JP2004289407A - アダプティブアレイ無線装置、アンテナ選択方法およびアンテナ選択プログラム - Google Patents
アダプティブアレイ無線装置、アンテナ選択方法およびアンテナ選択プログラム Download PDFInfo
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Abstract
【課題】装置規模の拡大を最小にしつつアダプティブアレイ受信性能の向上を図ったアダプティブアレイ無線装置、アンテナ選択方法、およびアンテナ選択プログラムを提供する。
【解決手段】アダプティブアレイ端末おいて、アンテナ選択回路５により４本のアンテナ１〜４のうち２本のアンテナが選択され、それぞれの受信信号が信号処理部８ａでアダプティブアレイ受信処理に用いられるとともに、アンテナ相関値推定部８ｃでそれぞれの受信信号のアンテナ相関値が推定される。制御部８ｄは、アンテナ選択回路５を制御しながらアンテナ相関値が最低となる２本のアンテナの組合せを決定し、以後の通信を当該アンテナの組合せを用いて行なう。これにより、送受信機６，７を増設することなくアダプティブアレイ受信性能の向上を図ることができる。
【選択図】 図１
【解決手段】アダプティブアレイ端末おいて、アンテナ選択回路５により４本のアンテナ１〜４のうち２本のアンテナが選択され、それぞれの受信信号が信号処理部８ａでアダプティブアレイ受信処理に用いられるとともに、アンテナ相関値推定部８ｃでそれぞれの受信信号のアンテナ相関値が推定される。制御部８ｄは、アンテナ選択回路５を制御しながらアンテナ相関値が最低となる２本のアンテナの組合せを決定し、以後の通信を当該アンテナの組合せを用いて行なう。これにより、送受信機６，７を増設することなくアダプティブアレイ受信性能の向上を図ることができる。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、アダプティブアレイ無線装置、アンテナ選択方法およびアンテナ選択プログラムに関し、特に、複数のアンテナからなるアレイアンテナを用いるアダプティブアレイ受信機能を搭載したアダプティブアレイ無線装置、およびそのようなアダプティブアレイ無線装置におけるアンテナ選択方法およびアンテナ選択プログラムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、たとえばＰＨＳ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ｈａｎｄｙｐｈｏｎｅ Ｓｙｓｔｅｍ）のような移動体通信システムにおいては、移動端末装置（以下、端末）と、無線基地装置（以下、基地局）との間で無線通信が行なわれる。
【０００３】
近年、基地局では、特定のユーザからの信号を複数のアンテナからなるアレイアンテナを用いて受信し、受信した複数系列の信号に周知のアダプティブアレイ処理を施すことにより当該ユーザからの受信信号を分離抽出するアダプティブアレイ基地局が実用化されている（非特許文献１および２を参照）。
【０００４】
ここで、アダプティブアレイ処理とは、端末からの受信信号に基づいて、基地局の複数のアンテナごとの受信係数（ウェイト）からなるウェイトベクトルを推定して適応制御することによって、特定の端末からの信号を正確に抽出（合成）する周知の処理である。アダプティブアレイ処理は上記文献に詳細に開示されているように周知であるため、ここでは詳細な説明は行なわない。
【０００５】
そして、最近では、基地局だけでなく、端末においてもこのようなアダプティブアレイ機能を搭載したアダプティブアレイ端末が開発されつつある。
【０００６】
このようなアダプティブアレイ基地局およびアダプティブアレイ端末のようなアダプティブアレイ無線装置では、複数のアンテナおよび対応する複数の送受信機が設けられ、それぞれのアンテナで受信した複数系列の信号が無線装置内部に取り込まれ、アダプティブアレイ処理が施されることになる。
【０００７】
【非特許文献１】
飯沼敏範他著、「アダプティブアレイアンテナ方式ＰＨＳ基地局」、「ＳＡＮＹＯ ＴＥＣＨＮＩＣＡＬ ＲＥＶＩＥＷ（三洋電機技報）」、三洋電機株式会社、２０００年５月１日発行、第３２巻、第１号、ｐ．８０−８８
【０００８】
【非特許文献２】
土居義晴他著、「空間分割多元接続方式ＰＨＳ基地局」、「ＳＡＮＹＯ ＴＥＣＨＮＩＣＡＬ ＲＥＶＩＥＷ（三洋電機技報）」、三洋電機株式会社、２００１年１２月１０日発行、第３３巻、第３号、ｐ．９３−１０１
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
ところで基地局および端末のような無線装置においてアダプティブアレイ処理により所望信号の抽出を行なうためには、少なくとも２つのアンテナからの２系統の受信信号に対しアダプティブアレイ演算処理を施す必要がある。この場合、アダプティブアレイ処理の前段において、２つのアンテナで受信された２系統の無線信号の各々に対して周波数変換や増幅などの周知の無線処理を行なうために送受信機が必要であり、２系統の受信信号に対しては合計で２つの送受信機が必要となる。
【００１０】
しかしながら、アダプティブアレイ受信処理による所望信号の抽出の精度を上げるためには、２系統に限らずより多くの系統の受信信号を用いたアダプティブアレイ演算処理を行なうことが望ましい。そのためには、２つよりもさらに多いアンテナが必要であり、これに伴い、各受信信号の系統ごとに設けられる送受信機の総数もより多く必要となる。
【００１１】
しかしながら、基地局や端末のような無線装置においては、アンテナや送受信機の取り付けスペースや重量の点で、アンテナ数および送受信機数を無制限に増やすことは困難である。
【００１２】
特に、アダプティブアレイ端末においては、小型軽量化が要求されること、アンテナの取り付け場所に厳しい制限を受けることから、アンテナおよび送受信機の増設はさらに困難である。
【００１３】
それゆえに、この発明の目的は、アンテナおよび送受信機の増設を最小限に止めながらアダプティブアレイ受信の性能向上を図った、アダプティブアレイ無線装置、アンテナ選択方法およびアンテナ選択プログラムを提供することである。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
この発明の１つの局面によれば、３本以上のアンテナ群からなるアレイアンテナを有するアダプティブアレイ無線装置であって、アンテナ選択手段と、信号受信手段と、アダプティブアレイ信号処理手段と、アンテナ選択制御手段と、相関値推定手段と、アンテナ組合せ決定手段とを備える。アンテナ選択手段は、アンテナ選択信号に応じて、アンテナ群のうち２本のアンテナの組合せを選択する。信号受信手段は、選択されたアンテナの組合せで受信された信号に所定の無線信号処理を施す。アダプティブアレイ信号処理手段は、信号受信手段で所定の無線信号処理が施された信号にアダプティブアレイ受信処理を施して所望信号を抽出する。アンテナ選択制御手段は、アンテナ選択信号を制御して、アンテナ選択手段で選択される２本のアンテナの組合せを変更する。相関値推定手段は、アンテナ選択手段で選択された２本のアンテナの組合せごとに対応して、信号受信手段で所定の無線信号処理が施された信号のアンテナ相関値を推定して記録する。アンテナ組合せ決定手段は、アンテナ相関値が最低となる２本のアンテナの組合せを決定してアンテナ選択制御手段に選択させる。
【００１５】
好ましくは、アンテナ選択制御手段と、相関値推定手段と、アンテナ組合せ決定手段とは、アダプティブアレイ無線装置の通信開始時に、動作するように制御される。
【００１６】
好ましくは、アンテナ選択制御手段と、相関値推定手段と、アンテナ組合せ決定手段とは、アダプティブアレイ無線装置の通信途中に、動作するように制御される。
【００１７】
この発明の他の局面によれば、３本以上のアンテナ群からなるアレイアンテナを有するアダプティブアレイ無線装置におけるアンテナ選択方法であって、アダプティブアレイ無線装置は、アンテナ選択信号に応じて、アンテナ群のうち２本のアンテナの組合せを選択するアンテナ選択手段と、選択されたアンテナの組合せで受信された信号に所定の無線信号処理を施す信号受信手段と、信号受信手段で所定の無線信号処理が施された信号にアダプティブアレイ受信処理を施して所望信号を抽出するアダプティブアレイ信号処理手段とを含む。アンテナ選択方法は、アンテナ選択信号を制御して、アンテナ選択手段で選択される２本のアンテナの組合せを変更するステップと、アンテナ選択手段で選択された２本のアンテナの組合せごとに対応して、信号受信手段で所定の無線信号処理が施された信号のアンテナ相関値を推定して記録するステップと、アンテナ相関値が最低となる２本のアンテナの組合せを決定してアンテナの組合せを変更するステップに変更させるステップとを備える。
【００１８】
好ましくは、アンテナの組合せを変更するステップと、アンテナ相関値を推定して記録するステップと、アンテナの組合せを決定してアンテナの組合せを変更するステップに変更させるステップとは、アダプティブアレイ無線装置の通信開始時に、動作するように制御される。
【００１９】
好ましくは、アンテナの組合せを変更するステップと、アンテナ相関値を推定して記録するステップと、アンテナの組合せを決定してアンテナの組合せを変更するステップに変更させるステップとは、アダプティブアレイ無線装置の通信途中に、動作するように制御される。
【００２０】
この発明のさらに他の局面によれば、３本以上のアンテナ群からなるアレイアンテナを有するアダプティブアレイ無線装置におけるアンテナ選択プログラムであって、アダプティブアレイ無線装置は、アンテナ選択信号に応じて、アンテナ群のうち２本のアンテナの組合せを選択するアンテナ選択手段と、選択されたアンテナの組合せで受信された信号に所定の無線信号処理を施す信号受信手段と、信号受信手段で所定の無線信号処理が施された信号にアダプティブアレイ受信処理を施して所望信号を抽出するアダプティブアレイ信号処理手段とを含む。アンテナ選択プログラムは、コンピュータに、アンテナ選択信号を制御して、アンテナ選択手段で選択される２本のアンテナの組合せを変更するステップと、アンテナ選択手段で選択された２本のアンテナの組合せごとに対応して、信号受信手段で所定の無線信号処理が施された信号のアンテナ相関値を推定して記録するステップと、アンテナ相関値が最低となる２本のアンテナの組合せを決定してアンテナの組合せを変更するステップに変更させるステップとを実行させる。
【００２１】
好ましくは、アンテナの組合せを変更するステップと、アンテナ相関値を推定して記録するステップと、アンテナの組合せを決定してアンテナの組合せを変更するステップに変更させるステップとは、アダプティブアレイ無線装置の通信開始時に、コンピュータに実行させる。
【００２２】
好ましくは、アンテナの組合せを変更するステップと、アンテナ相関値を推定して記録するステップと、アンテナの組合せを決定してアンテナの組合せを変更するステップに変更させるステップとは、アダプティブアレイ無線装置の通信途中に、コンピュータに実行させる。
【００２３】
したがって、この発明によれば、アダプティブアレイ無線装置において、受信信号系統数よりも多く設けられた３本以上のアンテナ群から、アンテナ相関値の最も低い、すなわち受信性能の最も良いアンテナの組合せを選択することにより、無線装置の規模の拡大を最小限に抑えながら、アダプティブアレイ受信性能を向上させることができ、指向性に優れた安定した通信を実現することができる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態を図面を参照して詳しく説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。
【００２５】
まず、この発明の基本原理について説明する。
アダプティブアレイ処理の特性として、アレイアンテナを構成する複数のアンテナ間での受信信号の相関（値）が小さいほど、受信特性が良好になることが知られている。このような相関（値）を以下、アンテナ相関（値）と称する。
【００２６】
すなわち、周知のアダプティブアレイ演算処理によって、たとえば２本アンテナからの受信信号から所望信号を分離抽出するためには、２本のアンテナでそれぞれ異なる信号を受信（相関値が小さい）しなければならず、たとえば２本のアンテナで同一の信号を受信した場合のようにアンテナ間の相関値が大きければ（同一の場合は相関値は１）、アダプティブアレイ演算処理によって受信信号から所望信号を分離抽出することが困難になる。
【００２７】
一般的に、アンテナ相関値は、複数のアンテナ相互間の距離、アンテナごとの偏波面などの要因によって変化する。たとえば、各アンテナで受信する信号は、伝搬路でのフェージングの影響を受けているが、複数のアンテナの相互の間隔が離れている方がアンテナごとのフェージングの影響が異なるため、アンテナ相関値は低くなりやすい。また、同様に、アンテナごとの偏波面が異なるほどアンテナ相関値は低くなりやすい。
【００２８】
そこで、無線装置のアンテナ数および送受信機数をできるだけ増やすことなくアダプティブアレイ受信性能を向上させるために、複数のアンテナのうちでアンテナ相関値の低いアンテナの組合せを選択できるようにすればよい。
【００２９】
最も簡潔な例を用いて説明すると、２本の固定アンテナおよび対応する２つの送受信機で得られる２系統の受信信号に基づいてアダプティブアレイ受信処理を行なっていた従来のアダプティブアレイ無線装置に比べて、この発明では、たとえば、アンテナを１本増やして３本とし、これら３本のアンテナで受信した信号のうち、アンテナ相関値が最も低い２本のアンテナの組合せを見出す。
【００３０】
そして、３本のアンテナのうち、選択された２本のアンテナで受信された受信信号を対応する送受信機で無線処理した後、アダプティブアレイ演算処理の対象とする。
【００３１】
この例では、アンテナを１本増設するものの送受信機は従来どおり２つのままで、アンテナ相関値の低いすなわち受信特性の良い２本のアンテナを選択することができ、固定アンテナ２本で受信していた従来の例に比べて、最小限の装置規模の拡大でアダプティブアレイ受信性能の向上を図ることができる。
【００３２】
なお、このような発明の基本原理は、アダプティブアレイ受信を行なうアダプティブアレイ基地局およびアダプティブアレイ端末のいずれにも適用可能であるが、以下の実施の形態では、この発明をアダプティブアレイ端末に適用した場合を示すものとする。
【００３３】
図１は、この発明の実施の形態によるアダプティブアレイ端末の構成を示す機能ブロック図である。
【００３４】
図１を参照して、アンテナ１〜４で受信した信号は、アンテナ選択回路５に与えられる。アンテナ選択回路５は、後述するように、ベースバンド信号処理部８から与えられるアンテナ選択信号に応じて、アンテナ１〜４のうちの２本を選択し、選択した２本のアンテナのうちの１本のアンテナからの受信信号を第１送受信機６に与え、選択した２本のアンテナのうちのもう１本からの受信信号を第２送受信機７に与える。
【００３５】
送受信機６，７では、それぞれ、与えられた無線周波数の受信信号に対して、周波数変換、増幅等の周知の無線処理を施し、ベースバンドの受信信号に変換してベースバンド信号処理部８に与える。
【００３６】
ベースバンド信号処理部８では、後述するように、送受信機６，７から受信した２系統の受信信号に対し、アダプティブアレイ演算処理を含む復調処理を施し、復調ベースバンド信号として出力する。出力された復調ベースバンド信号は、端末内の図示しない各種回路により処理され、ユーザとの通話が実現される。
【００３７】
一方、ユーザによって入力され、端末内の図示しない各種回路によって処理された送信ベースバンド信号はベースバンド信号処理部８に与えられ、所定の処理が施される。より特定的には、受信信号のアダプティブアレイ処理で得られた受信ウェイトベクトルに基づく送信ウェイトベクトルを利用するなどの方法により、送信信号の送信指向性の制御が行なわれ、この結果が２系統の送信信号として、対応する送受信機６，７にそれぞれ与えられる。
【００３８】
送受信機６，７は、与えられたベースバンドの送信信号に、周波数変換、増幅等の周知の無線処理を施し、無線周波数の送信信号に変換してアンテナ選択回路５に与える。
【００３９】
アンテナ選択回路５は、受信時に選択された２つのアンテナに、送受信機６，７からの送信信号を与え、送信信号は、対応するアンテナから送信される。
【００４０】
次に、図２は、図１のベースバンド信号処理部８の構成を示す機能ブロック図である。なお、図１に関連して説明したように、ベースバンド信号処理部８は、受信信号および送信信号の双方に対する処理を行なうが、アンテナ選択については受信処理で行なうため、以下に説明する図２では、ベースバンド信号処理部８のうち、送信信号の処理に関する部分を省略し、受信信号の処理に関する部分のみを示すものとする。
【００４１】
図２を参照して、ベースバンド信号処理部８は、信号処理部８ａと、復調部８ｂと、アンテナ相関推定部８ｃと、制御部８ｄとを備えている。
【００４２】
図１の送受信機６，７で増幅、周波数変換などの所定のアナログ処理が施された２系統の受信信号は、図示しないアナログ・デジタル変換機によりそれぞれデジタル信号に変換され、図２の信号処理部８ａおよびアンテナ相関推定部８ｃに与えられる。
【００４３】
信号処理部８ａは、制御部８ｄの制御下に、送受信機６，７から受信した信号にアダプティブアレイ処理を施し、所望の受信信号を分離抽出する。
【００４４】
すなわち、信号処理部８ａにおいては、基地局からの受信信号に基づいて、端末の４本のアンテナ１〜４のうちアンテナ選択回路５によって選択された２本のアンテナごとのウェイトからなるウェイトベクトルを推定して適応制御することによって、基地局からの所望信号を正確に抽出（合成）する周知のアダプティブアレイ処理を実行する。
【００４５】
図２の信号処理部８ａには、受信信号のシンボルごとにこのようなウェイトベクトルを推定する図示しないウェイト制御部が設けられており、このウェイト制御部は、受信信号ベクトルと推定されたウェイトベクトルとの複素乗算和と、既知の参照信号との誤差の２乗を減少させるようウェイトベクトルを収束させる処理、すなわち基地局からの受信指向性を収束させるアダプティブアレイ処理を実行する。
【００４６】
アダプティブアレイ処理では、このようなウェイトベクトルの収束を、時間や信号電波の伝搬路特性の変動に応じて適応的に行ない、受信信号中から干渉成分やノイズを除去し、基地局からの受信信号を抽出することができる。
【００４７】
このようなウェイト制御部では、ウェイト推定アルゴリズムとして、たとえばＲＬＳ（Ｒｅｃｕｒｓｉｖｅ Ｌｅａｓｔ Ｓｑｕａｒｅｓ）アルゴリズム、ＬＭＳ（Ｌｅａｓｔ Ｍｅａｎ Ｓｑｕａｒｅ）アルゴリズムなどの逐次推定アルゴリズムを使用している。
【００４８】
このようなＲＬＳアルゴリズムやＬＭＳアルゴリズムは、アダプティブアレイ処理の分野では周知の技術であり、たとえば、１９９８年１１月２５日発行の菊間信良著の「アレーアンテナによる適応信号処理」（科学技術出版）、第３５頁〜第４９頁の「第３章 ＭＭＳＥアダプティブアレー」に詳細に説明されているので、ここではアダプティブアレイ処理についての詳細な説明は省略する。
【００４９】
さらに、図２の復調部８ｂは、制御部８ｄの制御下に、信号処理部８ａでアダプティブアレイ処理により分離抽出された受信信号に対し復調処理を施し、復調ベースバンド信号を出力している。また、復調部８ｂは、後述するアンテナ相関値の計算のため、上述の様に一旦復調した信号を再変調した信号をアンテナ相関推定部８ｃに与える。
【００５０】
一方、アンテナ相関推定部８ｃは、制御部８ｄの制御下に、送受信機６，７からの受信信号、および必要に応じて復調部８ｂからの再変調信号に基づいて、アンテナ選択回路５で選択された２本のアンテナで受信した２系統の信号系列間のアンテナ相関値を推定し、その結果を制御部８ｄに与える。
【００５１】
ここで、アンテナ相関推定部８ｃにおけるアンテナ相関値推定手法の具体例について説明する。以下に、アンテナ相関値推定の代表的な３つの方法について説明するが、この発明に適用されるアンテナ相関値推定手法は、以下に説明する方法に限定されるものではない。
【００５２】
（１） 第１のアンテナ相関値推定方法
この方法は、１スロットの期間中に受信するＩＱ信号の複数のシンボルデータ（たとえば１２０シンボル）からアンテナ相関値を推定する方法である。
【００５３】
すなわち、選択された２本のアンテナの受信信号をそれぞれＸ１，Ｘ２とすると、アンテナ相関値αは、次式のように求められる。
【００５４】
α＝｜Ｘ１Ｘ２ Ｈ｜／｜Ｘ１｜｜Ｘ２｜・・・（１）
ここで、ＡＨは、行列Ａの複素共役転置行列とする。
【００５５】
また、Ｘｊ（ｊ＝１，２）は、アンテナｊで受信したＩＱ信号の複数の（ｎ個の）シンボルデータを要素とする、（Ｘｊ１，Ｘｊ２，Ｘｊ３，・・・，Ｘｊｎ）で表わされるベクトルである。
【００５６】
（２） 第２のアンテナ相関値推定方法
この方法は、１スロット内で推定した複数の受信応答ベクトルからアンテナ相関値を推定する方法である。
【００５７】
アンテナ相関値の推定方法を説明する前に、受信応答ベクトルの一般的な算出方法について説明する。ここでは、受信信号Ｘから所望信号の受信応答ベクトルｈを推定する場合を例に取り説明する。
【００５８】
受信信号Ｘは次式で表わされるものとする。
Ｘ＝ｈ＊Ｄ＋ｎ・・・（２）
ここで、Ｄは、所望信号の再変調信号（図２の復調部８ｂからアンテナ相関推定部８ｃに与えられる再変調信号が相当）であり、ｎはノイズである。
【００５９】
ここで、上記（２）式の両辺に、所望信号の再変調信号Ｄを乗算し、アンサンブル平均（時間平均）を取ると次式で表わされる。
【００６０】
Ｅ［Ｘ＊Ｄ＊］＝ｈ＊Ｅ［Ｄ＊Ｄ＊］＋Ｅ［ｎ＊Ｄ＊］・・・（３）
ここで、Ｄ＊は、ベクトルＤの各要素の複素共役を取りさらに転置したものである。また、Ｅ［Ｄ＊Ｄ＊］＝１，Ｅ［ｎ＊Ｄ＊］＝０であるため、受信応答ベクトルは、次式で表わされるようになる。
【００６１】
Ｅ［Ｘ＊Ｄ＊］＝ｈ・・・（４）
このように算出された受信応答ベクトルｈに基づいて、アンテナ相関値は次のように求めることができる。
【００６２】
すなわち、選択された２本のアンテナの受信応答ベクトルをそれぞれｈ１，ｈ２とすると、アンテナ相関値αは、次式のように求められる。
【００６３】
α＝｜ｈ１ｈ２ Ｈ｜／｜ｈ１｜｜ｈ２｜・・・（５）
ｈｊ（ｊ＝１，２）は、アンテナｊで推定した複数の（ｎ個の）受信応答ベクトルを要素とする、（ｈｊ１，ｈｊ２，ｈｊ３，・・・，ｈｊｎ）で表わされるベクトルである。
【００６４】
（３） 第３のアンテナ相関値推定方法
この方法は、複数スロットにわたって各スロットごとの所定場所（たとえば前縁部）で推定した、複数の受信応答ベクトルからアンテナ相関値を推定する方法である。
【００６５】
受信応答ベクトルの算出方法は上述したとおりである。
選択された２本のアンテナの受信応答ベクトルをそれぞれｈ１，ｈ２とすると、アンテナ相関値αは、次式のように求められる。
【００６６】
α＝｜ｈ１ｈ２ Ｈ｜／｜ｈ１｜｜ｈ２｜・・・（６）
ｈｊ（ｊ＝１，２）は、アンテナｊで推定した複数の（ｎスロットにわたる）受信応答ベクトルを要素とする、（ｈｊ１，ｈｊ２，ｈｊ３，・・・，ｈｊｎ）で表わされるベクトルである。
【００６７】
制御部８ｄは、アンテナ選択信号によって、アンテナ選択回路５によるアンテナ１〜４から２本選択するアンテナの組合せを変更し、その都度、アンテナ相関推定部８ｃによって算出される対応するアンテナ相関値を記録する。
【００６８】
そして、制御部８ｄは、最もアンテナ相関値の低かったアンテナの組合せを選択し、そのアンテナの組合せで以後の受信を行なうようにアンテナ選択信号を発生してアンテナ選択回路５に与える。
【００６９】
図２に示したアダプティブアレイ端末のベースバンド信号処理部８の機能ブロック図の構成は、実際には、図示しないデジタル・シグナル・プロセッサ（ＤＳＰ）によって、図３に示すフロー図に従ってソフトウェアで実行されるものである。このＤＳＰは、図３に示すフロー図の各ステップを備えるプログラムを図示しないメモリから読み出して実行する。このプログラムは、外部からインストールすることができる。
【００７０】
以下に、図３を参照して、この発明の実施の形態によるアダプティブアレイ端末のアンテナ動作について説明する。
【００７１】
まず、ステップＳ１において、アダプティブアレイ端末の複数のアンテナ（図１の例では４本）から任意の２本を選択する。
【００７２】
次に、ステップＳ２において、ステップＳ１で選択された２本のアンテナで受信した信号から、たとえば上述のアンテナ相関値推定方法のいずれかを用いてアンテナ相関値を算出して、アンテナの組合せに対応付けて記録する。
【００７３】
次に、ステップＳ３において、ステップＳ１で選択された組合せとは異なる込み合わせにアンテナの組合せを変更する。
【００７４】
次に、ステップＳ４において、アンテナの組合せのすべてについてアンテナ相関値の推定および記録が完了したかが判断される。完了していなければ、ステップＳ２に戻り、変更後のアンテナの組合せに対してアンテナ相関値の推定および記録を行なう。そしてステップＳ３においてアンテナの組合せの変更を行なう。
【００７５】
このように、アンテナの組合せ変更およびアンテナ相関値推定および記録を繰り返しながら、ステップＳ４においてすべての組合せについてアンテナ相関値の推定および記録が完了したと判断されると、ステップＳ５に進み、すべてのアンテナ組合せに対応するアンテナ相関値のうち、最も低い相関値に対応するアンテナの組合せを決定する。そして、ベースバンド信号処理部８は、その決定されたアンテナの組合せで以後の受信を行なうようにアンテナ選択信号を発生してアンテナ選択回路５に与える。
【００７６】
なお、図３のフロー図に示したアンテナ選択処理は、基本的には、アダプティブアレイ端末の通信の開始時に実行され、開始後は、上記処理によって選択された２本のアンテナの組合せによって受信された信号に基づいてアダプティブアレイ受信処理が実行される。
【００７７】
しかしながら、アンテナ相関値は、フェージングなど伝搬環境の変動に応じて随時変化するものである。したがって、図３に示す処理は、通信の開始時に限らず、通信の途中においても適時実行することにより、受信性能をより向上させることができる。具体的には、通信途中において受信動作を持続しながら選択アンテナの組合せを順次変更しつつアンテナ相関値の推定を行ない、アンテナ相関値が最も低いアンテナ組合せに変更するようにアンテナ選択処理を行なえばよい。
【００７８】
上述の実施の形態は、アダプティブアレイ端末にこの発明を適用した場合について説明したが、先に述べたように、この発明は、アダプティブアレイ端末に限らず、アダプティブアレイ基地局など、アダプティブアレイ受信処理を実行するアダプティブアレイ無線装置一般に適用可能である。
【００７９】
以上のように、この発明の実施の形態によれば、アダプティブアレイ無線装置において、従来のような受信信号系統に対応して固定された複数アンテナではなく、受信信号系統数よりも多く設けられた複数アンテナから、アンテナ相関値の最も低い、すなわち受信性能の良いアンテナの組合せを選択することにより、無線装置の規模の拡大を最小限に抑えながら、アダプティブアレイ受信性能を向上させることができ、指向性に優れた安定した通信を実現することができる。
【００８０】
より具体的には、無線装置に設けられる送受信機の数を増やさなくても、アダプティブアレイ受信特性の向上を図ることができる。図１の実施の形態では、２系統の送受信機に対しアンテナ４本を設けた場合について示したが、先に説明したように、２系統の送受信機に対して最低３本のアンテナを設ければ、３本のアンテナ間で最適の（相関値が最小の）アンテナの組合せを選択することにより、受信性能の向上というこの発明の効果を奏することができる。
【００８１】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【００８２】
【発明の効果】
以上のように、この発明によれば、アダプティブアレイ受信を行なう無線装置において、装置規模の拡大を最小限に抑えながら、アダプティブアレイ受信性能の向上を図ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態によるアダプティブアレイ端末の概略ブロック図である。
【図２】図１に示したベースバンド信号処理部８を示す機能ブロック図である。
【図３】図２に示したベースバンド信号処理部８の処理を示すフロー図である。
【符号の説明】
１，２，３，４ アンテナ、５ アンテナ選択回路、６，７ 送受信機、８ ベースバンド信号処理部、８ａ 信号処理部、８ｂ 復調部、８ｃ アンテナ相関値推定部、８ｄ 制御部。
【発明の属する技術分野】
この発明は、アダプティブアレイ無線装置、アンテナ選択方法およびアンテナ選択プログラムに関し、特に、複数のアンテナからなるアレイアンテナを用いるアダプティブアレイ受信機能を搭載したアダプティブアレイ無線装置、およびそのようなアダプティブアレイ無線装置におけるアンテナ選択方法およびアンテナ選択プログラムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、たとえばＰＨＳ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ｈａｎｄｙｐｈｏｎｅ Ｓｙｓｔｅｍ）のような移動体通信システムにおいては、移動端末装置（以下、端末）と、無線基地装置（以下、基地局）との間で無線通信が行なわれる。
【０００３】
近年、基地局では、特定のユーザからの信号を複数のアンテナからなるアレイアンテナを用いて受信し、受信した複数系列の信号に周知のアダプティブアレイ処理を施すことにより当該ユーザからの受信信号を分離抽出するアダプティブアレイ基地局が実用化されている（非特許文献１および２を参照）。
【０００４】
ここで、アダプティブアレイ処理とは、端末からの受信信号に基づいて、基地局の複数のアンテナごとの受信係数（ウェイト）からなるウェイトベクトルを推定して適応制御することによって、特定の端末からの信号を正確に抽出（合成）する周知の処理である。アダプティブアレイ処理は上記文献に詳細に開示されているように周知であるため、ここでは詳細な説明は行なわない。
【０００５】
そして、最近では、基地局だけでなく、端末においてもこのようなアダプティブアレイ機能を搭載したアダプティブアレイ端末が開発されつつある。
【０００６】
このようなアダプティブアレイ基地局およびアダプティブアレイ端末のようなアダプティブアレイ無線装置では、複数のアンテナおよび対応する複数の送受信機が設けられ、それぞれのアンテナで受信した複数系列の信号が無線装置内部に取り込まれ、アダプティブアレイ処理が施されることになる。
【０００７】
【非特許文献１】
飯沼敏範他著、「アダプティブアレイアンテナ方式ＰＨＳ基地局」、「ＳＡＮＹＯ ＴＥＣＨＮＩＣＡＬ ＲＥＶＩＥＷ（三洋電機技報）」、三洋電機株式会社、２０００年５月１日発行、第３２巻、第１号、ｐ．８０−８８
【０００８】
【非特許文献２】
土居義晴他著、「空間分割多元接続方式ＰＨＳ基地局」、「ＳＡＮＹＯ ＴＥＣＨＮＩＣＡＬ ＲＥＶＩＥＷ（三洋電機技報）」、三洋電機株式会社、２００１年１２月１０日発行、第３３巻、第３号、ｐ．９３−１０１
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
ところで基地局および端末のような無線装置においてアダプティブアレイ処理により所望信号の抽出を行なうためには、少なくとも２つのアンテナからの２系統の受信信号に対しアダプティブアレイ演算処理を施す必要がある。この場合、アダプティブアレイ処理の前段において、２つのアンテナで受信された２系統の無線信号の各々に対して周波数変換や増幅などの周知の無線処理を行なうために送受信機が必要であり、２系統の受信信号に対しては合計で２つの送受信機が必要となる。
【００１０】
しかしながら、アダプティブアレイ受信処理による所望信号の抽出の精度を上げるためには、２系統に限らずより多くの系統の受信信号を用いたアダプティブアレイ演算処理を行なうことが望ましい。そのためには、２つよりもさらに多いアンテナが必要であり、これに伴い、各受信信号の系統ごとに設けられる送受信機の総数もより多く必要となる。
【００１１】
しかしながら、基地局や端末のような無線装置においては、アンテナや送受信機の取り付けスペースや重量の点で、アンテナ数および送受信機数を無制限に増やすことは困難である。
【００１２】
特に、アダプティブアレイ端末においては、小型軽量化が要求されること、アンテナの取り付け場所に厳しい制限を受けることから、アンテナおよび送受信機の増設はさらに困難である。
【００１３】
それゆえに、この発明の目的は、アンテナおよび送受信機の増設を最小限に止めながらアダプティブアレイ受信の性能向上を図った、アダプティブアレイ無線装置、アンテナ選択方法およびアンテナ選択プログラムを提供することである。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
この発明の１つの局面によれば、３本以上のアンテナ群からなるアレイアンテナを有するアダプティブアレイ無線装置であって、アンテナ選択手段と、信号受信手段と、アダプティブアレイ信号処理手段と、アンテナ選択制御手段と、相関値推定手段と、アンテナ組合せ決定手段とを備える。アンテナ選択手段は、アンテナ選択信号に応じて、アンテナ群のうち２本のアンテナの組合せを選択する。信号受信手段は、選択されたアンテナの組合せで受信された信号に所定の無線信号処理を施す。アダプティブアレイ信号処理手段は、信号受信手段で所定の無線信号処理が施された信号にアダプティブアレイ受信処理を施して所望信号を抽出する。アンテナ選択制御手段は、アンテナ選択信号を制御して、アンテナ選択手段で選択される２本のアンテナの組合せを変更する。相関値推定手段は、アンテナ選択手段で選択された２本のアンテナの組合せごとに対応して、信号受信手段で所定の無線信号処理が施された信号のアンテナ相関値を推定して記録する。アンテナ組合せ決定手段は、アンテナ相関値が最低となる２本のアンテナの組合せを決定してアンテナ選択制御手段に選択させる。
【００１５】
好ましくは、アンテナ選択制御手段と、相関値推定手段と、アンテナ組合せ決定手段とは、アダプティブアレイ無線装置の通信開始時に、動作するように制御される。
【００１６】
好ましくは、アンテナ選択制御手段と、相関値推定手段と、アンテナ組合せ決定手段とは、アダプティブアレイ無線装置の通信途中に、動作するように制御される。
【００１７】
この発明の他の局面によれば、３本以上のアンテナ群からなるアレイアンテナを有するアダプティブアレイ無線装置におけるアンテナ選択方法であって、アダプティブアレイ無線装置は、アンテナ選択信号に応じて、アンテナ群のうち２本のアンテナの組合せを選択するアンテナ選択手段と、選択されたアンテナの組合せで受信された信号に所定の無線信号処理を施す信号受信手段と、信号受信手段で所定の無線信号処理が施された信号にアダプティブアレイ受信処理を施して所望信号を抽出するアダプティブアレイ信号処理手段とを含む。アンテナ選択方法は、アンテナ選択信号を制御して、アンテナ選択手段で選択される２本のアンテナの組合せを変更するステップと、アンテナ選択手段で選択された２本のアンテナの組合せごとに対応して、信号受信手段で所定の無線信号処理が施された信号のアンテナ相関値を推定して記録するステップと、アンテナ相関値が最低となる２本のアンテナの組合せを決定してアンテナの組合せを変更するステップに変更させるステップとを備える。
【００１８】
好ましくは、アンテナの組合せを変更するステップと、アンテナ相関値を推定して記録するステップと、アンテナの組合せを決定してアンテナの組合せを変更するステップに変更させるステップとは、アダプティブアレイ無線装置の通信開始時に、動作するように制御される。
【００１９】
好ましくは、アンテナの組合せを変更するステップと、アンテナ相関値を推定して記録するステップと、アンテナの組合せを決定してアンテナの組合せを変更するステップに変更させるステップとは、アダプティブアレイ無線装置の通信途中に、動作するように制御される。
【００２０】
この発明のさらに他の局面によれば、３本以上のアンテナ群からなるアレイアンテナを有するアダプティブアレイ無線装置におけるアンテナ選択プログラムであって、アダプティブアレイ無線装置は、アンテナ選択信号に応じて、アンテナ群のうち２本のアンテナの組合せを選択するアンテナ選択手段と、選択されたアンテナの組合せで受信された信号に所定の無線信号処理を施す信号受信手段と、信号受信手段で所定の無線信号処理が施された信号にアダプティブアレイ受信処理を施して所望信号を抽出するアダプティブアレイ信号処理手段とを含む。アンテナ選択プログラムは、コンピュータに、アンテナ選択信号を制御して、アンテナ選択手段で選択される２本のアンテナの組合せを変更するステップと、アンテナ選択手段で選択された２本のアンテナの組合せごとに対応して、信号受信手段で所定の無線信号処理が施された信号のアンテナ相関値を推定して記録するステップと、アンテナ相関値が最低となる２本のアンテナの組合せを決定してアンテナの組合せを変更するステップに変更させるステップとを実行させる。
【００２１】
好ましくは、アンテナの組合せを変更するステップと、アンテナ相関値を推定して記録するステップと、アンテナの組合せを決定してアンテナの組合せを変更するステップに変更させるステップとは、アダプティブアレイ無線装置の通信開始時に、コンピュータに実行させる。
【００２２】
好ましくは、アンテナの組合せを変更するステップと、アンテナ相関値を推定して記録するステップと、アンテナの組合せを決定してアンテナの組合せを変更するステップに変更させるステップとは、アダプティブアレイ無線装置の通信途中に、コンピュータに実行させる。
【００２３】
したがって、この発明によれば、アダプティブアレイ無線装置において、受信信号系統数よりも多く設けられた３本以上のアンテナ群から、アンテナ相関値の最も低い、すなわち受信性能の最も良いアンテナの組合せを選択することにより、無線装置の規模の拡大を最小限に抑えながら、アダプティブアレイ受信性能を向上させることができ、指向性に優れた安定した通信を実現することができる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態を図面を参照して詳しく説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。
【００２５】
まず、この発明の基本原理について説明する。
アダプティブアレイ処理の特性として、アレイアンテナを構成する複数のアンテナ間での受信信号の相関（値）が小さいほど、受信特性が良好になることが知られている。このような相関（値）を以下、アンテナ相関（値）と称する。
【００２６】
すなわち、周知のアダプティブアレイ演算処理によって、たとえば２本アンテナからの受信信号から所望信号を分離抽出するためには、２本のアンテナでそれぞれ異なる信号を受信（相関値が小さい）しなければならず、たとえば２本のアンテナで同一の信号を受信した場合のようにアンテナ間の相関値が大きければ（同一の場合は相関値は１）、アダプティブアレイ演算処理によって受信信号から所望信号を分離抽出することが困難になる。
【００２７】
一般的に、アンテナ相関値は、複数のアンテナ相互間の距離、アンテナごとの偏波面などの要因によって変化する。たとえば、各アンテナで受信する信号は、伝搬路でのフェージングの影響を受けているが、複数のアンテナの相互の間隔が離れている方がアンテナごとのフェージングの影響が異なるため、アンテナ相関値は低くなりやすい。また、同様に、アンテナごとの偏波面が異なるほどアンテナ相関値は低くなりやすい。
【００２８】
そこで、無線装置のアンテナ数および送受信機数をできるだけ増やすことなくアダプティブアレイ受信性能を向上させるために、複数のアンテナのうちでアンテナ相関値の低いアンテナの組合せを選択できるようにすればよい。
【００２９】
最も簡潔な例を用いて説明すると、２本の固定アンテナおよび対応する２つの送受信機で得られる２系統の受信信号に基づいてアダプティブアレイ受信処理を行なっていた従来のアダプティブアレイ無線装置に比べて、この発明では、たとえば、アンテナを１本増やして３本とし、これら３本のアンテナで受信した信号のうち、アンテナ相関値が最も低い２本のアンテナの組合せを見出す。
【００３０】
そして、３本のアンテナのうち、選択された２本のアンテナで受信された受信信号を対応する送受信機で無線処理した後、アダプティブアレイ演算処理の対象とする。
【００３１】
この例では、アンテナを１本増設するものの送受信機は従来どおり２つのままで、アンテナ相関値の低いすなわち受信特性の良い２本のアンテナを選択することができ、固定アンテナ２本で受信していた従来の例に比べて、最小限の装置規模の拡大でアダプティブアレイ受信性能の向上を図ることができる。
【００３２】
なお、このような発明の基本原理は、アダプティブアレイ受信を行なうアダプティブアレイ基地局およびアダプティブアレイ端末のいずれにも適用可能であるが、以下の実施の形態では、この発明をアダプティブアレイ端末に適用した場合を示すものとする。
【００３３】
図１は、この発明の実施の形態によるアダプティブアレイ端末の構成を示す機能ブロック図である。
【００３４】
図１を参照して、アンテナ１〜４で受信した信号は、アンテナ選択回路５に与えられる。アンテナ選択回路５は、後述するように、ベースバンド信号処理部８から与えられるアンテナ選択信号に応じて、アンテナ１〜４のうちの２本を選択し、選択した２本のアンテナのうちの１本のアンテナからの受信信号を第１送受信機６に与え、選択した２本のアンテナのうちのもう１本からの受信信号を第２送受信機７に与える。
【００３５】
送受信機６，７では、それぞれ、与えられた無線周波数の受信信号に対して、周波数変換、増幅等の周知の無線処理を施し、ベースバンドの受信信号に変換してベースバンド信号処理部８に与える。
【００３６】
ベースバンド信号処理部８では、後述するように、送受信機６，７から受信した２系統の受信信号に対し、アダプティブアレイ演算処理を含む復調処理を施し、復調ベースバンド信号として出力する。出力された復調ベースバンド信号は、端末内の図示しない各種回路により処理され、ユーザとの通話が実現される。
【００３７】
一方、ユーザによって入力され、端末内の図示しない各種回路によって処理された送信ベースバンド信号はベースバンド信号処理部８に与えられ、所定の処理が施される。より特定的には、受信信号のアダプティブアレイ処理で得られた受信ウェイトベクトルに基づく送信ウェイトベクトルを利用するなどの方法により、送信信号の送信指向性の制御が行なわれ、この結果が２系統の送信信号として、対応する送受信機６，７にそれぞれ与えられる。
【００３８】
送受信機６，７は、与えられたベースバンドの送信信号に、周波数変換、増幅等の周知の無線処理を施し、無線周波数の送信信号に変換してアンテナ選択回路５に与える。
【００３９】
アンテナ選択回路５は、受信時に選択された２つのアンテナに、送受信機６，７からの送信信号を与え、送信信号は、対応するアンテナから送信される。
【００４０】
次に、図２は、図１のベースバンド信号処理部８の構成を示す機能ブロック図である。なお、図１に関連して説明したように、ベースバンド信号処理部８は、受信信号および送信信号の双方に対する処理を行なうが、アンテナ選択については受信処理で行なうため、以下に説明する図２では、ベースバンド信号処理部８のうち、送信信号の処理に関する部分を省略し、受信信号の処理に関する部分のみを示すものとする。
【００４１】
図２を参照して、ベースバンド信号処理部８は、信号処理部８ａと、復調部８ｂと、アンテナ相関推定部８ｃと、制御部８ｄとを備えている。
【００４２】
図１の送受信機６，７で増幅、周波数変換などの所定のアナログ処理が施された２系統の受信信号は、図示しないアナログ・デジタル変換機によりそれぞれデジタル信号に変換され、図２の信号処理部８ａおよびアンテナ相関推定部８ｃに与えられる。
【００４３】
信号処理部８ａは、制御部８ｄの制御下に、送受信機６，７から受信した信号にアダプティブアレイ処理を施し、所望の受信信号を分離抽出する。
【００４４】
すなわち、信号処理部８ａにおいては、基地局からの受信信号に基づいて、端末の４本のアンテナ１〜４のうちアンテナ選択回路５によって選択された２本のアンテナごとのウェイトからなるウェイトベクトルを推定して適応制御することによって、基地局からの所望信号を正確に抽出（合成）する周知のアダプティブアレイ処理を実行する。
【００４５】
図２の信号処理部８ａには、受信信号のシンボルごとにこのようなウェイトベクトルを推定する図示しないウェイト制御部が設けられており、このウェイト制御部は、受信信号ベクトルと推定されたウェイトベクトルとの複素乗算和と、既知の参照信号との誤差の２乗を減少させるようウェイトベクトルを収束させる処理、すなわち基地局からの受信指向性を収束させるアダプティブアレイ処理を実行する。
【００４６】
アダプティブアレイ処理では、このようなウェイトベクトルの収束を、時間や信号電波の伝搬路特性の変動に応じて適応的に行ない、受信信号中から干渉成分やノイズを除去し、基地局からの受信信号を抽出することができる。
【００４７】
このようなウェイト制御部では、ウェイト推定アルゴリズムとして、たとえばＲＬＳ（Ｒｅｃｕｒｓｉｖｅ Ｌｅａｓｔ Ｓｑｕａｒｅｓ）アルゴリズム、ＬＭＳ（Ｌｅａｓｔ Ｍｅａｎ Ｓｑｕａｒｅ）アルゴリズムなどの逐次推定アルゴリズムを使用している。
【００４８】
このようなＲＬＳアルゴリズムやＬＭＳアルゴリズムは、アダプティブアレイ処理の分野では周知の技術であり、たとえば、１９９８年１１月２５日発行の菊間信良著の「アレーアンテナによる適応信号処理」（科学技術出版）、第３５頁〜第４９頁の「第３章 ＭＭＳＥアダプティブアレー」に詳細に説明されているので、ここではアダプティブアレイ処理についての詳細な説明は省略する。
【００４９】
さらに、図２の復調部８ｂは、制御部８ｄの制御下に、信号処理部８ａでアダプティブアレイ処理により分離抽出された受信信号に対し復調処理を施し、復調ベースバンド信号を出力している。また、復調部８ｂは、後述するアンテナ相関値の計算のため、上述の様に一旦復調した信号を再変調した信号をアンテナ相関推定部８ｃに与える。
【００５０】
一方、アンテナ相関推定部８ｃは、制御部８ｄの制御下に、送受信機６，７からの受信信号、および必要に応じて復調部８ｂからの再変調信号に基づいて、アンテナ選択回路５で選択された２本のアンテナで受信した２系統の信号系列間のアンテナ相関値を推定し、その結果を制御部８ｄに与える。
【００５１】
ここで、アンテナ相関推定部８ｃにおけるアンテナ相関値推定手法の具体例について説明する。以下に、アンテナ相関値推定の代表的な３つの方法について説明するが、この発明に適用されるアンテナ相関値推定手法は、以下に説明する方法に限定されるものではない。
【００５２】
（１） 第１のアンテナ相関値推定方法
この方法は、１スロットの期間中に受信するＩＱ信号の複数のシンボルデータ（たとえば１２０シンボル）からアンテナ相関値を推定する方法である。
【００５３】
すなわち、選択された２本のアンテナの受信信号をそれぞれＸ１，Ｘ２とすると、アンテナ相関値αは、次式のように求められる。
【００５４】
α＝｜Ｘ１Ｘ２ Ｈ｜／｜Ｘ１｜｜Ｘ２｜・・・（１）
ここで、ＡＨは、行列Ａの複素共役転置行列とする。
【００５５】
また、Ｘｊ（ｊ＝１，２）は、アンテナｊで受信したＩＱ信号の複数の（ｎ個の）シンボルデータを要素とする、（Ｘｊ１，Ｘｊ２，Ｘｊ３，・・・，Ｘｊｎ）で表わされるベクトルである。
【００５６】
（２） 第２のアンテナ相関値推定方法
この方法は、１スロット内で推定した複数の受信応答ベクトルからアンテナ相関値を推定する方法である。
【００５７】
アンテナ相関値の推定方法を説明する前に、受信応答ベクトルの一般的な算出方法について説明する。ここでは、受信信号Ｘから所望信号の受信応答ベクトルｈを推定する場合を例に取り説明する。
【００５８】
受信信号Ｘは次式で表わされるものとする。
Ｘ＝ｈ＊Ｄ＋ｎ・・・（２）
ここで、Ｄは、所望信号の再変調信号（図２の復調部８ｂからアンテナ相関推定部８ｃに与えられる再変調信号が相当）であり、ｎはノイズである。
【００５９】
ここで、上記（２）式の両辺に、所望信号の再変調信号Ｄを乗算し、アンサンブル平均（時間平均）を取ると次式で表わされる。
【００６０】
Ｅ［Ｘ＊Ｄ＊］＝ｈ＊Ｅ［Ｄ＊Ｄ＊］＋Ｅ［ｎ＊Ｄ＊］・・・（３）
ここで、Ｄ＊は、ベクトルＤの各要素の複素共役を取りさらに転置したものである。また、Ｅ［Ｄ＊Ｄ＊］＝１，Ｅ［ｎ＊Ｄ＊］＝０であるため、受信応答ベクトルは、次式で表わされるようになる。
【００６１】
Ｅ［Ｘ＊Ｄ＊］＝ｈ・・・（４）
このように算出された受信応答ベクトルｈに基づいて、アンテナ相関値は次のように求めることができる。
【００６２】
すなわち、選択された２本のアンテナの受信応答ベクトルをそれぞれｈ１，ｈ２とすると、アンテナ相関値αは、次式のように求められる。
【００６３】
α＝｜ｈ１ｈ２ Ｈ｜／｜ｈ１｜｜ｈ２｜・・・（５）
ｈｊ（ｊ＝１，２）は、アンテナｊで推定した複数の（ｎ個の）受信応答ベクトルを要素とする、（ｈｊ１，ｈｊ２，ｈｊ３，・・・，ｈｊｎ）で表わされるベクトルである。
【００６４】
（３） 第３のアンテナ相関値推定方法
この方法は、複数スロットにわたって各スロットごとの所定場所（たとえば前縁部）で推定した、複数の受信応答ベクトルからアンテナ相関値を推定する方法である。
【００６５】
受信応答ベクトルの算出方法は上述したとおりである。
選択された２本のアンテナの受信応答ベクトルをそれぞれｈ１，ｈ２とすると、アンテナ相関値αは、次式のように求められる。
【００６６】
α＝｜ｈ１ｈ２ Ｈ｜／｜ｈ１｜｜ｈ２｜・・・（６）
ｈｊ（ｊ＝１，２）は、アンテナｊで推定した複数の（ｎスロットにわたる）受信応答ベクトルを要素とする、（ｈｊ１，ｈｊ２，ｈｊ３，・・・，ｈｊｎ）で表わされるベクトルである。
【００６７】
制御部８ｄは、アンテナ選択信号によって、アンテナ選択回路５によるアンテナ１〜４から２本選択するアンテナの組合せを変更し、その都度、アンテナ相関推定部８ｃによって算出される対応するアンテナ相関値を記録する。
【００６８】
そして、制御部８ｄは、最もアンテナ相関値の低かったアンテナの組合せを選択し、そのアンテナの組合せで以後の受信を行なうようにアンテナ選択信号を発生してアンテナ選択回路５に与える。
【００６９】
図２に示したアダプティブアレイ端末のベースバンド信号処理部８の機能ブロック図の構成は、実際には、図示しないデジタル・シグナル・プロセッサ（ＤＳＰ）によって、図３に示すフロー図に従ってソフトウェアで実行されるものである。このＤＳＰは、図３に示すフロー図の各ステップを備えるプログラムを図示しないメモリから読み出して実行する。このプログラムは、外部からインストールすることができる。
【００７０】
以下に、図３を参照して、この発明の実施の形態によるアダプティブアレイ端末のアンテナ動作について説明する。
【００７１】
まず、ステップＳ１において、アダプティブアレイ端末の複数のアンテナ（図１の例では４本）から任意の２本を選択する。
【００７２】
次に、ステップＳ２において、ステップＳ１で選択された２本のアンテナで受信した信号から、たとえば上述のアンテナ相関値推定方法のいずれかを用いてアンテナ相関値を算出して、アンテナの組合せに対応付けて記録する。
【００７３】
次に、ステップＳ３において、ステップＳ１で選択された組合せとは異なる込み合わせにアンテナの組合せを変更する。
【００７４】
次に、ステップＳ４において、アンテナの組合せのすべてについてアンテナ相関値の推定および記録が完了したかが判断される。完了していなければ、ステップＳ２に戻り、変更後のアンテナの組合せに対してアンテナ相関値の推定および記録を行なう。そしてステップＳ３においてアンテナの組合せの変更を行なう。
【００７５】
このように、アンテナの組合せ変更およびアンテナ相関値推定および記録を繰り返しながら、ステップＳ４においてすべての組合せについてアンテナ相関値の推定および記録が完了したと判断されると、ステップＳ５に進み、すべてのアンテナ組合せに対応するアンテナ相関値のうち、最も低い相関値に対応するアンテナの組合せを決定する。そして、ベースバンド信号処理部８は、その決定されたアンテナの組合せで以後の受信を行なうようにアンテナ選択信号を発生してアンテナ選択回路５に与える。
【００７６】
なお、図３のフロー図に示したアンテナ選択処理は、基本的には、アダプティブアレイ端末の通信の開始時に実行され、開始後は、上記処理によって選択された２本のアンテナの組合せによって受信された信号に基づいてアダプティブアレイ受信処理が実行される。
【００７７】
しかしながら、アンテナ相関値は、フェージングなど伝搬環境の変動に応じて随時変化するものである。したがって、図３に示す処理は、通信の開始時に限らず、通信の途中においても適時実行することにより、受信性能をより向上させることができる。具体的には、通信途中において受信動作を持続しながら選択アンテナの組合せを順次変更しつつアンテナ相関値の推定を行ない、アンテナ相関値が最も低いアンテナ組合せに変更するようにアンテナ選択処理を行なえばよい。
【００７８】
上述の実施の形態は、アダプティブアレイ端末にこの発明を適用した場合について説明したが、先に述べたように、この発明は、アダプティブアレイ端末に限らず、アダプティブアレイ基地局など、アダプティブアレイ受信処理を実行するアダプティブアレイ無線装置一般に適用可能である。
【００７９】
以上のように、この発明の実施の形態によれば、アダプティブアレイ無線装置において、従来のような受信信号系統に対応して固定された複数アンテナではなく、受信信号系統数よりも多く設けられた複数アンテナから、アンテナ相関値の最も低い、すなわち受信性能の良いアンテナの組合せを選択することにより、無線装置の規模の拡大を最小限に抑えながら、アダプティブアレイ受信性能を向上させることができ、指向性に優れた安定した通信を実現することができる。
【００８０】
より具体的には、無線装置に設けられる送受信機の数を増やさなくても、アダプティブアレイ受信特性の向上を図ることができる。図１の実施の形態では、２系統の送受信機に対しアンテナ４本を設けた場合について示したが、先に説明したように、２系統の送受信機に対して最低３本のアンテナを設ければ、３本のアンテナ間で最適の（相関値が最小の）アンテナの組合せを選択することにより、受信性能の向上というこの発明の効果を奏することができる。
【００８１】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【００８２】
【発明の効果】
以上のように、この発明によれば、アダプティブアレイ受信を行なう無線装置において、装置規模の拡大を最小限に抑えながら、アダプティブアレイ受信性能の向上を図ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態によるアダプティブアレイ端末の概略ブロック図である。
【図２】図１に示したベースバンド信号処理部８を示す機能ブロック図である。
【図３】図２に示したベースバンド信号処理部８の処理を示すフロー図である。
【符号の説明】
１，２，３，４ アンテナ、５ アンテナ選択回路、６，７ 送受信機、８ ベースバンド信号処理部、８ａ 信号処理部、８ｂ 復調部、８ｃ アンテナ相関値推定部、８ｄ 制御部。
Claims (9)
- ３本以上のアンテナ群からなるアレイアンテナを有するアダプティブアレイ無線装置であって、
アンテナ選択信号に応じて、前記アンテナ群のうち２本のアンテナの組合せを選択するアンテナ選択手段と、
前記選択されたアンテナの組合せで受信された信号に所定の無線信号処理を施す信号受信手段と、
前記信号受信手段で所定の無線信号処理が施された信号にアダプティブアレイ受信処理を施して所望信号を抽出するアダプティブアレイ信号処理手段と、
前記アンテナ選択信号を制御して、前記アンテナ選択手段で選択される２本のアンテナの組合せを変更するアンテナ選択制御手段と、
前記アンテナ選択手段で選択された２本のアンテナの組合せごとに対応して、前記信号受信手段で所定の無線信号処理が施された信号のアンテナ相関値を推定して記録する相関値推定手段と、
前記アンテナ相関値が最低となる２本のアンテナの組合せを決定して前記アンテナ選択制御手段に選択させるアンテナ組合せ決定手段とを備えた、アダプティブアレイ無線装置。 - 前記アンテナ選択制御手段と、前記相関値推定手段と、前記アンテナ組合せ決定手段とは、前記アダプティブアレイ無線装置の通信開始時に、動作するように制御される、請求項１に記載のアダプティブアレイ無線装置。
- 前記アンテナ選択制御手段と、前記相関値推定手段と、前記アンテナ組合せ決定手段とは、前記アダプティブアレイ無線装置の通信途中に、動作するように制御される、請求項１に記載のアダプティブアレイ無線装置。
- ３本以上のアンテナ群からなるアレイアンテナを有するアダプティブアレイ無線装置におけるアンテナ選択方法であって、前記アダプティブアレイ無線装置は、アンテナ選択信号に応じて、前記アンテナ群のうち２本のアンテナの組合せを選択するアンテナ選択手段と、前記選択されたアンテナの組合せで受信された信号に所定の無線信号処理を施す信号受信手段と、前記信号受信手段で所定の無線信号処理が施された信号にアダプティブアレイ受信処理を施して所望信号を抽出するアダプティブアレイ信号処理手段とを含み、
前記アンテナ選択方法は、
前記アンテナ選択信号を制御して、前記アンテナ選択手段で選択される２本のアンテナの組合せを変更するステップと、
前記アンテナ選択手段で選択された２本のアンテナの組合せごとに対応して、前記信号受信手段で所定の無線信号処理が施された信号のアンテナ相関値を推定して記録するステップと、
前記アンテナ相関値が最低となる２本のアンテナの組合せを決定して前記アンテナの組合せを変更するステップに変更させるステップとを備えた、アンテナ選択方法。 - 前記アンテナの組合せを変更するステップと、前記アンテナ相関値を推定して記録するステップと、前記アンテナの組合せを決定して前記アンテナの組合せを変更するステップに変更させるステップとは、前記アダプティブアレイ無線装置の通信開始時に、動作するように制御される、請求項４に記載のアンテナ選択方法。
- 前記アンテナの組合せを変更するステップと、前記アンテナ相関値を推定して記録するステップと、前記アンテナの組合せを決定して前記アンテナの組合せを変更するステップに変更させるステップとは、前記アダプティブアレイ無線装置の通信途中に、動作するように制御される、請求項４に記載のアンテナ選択方法。
- ３本以上のアンテナ群からなるアレイアンテナを有するアダプティブアレイ無線装置におけるアンテナ選択プログラムであって、前記アダプティブアレイ無線装置は、アンテナ選択信号に応じて、前記アンテナ群のうち２本のアンテナの組合せを選択するアンテナ選択手段と、前記選択されたアンテナの組合せで受信された信号に所定の無線信号処理を施す信号受信手段と、前記信号受信手段で所定の無線信号処理が施された信号にアダプティブアレイ受信処理を施して所望信号を抽出するアダプティブアレイ信号処理手段とを含み、
前記アンテナ選択プログラムは、コンピュータに、
前記アンテナ選択信号を制御して、前記アンテナ選択手段で選択される２本のアンテナの組合せを変更するステップと、
前記アンテナ選択手段で選択された２本のアンテナの組合せごとに対応して、前記信号受信手段で所定の無線信号処理が施された信号のアンテナ相関値を推定して記録するステップと、
前記アンテナ相関値が最低となる２本のアンテナの組合せを決定して前記アンテナの組合せを変更するステップに変更させるステップとを実行させる、アンテナ選択プログラム。 - 前記アンテナの組合せを変更するステップと、前記アンテナ相関値を推定して記録するステップと、前記アンテナの組合せを決定して前記アンテナの組合せを変更するステップに変更させるステップとは、前記アダプティブアレイ無線装置の通信開始時に、コンピュータに実行させる、請求項７に記載のアンテナ選択プログラム。
- 前記アンテナの組合せを変更するステップと、前記アンテナ相関値を推定して記録するステップと、前記アンテナの組合せを決定して前記アンテナの組合せを変更するステップに変更させるステップとは、前記アダプティブアレイ無線装置の通信途中に、コンピュータに実行させる、請求項７に記載のアンテナ選択プログラム。
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