JP2009141814A - 到来信号の受信方法及びアダプティブアレーアンテナ装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】複数到来受信信号より相関行列を算出し(S102)、相関行列から第1及び第2固有ベクトルを算出し(S103)、第1及び第2固有ベクトルをウエイトにて第1及び第2アレー出力信号を生成し(S104〜S105)、第1アレー出力信号と絶対値が1以下の第1ウエイトが乗じられた後の第2アレー出力信号を合成して第1合成信号を生成し(S106)、第1アレー出力信号と絶対値が1以上の第2ウエイトが乗じられた後の第2アレー出力信号を合成して第2合成信号を生成し(S107)、第1合成信号に含まれる第1到来信号成分と第2到来信号成分との第1電力比が最大化されるように第1ウエイトを算出し(S108)、第2合成信号に含まれる第1到来信号成分と第2到来信号成分との第2電力比が最大化するように第2ウエイトを算出する(S110)。
【選択図】図5
Description
(第1の実施形態)
図1に示されるように、本発明の第1の実施形態に係るアダプティブアレーアンテナ装置では、アレーアンテナを形成する複数(k)のアンテナ101〜10kによって複数の到来信号が受信される。アレーアンテナ101〜10kから出力される受信信号は、受信アナログ部111〜11kによって処理された後、アナログ−デジタル変換器(ADC)121〜12kによってベースバンドのデジタル信号に変換される。ADC121〜12kから出力されるデジタル信号を受信信号データという。アンテナ101〜10k、受信アナログ部111〜11k及びADC121〜12kによって、受信部が構成される。受信部からの受信信号データは、デジタル信号処理部131によって四則演算を主体とする信号処理が施され、アダプティブアレーアンテナ装置の最終出力であるアンテナ出力信号132が生成される。
受信部のADC111〜11kからの受信信号データx1(t)〜xk(t)は、相関行列算出部300と、乗算器である重み付け器311〜31k及び重み付け器321〜32kに入力される。相関行列算出部300では、受信信号データx1(t)〜xk(t)から相関行列Rxxが算出される。相関行列Rxxは、第1固有ベクトル算出部331及び第2固有ベクトル算出部332に与えられる。第1固有ベクトル算出部331では、相関行列Rxx中の1番大きな第1固有値に対応する第1固有ベクトルが算出される。第2固有ベクトル算出部332では、相関行列Rxx中の2番目に大きな第2固有値に対応する第2固有ベクトルが算出される。
図4の到来信号分離部には、図3に示した固有ベクトルビームスペース処理部からの第1アレー出力信号y1(t)及び第2アレー出力信号y2(t)が入力される。第1アレー出力信号y1(t)は合成器、すなわち加算器401及び403に入力される。第2アレー出力信号y2(t)は、乗算器402及び404に入力される。
まず、アンテナ101〜10k、受信アナログ部111〜11k及びADC121〜12kからなる受信部によって複数の到来信号を受信し、k個の受信信号を並べた受信信号データベクトルを生成する(ステップS101)。i(i=1,2,...,k)番目のアンテナを介して得られる受信信号データをxi(t)とし、アンテナ数をkとしたときの受信信号データベクトルX(t)を次式(1)で表す。
ウエイト算出部407及び408においてはウエイトc1及びc2を個々に算出してもよいが、好ましい例によればウエイト算出部408においてウエイトc2の位相がウエイトc1の位相に180°を加えた値に限定された条件下でウエイトc2を算出するとよい。
次に、電力比算出部405及び406における電力比の算出方法の好ましい具体例について説明する。
第1合成信号のデータ番号2は、第2グループに割り当てる。
第1合成信号のデータ番号Nは、第Nグループに割り当てる。
第1合成信号のデータ番号(N+1)は、第1グループに割り当てる。
上述のように電力比算出部405において第1合成信号z1(t)に含まれる第1到来信号成分と第2到来信号成分との電力比を第1合成信号から算出される第1の相関行列の第1固有値と第2固有値との比として求め、電力比算出部406において第2合成信号z2(t)に含まれる第1到来信号成分と第2到来信号成分との電力比を第2合成信号から算出される第2の相関行列の第1固有値と第2固有値との比として求める場合、利用する相関行列の行と列の数を「3」とすることが望ましい。このようにすることで、電力比を求めるための演算量を削減することが可能となる。この点について、以下に詳しく説明する。
次に、本発明の第2の実施形態について説明する。本実施形態では、受信信号に含まれる第1到来信号と第2到来信号の電力比推定を行い、電力比が所定の値よりも大きい場合と小さい場合に場合分けを行ってアンテナ出力信号132のための演算を切り替えることで、全体の演算量を削減する。図9に示されるように、本実施形態に係るアダプティブアレーアンテナ装置ではデジタル信号処理部131内の図4に示した到来信号分離部に、電力比推定部411及び選択部412が追加されている。
次に、本発明の第3の実施形態について説明する。本実施形態では、到来信号が一つの場合には第1固有ベクトルをウエイトに用いた第1アレー出力信号y1(t)のみをアンテナ出力信号132とすることにより、余計な演算を省略することを可能とする。すなわち、到来信号の数が一つの場合は、到来信号の分離を行う必要がないので、一つの到来信号に対応するアレー出力信号、特に固有値が1番大きな第1固有ベクトルをウエイトに用いた第1アレー出力信号y1(t)をアンテナ出力信号132とする。
次に、本発明の第4の実施形態について説明する。本実施形態におけるアダプティブアレーアンテナ装置では、アンテナ出力信号132の算出に用いたアレーアンテナのウエイトを用いてアレーアンテナのビームパターンを算出し、算出したビームパターンの最大方向を出力信号の到来方向とする機能を有する。このようにすることで、アンテナ出力信号132に含まれる到来信号の到来方向が推定される。以下、詳細に説明する。
111〜11k・・・受信アナログ部
121〜12k・・・アナログ−デジタル変換器
131・・・デジタル信号処理部
132・・・アンテナ出力信号
300・・・相関行列算出部
311〜31k,321〜32k・・・重み付け器
341,342・・・加算器(合成部)
401,403・・・加算器(合成部)
402,404・・・重み付け器
405,406・・・電力比算出部
407,408・・・ウエイト算出部
411・・・電力比推定部
412・・・選択部
421・・・到来信号判定部
422・・・選択部
601・・・ビームパターン算出部
602・・・到来方向推定部
Claims (12)
- 複数のアンテナを含み、該アンテナを介して第1到来信号と第2到来信号を含む複数の到来信号を受信して受信信号を得るステップと、
前記受信信号から相関行列を算出するステップと、
前記相関行列中の1番大きな第1固有値に対応する第1固有ベクトルを算出するステップと、
前記相関行列中の2番目に大きな第2固有値に対応する第2固有ベクトルを算出するステップと、
前記第1固有ベクトルをウエイトに用いて第1アレー出力信号を生成するステップと、
前記第2固有ベクトルをウエイトに用いて第2アレー出力信号を生成するステップと、
前記第1アレー出力信号と絶対値が1以下の第1ウエイトが乗じられた後の第2アレー出力信号を合成して第1合成信号を生成するステップと、
前記第1アレー出力信号と絶対値が1以上の第2ウエイトが乗じられた後の第2アレー出力信号を合成して第2合成信号を生成するステップと、
前記第1合成信号に含まれる第1到来信号成分と第2到来信号成分との第1電力比が最大化されるように前記第1ウエイトを算出するステップと、
前記第2合成信号に含まれる第1到来信号成分と第2到来信号成分との第2電力比が最大化されるように前記第2ウエイトを算出するステップと、
を具備することを特徴とする到来信号の受信方法。 - 複数のアンテナを含み、該アンテナを介して第1到来信号と第2到来信号を含む複数の到来信号を受信して受信信号を得る受信部と、
前記受信信号から相関行列を算出する相関行列算出部と、
前記相関行列中の1番大きな第1固有値に対応する第1固有ベクトルを算出する第1の固有ベクトル算出部と、
前記相関行列中の2番目に大きな第2固有値に対応する第2固有ベクトルを算出する第2の固有ベクトル算出部と、
前記第1固有ベクトルをウエイトに用いて第1アレー出力信号を生成する第1のアダプティブアレーと、
前記第2固有ベクトルをウエイトに用いて第2アレー出力信号を生成する第2のアダプティブアレーと、
前記第1アレー出力信号と絶対値が1以下の第1ウエイトが乗じられた後の第2アレー出力信号を合成して第1合成信号を生成する第1の合成部と、
前記第1アレー出力信号と絶対値が1以上の第2ウエイトが乗じられた後の第2アレー出力信号を合成して第2合成信号を生成する第2の合成部と、
前記第1合成信号に含まれる第1到来信号成分と第2到来信号成分との第1電力比が最大化されるように前記第1ウエイトを算出する第1のウエイト算出部と、
前記第2合成信号に含まれる第1到来信号成分と第2到来信号成分との第2電力比が最大化されるように前記第2ウエイトを算出する第2のウエイト算出部と、
を具備することを特徴とするアダプティブアレーアンテナ装置。 - 前記第1ウエイト算出部は、前記第2ウエイトの位相が前記第1ウエイトの位相に180°を加えた値に限定された条件下で前記第1ウエイトを算出することを特徴とする請求項2に記載のアダプティブアレーアンテナ装置。
- 前記第1電力比は、前記第1合成信号から算出される第1の相関行列の第1固有値と第2固有値との比であることを特徴とする請求項2に記載のアダプティブアレーアンテナ装置。
- 前記第1の相関行列は、行と列の数がそれぞれ3であることを特徴とする請求項4に記載のアダプティブアレーアンテナ装置。
- 前記第2電力比は、前記第2合成信号から算出される第2の相関行列の第1固有値と第2固有値との比であることを特徴とする請求項2に記載のアダプティブアレーアンテナ装置。
- 前記第第2の相関行列は、行と列の数がそれぞれ3であることを特徴とする請求項6に記載のアダプティブアレーアンテナ装置。
- 前記受信信号データから前記受信信号中の第1到来信号と第2到来信号との電力比を推定する推定部と、
前記第1到来信号と第2到来信号との電力比が閾値よりも大きい場合には、前記第1アレー出力信号及び第2アレー出力信号をアンテナ出力信号として選択し、前記第1到来信号と第2到来信号との電力比が前記閾値よりも小さい場合には、前記第1合成信号と第2合成信号をアンテナ出力信号として選択する選択部と、をさらに具備することを特徴とする請求項2に記載のアダプティブアレーアンテナ装置。 - 前記第1到来信号及び第2到来信号の有無を判定する判定部と、
前記判定部の判定結果を受け、前記第1到来信号及び第2到来信号の一方のみが存在する場合には前記第1アレー出力信号をアンテナ出力信号として選択し、前記第1到来信号及び第2到来信号が共に存在する場合には、前記第1合成信号と第2合成信号をアンテナ出力信号として選択する選択部と、をさらに具備することを特徴とする請求項2に記載のアダプティブアレーアンテナ装置。 - 前記判定部は、前記第1到来信号または第2到来信号と雑音との電力比から前記第1到来信号及び第2到来信号の有無を判定することを特徴とする請求項9に記載のアダプティブアレーアンテナ装置。
- 前記判定部は、前記複数の到来信号の到来信号数から前記第1到来信号及び第2到来信号の有無を判定することを特徴とする請求項9に記載のアダプティブアレーアンテナ装置。
- (a)前記第1固有ベクトルと前記第2固有ベクトル×前記第1ウエイトとの和、及び(b)前記第1固有ベクトルと前記第2固有ベクトル×前記第2ウエイトとの和にそれぞれ対応するビームパターンを算出する算出部と、
前記ビームパターンのピーク方向を検出して前記第1合成信号及び前記第2合成信号にそれぞれ含まれる到来信号の到来方向を推定する推定部と、をさらに具備することを特徴とする請求項2に記載のアダプティブアレーアンテナ装置。
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