するようにしてもよい。
【００２０】
このように、本発明の移動局方向推定方法及び装置によれば、ある一定の角度（Δθ）の範囲内に複数の方向から電波が到来すると推定した場合に、その範囲では到来方向は本来一つであると仮定して検出を行っているため、結果として移動局方向の推定精度を向上することができる。
【００２１】
上述した第１の実施の形態においては、前記ステップＳ１５の結果ピークの数が０又は１にならない場合、アンテナ素子数ＫがＫ＝２となるまで、処理が繰り返される。そこで、用いるアンテナ素子数の最小値を任意に決定することができるようにした本発明の第２の実施の形態について、図３のフローチャートを参照して説明する。なお、この実施の形態の装置構成は、前記図１と同様である。
図３と前記図２とを比較すると明らかなように、図３のステップＳ２１，Ｓ２２，Ｓ２３，Ｓ２５，Ｓ２６，Ｓ２７，Ｓ２８，Ｓ２９，Ｓ３０及びＳ３１は、それぞれ、図２におけるステップＳ１１，Ｓ１２，Ｓ１３，Ｓ１４，Ｓ１５，Ｓ１６，Ｓ１７，Ｓ１８，Ｓ１９及びＳ２０にそれぞれ対応しており、この実施の形態においては、ステップＳ２３の後に演算に用いたアンテナ素子数Ｋが予め設定した最小値Ｋｍｉｎよりも大きいか否かを判定するステップＳ２４を設け、その時点での演算に用いたアンテナ素子数Ｋが最小値Ｋｍｉｎとなっていたら、アンテナ素子数Ｋを減少させることなく、ステップＳ２８に進んで、保存した該当ピークのうちの受信電力が最大のものをその角度Δθの範囲における最終的な一つの到来方向θｆと決定するようにしている。
このように、演算に使用するアンテナ素子数の最小値を設定するようにしてもよい。
【００２２】
上述した第１及び第２の実施の形態は、アンテナ素子数を順次減少させてＭＵＳＩＣアルゴリズムを繰り返し実行するものであった。次に、そのような繰り返しを行うことなく、所定の角度Δθの範囲内の到来方向を一つに決定する本発明の第３の実施の形態について説明する。
図４は、本発明のこの実施の形態の移動局方向推定方法が実行される移動局方向推定装置の構成を示すブロック図、図５は、この実施の形態の移動局方向推定方法の処理の流れを示すフローチャートである。
図４において、前記図１と同一の構成要素には、同一の番号を付す。図４と図１とを比較すると明らかなように、この実施の形態における所定角度内最終到来方向決定部（θｆ決定部）８は、前記Δθ内ピーク検索部４と受信電力計算部６とに接続されており、到来方向推定部３とは接続されていない点で、前記図１の実施の形態と相違している。
【００２３】
このように構成された移動局方向推定装置における処理の流れについて、図５のフローチャートを参照して説明する。
前述した実施の形態と同様に、前記到来方向推定部３において、前記受信機２から供給される前記各アンテナ素子（＃１〜＃Ｋ）の受信信号に対し、前述したＭＵＳＩＣアルゴリズムを用いて解析処理が行われ、ＭＵＳＩＣスペクトラムが計算される（ステップＳ４１）。
次に、前記Δθ内ピーク検索部４において、前記到来方向推定部３による計算結果に基づいて、各到来方向に対して相互に所定の角度（Δθ）内に存在するピークがあるか否かが判定される（ステップＳ４２）。
この判定の結果、所定の角度（Δθ）内に複数のピークが存在しないときは、前記受信電力計算部６において、前記式（１１）を用いて前記到来方向推定部３により検出された各到来方向の受信電力を計算し、前記移動局方向推定部７は、最大の受信電力を有する到来方向を移動局の方向であると決定する（ステップＳ４５）。
【００２４】
一方、前記ステップＳ４２の判定の結果、所定の角度Δθ内に複数（Ｎ個）のピークが存在しているときには、前記θｆ決定部８は、前記受信電力計算部６により、各到来方向の受信電力Ｓｎ（ｎ＝１，２，．．．，Ｎ）を計算し、各到来方向θｎ（ｎ＝１，２，．．．，Ｎ）につきそれぞれの受信電力Ｓｎで重み付けし、平均化して、角度Δθ範囲内の最終的な到来方向θｆを決定する。すなわち、次式に基づいて算出したθｆを、そのΔθ範囲内の最終的な一つの到来方向として決定する（ステップＳ４３）。
【数９】
【００２５】
このように、この実施の形態によれば、所定の角度範囲内に複数の到来方向が検出されたときに、繰り返し処理を行うことなく、その角度範囲内の最終的な到来方向を決定することができる。
【００２６】
図６は、前述した本発明の第１の実施の形態のアルゴリズムを用いて移動局の方向を複数回推定した場合における実際の方向と推定した方向の誤差と、従来法により同様に推定した場合における移動局方向推定誤差の累積確率を示す図である。また、標準偏差の値は、本発明の第１の実施の形態の場合は、０．４０°であり、従来法の場合は、１．１４°であった。
この図から、本発明の第１のアルゴリズムを適用することにより、従来法よりも推定精度の誤差が小さくなっていることが分かる。また、それに伴い、一例として基地局−移動局間距離が２ｋｍであるとき、誤差の標準偏差値を用いると、従来法では実際の移動局の位置に対して約４０ｍのずれが生じているが、本発明の第１のアルゴリズムを適用した場合、約１４ｍのずれに抑制できていることが分かる。
なお、本発明の第２及び第３の実施の形態の場合でも、同様の効果を得ることができる。
【００２７】
なお、上記図１及び図４の機能ブロック図においては、各アンテナ素子の出力を一つの受信機に入力し、該受信機から複数のアンテナ素子の入力信号を出力するようにしていたが、各アンテナ素子対応に受信機を設け、各受信機でそれぞれ対応するアンテナ素子からの受信信号をベースバンド信号に変換するようにしてもよい。
【００２８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、ある一定の角度Δθの範囲内に複数の方向から電波が到来すると推定した場合、その範囲では到来方向は本来一つであると仮定して検出することから、結果として移動局方向の推定精度を向上することができる。
そして、本発明の移動局位置推定方法及び装置を、基地局から見た移動局までの距離と移動局からの電波の到来方向を用いて移動局の位置を推定する極座標測定、あるいは、３つの基地局から見た移動局の電波の到来方向を用いて移動局の位置を測定するＡＯＡに導入することにより、移動局の位置を精度良く推定することができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の移動局方向推定装置の第１の実施の形態の要部構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の移動局方向推定方法の第１の実施の形態の処理の流れを示すフローチャートである。
【図３】本発明の移動局方向推定方法の第２の実施の形態の処理の流れを示すフローチャートである。
【図４】本発明の移動局方向推定装置の第３の実施の形態の要部構成を示すブロック図である。
【図５】本発明の移動局方向推定方法の第３の実施の形態の処理の流れを示すフローチャートである。
【図６】本発明の第１の実施の形態を適用した場合と従来法を適用した場合の移動局方向推定誤差の累積確率を示す図である。
【図７】移動局位置測定の手法を説明するための図であり、（ａ）はＡＯＡを説明するための図、（ｂ）は極座標測定を説明するための図である。
【図８】ＭＵＳＩＣアルゴリズムを説明するための図であり、（ａ）はアレーアンテナの構成を示し、（ｂ）はＭＵＳＩＣスペクトラムの一例を示す図である。
【図９】移動局から送信された電波が基地局に到達する様子、及び、所定の角度範囲内に複数の電波が集中して到達する場合の問題点を説明するための図である。
【符号の説明】
１ アレーアンテナ
２ 受信機
３ 到来方向推定部
４ 所定角度範囲内ピーク検索部（Δθ内ピーク検索部）
５，８ 所定角度内最終到来方向決定部（θｆ決定部）
６ 受信電力計算部
７ 移動局方向推定部
Claims (6)
- 移動通信システムにおける基地局において移動局の方向を推定する方法であって、
アレーアンテナを用いる超分解能到来方向推定技術により電波の到来角度を推定する第１のステップ、
前記第１のステップの結果、所定の角度範囲内に複数の到来方向が検出されたかどうかを検出する第２のステップ、
前記第２のステップにおいて所定の角度範囲内に複数の到来方向が検出された場合に、該所定の角度範囲内の複数の到来方向の中からその角度範囲内における最終的な一つの到来方向を決定する第３のステップ、及び、
検出された前記所定の角度範囲外の到来方向及び前記第３のステップにより決定された到来方向それぞれの受信電力を算出し、最大の受信電力を有する到来方向を移動局の方向と決定する第４のステップ
を含むことを特徴とする移動局方向推定方法。 - 前記第３のステップは、
前記アレーアンテナの演算に用いるアンテナ素子数を減少させることにより分解能を低下させて前記所定の角度範囲に所定のマージンを加えた角度範囲内で再度超分解能到来方向推定技術により到来角度推定を行うステップ、
該推定の結果得られたピーク数が０ならば、前回の推定により得られたピークの中から最大の受信電力を有するピークをその角度範囲内での最終的な一つの到来方向と決定し、ピーク数が１ならば、その到来方向をその角度範囲内での最終的な一つの到来方向と決定し、ピーク数が２以上ならば演算に用いるアンテナ素子数をさらに減少させて前記ステップを繰り返し実行するステップ
とを有することを特徴とする請求項１記載の移動局方向推定方法。 - 前記第３のステップは、
前記所定の角度範囲内に検出された複数の到来方向を、それぞれの受信電力で重み付けし、平均化して得られる方向を前記所定の角度範囲内における最終的な一つの到来方向として決定するステップであることを特徴とする請求項１記載の移動局方向推定方法。 - 移動通信システムにおける移動局の方向を推定する装置であって、
アレーアンテナと、
前記アレーアンテナからの受信信号に基づき、超分解能到来方向推定技術により電波の到来方向を推定する到来方向推定部と、
前記到来方向推定部により所定の角度範囲内に複数の到来方向が検出されたか否かを判定する所定角度範囲内ピーク検索部と、
前記所定角度範囲内ピーク検索部及び前記到来方向推定部の検出結果に基づき、所定角度範囲内に検出された複数の到来方向の中からその角度範囲内における最終的な一つの到来方向を決定する所定角度範囲内の最終到来方向決定部と、
前記所定の角度範囲外の到来方向と前記最終到来方向決定部において決定された到来方向のうち、最大の受信電力を有する到来方向を移動局方向と決定する移動局方向推定部
とを有することを特徴とする移動局方向推定装置。 - 前記最終到来方向決定部は、前記アンテナ素子の素子数を減少させて前記超分解能到来方向推定を行い、その結果、検出されたピーク数が０のときは前回の推定により得られたピークの中から最大の受信電力を有するピークをその角度範囲内における最終的な一つの到来方向と決定し、ピーク数が１のときはその到来方向をその角度範囲内での最終的な一つの到来方向と決定し、ピーク数が２以上のときは、演算に用いるアンテナ素子数をさらに減少させて再度前記超分解能到来方向推定を行い、上述の処理を繰り返すことを特徴とする請求項４記載の移動局方向推定装置。
- 前記最終到来方向決定部は、所定角度範囲内の複数の到来方向をそれぞれの受信電力により重み付けし、平均化して得られる到来方向をその角度範囲内における最終的な一つの到来方向と決定するものであることを特徴とする請求項４記載の移動局方向推定装置。
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