JP3107781B2 - Array antenna control method and control device - Google Patents

Array antenna control method and control device

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JP3107781B2
JP3107781B2 JP09318044A JP31804497A JP3107781B2 JP 3107781 B2 JP3107781 B2 JP 3107781B2 JP 09318044 A JP09318044 A JP 09318044A JP 31804497 A JP31804497 A JP 31804497A JP 3107781 B2 JP3107781 B2 JP 3107781B2
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高志 関口
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株式会社エイ・ティ・アール環境適応通信研究所
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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、複数個のアンテナ
素子からなる共用の送受信アレーアンテナを備え、送受
信周波数が互いに異なる無線通信システムのための、ア
レーアンテナの制御方法及び制御装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method and apparatus for controlling an array antenna for a wireless communication system having a common transmission / reception array antenna composed of a plurality of antenna elements and having different transmission / reception frequencies.

【0002】[0002]

【従来の技術】移動通信システムの爆発的普及に伴い、
電波環境は厳しさを増している。アダプティブアレーア
ンテナは干渉波の到来方向に指向性の零点を向けるた
め、周波数選択性フェージングの軽減や同一チャネル干
渉の除去に有効である。移動通信システムでは、受信時
に他局からの干渉を除去するだけではなく、他の通信系
に干渉を及ぼさないように送信を行うことも重要であ
る。例えば、セルラー基地局で送受信双方で適応的に干
渉波方向に零点を向けるようにアンテナパターンが形成
できれば、ゾーン繰り返し数を低減できることが知られ
ている(例えば、従来技術文献1「大鐘,“セルラ基地
局のアンテナ指向性制御による周波数利用効率の改
善”,電子情報通信学会’93年春季全国大会講演論文
集,B−397,1993年3月」参照。)。
2. Description of the Related Art With the explosion of mobile communication systems,
The radio wave environment is becoming more severe. Since the adaptive array antenna directs the directivity zero to the direction of arrival of the interference wave, it is effective in reducing frequency-selective fading and removing co-channel interference. In a mobile communication system, it is important not only to eliminate interference from other stations at the time of reception, but also to perform transmission so as not to interfere with other communication systems. For example, it is known that the number of zone repetitions can be reduced if an antenna pattern can be formed so that a zero point is adaptively oriented in the direction of an interference wave in both transmission and reception in a cellular base station (for example, see Prior Art Document 1 “Daigane,“ Cellular ”). Improvement of Frequency Utilization Efficiency by Controlling Antenna Directivity of Base Station ", Proc. Of the IEICE Spring 1993 National Convention, B-397, March 1993.)

【0003】送信時において適応的にパターンを形成す
るには受信時の荷重係数を必要とする。しかしながら、
周波数分割多重化システムのように受信時と送信時で周
波数が異なる場合は、受信時の荷重係数をそのまま送信
時に使用すると、零点方向がずれてしまい、送信時特性
は劣化してしまう(例えば、従来技術文献2「青柳孝寿
ほか,“送信時におけるLMSアダプティブアレーアン
テナの特性”,電子情報通信学会技術報告,A・P86
−95,1986年」参照。)という問題点があった。
In order to form a pattern adaptively at the time of transmission, a weight coefficient at the time of reception is required. However,
When the frequency is different between reception and transmission as in a frequency division multiplexing system, if the weighting factor at the time of reception is used as it is at the time of transmission, the zero point direction is shifted, and the transmission characteristic deteriorates (for example, Prior Art Document 2 "Takatoshi Aoyagi et al.," Characteristics of LMS Adaptive Array Antenna During Transmission ", IEICE Technical Report, A.P86
-95, 1986 ". ).

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】そのような問題点を解
決する一方法が、従来技術文献3「I.Chiba et al.,“T
ransmitting null beam forming with beam space adap
tive array antennas",Proceedings of IEEE Vehicular
Technology Conference,スウェーデン,ストックホル
ム,pp.1498−1502,1994年6月」にお
いて開示されている。ここでは、ビームスペース形アダ
プティブアレーアンテナの構成を活かした簡易な送信時
荷重係数計算方法が提案されている。ところが従来技術
文献3の方法は、送信時の荷重を求めるときに用いる送
信周波数におけるマルチビームパターンにおいて、主ビ
ーム方向は受信時と同じだが、主ビーム以外は受信時と
異なる指向特性(受信時指向特性を圧縮又は伸長した形
式)を持つため、干渉波方向に零点を形成しない場合が
ある。
One method for solving such a problem is disclosed in prior art document 3 “I. Chiba et al.,“ T.
ransmitting null beam forming with beam space adap
tive array antennas ", Proceedings of IEEE Vehicular
Technology Conference, Stockholm, Sweden, pp. 1498-1502, June 1994 ". Here, a simple transmission load coefficient calculation method utilizing the configuration of the beam space type adaptive array antenna is proposed. However, in the method of the prior art document 3, in a multi-beam pattern at a transmission frequency used for obtaining a load at the time of transmission, the main beam direction is the same as that at the time of reception, but the directivity characteristics other than the main beam are different from those at the time of reception. In some cases, a zero point is not formed in the direction of the interference wave because the characteristic has a compressed or expanded form.

【0005】ところで、本発明者らは、比帯域幅が広い
伝搬波信号に対応するビームスペース形アダプティブア
レー(以下、従来例という。)を、例えば、特開平9−
261008号公報において提案している。マルチビー
ム形成部では、近似的に周波数に依存しないビームパタ
ーンを持つ方向固定の広帯域マルチビームを形成させ、
後に続く適応処理部を簡略化している。当該従来例で
は、収束が速いのが特長である。このビームパターンが
周波数に依存しない特長を持つ広帯域マルチビームフォ
ーミング回路を利用すると、受信時と送信時で周波数が
異なる場合でも(信号は狭比帯域幅)、送受信時でほぼ
同一のビームパターンを形成することが可能となると考
えられる。しかしながら、従来例では比帯域幅の広い信
号を対象とした処理系であり、ディジタルマルチビーム
フォーミング回路はタップ付遅延線回路構成で信号処理
演算量が多く、また、サンプリング周波数が高く高速処
理を要求されるのに対して、本発明で対象とする信号は
送受で周波数は離れているものの、それぞれの信号自体
は狭比帯域幅の信号である。従って、従来例の構成をそ
のまま使うのは無駄があるという問題点があった。
The present inventors have proposed a beam space type adaptive array (hereinafter, referred to as a conventional example) corresponding to a propagation wave signal having a wide fractional bandwidth, for example, as disclosed in Japanese Unexamined Patent Publication No.
No. 261008. In the multi-beam forming unit, a fixed direction broad band multi-beam having a beam pattern approximately independent of frequency is formed,
The following adaptive processing unit is simplified. The conventional example is characterized by fast convergence. By using a wide-band multi-beamforming circuit that has the characteristic that the beam pattern does not depend on frequency, even if the frequency differs between reception and transmission (the signal has a narrow bandwidth), almost the same beam pattern is formed during transmission and reception. It will be possible to do so. However, the conventional example is a processing system for a signal with a wide relative bandwidth, and the digital multi-beam forming circuit requires a large amount of signal processing operation with a tapped delay line circuit configuration, and requires a high sampling frequency and high-speed processing. On the other hand, although the signals targeted in the present invention are separated in frequency between transmission and reception, each signal itself is a signal having a narrow relative bandwidth. Therefore, there is a problem that it is wasteful to use the configuration of the conventional example as it is.

【0006】本発明の目的は以上の問題点を解決し、共
用の送受信アレーアンテナを備え、送受信周波数が互い
に異なる無線通信システムにおいて、送受信ともに所望
波方向に主ビームを向け、干渉波方向に常時零点を向け
るように制御でき、しかも従来例に比較して回路構成が
簡単であるアレーアンテナの制御方法及び制御装置を提
供することにある。
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to solve the above-mentioned problems, and in a wireless communication system having a common transmitting and receiving array antenna and having different transmitting and receiving frequencies, a main beam is directed in a desired wave direction for both transmitting and receiving, and is always in an interference wave direction. An object of the present invention is to provide a method and a device for controlling an array antenna, which can be controlled so as to direct a zero point and which has a simple circuit configuration as compared with the conventional example.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】本発明に係る請求項1記
載のアレーアンテナの制御方法は、所定の間隔で等間隔
に一直線上に配置された、3以上の奇数N個のアンテナ
素子からなる共用の送受信アレーアンテナと、上記送受
信アレーアンテナの奇数N個のアンテナ素子によって受
信された奇数N個の受信信号を受信する受信手段と、上
記受信手段によって受信された奇数N個の受信信号に対
して各マルチビーム信号毎に所定の受信荷重係数を乗算
することによって所定のM個のマルチビーム信号を形成
する受信マルチビーム形成回路と、上記受信マルチビー
ム形成回路によって形成されたM個のマルチビーム信号
のうち、より大きい電力を有し、又は所定のしきい値電
力よりも大きい電力を有するI個のマルチビーム信号を
選択して出力する選択手段と、上記選択手段によって選
択されたI個のマルチビーム信号に対してそれぞれ所定
の適応制御用荷重係数を乗算しかつ乗算結果を加算する
ことにより加算結果の信号を受信信号として出力する乗
算加算手段と、入力される送信信号を奇数N個の送信信
号に分配しかつ所定の送信荷重係数を乗算して奇数N個
の送信信号を出力する分配乗算手段と、上記乗算加算手
段から出力される受信信号に基づいて、所定の適応制御
アルゴリズムを用いて、上記アレーアンテナの主ビーム
を所望波の到来方向に向けかつ干渉波の到来方向の受信
信号のレベルを零にするような、上記I個のマルチビー
ム信号にそれぞれ対応する適応制御用荷重係数を演算し
て上記乗算加算手段に設定する係数演算手段と、上記分
配乗算手段から出力される奇数N個の送信信号を増幅し
て上記奇数N個のアンテナ素子に出力することにより送
信する送信手段とを備えた、送受信周波数が互いに異な
る無線通信システムのためのアレーアンテナの制御方法
において、予め決められたマルチビーム形成方向を有す
る周波数非依存性ビームパターンを持つ所定の広帯域デ
ィジタルマルチビーム形成回路の係数を利用して、受信
周波数と、送信周波数とに基づいて、上記受信マルチビ
ーム形成回路の荷重係数及び送信周波数に対するマルチ
ビーム形成荷重係数を演算して設定する第1のステップ
と、上記第1のステップによって演算された受信マルチ
ビーム形成回路の荷重係数及び送信周波数に対するマル
チビーム形成荷重係数と、上記係数演算手段によって演
算された適応制御用荷重係数とに基づいて、送信信号及
び受信信号ともに所望波の方向に主ビームを形成しかつ
干渉波の到来方向に零点を形成するように、上記分配乗
算手段の送信荷重係数を演算して設定する第2のステッ
プとを備えたことを特徴とする。
According to a first aspect of the present invention, there is provided a method for controlling an array antenna, comprising three or more odd-numbered N antenna elements which are linearly arranged at regular intervals at predetermined intervals. A shared transmitting / receiving array antenna, receiving means for receiving the odd N received signals received by the odd N antenna elements of the transmitting / receiving array antenna, and receiving the odd N received signals received by the receiving means. Receiving multi-beam forming circuit for forming predetermined M multi-beam signals by multiplying each of the multi-beam signals by a predetermined receiving weighting coefficient; and M multi-beam forming circuits formed by the receiving multi-beam forming circuit. Select and output I multi-beam signals having higher power or higher than a predetermined threshold power among the signals Multiplying means for multiplying each of the I multi-beam signals selected by the selecting means with a predetermined adaptive control weighting factor and adding the multiplication results to output a signal of the addition result as a reception signal Addition means, distribution and multiplication means for dividing the input transmission signal into odd N transmission signals and multiplying by a predetermined transmission weight coefficient to output odd N transmission signals, and output from the multiplication and addition means A predetermined adaptive control algorithm is used to direct the main beam of the array antenna in the direction of arrival of the desired wave and to reduce the level of the received signal in the direction of arrival of the interference wave to zero using a predetermined adaptive control algorithm. Coefficient calculating means for calculating adaptive control load coefficients respectively corresponding to the plurality of multi-beam signals and setting them in the multiplying and adding means; Transmitting means for transmitting by amplifying a transmission signal and outputting the amplified signal to the odd number N of antenna elements, wherein the control means for an array antenna for a wireless communication system having mutually different transmission / reception frequencies is provided. Utilizing coefficients of a predetermined broadband digital multi-beam forming circuit having a frequency-independent beam pattern having a beam forming direction, based on a receiving frequency and a transmitting frequency, a weight coefficient of the receiving multi-beam forming circuit and a transmitting coefficient are determined. A first step of calculating and setting a multi-beam forming weight coefficient with respect to a frequency; a multi-beam forming weight coefficient with respect to a transmitting multi-beam forming circuit and a transmitting frequency calculated by the first step; Based on the adaptive control weighting factor calculated by the means. And a second step of calculating and setting the transmission weight coefficient of the distribution multiplying means so as to form a main beam in the direction of the desired wave and to form a zero point in the direction of arrival of the interference wave together with the received signal. It is characterized by the following.

【0008】また、本発明に係る請求項2記載のアレー
アンテナの制御装置は、所定の間隔で等間隔に一直線上
に配置された、3以上の奇数N個のアンテナ素子からな
る共用の送受信アレーアンテナと、上記送受信アレーア
ンテナの奇数N個のアンテナ素子によって受信された奇
数N個の受信信号を受信する受信手段と、上記受信手段
によって受信された奇数N個の受信信号に対して各マル
チビーム信号毎に所定の受信荷重係数を乗算することに
よって所定のM個のマルチビーム信号を形成する受信マ
ルチビーム形成回路と、上記受信マルチビーム形成回路
によって形成されたM個のマルチビーム信号のうち、よ
り大きい電力を有し、又は所定のしきい値電力よりも大
きい電力を有するI個のマルチビーム信号を選択して出
力する選択手段と、上記選択手段によって選択されたI
個のマルチビーム信号に対してそれぞれ所定の適応制御
用荷重係数を乗算しかつ乗算結果を加算することにより
加算結果の信号を受信信号として出力する乗算加算手段
と、入力される送信信号を奇数N個の送信信号に分配し
かつ所定の送信荷重係数を乗算して奇数N個の送信信号
を出力する分配乗算手段と、上記乗算加算手段から出力
される受信信号に基づいて、所定の適応制御アルゴリズ
ムを用いて、上記アレーアンテナの主ビームを所望波の
到来方向に向けかつ干渉波の到来方向の受信信号のレベ
ルを零にするような、上記I個のマルチビーム信号にそ
れぞれ対応する適応制御用荷重係数を演算して上記乗算
加算手段に設定する係数演算手段と、上記分配乗算手段
から出力される奇数N個の送信信号を増幅して上記奇数
N個のアンテナ素子に出力することにより送信する送信
手段とを備えた、送受信周波数が互いに異なる無線通信
システムのためのアレーアンテナの制御装置において、
予め決められたマルチビーム形成方向を有する周波数非
依存性ビームパターンを持つ所定の広帯域ディジタルマ
ルチビーム形成回路の係数を利用して、受信周波数と、
送信周波数とに基づいて、上記受信マルチビーム形成回
路の荷重係数及び送信周波数に対するマルチビーム形成
荷重係数を演算して設定する第1の演算手段と、上記第
1の演算手段によって演算された受信マルチビーム形成
回路荷重係数及び送信周波数に対するマルチビーム形成
荷重係数と、上記係数演算手段によって演算された適応
制御用荷重係数とに基づいて、送信信号及び受信信号と
もに所望波の方向に主ビームを形成しかつ干渉波の到来
方向に零点を形成するように、上記分配乗算手段の送信
荷重係数を演算して設定する第2の演算手段とを備えた
ことを特徴とする。
According to a second aspect of the present invention, there is provided a control apparatus for an array antenna, comprising: a shared transmission / reception array comprising three or more odd-numbered N antenna elements which are linearly arranged at regular intervals at predetermined intervals. An antenna; receiving means for receiving the odd N received signals received by the odd N antenna elements of the transmission / reception array antenna; and a multi-beam for each of the odd N received signals received by the receiving means. A receiving multi-beam forming circuit that forms a predetermined M multi-beam signals by multiplying a predetermined receiving weighting coefficient for each signal, and among the M multi-beam signals formed by the receiving multi-beam forming circuit, Selecting means for selecting and outputting I multi-beam signals having greater power or having power greater than a predetermined threshold power; I selected by said selection means
Multiplying and adding means for multiplying each of the multi-beam signals by a predetermined adaptive control weighting factor and adding the multiplication result to output a signal of the addition result as a reception signal; Distribution multiplication means for dividing the transmission signals into a plurality of transmission signals and multiplying the transmission signal by a predetermined transmission weight coefficient to output odd N transmission signals; and a predetermined adaptive control algorithm based on the reception signals output from the multiplication and addition means. For directing the main beam of the array antenna in the direction of arrival of the desired wave and making the level of the received signal in the direction of arrival of the interference wave zero, for adaptive control respectively corresponding to the I multi-beam signals. A coefficient calculating means for calculating a weighting coefficient to set the multiplying and adding means, and an odd N transmitting signal output from the distribution and multiplying means for amplifying the odd N transmitting elements. The control apparatus for the array antenna for the transmission means and a transmission and reception frequency are different from each other a wireless communication system that transmits by outputting to,
Utilizing the coefficients of a predetermined broadband digital multi-beam forming circuit having a frequency-independent beam pattern having a predetermined multi-beam forming direction, a receiving frequency,
First calculating means for calculating and setting a weighting factor of the receiving multi-beam forming circuit and a multi-beam forming weighting factor for the transmitting frequency based on the transmitting frequency; and a receiving multi-factor calculated by the first calculating means. Based on the beam forming circuit load coefficient and the multi-beam forming load coefficient for the transmission frequency, and the adaptive control load coefficient calculated by the coefficient calculating means, both the transmission signal and the reception signal form a main beam in a desired wave direction. And a second calculating means for calculating and setting the transmission load coefficient of the distribution multiplying means so as to form a zero point in the direction of arrival of the interference wave.

【0009】[0009]

【0010】[0010]

【0011】[0011]

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

【0012】図1は、本発明に係る一実施形態のアレー
アンテナの制御装置を備えた無線送受信システムの構成
を示すブロック図である。本発明に係る実施形態では、
送受信で周波数が異なるが送受信アレーアンテナが共用
で、等間隔に直線状に配置されたアレーアンテナを用い
る場合において、周波数非依存性ビームパターンを持つ
広帯域ディジタルマルチビーム形成回路(以下、ディジ
タルビーム形成回路をDBF回路という。)を荷重係数
計算に利用した送受信適応型ビーム形成方法について開
示する。本実施形態で用いる狭比帯域幅の信号に対して
は、DBF回路としてタップ付遅延線回路を使う必要が
なく、送受信の周波数点だけを考えればいいことに着目
する。受信側はビームスペース構成のアダプティブアレ
ーで、そのDBF回路の荷重係数は、周波数非依存性ビ
ームパターンを持つ仮想の広帯域DBF回路9の荷重係
数から計算する。その仮想の広帯域DBF回路9のフィ
ルタ係数は、従来例の方法により計算できる。仮想の広
帯域DBF回路9におけるタップ付遅延線回路は、周波
数に応じて変化する荷重係数とみなすことができる。素
子間隔と送受信信号の周波数は既知であるから、その周
波数におけるDBF回路9の荷重係数をあらかじめ求め
ておくことができる。送信側の荷重係数は、受信側の適
応荷重係数と、あらかじめ計算しておいた送信周波数に
おけるDBF回路5の荷重係数から、単純な行列の積を
計算することにより求めることができる。送受信で同じ
マルチビームパターンを持つため、送受信でほぼ同一の
零点深度を持たせることができる。従って、送信時に干
渉波方向に零点を形成しない場合があるという従来例の
方法(従来技術文献3)の問題点を解決するものであ
る。なお、仮想の広帯域DBF回路9で信号を処理する
ことはなく、送受信周波数に対するDBF回路の荷重係
数の計算に利用するのみである。
FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of a radio transmission / reception system including an array antenna control device according to an embodiment of the present invention. In the embodiment according to the present invention,
A wideband digital multi-beam forming circuit (hereinafter referred to as a digital beam forming circuit) having a frequency-independent Is referred to as a DBF circuit) for transmission / reception adaptive beamforming. It is noted that for a signal with a narrow bandwidth used in the present embodiment, it is not necessary to use a tapped delay line circuit as a DBF circuit, and it is sufficient to consider only transmission and reception frequency points. The receiving side is an adaptive array having a beam space configuration, and the weighting factor of the DBF circuit is calculated from the weighting factor of a virtual broadband DBF circuit 9 having a frequency-independent beam pattern. The filter coefficients of the virtual wideband DBF circuit 9 can be calculated by a conventional method. The tapped delay line circuit in the virtual broadband DBF circuit 9 can be regarded as a load coefficient that changes according to the frequency. Since the element interval and the frequency of the transmission / reception signal are known, the weight coefficient of the DBF circuit 9 at that frequency can be obtained in advance. The weighting factor on the transmitting side can be obtained by calculating a simple matrix product from the adaptive weighting factor on the receiving side and the weighting factor of the DBF circuit 5 at the previously calculated transmission frequency. Since the transmission and reception have the same multi-beam pattern, the transmission and reception can have almost the same zero depth. Therefore, the problem of the conventional method (Prior Art Document 3) that a zero point may not be formed in the direction of an interference wave during transmission is solved. Note that the virtual wideband DBF circuit 9 does not process the signal, but only uses it to calculate the weighting factor of the DBF circuit for the transmission / reception frequency.

【0013】本明細書において、ここで、n=1,2,
…,Nであり、m=1,2,…,Mであり、i=1,
2,…,Iであり、以下、本明細書において特に断らな
い限り同様とする。また、ディジタル同相・直交信号x
n(k)における括弧()内のkは時刻(時刻の番号)
を表す。さらに、本明細書において、干渉波とは、広義
の意味の不要波として用いる。
In this specification, where n = 1, 2, 2,
, N, m = 1, 2,..., M, i = 1,
2, ..., I, and the same applies hereinafter unless otherwise specified in this specification. The digital in-phase / quadrature signal x
k in parenthesis () in n (k) is time (time number)
Represents Furthermore, in this specification, an interference wave is used as an unnecessary wave in a broad sense.

【0014】図1において、アレーアンテナ100は、
素子数複数N個のアンテナ素子が所定の素子間隔dで1
直線上に並置形成された等間隔リニアアレーアンテナで
ある。素子数Nは周波数非依存性ビームパターンを持つ
広帯域DBF回路の特性近似法の制約から、奇数とする
(詳細は、特開平9−261008号参照。)。信号の
入射方向θは図1に示すように、アンテナ素子1−1乃
至1−Nが並置されたラインの垂線と所望信号の入射す
る方向との角度で定義される。受信周波数をfRXとす
る。受信側はビームスペース形構成である。
In FIG. 1, an array antenna 100 is
The number N of antenna elements is 1 at a predetermined element interval d.
This is an evenly spaced linear array antenna formed side by side on a straight line. The number N of elements is set to an odd number due to the restriction of the characteristic approximation method of the broadband DBF circuit having the frequency-independent beam pattern (for details, see Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-261008). As shown in FIG. 1, the signal incident direction θ is defined by the angle between the perpendicular of the line where the antenna elements 1-1 to 1-N are juxtaposed and the direction in which the desired signal is incident. Let the reception frequency be f RX . The receiving side has a beam space configuration.

【0015】まず、図1の構成について説明する。送信
ベースバンド信号は同相分配器3に入力された後、複数
N分配されて各同相分配された送信ベースバンド信号は
それぞれ、送信荷重係数演算器32によって計算された
荷重係数wTX1乃至wTXNを有する乗算器4−1乃至4−
N、及び送受信装置2−1乃至2−NのD/A変換器2
5を介して送信機26に入力される。送信機26は、デ
ィジタル変調器及び送信電力増幅器を備え、入力される
2列の送信ベースバンド信号に従って、所定の無線送信
周波数fTXを有する搬送波信号を例えばPSK変調など
のディジタル変調を行って、サーキュレータ20を介し
てアレーアンテナ100のアンテナ素子1−1乃至1−
Nに出力して、アンテナ素子1−1乃至1−Nから角度
θで自由空間に向けて電磁波として放射する。
First, the configuration of FIG. 1 will be described. After the transmission baseband signal is input to the in-phase distributor 3, the transmission baseband signals distributed to a plurality of N and distributed in-phase are weight coefficients w TX1 to w TXN calculated by the transmission weight coefficient calculator 32, respectively. Multipliers 4-1 to 4-
N, and the D / A converter 2 of the transmission / reception devices 2-1 to 2-N
5 to the transmitter 26. The transmitter 26 includes a digital modulator and a transmission power amplifier, and performs digital modulation such as PSK modulation on a carrier signal having a predetermined radio transmission frequency f TX in accordance with the input two rows of transmission baseband signals. Antenna elements 1-1 to 1- of array antenna 100 via circulator 20
N, and radiates as electromagnetic waves from antenna elements 1-1 to 1-N toward free space at an angle θ.

【0016】一方、アンテナ素子1−1乃至1−Nによ
って受信された受信信号は、送受信装置2−1乃至2−
Nの各サーキュレータ20を介して各受信機21に入力
される。各受信機21は、低雑音増幅器、無線受信周波
数fRXから中間周波数fIFへの中間周波変換器、中間周
波増幅器などを備え、入力された受信信号を所定の中間
周波信号に変換してA/D変換器22に出力する。次い
で、A/D変換器22は入力されたアナログの受信中間
周波信号をディジタル受信中間周波信号に変換してIQ
信号変換器23に出力し、IQ信号変換器23は入力さ
れた受信中間周波信号を、互いに直交する同相と直交の
2つの信号からなる複素数の受信ベースバンド信号xn
(k)に変換してDBF回路5に出力する。さらに、D
BF回路5は、マルチビーム形成回路を構成し、入力さ
れるN個の受信ベースバンド信号xn(k)に対して、
マルチビーム荷重係数演算器31によって演算された荷
重係数行列Rを用いて乗算することにより複数M個のマ
ルチビームを形成して、乗算結果のM個のマルチビーム
信号ym(k)をビームセレクタ6に出力する。ビーム
セレクタ6は入力されたM個のマルチビーム信号y
m(k)のうち電力がより大きいI個(ここで、I≦M
である。)の受信信号を選択して、選択したI個の受信
信号yri(k)をそれぞれ、CMA係数演算器33によ
って演算された受信荷重係数wRX1乃至wRXIを有する乗
算器7−1乃至7−Iを介して加算器8及びCMA係数
演算器33に出力するとともに、選択したマルチビーム
信号ym(k)の選択ビーム番号mを送信荷重係数乗算
器32に出力する。加算器8は入力されるI個の受信ベ
ースバンド信号を加算して1つの受信ベースバンド信号
z(k)を外部装置に出力するとともに、CMA係数演
算器33に出力する。なお、図1では受信中間周波信号
をA/D変換した後に同相・直交信号を得ているが、こ
の2つの処理の順序を逆にしてもよい。
On the other hand, the received signals received by the antenna elements 1-1 to 1-N are transmitted and received by the transmitting and receiving devices 2-1 to 2-N.
The signal is input to each receiver 21 via each of the N circulators 20. Each receiver 21 includes a low-noise amplifier, an intermediate frequency converter for converting a radio reception frequency f RX to an intermediate frequency f IF , an intermediate frequency amplifier, and the like. / D converter 22. Next, the A / D converter 22 converts the input analog reception intermediate frequency signal into a digital reception intermediate frequency signal,
The IQ signal converter 23 outputs the received intermediate frequency signal to the signal converter 23. The IQ signal converter 23 converts the input received intermediate frequency signal into a complex reception baseband signal x n composed of two signals, in-phase and quadrature, which are orthogonal to each other.
(K) and output to the DBF circuit 5. Furthermore, D
The BF circuit 5 forms a multi-beam forming circuit, and receives N input baseband signals x n (k)
A plurality of M multi-beams are formed by multiplying using the load coefficient matrix R calculated by the multi-beam load coefficient calculator 31, and the M multi-beam signals y m (k) resulting from the multiplication are used as beam selectors. 6 is output. The beam selector 6 receives the M multi-beam signals y
m (k) with higher power (where I ≦ M
It is. ) Are selected, and the selected I received signals y ri (k) are multiplied by multipliers 7-1 to 7 having reception weight coefficients w RX1 to w RXI calculated by the CMA coefficient calculator 33, respectively. and outputs to the adder 8 and CMA coefficient calculator 33 through the -I, outputs the selected beam number m of multi-beam signal y m selected (k) to transmit the load coefficient multiplier 32. The adder 8 adds the input I received baseband signals, outputs one received baseband signal z (k) to an external device, and outputs the received baseband signal z (k) to the CMA coefficient calculator 33. In FIG. 1, in-phase and quadrature signals are obtained after A / D conversion of the received intermediate frequency signal, but the order of these two processes may be reversed.

【0017】ここで、ビームセレクタ6は入力されたM
個のマルチビーム信号ym(k)のうち電力がより大き
いI個の受信信号を選択しているが、本発明はこれに限
らず、所定のしきい値以上の電力を有するI個の受信信
号を受信するようにしてもよい(変形例)。本実施形態
において、ビームセレクタ6を設けることにより、本実
施形態のマルチビーム形成の制御を、より大きな電力の
受信信号を用いて確実に行うことができる。さらに、ビ
ームセレクタ6は、設けなくてもよい。
Here, the beam selector 6 receives the input M
Although I received signals having higher power are selected from the multi-beam signals y m (k), the present invention is not limited to this, and I received signals having power equal to or higher than a predetermined threshold value are selected. A signal may be received (variation example). In the present embodiment, by providing the beam selector 6, the control of the multi-beam formation of the present embodiment can be reliably performed by using the received signal of higher power. Further, the beam selector 6 may not be provided.

【0018】受信側のDBF回路5はFFT/DFTで
はなく、周波数非依存性ビームパターンを持つ図2の仮
想の広帯域DBF回路9の係数から計算する。また、C
MA係数演算器33は、例えば従来のコンスタント・モ
ジュラス・アルゴリズム(以下、CMアルゴリズム又は
CMAという;例えば、詳しくは、大鐘武雄ほか「陸上
移動通信におけるCMAアダプティブアレーの選択性フ
ェージング補償特性」電子情報通信学会論文誌,Vo
l.J73−B−II,No.10,pp489−497
参照。)を用いて、加算器8から出力される受信ベース
バンド信号z(k)及びビームセレクタ6の出力信号y
ri(k)に基づいてアレーアンテナ100の主ビームを
希望波の所望の方向に向けかつ干渉波などの干渉波の到
来方向の受信レベルを零にするような各ビームに対応す
る受信信号に対する複数I個の受信荷重係数wRXiを以
下のようにして演算する。すなわち、このCMアルゴリ
ズムは、以下に述べるように、包絡線が一定である希望
波の信号波を用いた通信方式において、干渉波などの干
渉波の影響によって変化した包絡線の波形を所望の形に
変換することによって干渉波の到来方向の当該アレーア
ンテナ100の放射パターンにおける受信レベルを零に
するものである。
The DBF circuit 5 on the receiving side calculates not the FFT / DFT but the coefficients of the virtual broadband DBF circuit 9 of FIG. 2 having a frequency-independent beam pattern. Also, C
The MA coefficient calculator 33 is, for example, a conventional constant modulus algorithm (hereinafter, referred to as a CM algorithm or CMA; for example, specifically, Takeo Ohgane et al., “Selective fading compensation characteristic of CMA adaptive array in land mobile communication”, Electronic Information Communication) Journal, Vo
l. J73-B-II, No. 10, pp 489-497
reference. ), The received baseband signal z (k) output from the adder 8 and the output signal y of the beam selector 6
Based on ri (k), the main beam of the array antenna 100 is directed to a desired direction of a desired wave, and a plurality of reception signals corresponding to the respective beams are set so that the reception level in the arrival direction of an interference wave such as an interference wave becomes zero. The I reception weight coefficients w RXi are calculated as follows. That is, as described below, in a communication system using a signal wave of a desired wave having a constant envelope, the CM algorithm converts the waveform of the envelope changed by the influence of an interference wave such as an interference wave into a desired shape. The reception level in the radiation pattern of the array antenna 100 in the direction of arrival of the interference wave is reduced to zero by the conversion into.

【0019】いま、ビームセレクタ6により選択後のr
i番目のビームの時刻kにおける受信信号をyri(k)
とすると、受信信号yri(k)に印加すべき複素数荷重
係数をwRXi(k)とする。ここで、アレーアンテナ1
00を用いて合成した合成電界Yは、次の数3で表すこ
とができる。
Now, r selected by the beam selector 6
The received signal at the time k of the ith beam is represented by y ri (k)
Then, the complex number weighting factor to be applied to the received signal y ri (k) is defined as w RXi (k). Here, the array antenna 1
The synthesized electric field Y synthesized using 00 can be expressed by the following equation (3).

【数1】 ここで、簡単のために信号波の所望の包絡線の形状を予
め決められた一定値P0であるとすると、合成電界の信
号の包絡線を一定値P0とするための複素数荷重係数w
RXi(k)を求めることは、公知の通り、次の数2と数
3とに示す評価関数Fを最小にする複素数荷重係数w
RXi(k)を求めることと等価である。
(Equation 1) Here, assuming that the shape of the desired envelope of the signal wave is a predetermined constant value P 0 for simplicity, a complex number weighting factor w for setting the envelope of the signal of the composite electric field to a constant value P 0.
As is well known, RXi (k) is obtained by calculating the complex weighting coefficient w that minimizes the evaluation function F shown in the following Expressions 2 and 3.
This is equivalent to determining RXi (k).

【数2】F=(|Y|2−P0 22 ここで、数2に数1で表された合成電界Yを代入する
と、次式を得る。
F = (| Y | 2 −P 0 2 ) 2 Here, the following equation is obtained by substituting the composite electric field Y expressed by Equation 1 into Equation 2.

【数3】 (Equation 3)

【0020】従って、複素数荷重係数wRXi(k)を次
式に従って、次の時刻の複素ウエイトwRXi(k+1)
に更新して次の時刻の受信信号yri(k+1)を演算す
ることによって、信号波の包絡線を所望の形にして干渉
波の到来方向の放射パターンにおける受信レベルを零に
することができる。
Therefore, the complex weight w RXi (k) is calculated by the following equation using the complex weight w RXi (k) at the next time.
And the received signal y ri (k + 1) at the next time is calculated, whereby the envelope of the signal wave can be set to a desired shape and the reception level in the radiation pattern in the arrival direction of the interference wave can be reduced to zero. .

【数4】wRXi(k+1)=wRXi(k)−μyri(k)
*・(|Y|2−P0 2)・Y ここで、μはシステムによって決定される定数であり、
ri(k)*は複素数で表された受信信号yri(k)の
共役複素数である。なお、CMアルゴリズムを用いた場
合、公知の通り、マルチビームのビーム数から1を引い
た数の零点を放射パターンにおいて形成することができ
る。
## EQU4 ## w RXi (k + 1) = w RXi (k) -μy ri (k)
* · (| Y | 2 −P 0 2 ) · Y where μ is a constant determined by the system,
y ri (k) * is a complex conjugate of the received signal y ri (k) represented by a complex number. When the CM algorithm is used, it is possible to form zeros in the radiation pattern by subtracting 1 from the number of beams of the multi-beam, as is well known.

【0021】以上述べたように、CMA係数演算器33
は、公知のCMアルゴリズムを用いて、ビームセレクタ
6の出力信号yri(k)と同相合成器として動作する加
算器8から出力される受信ベースバンド信号z(k)に
基づいてアレーアンテナ100の主ビームを希望波の所
望の方向に向けかつ干渉波などの干渉波の到来方向の受
信レベルを零にするような各ビームに対応する受信信号
に対する複数I個の受信荷重係数wRxiを演算して、乗
算器7−1乃至7−I及び送信荷重係数演算器32に出
力する。
As described above, the CMA coefficient calculator 33
Is based on the output signal y ri (k) of the beam selector 6 and the received baseband signal z (k) output from the adder 8 operating as an in-phase combiner using a known CM algorithm. A plurality of I reception weight coefficients w Rxi are calculated for the reception signals corresponding to the respective beams such that the main beam is directed in a desired direction of the desired wave and the reception level in the arrival direction of the interference wave such as the interference wave is made zero. Then, it outputs to the multipliers 7-1 to 7-I and the transmission weight coefficient calculator 32.

【0022】本実施形態においては、CMA係数演算器
33は、公知のCMアルゴリズムを用いて、受信信号に
対する複数I個の受信荷重係数wRxiを演算している
が、本発明はこれに限らず、LMS(Least Mean Squar
es)アルゴリズムなどの適応型アルゴリズムを用いて受
信荷重係数wRxiを演算してもよい。
In the present embodiment, the CMA coefficient calculator 33 calculates a plurality of I reception weight coefficients w Rxi for received signals using a known CM algorithm, but the present invention is not limited to this. , LMS (Least Mean Squar
es) The reception weight coefficient w Rxi may be calculated using an adaptive algorithm such as an algorithm.

【0023】一方、送信側においては、詳細後述するよ
うに、フィルタ係数演算器30は、送信周波数fTXと受
信周波数fRXとに基づいて、周波数非依存性ビームパタ
ーンを持つ広帯域DBF回路9(図2)のFIR型ディ
ジタルフィルタAmn(z)のフィルタ係数を演算し、マ
ルチビーム荷重係数演算器31は、上記演算されたDB
F回路9のFIR型ディジタルフィルタAmn(z)のフ
ィルタ係数とに基づいて、受信周波数fRXに対するDB
F回路5の荷重係数と、送信周波数fTXに対するDBF
回路の荷重係数を計算する。送信荷重係数演算器32
は、マルチビーム荷重係数演算器31で計算された送信
周波数fTXに対するDBF回路の荷重係数と、CMA係
数演算器33によって演算された受信荷重係数WRX
[wRX1,wR X2,…,wRXITとに基づいてWTX=[w
TX1,wTX2,…,wTXNTを計算する。本実施形態にお
いては、受信と送信のマルチビームパターンはθ=±9
0゜近傍を除いてほぼ一致する。そのため、送受信でほ
ぼ同一の零点深度を得ることができる。また、受信と送
信の双方のDBF回路は狭帯域系である。すなわち、広
帯域系のような畳み込み演算ではなく、単なる重み付け
演算を行う。図1の本実施形態の回路構成は、従来例と
似ているが、受信側DBF回路の受信荷重係数と送信荷
重係数が、周波数非依存性ビームパターンを持つ広帯域
DBF回路9のフィルタ係数に基づいて計算される点が
異なる。
On the transmitting side, on the other hand, as will be described in detail later, the filter coefficient calculator 30 generates a broadband DBF circuit 9 (having a frequency-independent beam pattern) based on the transmission frequency f TX and the reception frequency f RX. The filter coefficient of the FIR digital filter A mn (z) in FIG. 2) is calculated, and the multi-beam weighting coefficient calculator 31 calculates the calculated DB
Based on the filter coefficient of the FIR type digital filter A mn (z) of the F circuit 9, the DB for the reception frequency f RX
Load coefficient of F circuit 5 and DBF for transmission frequency f TX
Calculate the weighting factor of the circuit. Transmission load coefficient calculator 32
Are the weight coefficient of the DBF circuit for the transmission frequency f TX calculated by the multi-beam weight coefficient calculator 31 and the reception weight coefficient W RX = calculated by the CMA coefficient calculator 33.
[W RX1 , w R X2 ,..., W RXI ] Based on T , W TX = [w
TX1, w TX2, ..., to calculate the w TXN] T. In this embodiment, the multi-beam pattern for reception and transmission is θ = ± 9
They are almost the same except for the vicinity of 0 °. Therefore, almost the same zero depth can be obtained in transmission and reception. Further, both the reception and transmission DBF circuits are of a narrow band type. That is, a simple weighting operation is performed instead of a convolution operation as in a broadband system. Although the circuit configuration of the present embodiment of FIG. 1 is similar to the conventional example, the reception weight coefficient and the transmission weight coefficient of the reception-side DBF circuit are based on the filter coefficient of the broadband DBF circuit 9 having a frequency-independent beam pattern. It is different in that it is calculated.

【0024】次いで、受信DBF回路5の荷重係数の計
算方法について詳述する。図2は仮想の広帯域DBF回
路9の構成を示すブロック図であり、図3は図2の各タ
ップ付き遅延線回路である仮想の有限インパルス応答型
(以下、有限インパルス応答型をFIR型という。)デ
ィジタルフィルタ11−m−nの構成を示すブロック図
であり、各仮想のFIR型ディジタルフィルタ11−m
−nは伝達関数Amn(z)(n=1,2,…,N;m=
1,2,…,M)を有する。図3の仮想のFIR型ディ
ジタルフィルタ11−m−nにおいて、タップ数をKと
し、伝達関数Amn(z)を有するタップ付き遅延線回路
における乗算器92−1乃至92−Kの係数を
m,n,0,am,n,1,…,am,n,K-1としている。また、
-1は図2の広帯域DBF回路9で信号を処理するとき
の1サンプリング間隔分の遅延器である。注意すべきこ
とは、図2及び図3の回路を本発明において実際の信号
処理に用いることはない。必要なのはその係数
m,n,0,am,n,1,…,am,n,K-1だけである。図2及
び図3の回路は、図1の受信・送信双方のDBF回路の
荷重係数の計算に用いるだけである。なお、以下の図2
と図3の構成の説明においては、便宜上上記の注意点に
反して信号処理を行うものと仮定して説明する。
Next, a method of calculating the weight coefficient of the receiving DBF circuit 5 will be described in detail. FIG. 2 is a block diagram showing the configuration of the virtual wideband DBF circuit 9. FIG. 3 is a virtual finite impulse response type (hereinafter, the finite impulse response type is referred to as an FIR type) which is the delay line circuit with taps in FIG. FIG. 3 is a block diagram showing the configuration of a digital filter 11-mn, where each virtual FIR digital filter 11-m is shown.
−n is a transfer function A mn (z) (n = 1, 2,..., N; m =
1, 2,..., M). In the virtual FIR digital filter 11- mn of FIG. 3, the number of taps is K, and the coefficients of the multipliers 92-1 through 92-K in the tapped delay line circuit having the transfer function A mn (z) are a m, n, 0 , am , n, 1 , ..., am , n, K-1 . Also,
z -1 is a delay unit for one sampling interval when a signal is processed by the wideband DBF circuit 9 in FIG. It should be noted that the circuits of FIGS. 2 and 3 are not used for actual signal processing in the present invention. All that is required are the coefficients am , n, 0 , am , n, 1 , ..., am , n, K-1 . The circuits of FIGS. 2 and 3 are only used for calculating the weighting factors of both the receiving and transmitting DBF circuits of FIG. In addition, the following FIG.
In the description of the configuration of FIG. 3 and FIG. 3, it is assumed that signal processing is performed for the sake of convenience contrary to the above points.

【0025】図2の仮想のDBF回路9は、FIR型デ
ィジタルフィルタ11−1−1乃至11−M−Nと、加
算器10−1乃至10−Mを備えた、一種の空間フィル
タバンクである。ここで、受信信号のディジタル同相・
直交信号x1(k)は、FIR型ディジタルフィルタ1
1−1−1,11−2−1,…,11−M−1に入力さ
れ、受信信号のディジタル同相・直交信号x2(k)
は、FIR型ディジタルフィルタ11−1−2,11−
2−2,…,11−M−2に入力され、以下同様に、受
信信号のディジタル同相・直交信号xn(k)は、FI
R型ディジタルフィルタ11−1−n,11−2−n,
…,11−M−n(n=3,4,…,N)に入力され
る。次いで、各FIR型ディジタルフィルタ11−m−
nはそれぞれ、入力される受信信号のディジタル同相・
直交信号xn(k)を、詳細後述する所定のフィルタ係
数でディジタル的にろ波して加算器10−mに出力し、
加算器10−mはろ波後の各ディジタル同相・直交信号
m(k)を加算して、加算後の信号ym(k)を出力す
る。
The virtual DBF circuit 9 in FIG. 2 is a kind of spatial filter bank including FIR digital filters 11-1-1 to 11-MN and adders 10-1 to 10-M. . Here, the digital phase of the received signal
The quadrature signal x 1 (k) is output from the FIR digital filter 1
1-1-1, 11-2-1,..., 11-M-1, and the digital in-phase / quadrature signal x 2 (k) of the received signal
Are FIR digital filters 11-1-2, 11-
2-2,..., 11-M-2, and similarly, the digital in-phase / quadrature signal x n (k) of the received signal is
R type digital filters 11-1-n, 11-2-n,
.., 11-Mn (n = 3, 4,..., N). Next, each FIR type digital filter 11-m-
n is the digital in-phase of the input received signal.
The orthogonal signal x n (k) is digitally filtered with a predetermined filter coefficient described later in detail, and output to the adder 10-m.
The adder 10-m adds the filtered digital in-phase / quadrature signals x m (k) and outputs the added signal y m (k).

【0026】図3の仮想のFIR型ディジタルフィルタ
11−m−nはそれぞれ、いわゆるトランスバーサルフ
ィルタであって、以下のように構成される。FIR型デ
ィジタルフィルタ11−m−nは、図3に示すように、
(K−1)個の遅延器91−1乃至91−(K−1)
と、K個の乗算器92−1乃至92−Kと、(K−1)
個の加算器93−1乃至93−(K−1)とからなる。
ここで、FIR型ディジタルフィルタ11−m−nにお
いてKはタップ長と呼ばれ、本実施形態においては奇数
に設定される。そして、FIR型ディジタルフィルタ1
1−m−nに入力されるディジタル同相・直交信号xn
(m)は、遅延器91−1と乗算器92−1とに入力さ
れる。また、FIR型ディジタルフィルタ11−m−n
に入力される荷重係数am,n,s-1は乗算器92−s(s
=1,2,…,K)に入力される。FIR型ディジタル
フィルタ11−m−nにおいて、遅延器91−s(s=
1,2,…,K−1)は、入力されるディジタル同相・
直交信号xn(k−s+1)を1サンプル周期だけ遅ら
せて1サンプル周期だけ遅れた信号xn(k−s)を遅
延器91−(s+1)と乗算器92−(s+1)とに出
力する。乗算器92−1は、入力されるディジタル同相
・直交信号xn(k)と荷重係数am,n,0とを乗算して、
加算器93−1に出力する。乗算器92−s(s=2,
3,…,K)は、入力される信号xn(k−s+1)と
荷重係数am,n,s-1とを乗算して、加算器93−(s−
1)に出力する。加算器93−1は、乗算器92−1か
ら入力される信号と乗算器92−2から入力される信号
とを加算して、加算器93−2に出力する。加算器93
−s(s=2,3,…,K−2)は、加算器93−(s
−1)から入力される信号と乗算器92−(s+1)か
ら入力される信号とを加算して、加算器93−(s+
1)に出力する。加算器93−(K−1)は、加算器9
3−(K−2)から入力される信号と乗算器92−Kか
ら入力される信号とを加算して出力する。以上のように
構成されたFIR型ディジタルフィルタ11−m−n
は、入力されるディジタル同相・直交信号xn(k)を
所定の伝達関数Amn(z)でディジタル的にろ波して出
力する。
Each of the virtual FIR digital filters 11-mn shown in FIG. 3 is a so-called transversal filter, and is configured as follows. As shown in FIG. 3, the FIR digital filter 11-mn has:
(K-1) delay units 91-1 to 91- (K-1)
And K multipliers 92-1 to 92-K, and (K-1)
It comprises the adders 93-1 to 93- (K-1).
Here, K is called a tap length in the FIR digital filter 11-mn, and is set to an odd number in the present embodiment. Then, the FIR digital filter 1
1-mn digital in-phase / quadrature signal x n
(M) is input to the delay unit 91-1 and the multiplier 92-1. The FIR digital filter 11-mn
Load factor is input to a m, n, s-1 to the multiplier 92-s (s
= 1, 2,..., K). In the FIR digital filter 11-mn, the delay unit 91-s (s =
1, 2,..., K-1) are input digital in-phase
The orthogonal signal x n (k-s + 1) is delayed by one sample period, and the signal x n (k-s) delayed by one sample period is output to the delay unit 91- (s + 1) and the multiplier 92- (s + 1). . The multiplier 92-1 multiplies the input digital in-phase / quadrature signal x n (k) by a weighting coefficient am , n, 0 ,
Output to adder 93-1. Multiplier 92-s (s = 2,
,..., K) are multiplied by the input signal x n (k−s + 1) and the weighting factors am , n, s−1 to form an adder 93− (s−).
Output to 1). Adder 93-1 adds the signal input from multiplier 92-1 and the signal input from multiplier 92-2, and outputs the result to adder 93-2. Adder 93
−s (s = 2, 3,..., K−2) is added to the adder 93− (s
-1) and the signal input from the multiplier 92- (s + 1) are added to form an adder 93- (s +
Output to 1). The adder 93- (K-1)
3- Add the signal input from (K-2) and the signal input from multiplier 92-K and output. The FIR digital filter 11-mn constructed as described above.
Outputs digitally filtered digital in-phase / quadrature signal x n (k) with a predetermined transfer function A mn (z).

【0027】図1のフィルタ係数演算器30は、図3の
仮想のFIR型デジタルフィルタ11−m−nの荷重係
数am,n,0,am,n,1,…,am,n,K-1を、特開平9−2
61008号公報に開示された公知の演算方法に従って
演算する。この演算方法については、当該発明の詳細な
説明の欄の最後部において詳述する。その際必要なパラ
メータは、アレーアンテナ100のアンテナ素子数N
と、その素子間隔dと、複数M個のビーム形成方向の角
度θ、ビーム数M、図2の仮想の広帯域DBF回路9で
信号を処理するときの搬送波周波数fc0とサンプリング
周波数fs0、タップ数Kである。ここで、fc0とfs0
図3の荷重係数荷重係数am,n,0,am,n,1,…,a
m,n,K-1を演算するときに使うだけで、図1の信号処理
におけるサンプリング周波数とは無関係な仮想的なもの
である。搬送波周波数fc0の設定は、例えば、fc0はf
RXとfTXの中間とする。すなわち、好ましい実施形態で
は、fc0=(fRX+fTX)/2である。図2の仮想の広
帯域DBF回路9の特性近似度の点から、サンプリング
周波数fs0は|fRX−fTX|の2倍程度が望ましい。送
受信ビームパターンの一致性は、仮想の広帯域DBF回
路9の特性近似度に大きく依存する。さらに、アンテナ
素子の間隔dは周波数(fc0+0.5fs0)に対応する
波長の半分程度が望ましい(詳細は、特開平9−261
008号公報参照。)。図2の仮想の広帯域DBF回路
9で実際に信号処理することはないので、タップ数Kは
図1の信号処理演算量に関係ない。この値の目安は素子
数と同程度である。
The filter coefficient calculator 30 shown in FIG. 1 calculates the weight coefficients am , n, 0 , am , n, 1 ,..., Am, n of the virtual FIR digital filter 11-mn shown in FIG. , K-1 are disclosed in
The calculation is performed according to a known calculation method disclosed in Japanese Patent Application Publication No. 61008. This calculation method will be described in detail in the last part of the detailed description of the invention. The parameter required at that time is the number N of antenna elements of the array antenna 100.
2, the element spacing d, the angles θ of the plurality of M beam forming directions, the number of beams M, the carrier frequency f c0 and the sampling frequency f s0 when the signal is processed by the virtual broadband DBF circuit 9 in FIG. It is a number K. Here, f c0 and f s0 are the load coefficients a m, n, 0 , a m, n, 1 ,.
It is only used when calculating m, n, and K-1 and is a virtual one that has nothing to do with the sampling frequency in the signal processing of FIG. The setting of the carrier frequency f c0 is, for example, f c0 is f
It is assumed to be between RX and fTX . That is, in the preferred embodiment, f c0 = (f RX + f TX ) / 2. From the viewpoint of the degree of approximation of the characteristics of the virtual broadband DBF circuit 9 in FIG. 2, the sampling frequency f s0 is preferably about twice as large as | f RX −f TX |. The coincidence of the transmission and reception beam patterns greatly depends on the degree of approximation of the characteristics of the virtual broadband DBF circuit 9. Furthermore, the distance d between the antenna elements about half the wavelength corresponding to the frequency (f c0 + 0.5f s0) is desirable (for details, JP-A 9-261
See No. 008. ). Since the virtual wideband DBF circuit 9 in FIG. 2 does not actually perform signal processing, the number of taps K has no relation to the signal processing calculation amount in FIG. The standard of this value is about the same as the number of elements.

【0028】図1の受信側のDBF回路5の入出力関係
は、次式で表される。
The input / output relationship of the DBF circuit 5 on the receiving side in FIG. 1 is expressed by the following equation.

【数5】Y(k)=RX(k)## EQU5 ## Y (k) = RX (k)

【数6】 X(k)=[x1(k),x2(k),…,xN(k)]T X (k) = [x 1 (k), x 2 (k),..., X N (k)] T

【数7】 Y(k)=[y1(k),y2(k),…,yM(k)]T
ここで、X(k)は受信側のDBF回路5への入力信号
ベクトルであり、Y(k)は当該DBF回路5からの出
力信号ベクトルであり、Rは受信側のDBF回路5の荷
重係数行列である。荷重係数行列Rは周波数f=fRX
おける図2の仮想の広帯域DBF回路9の周波数応答値
である。図2を参照すると、次式で表される。
Y (k) = [y 1 (k), y 2 (k),..., Y M (k)] T
Here, X (k) is an input signal vector to the DBF circuit 5 on the receiving side, Y (k) is an output signal vector from the DBF circuit 5, and R is a weighting factor of the DBF circuit 5 on the receiving side. It is a matrix. The weight coefficient matrix R is a frequency response value of the virtual wideband DBF circuit 9 in FIG. 2 at a frequency f = f RX . Referring to FIG. 2, it is represented by the following equation.

【0029】[0029]

【数8】 ここで、Amn(f)は、周波数fに対するAmn(z)の
周波数応答値を意味する。すなわち、
(Equation 8) Here, A mn (f) means a frequency response value of A mn (z) with respect to the frequency f. That is,

【数9】 である。数8及び数9に基づいて受信側のDBF回路5
の荷重係数が計算される。
(Equation 9) It is. DBF circuit 5 on the receiving side based on Equations 8 and 9
Is calculated.

【0030】従って、図1のフィルタ係数演算器30
は、当該発明の詳細な説明の欄の最後部で詳述する演算
方法を用いてFIR型ディジタルフィルタ11−m−n
の係数am,n,0,am,n,1,…,am,n,K-1を演算した
後、マルチビーム荷重係数演算器31に出力する。これ
に応答して、マルチビーム荷重係数演算器31は、数9
を用いて数8で示される受信側のDBF回路5における
荷重係数行列Rを演算し受信側のDBF回路5に出力す
る。
Therefore, the filter coefficient calculator 30 shown in FIG.
The FIR digital filter 11-mn is calculated using the calculation method described in the last part of the detailed description of the invention.
After calculating the coefficients am , n, 0 , am , n, 1 ,..., Am, n, K−1 , the coefficients are output to the multi-beam load coefficient calculator 31. In response, the multi-beam weighting factor calculator 31 calculates
Is used to calculate the weighting coefficient matrix R in the receiving-side DBF circuit 5 shown in Expression 8 and output to the receiving-side DBF circuit 5.

【0031】次いで、乗算器4−1乃至4−Nにおける
送信荷重係数の計算方法について詳述する。送信荷重係
数wTX1、wTX2、…、wTXNは受信側の荷重係数wRXi
用いて計算する。その準備として、まず、受信側におい
て各アンテナ素子1−1乃至1−Nに等価的に与えられ
る荷重係数を求める。受信側のビームスペースアダプテ
ィブアレーにおいて選択されたビーム番号を{r1
2、…、rI}とする。このとき、DBF回路5からの
出力信号Y(k)と、ビーム選択器であるビームセレク
タ6からの出力信号YS(k)の関係は、次式で表され
る。
Next, a method of calculating the transmission weight coefficient in the multipliers 4-1 to 4-N will be described in detail. The transmission weight coefficients w TX1 , w TX2 ,..., W TXN are calculated using the reception side weight coefficient w RXi . As a preparation, first, a load coefficient equivalently given to each of the antenna elements 1-1 to 1-N on the receiving side is obtained. The beam number selected in the beam space adaptive array on the receiving side is denoted by {r 1 ,
r 2 ,..., r I }. At this time, the relationship between the output signal Y (k) from the DBF circuit 5 and the output signal Y S (k) from the beam selector 6 as a beam selector is expressed by the following equation.

【数10】YS(k)=SY(k)## EQU10 ## Y S (k) = SY (k)

【数11】Ys(k)=[yr1(k),yr2(k),
…,yrI(k)]T ここで、Sはビーム選択行列であって、そのサイズはI
×Mであり、(i,ri)要素が1(i=1,2,…,
I)である一方、その他の要素が0である。また、乗算
器7−1乃至7−Iの乗算演算の後の加算器8からの出
力信号z(k)は次式のようになる。
Y s (k) = [y r1 (k), y r2 (k),
.., Y rI (k)] T where S is a beam selection matrix whose size is I
× M, and the (i, r i ) element is 1 (i = 1, 2,...,
I), while the other elements are zero. Further, the output signal z (k) from the adder 8 after the multiplication operation of the multipliers 7-1 to 7-I is as follows.

【数12】z(k)=WRX TS(k)[Number 12] z (k) = W RX T Y S (k)

【数13】WRX=[wRX1,wRX2,…,wRXlT [ Expression 13] W RX = [w RX1 , w RX2 ,..., W RXl ] T

【0032】上記数5,数10及び数12より、受信側
のDBF回路5への入力信号X(k)とアダプティブア
レー出力信号z(k)の関係は、次式で表わすことがで
きる。
From the above equations (5), (10) and (12), the relationship between the input signal X (k) to the DBF circuit 5 on the receiving side and the adaptive array output signal z (k) can be expressed by the following equation.

【数14】z(k)=WRX TSRX(k) よって、受信側において各アンテナ素子に等価的に与え
られる荷重係数行列WRXeqは、次式で表わすことができ
る。
[ Mathematical formula-see original document ] z (k) = W RX T SRX (k) Accordingly, the weight coefficient matrix W RXeq given equivalently to each antenna element on the receiving side can be expressed by the following equation.

【数15】WRXeq=WRX TSR[ Equation 15] W RXeq = W RX T SR

【0033】送信荷重係数は、数16の受信側のDBF
回路5の荷重係数行列Rを送信周波数fTXにおけるそれ
に置換えなければならない。送信周波数fTXにおけるD
BF回路の荷重係数行列をTとすると、送信荷重係数行
列WTXは、次式で表わすことができる。
The transmission weighting factor is calculated by the DBF of the receiving side in Equation (16).
The weight coefficient matrix R of the circuit 5 must be replaced with that at the transmission frequency f TX . D at transmission frequency f TX
Assuming that the weighting coefficient matrix of the BF circuit is T, the transmission weighting coefficient matrix W TX can be expressed by the following equation.

【数16】WTX=WRX TST[Equation 16] W TX = W RX T ST

【数17】WTX=[wTX1,wTX2,…,wTXNT ここで、行列Tは、次式で表わすことができる。W TX = [w TX1 , w TX2 ,..., W TXN ] T Here, the matrix T can be represented by the following equation.

【数18】 行列Tの各要素は数9を用いて予め演算しておけるの
で、数16により受信荷重係数WRXとビーム選択行列S
から適応的に送信荷重係数行列WTXを計算することがで
きる。行列Tは送信荷重係数行列WTXを計算するのに用
いるだけであり、送信側のDBF回路は実際には信号処
理回路の中に現れない。
(Equation 18) Since each element of the matrix T can be calculated in advance using Equation 9, the reception weight coefficient W RX and the beam selection matrix S
, The transmission weight coefficient matrix W TX can be calculated adaptively. The matrix T is only used to calculate the transmission weight coefficient matrix W TX , and the DBF circuit on the transmission side does not actually appear in the signal processing circuit.

【0034】従って、マルチビーム荷重係数演算器31
はさらに、フィルタ係数演算器30によって演算された
FIR型ディジタルフィルタ11−m−nの係数a
m,n,0,am,n,1,…,am,n,K-1に基づいて、数18及
び数9を用いて、送信周波数fTXにおけるDBF回路の
荷重係数行列Tを演算して、演算結果を送信荷重係数演
算器32に出力する。次いで、これに応答して、送信荷
重係数演算器32は、数16を用いて送信荷重係数行列
TXを演算して乗算器4−1乃至4−Nに出力して設定
する。
Therefore, the multi-beam weighting factor calculator 31
Is a coefficient a of the FIR digital filter 11-mn calculated by the filter coefficient calculator 30.
Based on m, n, 0 , am , n, 1 ,..., am , n, K−1 , the weight coefficient matrix T of the DBF circuit at the transmission frequency f TX is calculated using Expressions 18 and 9. Then, the calculation result is output to the transmission load coefficient calculator 32. Next, in response to this, the transmission weight coefficient calculator 32 calculates the transmission weight coefficient matrix W TX using Expression 16, and outputs and sets the transmission weight coefficient matrix W TX to the multipliers 4-1 to 4-N.

【0035】[0035]

【実施例】以上のように構成された無線送受信システム
について、本発明者は、計算機シミュレーションにより
受信時と送信時の指向特性を比較した。ここで、アンテ
ナ素子数N=17、受信周波数fRX=1.9GHz、送
信周波数fTX=2.1GHzとした。所望波入射角は1
5゜(信号電力対雑音電力比SNR=20dB)、干渉
波は2波で、入射角は−25゜と35゜とし、ともに干
渉信号電力対雑音電力比INR=17dBである。いず
れも帯域制限していない、互いに独立なQPSK信号で
あって、帯域幅は受信周波数に比べて十分小さい。アン
テナ素子の間隔d=(0.9c)/(fRX+fTX)に設
定した。各素子パターンは等方性で、相互結合はないと
仮定している。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS With respect to the radio transmission / reception system configured as described above, the present inventor compared directional characteristics at the time of reception and at the time of transmission by computer simulation. Here, the number of antenna elements N = 17, the reception frequency f RX = 1.9 GHz, and the transmission frequency f TX = 2.1 GHz. Desired wave incident angle is 1
5 ° (signal power-to-noise power ratio SNR = 20 dB), two interference waves, incident angles of −25 ° and 35 °, and both interference signal power-to-noise power ratio INR = 17 dB. None of these are QPSK signals independent of each other and their bandwidths are sufficiently smaller than the reception frequency. The distance d between the antenna elements was set to d = (0.9c) / (f RX + f TX ). It is assumed that each element pattern is isotropic and has no mutual coupling.

【0036】ここで、周波数非依存性ビームパターンを
持つ図2の仮想の広帯域DBF回路9は、上述のよう
に、特開平9−261008号公報の方法で設計した。
マルチビームの方向と数Mは、あるビームの主ビームの
方向が近似的に他のビームの零点方向になるようにし
た。その結果、マルチビーム数M=11、マルチビーム
方向は0゜、±10゜、±20゜、±31゜、±43
゜、±59゜となった。タップ数K=21、設計の際に
必要な仮想的な搬送波周波数fc0=(fRX+fTX)/2
=2GHz、仮想的なサンプリング周波数fs0=2|f
RX−fTX|=0.2fc0=0.4GHzと設定した。送
受信マルチビームのうち、受信時に出力信号の電力が最
大となった20゜方向のビームの指向特性を図4に示
す。θ=±90゜近傍を除いてほぼ一致している。適応
アルゴリズムは、上述の如く、CMA(Constant Modul
us Algorithm)を用いた。受信側のDBF回路5からの
出力信号のうちで、最大電力の1/10以上の電力とな
るビームを選択した(この選択方法は実施形態ではな
く、変形例である。)。その結果、ビーム選択数Iは8
となった。
Here, the virtual broadband DBF circuit 9 of FIG. 2 having a frequency-independent beam pattern was designed by the method disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-261008 as described above.
The direction of the multi-beam and the number M are such that the direction of the main beam of a certain beam is approximately the zero point direction of another beam. As a result, the multi-beam number M = 11, and the multi-beam directions are 0 °, ± 10 °, ± 20 °, ± 31 °, ± 43.
゜, ± 59 °. Number of taps K = 21, virtual carrier frequency f c0 required for design = (f RX + f TX ) / 2
= 2 GHz, virtual sampling frequency f s0 = 2 | f
RX- f TX | = 0.2f c0 = 0.4 GHz. FIG. 4 shows directivity characteristics of a beam in the 20 ° direction in which the power of the output signal becomes maximum at the time of reception among the transmission and reception multi-beams. Except for the vicinity of θ = ± 90 °, they are almost the same. As described above, the adaptive algorithm is a CMA (Constant Modul
us Algorithm). From the output signals from the DBF circuit 5 on the receiving side, a beam having power equal to or more than 1/10 of the maximum power was selected (this selection method is not an embodiment but a modification). As a result, the beam selection number I is 8
It became.

【0037】収束後(1000回の荷重係数の更新後)
の受信時の指向特性と、そのときの受信時荷重係数を利
用して数16により送信荷重係数行列WTXを求めたとき
の送信時の指向特性を図5乃至図7に示す。送受信とも
に、所望波方向に主ビームを向け、干渉波方向に零点を
向けていることがわかる(但し、−25゜方向の零点は
わずかにずれている)。零点の深さも送受信で同等とな
っている。これは他の条件下でのシミュレーションでも
確認している。
After convergence (after updating the load coefficient 1000 times)
FIGS. 5 to 7 show the directivity characteristics at the time of reception and the transmission directivity characteristics at the time when the transmission weight coefficient matrix W TX is obtained by Equation 16 using the reception weight coefficient at that time. In both transmission and reception, it can be seen that the main beam is directed in the desired wave direction and the zero point is directed in the interference wave direction (however, the zero point in the -25 ° direction is slightly shifted). The depth of the zero point is the same for transmission and reception. This has been confirmed in simulations under other conditions.

【0038】従来例の方法(従来技術文献3)でも試し
てみた。但し、受信側マルチビームをDFTによる直交
マルチビームとしたため、素子間隔はd=(0.5c)
/fRXとした。マルチビーム数は17である。送受信マ
ルチビームのうち、受信時に出力信号の電力が最大とな
った14゜方向ビームの指向特性を図8に示す。主ビー
ム方向は一致しているが、送信時指向特性は受信時指向
特性を圧縮した形となり、主ビーム近傍と−50°〜−
70°以外では一致していないことがわかる。アンテナ
素子の間隔が広いため、主ビーム幅は図5より狭い。ビ
ームの選択法は本実施形態のシミュレーション時と同じ
である。マルチビーム数は素子数と同じ17で、そのう
ちから4ビームが選択された。図9に収束後(1000
回の荷重係数の更新後)の受信時指向特性とそのときの
受信荷重係数を利用した送信時の指向特性を示す。送信
時指向特性は、いずれの干渉波方向も受信時指向特性と
零点がずれてしまっている。それは図8の送受指向特性
が干渉波方向に対して一致していないからと思われる。
ただ、従来例の方法でも送受信ともに干渉波方向零点を
形成することはある。所望波25゜、干渉波35゜及び
−50゜(2波)として試してみると送信時にも干渉波
方向に零点を形成した。送受信マルチビームのうち受信
時出力信号の電力が最大となった28゜方向ビームの指
向特性を見ると、干渉波方向の送受信の指向特性は近い
ものとなっていた。
The method of the conventional example (prior art document 3) was also tried. However, since the receiving-side multibeam is an orthogonal multibeam by DFT, the element spacing is d = (0.5c).
/ F RX . The number of multi-beams is 17. FIG. 8 shows the directional characteristics of the 14 ° direction beam in which the power of the output signal becomes maximum during reception among the transmission and reception multi-beams. Although the main beam direction is the same, the transmit directivity becomes a compressed form of the receive directivity.
It can be seen that there is no agreement except at 70 °. The main beam width is smaller than that in FIG. The beam selection method is the same as in the simulation of the present embodiment. The number of multi-beams was 17, the same as the number of elements, and 4 beams were selected from them. After convergence (1000
The following shows the directional characteristics at the time of reception (after updating the weighting factor) and the directional characteristics at the time of transmission using the receiving weighting factor at that time. The directional characteristics at the time of transmission deviate from the directional characteristics at the time of reception in any of the interference wave directions. This is probably because the transmission / reception directional characteristics in FIG. 8 do not match the interference wave direction.
However, even in the conventional method, an interference wave direction zero point may be formed in both transmission and reception. When a trial was performed with the desired wave 25 °, the interference wave 35 ° and −50 ° (two waves), a zero point was formed in the direction of the interference wave even during transmission. Looking at the directional characteristics of the 28-degree beam in which the power of the output signal at the time of reception among the transmitted and received multi-beams was maximized, the directional characteristics of transmission and reception in the interference wave direction were close.

【0039】なお、特開平6−196921号公報との
相違点は以下の通りである。本実施形態と、従来例の構
成は似ているが、周波数非依存性ビームパターンを持つ
図2の仮想の広帯域DBF回路9に基づいて計算される
受信荷重係数行列Rを受信側のDBF回路5に用いるこ
とと、送信荷重係数WTXの計算方法が異なる。本実施形
態の方法は、周波数非依存性ビームパターンを持つ仮想
の広帯域DBF回路9に基づいて受信及び送信の荷重係
数を計算することに特徴がある。
The differences from Japanese Patent Application Laid-Open No. 6-196921 are as follows. Although the configuration of this embodiment is similar to that of the conventional example, the reception weight coefficient matrix R calculated based on the virtual broadband DBF circuit 9 of FIG. And the method of calculating the transmission weight coefficient W TX are different. The method of the present embodiment is characterized in that the reception and transmission weighting factors are calculated based on a virtual broadband DBF circuit 9 having a frequency-independent beam pattern.

【0040】以上詳述したように、本実施形態によれ
ば、移動通信における周波数分割多重化システムのよう
に受信と送信で周波数が異なる場合において、送受信ア
レーアンテナが共用で等間隔に直線状に配置されたアレ
ーアンテナを用いることを前提として、本発明者は、特
開平9−261008号公報で提案した周波数非依存性
ビームパターンを持つ広帯域DBF回路を荷重係数計算
に利用した送受信アダプティブナルビーム形成のアルゴ
リズムについて開示している。そして、計算機シミュレ
ーションにより、送受信ともに所望波方向に主ビームを
向け、干渉波方向に零点を向けていること、零点の深さ
も送受信で同等であることを確認した。すなわち、本発
明に係る実施形態は次の特有の効果を有する。 (a)送受信の周波数が異なる場合においても、送信時
に、受信時の所望信号方向と干渉信号方向と同じ方向に
それぞれ主ビームと零点を向けるようにビームを制御す
ることができる。 (b)従来例に比較して回路構成が簡単である。
As described above in detail, according to the present embodiment, when the frequency differs between reception and transmission as in a frequency division multiplexing system in mobile communication, the transmission and reception array antennas are shared and linearly spaced at equal intervals. On the premise that the array antennas arranged are used, the present inventor has proposed a transmission / reception adaptive beam forming method using a broadband DBF circuit having a frequency-independent beam pattern proposed in JP-A-9-261008 for weight factor calculation. The algorithm is disclosed. By computer simulation, it was confirmed that the main beam was directed in the desired wave direction and the zero point was directed in the interference wave direction in both transmission and reception, and that the depth of the zero point was equivalent in transmission and reception. That is, the embodiment according to the present invention has the following unique effects. (A) Even when the transmission and reception frequencies are different, at the time of transmission, the beam can be controlled such that the main beam and the zero point are directed in the same direction as the desired signal direction and the interference signal direction at the time of reception. (B) The circuit configuration is simpler than the conventional example.

【0041】<補足説明>最後に、図1のフィルタ係数
演算器30において実行される図3の仮想のFIR型デ
ィジタルフィルタ11−m−nの荷重係数am,n,sの演
算方法について補足説明する。まず、信号の入射角θ
を、図1に示すように、アンテナ素子1−1乃至1−N
が並置されたラインの垂線と所望信号の入射する方向と
の角度で定義する。また、高周波信号である入射信号の
周波数f1と図2のDBF回路9で信号を処理するとき
の搬送波周波数fc0とサンプリング周波数fs0とを用い
て正規化時間周波数F1を次の数19で定義する。さら
に、入射角θと光速cと入射信号の周波数f1とを用い
て、非正規化空間周波数f2を数20のように定義し、
当該非正規化空間周波数f2を数21で表すようにアン
テナ素子1−1乃至1−Nの素子間隔dの逆数で正規化
して、正規化空間周波数F2を定義する。ここで、アン
テナ素子の素子間隔dの逆数1/dは、空間サンプリン
グ周波数と呼ばれる。すなわち、正規化時間周波数F1
は、ある時刻における周波数f1と搬送波周波数fc0
の差をサンプリング周波数fs0で正規化した周波数であ
り、正規化空間周波数F2は入射角θを考慮したある時
刻においてアンテナ素子1−nの並置ライン上で正規化
した空間周波数である。
<Supplementary Explanation> Lastly, a supplementary explanation will be given on a method of calculating the weighting factors am , n, s of the virtual FIR type digital filter 11-mn shown in FIG. 3 which is executed in the filter coefficient calculator 30 of FIG. explain. First, the signal incident angle θ
To the antenna elements 1-1 to 1-N as shown in FIG.
Is defined as the angle between the perpendicular of the juxtaposed lines and the direction of incidence of the desired signal. The number of normalized time frequencies F 1 follows by using the carrier frequency f c0 and the sampling frequency f s0 when processing signals with DBF circuit 9 of the frequency f 1 and 2 of the incident signal is a radio frequency signal 19 Defined by Further, using the incident angle θ, the speed of light c, and the frequency f 1 of the incident signal, a non-normalized spatial frequency f 2 is defined as in Expression 20,
The normalized spatial frequency F 2 is defined by normalizing the denormalized spatial frequency f 2 with the reciprocal of the element interval d of the antenna elements 1-1 to 1-N as represented by Expression 21. Here, the reciprocal 1 / d of the element interval d of the antenna element is called a spatial sampling frequency. That is, the normalized time frequency F 1
Is the frequency obtained by normalizing the difference between the frequency f 1 and the carrier frequency fc 0 at a certain time by the sampling frequency f s0 , and the normalized spatial frequency F 2 is the antenna element 1-n at a certain time considering the incident angle θ. Is the spatial frequency normalized on the juxtaposed line of.

【0042】[0042]

【数19】F1=(f1−fc0)/fs0 [Number 19] F 1 = (f 1 -f c0 ) / f s0

【数20】f2=(f1sinθ)/c[Equation 20] f 2 = (f 1 sin θ) / c

【数21】F2=df2=(df1sinθ)/c={(dsi
nθ)/c}(fs01+fc0
Equation 21] F 2 = df 2 = (df 1 sinθ) / c = {(dsi
nθ) / c} (f s0 F 1 + f c0)

【0043】また、図2のDBF回路9のビーム番号m
に対する伝達特性Hm(f1,θ)は、次の数22で表す
ことができ、当該伝達特性Hm(f1,θ)は、上述のよ
うに定義した正規化時間周波数F1と正規化空間周波数
2とを用いて2次元ディジタルフィルタとみたときの
数23に示す周波数応答Gm(F1,F2)に変換するこ
とができる。すなわち、周波数応答Gm(F1,F2
は、正規化時間周波数F1と正規化空間周波数F2との2
次元周波数平面上の周波数応答である。
The beam number m of the DBF circuit 9 shown in FIG.
The transfer characteristic H m (f 1 , θ) can be expressed by the following equation 22, and the transfer characteristic H m (f 1 , θ) is defined by the normalized time frequency F 1 and the normalized time frequency F 1 defined as described above. It can be converted to a frequency response G m (F 1 , F 2 ) shown in Equation 23 when viewed as a two-dimensional digital filter using the generalized spatial frequency F 2 . That is, the frequency response G m (F 1 , F 2 )
Is 2 and the normalized time frequencies F 1 and the normalized spatial frequency F 2
It is a frequency response on a dimensional frequency plane.

【数22】 (Equation 22)

【数23】 (Equation 23)

【0044】ここで、数22において、Ts0はDBF回
路9内のサンプリング間隔であって、DBF回路9にお
けるサンプリング周波数fs0の逆数、すなわちTs0=1/
fs0で表される。また、数22及び数23において、Kは
上述のようにFIR型ディジタルフィルタ11−m−n
のタップ長である。上述の数22及び数23は、素子間
隔dが一定であると仮定した場合に成り立つ数式であっ
て、この方法は、素子間隔dが一定のリニアアレーにし
か適用できないという制約がある。しかし、アンテナ素
子1−1乃至1−Nが平面に格子状に縦横それぞれ等間
隔に配置されている場合には、数22及び数23を拡張
することで対応できる。すなわち、ディジタルフィルタ
を3次元(時間−空間2次元)とした場合にも適用でき
る。
Here, in Equation 22, T s0 is a sampling interval in the DBF circuit 9 and is the reciprocal of the sampling frequency f s0 in the DBF circuit 9, that is, T s0 = 1 /
It is represented by f s0 . In Equations 22 and 23, K is the FIR digital filter 11-mn as described above.
Is the tap length. Equations (22) and (23) above are equations that hold when the element spacing d is assumed to be constant, and there is a restriction that this method can be applied only to a linear array where the element spacing d is constant. However, when the antenna elements 1-1 to 1-N are arranged at regular intervals in the vertical and horizontal directions in a grid pattern on a plane, it can be dealt with by expanding Expression 22 and Expression 23. That is, the present invention can be applied to a case where the digital filter is three-dimensional (two-dimensional space-time).

【0045】このDBF回路9は、広帯域ビームを所望
の方向に形成する周波数−角度平面上での所望特性を、
正規化時間周波数F1と正規化空間周波数F2平面の2次
元周波数平面上での所望特性に変換して、2次元ディジ
タルフィルタの特性を2次元周波数平面上での所望特性
に近似させることにより実現したものである。本発明者
らは、上述の処理において、搬送波を用いて情報を伝送
する電波の処理をする広帯域のDBF回路9では、図1
0(a)で示す周波数−角度平面における所望特性は、
2次元周波数平面上においては図10(b)に示す所望
通過域で表されることを見いだした。ここで、広帯域の
マルチビームを形成して、そのあとビームを選択してア
ダプティブな広帯域ビームや広帯域ヌルを形成するに
は、各ビームを形成する回路の位相特性が周波数に関し
て線形であり、かつその傾きがすべてそろっていなけれ
ばならないが、これから述べる方法はその要求を満足さ
せることができる。
This DBF circuit 9 has a desired characteristic on a frequency-angle plane for forming a broadband beam in a desired direction.
By converting the normalized time frequency F 1 and the normalized spatial frequency F 2 plane into desired characteristics on a two-dimensional frequency plane and approximating the characteristics of the two-dimensional digital filter to the desired characteristics on the two-dimensional frequency plane It has been realized. In the above-described processing, the present inventors have proposed a broadband DBF circuit 9 for processing a radio wave for transmitting information using a carrier wave, as shown in FIG.
Desired characteristics in the frequency-angle plane indicated by 0 (a) are:
On the two-dimensional frequency plane, it has been found that it is represented by a desired passband shown in FIG. Here, in order to form a broadband multi-beam and then select a beam to form an adaptive broadband beam or a broadband null, the phase characteristics of a circuit forming each beam are linear with respect to frequency, and All the slopes must be uniform, but the method described below can satisfy that requirement.

【0046】そこでまず、DBF回路9に入力されるデ
ィジタル同相・直交信号xn(k)について詳細に検討
した結果、入射角θで入射する信号に対応するディジタ
ル同相・直交信号xn(k)の、DBF回路9の入力時
における時間と空間に関する2次元スペクトルが、2次
元周波数平面上で次式で表される直線上にあることを見
いだした。図11は、当該2次元スペクトルSpを模式
的に示した図である。
First, the digital in-phase / quadrature signal x n (k) input to the DBF circuit 9 was examined in detail, and as a result, the digital in-phase / quadrature signal x n (k) corresponding to the signal incident at the incident angle θ was obtained. It has been found that the two-dimensional spectrum relating to time and space at the time of input to the DBF circuit 9 is on a straight line represented by the following equation on a two-dimensional frequency plane. FIG. 11 is a diagram schematically showing the two-dimensional spectrum Sp.

【数24】F2={(dsinθ)/c}(fs0F1+fc0) すなわち、数24で表される直線は、図10(b)に示
した矩形の所望通過域の幅方向の中心に位置する直線で
ある。従って、図10(b)に示した矩形の所望通過域
は、次式に示す不等式で表すことができ、サンプリング
周波数fs0で正規化された正規化時間周波数F1の第1
の軸と、上記素子間隔の逆数で正規化された正規化空間
周波数F2の第2の軸とで形成された2次元周波数平面
において、第2の軸上で中心を有し、所定の幅を有して
負の正規化時間周波数から正の正規化時間周波数に延在
する。
Equation 24] F2 = {(dsinθ) / c } (f s0 F1 + f c0) That is, the straight line represented by the number 24, located in the rectangle in the width direction of the center of the desired pass band shown in FIG. 10 (b) Is a straight line. Accordingly, the desired passband of the rectangle shown in FIG. 10 (b), can be represented by the inequality shown in the following equation, a first normalized normalized time frequencies F 1 at a sampling frequency f s0
And a two-dimensional frequency plane formed by a second axis of the normalized spatial frequency F 2 normalized by the reciprocal of the element spacing, having a center on the second axis and having a predetermined width. And extends from the negative normalized time frequency to the positive normalized time frequency.

【0047】[0047]

【数25】{(dsinθ)/c}(fs01+fc0)−ε≦F2
{(dsinθ)/c}(fs01+fc0)+ε ここで、数25におけるεは図10(b)に示した矩形
の所望通過域の幅に対応する所定の小さな数である。す
なわち、数25で示した図10(b)の矩形の所望通過
域において振幅特性D(F1,F2)=1であり、当該所望
通過域の外部では振幅特性D(F1,F2)=0である振幅
特性を近似的に実現できる2次元ディジタルフィルタで
あるDBF回路9を構成することができれば、入射角θ
の方向に広帯域ビームを形成するDBF回路9を構成で
きることになる。ここで、第1の実施形態では、F1
±0.5の近傍においても、振幅特性D(F1,F2)=0
にした。
Equation 25] {(dsinθ) / c} ( f s0 F 1 + f c0) -ε ≦ F 2 ≦
{(dsinθ) / c} ( f s0 F 1 + f c0) + ε where the epsilon in the number 25 is a predetermined small number corresponding to the width of the desired pass band of rectangles shown in Figure 10 (b). That is, the amplitude characteristic D in the desired pass band of the rectangular 10 shown by the number 25 (b) (F 1, F 2) is = 1, the desired passband in the external amplitude characteristic D (F 1, F 2 ) = 0, if the DBF circuit 9 which is a two-dimensional digital filter capable of approximately realizing the amplitude characteristic of the incident angle θ
Can form a DBF circuit 9 that forms a broadband beam in the direction of. Here, in the first embodiment, F 1 =
Even in the vicinity of ± 0.5, the amplitude characteristic D (F 1 , F 2 ) = 0
I made it.

【0048】次に、上述の矩形の所望通過域で振幅を有
する振幅特性、すなわち、数25で示した図10(b)
の矩形の所望通過域において振幅特性D(F1,F2)=1
であり、当該所望通過域の外部では振幅特性D(F1,
2)=0である振幅特性を近似的に実現できる2次元デ
ィジタルフィルタの検討を行った。
Next, an amplitude characteristic having an amplitude in the above-described rectangular desired pass band, that is, FIG.
Amplitude characteristic D (F 1 , F 2 ) = 1 in the desired pass band of
Outside the desired passband, the amplitude characteristic D (F 1 ,
A two-dimensional digital filter capable of approximately realizing the amplitude characteristic of F 2 ) = 0 was studied.

【0049】本実施形態では、数26で表される1次元
零位相FIR形低域通過ディジタルフィルタ(以下、1
次元原形フィルタという。)の周波数応答を、2次元周
波数平面上においてビーム形成方向に応じた所定の直線
上に変換されるように、変数変換を施すことによって、
DBF回路9の2次元周波数特性を所望の特性に近似さ
せて荷重係数am,n,sを計算することを特徴としてい
る。
In this embodiment, a one-dimensional zero-phase FIR type low-pass digital filter (hereinafter referred to as 1
It is called a dimensional original filter. ) Is transformed into a predetermined straight line corresponding to the beam forming direction on the two-dimensional frequency plane,
It is characterized in that the two-dimensional frequency characteristics of the DBF circuit 9 are approximated to desired characteristics to calculate the load coefficients am , n, s .

【数26】 数26で、Mcは1次元原型フィルタの所定のインパル
ス応答長で奇数、p(k)はインパルス応答である。1
次元原型フィルタは線形位相特性とするが、ここでは簡
単のため、振幅特性には影響を与えない線形位相成分は
除いた零位相部分のみ考える。Tk(x)はk次の第1
種チェビシェフ多項式であって、T0(x)=1,T
1(x)=x,Tk(x)=2xTk-1(x)−T
k-2(x);k=2,3,…,Tk(cos x)=co
s(k x)である。
(Equation 26) In Equation 26, Mc is an odd number of a predetermined impulse response length of the one-dimensional prototype filter, and p (k) is an impulse response. 1
Although the dimensional prototype filter has a linear phase characteristic, here, for simplicity, only a zero-phase part excluding a linear phase component that does not affect the amplitude characteristic is considered. T k (x) is the first k-th order
Kind Chebyshev polynomial, T 0 (x) = 1, T
1 (x) = x, T k (x) = 2 × T k−1 (x) −T
k−2 (x); k = 2, 3,..., T k (cos x) = co
s (k x).

【0050】ここではまず、1次元零位相FIR形低域
通過ディジタルフィルタに施す変数変換について説明し
た後、DBF回路9の荷重係数am,n,sの計算方法につ
いて説明する。本実施形態における変数変換は、1次元
原型フィルタの周波数応答の式数26に現れるcos(2π
F)を、適切な4つの関数cos(2πF1),sin(2πF1),c
os(2πF2),sin(2πF2)で表される関数S(F1,F2)に
置き替えることによって行う。ここで、関数S(F1,
2)は次式に示す振幅特性DT(F1,F2)を近似する関数
であって、詳細は後述する。
First, the variable conversion applied to the one-dimensional zero-phase FIR type low-pass digital filter will be described, and then the calculation method of the weighting factors am , n, s of the DBF circuit 9 will be described. The variable conversion in the present embodiment is cos (2ππ) appearing in Equation 26 of the frequency response of the one-dimensional prototype filter.
F) is replaced by the appropriate four functions cos (2πF 1 ), sin (2πF 1 ), c
This is performed by replacing the function S (F 1 , F 2 ) represented by os (2πF 2 ) and sin (2πF 2 ). Here, the function S (F 1 ,
F 2 ) is a function approximating the amplitude characteristic D T (F 1 , F 2 ) shown in the following equation, and will be described later in detail.

【数27】DT(F1,F2)=cos[2πF2/{(fs0/fc0)F1
+1}−2πF2shift
Equation 27] D T (F 1, F 2 ) = cos [2πF 2 / {(f s0 / f c0) F 1
+1} -2πF 2shift ]

【0051】ここで、数27におけるF2shiftは、数2
8で表されるシフト量で、ビームを形成すべき方向に対
応する入射角θによって定まる。また、数26における
p(k)は本実施形態では1次元原形フィルタのインパ
ルス応答である。この数27は1次元原形フィルタの任
意の1次元周波数F(実際には一部の周波数を除く。)
を、次式で表される2次元周波数平面上の直線に写像す
る。
Here, F 2shift in Expression 27 is given by Expression 2
The shift amount represented by 8 is determined by the incident angle θ corresponding to the direction in which the beam is to be formed. In the present embodiment, p (k) in Expression 26 is the impulse response of the one-dimensional original filter. This equation 27 is an arbitrary one-dimensional frequency F of the one-dimensional original filter (actually, some frequencies are excluded).
Is mapped to a straight line on a two-dimensional frequency plane represented by the following equation.

【数28】F2shift=(dfc0/c)sinθ## EQU28 ## F 2shift = (df c0 / c) sin θ

【数29】F=F2/{(fs0/fc0)F1+1}−F2shift Equation 29] F = F 2 / {(f s0 / f c0) F 1 +1} -F 2shift

【0052】例えば、1次元原形フィルタの1次元周波
数F=0は2次元周波数平面上の直線F2=F2shift{(f
s0/fc0)F1+1}に写像される。従って、1次元FIR型
狭帯域低域通過ディジタルフィルタに対してこの写像を
施せば、通過域は2次元周波数平面上の直線F2=F
2shift{(fs0/fc0)F1+1}近傍に現れることになる。言
い換えると、入射角θの方向にビームを形成するために
は、2次元周波数平面上では通過域がF2=(dfc sinθ/
c){(fs0/fc0)F1+1}近傍に現れるから、シフト量F
2shiftを数28に従って決定し、1次元FIR型狭帯域
低域通過ディジタルフィルタに対して、上記の実施形態
で用いた変数変換方法に代えて、数27又は数29の写
像を行えばよいことになる。図12に数29を用いて写
像したときの例を示す。この例では、アンテナ素子の間
隔d=0.45λc(λc=c/fc0)とし、ビーム形成
方向θ=40°を想定し、1次元周波数Fを+0.5か
ら−0.5の間で、0.1の間隔で分割して、各1次元
周波数Fに対して示している。
For example, the one-dimensional frequency F = 0 of the one-dimensional original filter is represented by a straight line F 2 = F 2shift {(f
s0 / f c0 ) F 1 +1}. Therefore, if this mapping is applied to a one-dimensional FIR type narrow band low-pass digital filter, the pass band becomes a straight line F 2 = F on a two-dimensional frequency plane.
It becomes 2shift {(f s0 / f c0 ) F 1 +1} to appear in the vicinity. In other words, in order to form a beam in the direction of the incident angle θ, the pass band on the two-dimensional frequency plane is F 2 = (df c sin θ /
c) from {(f s0 / f c0) F 1 +1} appear in the vicinity of the shift amount F
2shift is determined in accordance with Expression 28, and the mapping of Expression 27 or Expression 29 may be performed on the one-dimensional FIR type narrow band low-pass digital filter instead of the variable conversion method used in the above embodiment. Become. FIG. 12 shows an example when mapping is performed using Expression 29. In this example, the distance between the antenna element d = 0.45λ c (λ c = c / f c0), assuming a beam forming direction theta = 40 °, the one-dimensional frequency F +0.5 -0.5 Are divided at intervals of 0.1, and are shown for each one-dimensional frequency F.

【0053】上述の写像が理想的に行われれば、このよ
うな変数変換によって得られる2次元ディジタルフィル
タの振幅特性の各等振幅線は上述の実施形態における数
24の直線に沿うことになる。一方、数24で表される
直線は、周波数−角度平面上では、角度θにおける周波
数軸に平行な直線に対応する。従って、2次元周波数平
面上での2次元ディジタルフィルタの振幅特性の等振幅
線が数24に沿うということは、対応する周波数−角度
平面上では等振幅線は周波数軸に平行になる。これはD
BF回路9の指向特性が周波数に依存しないということ
である。つまり、このような変数変換によって得られる
2次元ディジタルフィルタとしてのDBF回路9の指向
特性は、入射角θのみに依存し、周波数に依存しない。
言い換えると、本実施形態では、2次元ディジタルフィ
ルタとしてのDBF回路9の指向特性が周波数に依存し
ないように、1次元FIR型狭帯域低域通過ディジタル
フィルタに対して変数変換を施している。
If the above-described mapping is ideally performed, each equal-amplitude line of the amplitude characteristic of the two-dimensional digital filter obtained by such a variable conversion follows the straight line of Expression 24 in the above-described embodiment. On the other hand, the straight line represented by Expression 24 corresponds to a straight line parallel to the frequency axis at the angle θ on the frequency-angle plane. Therefore, the fact that the equal-amplitude line of the amplitude characteristic of the two-dimensional digital filter on the two-dimensional frequency plane follows Expression 24 means that the equal-amplitude line is parallel to the frequency axis on the corresponding frequency-angle plane. This is D
This means that the directional characteristics of the BF circuit 9 do not depend on the frequency. That is, the directivity of the DBF circuit 9 as a two-dimensional digital filter obtained by such a variable conversion depends only on the incident angle θ and does not depend on the frequency.
In other words, in the present embodiment, variable conversion is performed on the one-dimensional FIR type narrow-band low-pass digital filter so that the directivity of the DBF circuit 9 as a two-dimensional digital filter does not depend on frequency.

【0054】次に、数27の振幅特性DT(F1,F2
を近似する関数S(F1,F2)を求める方法について説
明する。この近似は、数27で表される周波数特性に対
するインパルス応答を2次元窓関数で打ち切るという窓
関数法(例えば、「西川他,“フーリエ変換法によるフ
ァンフィルタの設計”,電子情報通信学会第6回ディジ
タル信号処理シンポジウム講演論文集,講演番号B3−
2,pp.287−292,1991年」ではフーリエ
級数法と呼ばれている。)を用いる。具体的手順は、以
下の手順SS1乃至手順SS4に示す。
Next, the amplitude characteristic D T (F 1 , F 2 ) of Expression 27 is obtained.
A method of obtaining a function S (F 1 , F 2 ) that approximates the following will be described. This approximation is based on a window function method of terminating the impulse response to the frequency characteristic represented by Expression 27 with a two-dimensional window function (for example, “Nishikawa et al.,“ Design of Fan Filter by Fourier Transform Method ”, IEICE 6th. Proc. Of Digital Signal Processing Symposium, Lecture No. B3-
2, pp. 287-292, 1991 ", which is called the Fourier series method. ) Is used. The specific procedure is shown in the following procedures SS1 to SS4.

【0055】(手順SS1)正規化時間周波数F1と正
規化空間周波数F2とを、−0.5≦F1<0.5,−
0.5≦F2<0.5の範囲において適当な間隔でサン
プリングし、サンプリングした各正規化時間周波数F1
及び各正規化空間周波数F2に対する振幅特性D
T(F1,F2)の各周波数応答値を計算する。高速フー
リエ変換を後で用いる場合は、サンプリングする点数J
(偶数)は、好ましくは、例えば128点等の2のべき
乗で表すことができる値に設定する。 (手順SS2)手順SS1で求めた振幅特性DT(F1
2)の各周波数応答値を2次元逆離散(高速)フーリ
エ変換して振幅特性DT(F1,F2)の周波数応答値に
対するインパルス応答(複素数)を求める。当該インパ
ルス応答を理想インパルス応答と呼び、hTI(m1,
2)で表す。ここで、(m1,m2)=(0,0)が理想
インパルス応答hTI(m1,m2)の中心となるようにす
る。引数m1及びm2はそれぞれ、−J/2,(−J/
2)+1,...,−1,0,1,...,(J/2)−1で
ある。 (手順SS3)理想インパルス応答hTI(m1,m2)を
2次元窓関数w2D(m1,m2)で打ち切る。つまり、理
想インパルス応答hTI(m1,m2)と2次元窓関数w2D
(m1,m2)の積をとる。ここで、2次元窓関数w
2D(m1,m2)は例えば次式で表わすことができる。
(Procedure SS1) The normalized time frequency F 1 and the normalized spatial frequency F 2 are set to be −0.5 ≦ F 1 <0.5, −
Sampling is performed at appropriate intervals in the range of 0.5 ≦ F 2 <0.5, and each sampled normalized time frequency F 1
And amplitude characteristics D for each normalized spatial frequency F 2
Each frequency response value of T (F 1 , F 2 ) is calculated. If the fast Fourier transform is used later, the number of points to be sampled, J
(Even number) is preferably set to a value that can be represented by a power of 2 such as 128 points. (Procedure SS2) The amplitude characteristic D T (F 1 ,
F 2 2-dimensional inverse discrete respective frequency response value) (Fast) Fourier transform obtains an impulse response (complex) for the frequency response value of the amplitude characteristic D T (F 1, F 2 ). This impulse response is called an ideal impulse response, and h TI (m 1 ,
m 2 ). Here, (m 1 , m 2 ) = (0, 0) is set to be the center of the ideal impulse response h TI (m 1 , m 2 ). Arguments m 1 and m 2 are -J / 2, (-J /
2) +1, ...,-1,0,1, ..., (J / 2) -1. (Procedure SS3) The ideal impulse response h TI (m 1 , m 2 ) is cut off by the two-dimensional window function w 2D (m 1 , m 2 ). That is, the ideal impulse response h TI (m 1 , m 2 ) and the two-dimensional window function w 2D
Take the product of (m 1 , m 2 ). Here, the two-dimensional window function w
2D (m 1 , m 2 ) can be represented, for example, by the following equation.

【数30】w2D(m1,m2)=w1D(m1)w1D(m2[Equation 30] w 2D (m 1 , m 2 ) = w 1D (m 1 ) w 1D (m 2 )

【0056】数30において、w1D(mi)は、奇数で
ある打ち切り項数Laに対して、引数miが、次式を満足
するときには、窓関数の中心がmi=0(i=1,2)
である例えばハミング窓関数等の方形窓以外の適当な窓
関数で表され、次式を満足しない場合には、関数値が0
である窓関数である。
[0056] In Equation 30, w 1D (m i), to the truncation number of terms L a is an odd number, an argument m i is the time that satisfies the following equation, the center of the window function m i = 0 (i = 1, 2)
Is represented by an appropriate window function other than a rectangular window such as a Hamming window function. If the following expression is not satisfied, the function value is 0.
Is a window function.

【数31】−(La−1)/2≦mi≦(La−1)/2 この操作で得られるインパルス応答hT’(m1,m2)は、
次式で表される。
-(L a −1) / 2 ≦ m i ≦ (L a −1) / 2 The impulse response h T ′ (m 1 , m 2 ) obtained by this operation is:
It is expressed by the following equation.

【数32】 h’T(m1,m2)=hTI(m1,m2)w2D(m1,m2) ここで、−(La−1)/2≦mi≦(La−1)/2,i
=1,2
H ′ T (m 1 , m 2 ) = h TI (m 1 , m 2 ) w 2D (m 1 , m 2 ) where − (L a −1) / 2 ≦ mi ≦ ( L a -1) / 2, i
= 1,2

【0057】(手順SS4)スケーリングを行う。これ
は、DBF回路9の特性を劣化させないように、手順S
S3で求めたインパルス応答hT’(m1,m2)の周波数応
答値の最大値及び最小値をそれぞれ1,−1にする操作
である。そのため、(手順SS3)で求めたインパルス
応答hT’(m1,m2)の周波数応答値を計算し、その最大
値hTmaxと最小値hTminとを求める。そして、次式
で表されるスケーリング定数c1,c2を計算し、これら
のスケーリング定数c1,c2を用いて、次の数34又は
数35で表されるスケーリング後の2次元インパルス応
答hT(m1,m2)を求める。この2次元インパルス応答
T(m1,m2)には、hT(m1,m2)=hT*(−
1,−m2)の関係があり、従ってその周波数応答S
(F1,F2)は実数で、cos(2πF1),sin
(2πF1),cos(2πF2),sin(2πF2
の関数になる。ここで、hT*(−m1,−m2)の*
は、共役複素数であることを表す。
(Procedure SS4) Scaling is performed. This is because step S is performed so that the characteristics of the DBF circuit 9 are not deteriorated.
This is an operation of setting the maximum value and the minimum value of the frequency response value of the impulse response h T ′ (m 1 , m 2 ) obtained in S3 to 1 and −1, respectively. Therefore, the frequency response value of the impulse response h T ′ (m 1 , m 2 ) obtained in (step SS3) is calculated, and the maximum value h Tmax and the minimum value h Tmin are obtained. Then, the scaling constants c 1 and c 2 represented by the following equations are calculated, and the two-dimensional impulse response after scaling represented by the following equation 34 or 35 is calculated using the scaling constants c 1 and c 2. Find h T (m 1 , m 2 ). In the two-dimensional impulse response h T (m 1 , m 2 ), h T (m 1 , m 2 ) = h T * (−
m 1 , −m 2 ) and therefore its frequency response S
(F 1 , F 2 ) is a real number, and cos (2πF 1 ), sin
(2πF 1 ), cos (2πF 2 ), sin (2πF 2 )
Function. Here, * of h T * (− m 1 , −m 2 )
Represents that it is a conjugate complex number.

【数33】c1=2/(h’Tmax−h’Tmin),c2=c1
h’Tmax−1
C 1 = 2 / (h ′ Tmax −h ′ Tmin ), c 2 = c 1
h ' Tmax -1

【数34】(m1,m2)≠(0,0)のとき、hT(m1,
2)=c1h’T(m1,m2)
When (m 1 , m 2 ) ≠ (0, 0), h T (m 1 ,
m 2 ) = c 1 h ′ T (m 1 , m 2 )

【数35】(m1,m2)=(0,0)のとき、hT(m1,
2)=c1h’T(0,0)−c2
When (m 1 , m 2 ) = (0, 0), h T (m 1 ,
m 2 ) = c 1 h ′ T (0,0) −c 2

【0058】次に、以上の手順で求めた2次元インパル
ス応答hT(m1,m2)を用いて、DBF回路9におけるF
IR型ディジタルフィルタ11−m−nの荷重係数a
m,n,sを計算する方法について説明する。以下の計算方
法において、2次元インパルス応答hT(m1,m2)の周波
数応答が関数S(F1,F2)となる。DBF回路9におけ
るFIR型ディジタルフィルタ11−m−nの荷重係数
m,n,sの計算方法は次のステップS1乃至ステップS
3からなる。
Next, using the two-dimensional impulse response h T (m 1 , m 2 ) obtained by the above procedure, the F
Weighting coefficient a of IR digital filter 11-mn
A method for calculating m, n, and s will be described. In the following calculation method, the frequency response of the two-dimensional impulse response h T (m 1 , m 2 ) is a function S (F 1 , F 2 ). The calculation method of the weighting factors am , n, s of the FIR digital filter 11-mn in the DBF circuit 9 is as follows:
Consists of three.

【0059】<ステップS1>まず、インパルス応答長
がMc(奇数)である1次元線形位相FIR形低域通過
ディジタルフィルタの周波数応答P(F)を求める。1
次元線形位相FIR形低域通過ディジタルフィルタの周
波数応答P(F)は数26と同じで、次式で表される。
ここで、当該実施形態では、良い特性を得るためにタッ
プ数Mcの値は素子数Nより小さく設定する。
<Step S1> First, a frequency response P (F) of a one-dimensional linear phase FIR type low-pass digital filter having an impulse response length of M c (odd) is obtained. 1
The frequency response P (F) of the dimensional linear phase FIR type low-pass digital filter is the same as Equation 26 and is expressed by the following equation.
Here, in this embodiment, the value of the number of taps M c in order to obtain good characteristics is set smaller than the number of elements N.

【数36】 [Equation 36]

【0060】<ステップS2>次に、数36における右
辺のcos(2πF)を次式で表される関数S(F1,F2)
で置き替える変数変換を行う。従って、置き替え後の周
波数応答Gm(F1,F2)は次式で表される。ここで、次式
では、零位相部分のみを示している。以下の説明の数式
においても、同様に零位相部分のみを示す。
<Step S2> Next, the cos (2πF) on the right side in Expression 36 is converted into a function S (F 1 , F 2 ) expressed by the following equation:
Perform variable conversion to replace with. Therefore, the replaced frequency response G m (F 1 , F 2 ) is represented by the following equation. Here, in the following equation, only the zero phase portion is shown. Similarly, only the zero-phase portion is shown in the equations described below.

【数37】 ここで、(37) here,

【数38】 (38)

【0061】<ステップS3>次に、同様にして、数3
7で表される周波数応答Gm(F1,F2)のインパルス応答
m(m1,m2)を計算し、当該インパルス応答gm(m1,
2)からam,n,sを求める。
<Step S3> Next, similarly,
Impulse response g m (m 1, m 2 ) of the frequency response G m expressed by 7 (F 1, F 2) is calculated, and the impulse response g m (m 1,
m 2) seek a m, n, s from.

【数39】 am,n,s=gm(s−(K−1)/2,−n+(N−1)/2+1) ここで、n=1,2,…,N;s=0,1,…,K−1
であり、Kはタップ数である。
A m, n, s = g m (s− (K−1) / 2, −n + (N−1) / 2 + 1) where n = 1, 2,..., N; s = 0 , 1, ..., K-1
And K is the number of taps.

【0062】以上の方法で得られるDBF回路9の周波
数−角度平面上での振幅特性の等振幅線は、周波数−角
度平面上で、近似的に周波数軸に平行に現れる。従っ
て、指向特性を対象とする周波数帯域にわたって近似的
に一致させることができる。また、本実施形態における
DBF回路9の位相特性は線形であり、当該移相特性の
傾きはタップ数Kの値で決まる。従って、本方法を用い
て、広帯域マルチビームを形成する場合は、各シングル
ビームDBF回路でタップ数Kの値をそろえればよい。 <補足説明終わり>
The iso-amplitude line of the amplitude characteristic on the frequency-angle plane of the DBF circuit 9 obtained by the above method appears approximately parallel to the frequency axis on the frequency-angle plane. Therefore, the directional characteristics can be approximately matched over the target frequency band. Further, the phase characteristic of the DBF circuit 9 in the present embodiment is linear, and the slope of the phase shift characteristic is determined by the value of the tap number K. Therefore, when forming a wideband multi-beam using this method, the values of the number of taps K in each single-beam DBF circuit need only be uniform. <End of supplementary explanation>

【0063】[0063]

【発明の効果】以上詳述したように本発明に係る請求項
1記載のアレーアンテナの制御方法によれば、所定の間
隔で等間隔に一直線上に配置された、3以上の奇数N個
のアンテナ素子からなる共用の送受信アレーアンテナ
と、上記送受信アレーアンテナの奇数N個のアンテナ素
子によって受信された奇数N個の受信信号を受信する受
信手段と、上記受信手段によって受信された奇数N個の
受信信号に対して各マルチビーム信号毎に所定の受信荷
重係数を乗算することによって所定のM個のマルチビー
ム信号を形成する受信マルチビーム形成回路と、上記受
信マルチビーム形成回路によって形成されたM個のマル
チビーム信号のうち、より大きい電力を有し、又は所定
のしきい値電力よりも大きい電力を有するI個のマルチ
ビーム信号を選択して出力する選択手段と、上記選択手
段によって選択されたI個のマルチビーム信号に対して
それぞれ所定の適応制御用荷重係数を乗算しかつ乗算結
果を加算することにより加算結果の信号を受信信号とし
て出力する乗算加算手段と、入力される送信信号を奇数
N個の送信信号に分配しかつ所定の送信荷重係数を乗算
して奇数N個の送信信号を出力する分配乗算手段と、上
記乗算加算手段から出力される受信信号に基づいて、所
定の適応制御アルゴリズムを用いて、上記アレーアンテ
ナの主ビームを所望波の到来方向に向けかつ干渉波の到
来方向の受信信号のレベルを零にするような、上記I個
のマルチビーム信号にそれぞれ対応する適応制御用荷重
係数を演算して上記乗算加算手段に設定する係数演算手
段と、上記分配乗算手段から出力される奇数N個の送信
信号を増幅して上記奇数N個のアンテナ素子に出力する
ことにより送信する送信手段とを備えた、送受信周波数
が互いに異なる無線通信システムのためのアレーアンテ
ナの制御方法において、予め決められたマルチビーム形
成方向を有する周波数非依存性ビームパターンを持つ所
定の広帯域ディジタルマルチビーム形成回路の係数を利
用して、受信周波数と、送信周波数とに基づいて、上記
受信マルチビーム形成回路の荷重係数及び送信周波数に
対するマルチビーム形成荷重係数を演算して設定する第
1のステップと、上記第1のステップによって演算され
た受信マルチビーム形成回路の荷重係数及び送信周波数
に対するマルチビーム形成荷重係数と、上記係数演算手
段によって演算された適応制御用荷重係数とに基づい
て、送信信号及び受信信号ともに所望波の方向に主ビー
ムを形成しかつ干渉波の到来方向に零点を形成するよう
に、上記分配乗算手段の送信荷重係数を演算して設定す
る第2のステップとを備える。従って、本発明によれば
次の特有の効果を有する。 (a)送受信の周波数が異なる場合においても、送信時
に、受信時の所望信号方向と干渉信号方向と同じ方向に
それぞれ主ビームと零点を向けるようにビームを制御す
ることができる。 (b)従来例に比較して回路構成が簡単である。
As described above in detail, according to the method of controlling an array antenna according to the first aspect of the present invention, three or more odd-numbered N pieces are arranged at regular intervals on a straight line. A shared transmitting / receiving array antenna comprising antenna elements, receiving means for receiving the odd N received signals received by the odd N antenna elements of the transmitting / receiving array antenna, and the odd N received signals received by the receiving means. A receiving multi-beam forming circuit for forming a predetermined number M of multi-beam signals by multiplying a received signal by a predetermined receiving weight coefficient for each of the multi-beam signals; Selecting I multi-beam signals having higher power or higher power than a predetermined threshold power among the multi-beam signals. Selecting means for outputting, and multiplying each of the I multi-beam signals selected by the selecting means by a predetermined adaptive control weighting factor and adding the multiplication results to output a signal of the addition result as a reception signal Multiplying and adding means for dividing an input transmission signal into odd N transmission signals and multiplying the transmission signal by a predetermined transmission load coefficient to output odd N transmission signals; Based on the received signal that is output, using a predetermined adaptive control algorithm, such that the main beam of the array antenna is directed to the arrival direction of the desired wave and the level of the reception signal in the arrival direction of the interference wave is made zero, Coefficient calculating means for calculating adaptive control weighting coefficients respectively corresponding to the I multi-beam signals and setting the weights in the multiplying and adding means; Transmitting means for amplifying and transmitting the odd-N transmission signals to the odd-N antenna elements and transmitting the signals by transmitting the signals to the odd-N antenna elements. Utilizing the coefficients of a predetermined broadband digital multi-beam forming circuit having a frequency-independent beam pattern having a determined multi-beam forming direction, based on the receiving frequency and the transmitting frequency, the receiving multi-beam forming circuit A first step of calculating and setting a multi-beam forming weight coefficient with respect to a weight coefficient and a transmission frequency; and a multi-beam forming weight coefficient with respect to the receiving multi-beam forming circuit and the transmission frequency calculated by the first step. Based on the adaptive control load coefficient calculated by the coefficient calculating means, A second step of calculating and setting the transmission weight coefficient of the distribution and multiplication means so that both the transmission signal and the reception signal form a main beam in the direction of the desired wave and form a zero in the direction of arrival of the interference wave. Prepare. Therefore, the present invention has the following specific effects. (A) Even when the transmission and reception frequencies are different, at the time of transmission, the beam can be controlled such that the main beam and the zero point are directed in the same direction as the desired signal direction and the interference signal direction at the time of reception. (B) The circuit configuration is simpler than the conventional example.

【0064】また、本発明に係る請求項2記載のアレー
アンテナの制御装置によれば、所定の間隔で等間隔に一
直線上に配置された、3以上の奇数N個のアンテナ素子
からなる共用の送受信アレーアンテナと、上記送受信ア
レーアンテナの奇数N個のアンテナ素子によって受信さ
れた奇数N個の受信信号を受信する受信手段と、上記受
信手段によって受信された奇数N個の受信信号に対して
各マルチビーム信号毎に所定の受信荷重係数を乗算する
ことによって所定のM個のマルチビーム信号を形成する
受信マルチビーム形成回路と、上記受信マルチビーム形
成回路によって形成されたM個のマルチビーム信号のう
ち、より大きい電力を有し、又は所定のしきい値電力よ
りも大きい電力を有するI個のマルチビーム信号を選択
して出力する選択手段と、上記選択手段によって選択さ
れたI個のマルチビーム信号に対してそれぞれ所定の適
応制御用荷重係数を乗算しかつ乗算結果を加算すること
により加算結果の信号を受信信号として出力する乗算加
算手段と、入力される送信信号を奇数N個の送信信号に
分配しかつ所定の送信荷重係数を乗算して奇数N個の送
信信号を出力する分配乗算手段と、上記乗算加算手段か
ら出力される受信信号に基づいて、所定の適応制御アル
ゴリズムを用いて、上記アレーアンテナの主ビームを所
望波の到来方向に向けかつ干渉波の到来方向の受信信号
のレベルを零にするような、上記I個のマルチビーム信
号にそれぞれ対応する適応制御用荷重係数を演算して上
記乗算加算手段に設定する係数演算手段と、上記分配乗
算手段から出力される奇数N個の送信信号を増幅して上
記奇数N個のアンテナ素子に出力することにより送信す
る送信手段とを備えた、送受信周波数が互いに異なる無
線通信システムのためのアレーアンテナの制御装置にお
いて、予め決められたマルチビーム形成方向を有する周
波数非依存性ビームパターンを持つ所定の広帯域ディジ
タルマルチビーム形成回路の係数を利用して、受信周波
数と、送信周波数とに基づいて、上記受信マルチビーム
形成回路の荷重係数及び送信周波数に対するマルチビー
ム形成荷重係数を演算して設定する第1の演算手段と、
上記第1の演算手段によって演算された受信マルチビー
ム形成回路荷重係数及び送信周波数に対するマルチビー
ム形成荷重係数と、上記係数演算手段によって演算され
た適応制御用荷重係数とに基づいて、送信信号及び受信
信号ともに所望波の方向に主ビームを形成しかつ干渉波
の到来方向に零点を形成するように、上記分配乗算手段
の送信荷重係数を演算して設定する第2の演算手段とを
備える。従って、本発明によれば次の特有の効果を有す
る。 (a)送受信の周波数が異なる場合においても、送信時
に、受信時の所望信号方向と干渉信号方向と同じ方向に
それぞれ主ビームと零点を向けるようにビームを制御す
ることができる。 (b)従来例に比較して回路構成が簡単である。
Further, according to the array antenna control device of the second aspect of the present invention, three or more odd-numbered N antenna elements arranged at equal intervals at a predetermined interval on a straight line. A transmitting / receiving array antenna, receiving means for receiving odd N received signals received by the odd N antenna elements of the transmitting / receiving array antenna, and an odd N received signal received by the receiving means. A receiving multi-beam forming circuit for forming a predetermined M multi-beam signals by multiplying a predetermined receiving weight coefficient for each multi-beam signal; Selection of selecting and outputting I multi-beam signals having greater power or having power greater than a predetermined threshold power A multiplication and addition step of multiplying each of the I multi-beam signals selected by the selection means by a predetermined adaptive control weighting factor and adding the multiplication results to output a signal of the addition result as a reception signal Means for dividing an input transmission signal into odd N transmission signals and multiplying the transmission signal by a predetermined transmission weight coefficient to output odd N transmission signals; and output from the multiplication and addition means. Using the predetermined adaptive control algorithm based on the received signal, the main beam of the array antenna is directed to the arrival direction of the desired wave and the level of the reception signal in the arrival direction of the interference wave is reduced to zero. Coefficient calculating means for calculating adaptive control load coefficients respectively corresponding to the multi-beam signals and setting the multiplying and adding means in the multiplying and adding means; Transmitting means for amplifying a signal and outputting the amplified signal to the odd number N antenna elements, wherein the transmitting and receiving frequencies are different from each other. Utilizing coefficients of a predetermined broadband digital multi-beam forming circuit having a frequency-independent beam pattern having a forming direction, based on a receiving frequency and a transmitting frequency, a weight coefficient and a transmitting frequency of the receiving multi-beam forming circuit are determined. First calculating means for calculating and setting a multi-beam forming load coefficient for
The transmission signal and the reception signal are calculated based on the multi-beam forming load coefficient for the receiving multi-beam forming circuit and the transmission frequency calculated by the first calculating means, and the adaptive control weighting coefficient calculated by the coefficient calculating means. A second calculating means for calculating and setting the transmission weight coefficient of the distribution multiplying means so as to form a main beam in a direction of a desired wave and to form a zero point in a direction of arrival of the interference wave together with the signal. Therefore, the present invention has the following specific effects. (A) Even when the transmission and reception frequencies are different, at the time of transmission, the beam can be controlled such that the main beam and the zero point are directed in the same direction as the desired signal direction and the interference signal direction at the time of reception. (B) The circuit configuration is simpler than the conventional example.

【0065】[0065]

【0066】[0066]

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

【図1】 本発明に係る一実施形態のアレーアンテナの
制御装置を備えた無線送受信システムの構成を示すブロ
ック図である。
FIG. 1 is a block diagram illustrating a configuration of a wireless transmission / reception system including an array antenna control device according to an embodiment of the present invention.

【図2】 図1のフィルタ係数演算器30においてフィ
ルタ係数を演算するときに用いる仮想のDBF回路9の
構成を示すブロック図である。
FIG. 2 is a block diagram showing a configuration of a virtual DBF circuit 9 used when calculating a filter coefficient in a filter coefficient calculator 30 of FIG. 1;

【図3】 図2の仮想のFIR型ディジタルフィルタ1
1−m−nの構成を示すブロック図である。
3 is a virtual FIR digital filter 1 of FIG.
FIG. 2 is a block diagram illustrating a configuration of 1-mn.

【図4】 図1の実施形態の無線送受信システムの送受
信マルチビームのうち20°方向の指向特性を示すグラ
フである。
FIG. 4 is a graph showing directivity characteristics in a 20 ° direction among transmission / reception multi-beams of the wireless transmission / reception system of the embodiment of FIG. 1;

【図5】 図1の実施形態の無線送受信システムの送受
信指向特性を示すグラフである。
FIG. 5 is a graph showing transmission / reception directional characteristics of the wireless transmission / reception system of the embodiment of FIG. 1;

【図6】 図5の角度35°付近の拡大図である。6 is an enlarged view around an angle of 35 ° in FIG. 5;

【図7】 図5の角度−25°付近の拡大図である。FIG. 7 is an enlarged view around the angle of −25 ° in FIG. 5;

【図8】 従来例の無線送受信システムの送受信マルチ
ビームのうち14°方向の指向特性を示すグラフであ
る。
FIG. 8 is a graph showing a directional characteristic in a 14 ° direction among transmission / reception multi-beams of a conventional radio transmission / reception system.

【図9】 従来例の無線送受信システムの送受信指向特
性を示すグラフである。
FIG. 9 is a graph showing transmission directivity characteristics of a conventional wireless transmission / reception system.

【図10】 (a)は、図2の仮想のDBF回路9の動
作原理を説明するための、周波数−角度平面において所
望方向のビームを示すグラフであり、(b)は、(a)
の周波数−角度平面における所望方向のビームを2次元
周波数平面に変換したときの所望通過域を示すグラフで
ある。
10A is a graph illustrating a beam in a desired direction on a frequency-angle plane for explaining the operation principle of the virtual DBF circuit 9 in FIG. 2; FIG.
7 is a graph showing a desired passband when a beam in a desired direction in a frequency-angle plane of FIG.

【図11】 2次元周波数平面上に2次元スペクトルS
pを模式的に示した図である。
FIG. 11 shows a two-dimensional spectrum S on a two-dimensional frequency plane.
It is the figure which showed p typically.

【図12】 実施形態において、数6を1次元周波数F
をパラメータとして2次元周波数平面上に表したときの
グラフである。
FIG. 12 is a diagram illustrating an example in which equation (6) is a one-dimensional frequency F
Is a graph when expressed on a two-dimensional frequency plane using as a parameter.

【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…送受信装置、 3…同相分配器、 4−1乃至4−N…乗算器、 5…ディジタルビーム形成回路(DBF回路)、 6…ビームセレクタ、 7−1乃至7−I…乗算器、 8…加算器、 9…仮想のDBF回路、 10−1乃至10−M…加算器、 11−1−1乃至11−M−N…FIR型ディジタルフ
ィルタ、 20…サーキュレータ、 21…受信機、 22…A/D変換器、 23…IQ信号変換器、 25…D/A変換器、 26…送信機、 30…フィルタ係数演算器、 31…マルチビーム荷重係数演算器、 32…送信荷重係数演算器、 91−1乃至91−(K−1)…遅延器、 92−1乃至92−K…乗算器、 93−1乃至93−(K−1)…加算器、 100…アレーアンテナ。
1-1 to 1-N: antenna element, 2-1 to 2-N: transmitting / receiving device, 3: in-phase distributor, 4-1 to 4-N: multiplier, 5: digital beam forming circuit (DBF circuit), 6: Beam selector, 7-1 to 7-I: Multiplier, 8: Adder, 9: Virtual DBF circuit, 10-1 to 10-M: Adder, 11-1-1 to 11-M-N ... FIR digital filter, 20 ... circulator, 21 ... receiver, 22 ... A / D converter, 23 ... IQ signal converter, 25 ... D / A converter, 26 ... transmitter, 30 ... filter coefficient calculator, 31 Multi-beam load coefficient calculator 32 Transmit weight coefficient calculator 91-1 to 91- (K-1) Delayer 92-1 to 92-K Multiplier 93-1 to 93- ( K-1): Adder, 100: Array antenna.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01Q 3/26 - 3/42 H01Q 25/00 - 25/04 ──────────────────────────────────────────────────の Continued on the front page (58) Field surveyed (Int.Cl. 7 , DB name) H01Q 3/26-3/42 H01Q 25/00-25/04

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 所定の間隔で等間隔に一直線上に配置さ
れた、3以上の奇数N個のアンテナ素子からなる共用の
送受信アレーアンテナと、 上記送受信アレーアンテナの奇数N個のアンテナ素子に
よって受信された奇数N個の受信信号を受信する受信手
段と、 上記受信手段によって受信された奇数N個の受信信号に
対して各マルチビーム信号毎に所定の受信荷重係数を乗
算することによって所定のM個のマルチビーム信号を形
成する受信マルチビーム形成回路と、 上記受信マルチビーム形成回路によって形成されたM個
のマルチビーム信号のうち、より大きい電力を有し、又
は所定のしきい値電力よりも大きい電力を有するI個の
マルチビーム信号を選択して出力する選択手段と、 上記選択手段によって選択されたI個のマルチビーム信
号に対してそれぞれ所定の適応制御用荷重係数を乗算し
かつ乗算結果を加算することにより加算結果の信号を受
信信号として出力する乗算加算手段と、 入力される送信信号を奇数N個の送信信号に分配しかつ
所定の送信荷重係数を乗算して奇数N個の送信信号を出
力する分配乗算手段と、 上記乗算加算手段から出力される受信信号に基づいて、
所定の適応制御アルゴリズムを用いて、上記アレーアン
テナの主ビームを所望波の到来方向に向けかつ干渉波の
到来方向の受信信号のレベルを零にするような、上記I
個のマルチビーム信号にそれぞれ対応する適応制御用荷
重係数を演算して上記乗算加算手段に設定する係数演算
手段と、 上記分配乗算手段から出力される奇数N個の送信信号を
増幅して上記奇数N個のアンテナ素子に出力することに
より送信する送信手段とを備えた、送受信周波数が互い
に異なる無線通信システムのためのアレーアンテナの制
御方法において、 予め決められたマルチビーム形成方向を有する周波数非
依存性ビームパターンを持つ所定の広帯域ディジタルマ
ルチビーム形成回路の係数を利用して、受信周波数と、
送信周波数とに基づいて、上記受信マルチビーム形成回
路の荷重係数及び送信周波数に対するマルチビーム形成
荷重係数を演算して設定する第1のステップと、 上記第1のステップによって演算された受信マルチビー
ム形成回路の荷重係数及び送信周波数に対するマルチビ
ーム形成荷重係数と、上記係数演算手段によって演算さ
れた適応制御用荷重係数とに基づいて、送信信号及び受
信信号ともに所望波の方向に主ビームを形成しかつ干渉
波の到来方向に零点を形成するように、上記分配乗算手
段の送信荷重係数を演算して設定する第2のステップと
を備えたことを特徴とするアレーアンテナの制御方法
1. A shared transmission / reception array antenna consisting of three or more odd-numbered N antenna elements arranged on a straight line at predetermined intervals at equal intervals, and reception by an odd-numbered N antenna elements of the transmission / reception array antenna Receiving means for receiving the received odd N received signals, and multiplying the odd N received signals received by the receiving means by a predetermined reception weighting coefficient for each multi-beam signal to obtain a predetermined M Receiving multi-beam forming circuit for forming a plurality of multi-beam signals, and having a larger power among the M multi-beam signals formed by the receiving multi-beam forming circuit, or having a power higher than a predetermined threshold power. Selecting means for selecting and outputting the I multi-beam signals having a large power; and selecting the I multi-beam signals selected by the selecting means, Multiplying and adding means for multiplying each by a predetermined adaptive control weighting factor and adding the multiplication result to output a signal of the addition result as a reception signal; and distributing an input transmission signal to an odd number N transmission signals. Dividing and multiplying by a predetermined transmission weight coefficient to output an odd number N of transmission signals; and a reception signal output from the multiplication and addition means,
Using a predetermined adaptive control algorithm, the main beam of the array antenna is directed to the arrival direction of the desired wave and the level of the received signal in the arrival direction of the interference wave is set to zero.
Coefficient calculating means for calculating adaptive control load coefficients respectively corresponding to the plurality of multi-beam signals and setting the multiplied and added means in the multiplying and adding means; A transmitting means for transmitting by outputting to N antenna elements, the method for controlling an array antenna for a wireless communication system having different transmission / reception frequencies, wherein a frequency-independent signal having a predetermined multi-beam forming direction is provided. Utilizing the coefficients of a predetermined broadband digital multi-beam forming circuit having a neutral beam pattern,
A first step of calculating and setting a weighting factor of the receiving multi-beam forming circuit and a multi-beam forming weighting factor for the transmitting frequency based on the transmitting frequency; and a receiving multi-beam forming calculated by the first step. Based on the multi-beam forming weight coefficient for the circuit weight coefficient and the transmission frequency, and the adaptive control weight coefficient calculated by the coefficient calculating means, both the transmission signal and the reception signal form a main beam in a desired wave direction; A second step of calculating and setting a transmission weight coefficient of the distribution and multiplication means so as to form a zero point in the direction of arrival of the interference wave.
【請求項2】 所定の間隔で等間隔に一直線上に配置さ
れた、3以上の奇数N個のアンテナ素子からなる共用の
送受信アレーアンテナと、 上記送受信アレーアンテナの奇数N個のアンテナ素子に
よって受信された奇数N個の受信信号を受信する受信手
段と、 上記受信手段によって受信された奇数N個の受信信号に
対して各マルチビーム信号毎に所定の受信荷重係数を乗
算することによって所定のM個のマルチビーム信号を形
成する受信マルチビーム形成回路と、 上記受信マルチビーム形成回路によって形成されたM個
のマルチビーム信号のうち、より大きい電力を有し、又
は所定のしきい値電力よりも大きい電力を有するI個の
マルチビーム信号を選択して出力する選択手段と、 上記選択手段によって選択されたI個のマルチビーム信
号に対してそれぞれ所定の適応制御用荷重係数を乗算し
かつ乗算結果を加算することにより加算結果の信号を受
信信号として出力する乗算加算手段と、 入力される送信信号を奇数N個の送信信号に分配しかつ
所定の送信荷重係数を乗算して奇数N個の送信信号を出
力する分配乗算手段と、 上記乗算加算手段から出力される受信信号に基づいて、
所定の適応制御アルゴリズムを用いて、上記アレーアン
テナの主ビームを所望波の到来方向に向けかつ干渉波の
到来方向の受信信号のレベルを零にするような、上記I
個のマルチビーム信号にそれぞれ対応する適応制御用荷
重係数を演算して上記乗算加算手段に設定する係数演算
手段と、 上記分配乗算手段から出力される奇数N個の送信信号を
増幅して上記奇数N個のアンテナ素子に出力することに
より送信する送信手段とを備えた、送受信周波数が互い
に異なる無線通信システムのためのアレーアンテナの制
御装置において、 予め決められたマルチビーム形成方向を有する周波数非
依存性ビームパターンを持つ所定の広帯域ディジタルマ
ルチビーム形成回路の係数を利用して、受信周波数と、
送信周波数とに基づいて、上記受信マルチビーム形成回
路の荷重係数及び送信周波数に対するマルチビーム形成
荷重係数を演算して設定する第1の演算手段と、 上記第1の演算手段によって演算された受信マルチビー
ム形成回路荷重係数及び送信周波数に対するマルチビー
ム形成荷重係数と、上記係数演算手段によって演算され
た適応制御用荷重係数とに基づいて、送信信号及び受信
信号ともに所望波の方向に主ビームを形成しかつ干渉波
の到来方向に零点を形成するように、上記分配乗算手段
の送信荷重係数を演算して設定する第2の演算手段とを
備えたことを特徴とするアレーアンテナの制御装置。
2. A shared transmission / reception array antenna composed of three or more odd-numbered N antenna elements arranged on a straight line at predetermined intervals at equal intervals, and reception by an odd-numbered N antenna elements of the transmission / reception array antenna. Receiving means for receiving the received odd N received signals, and multiplying the odd N received signals received by the receiving means by a predetermined reception weighting coefficient for each multi-beam signal to obtain a predetermined M Receiving multi-beam forming circuit for forming a plurality of multi-beam signals, and having a larger power among the M multi-beam signals formed by the receiving multi-beam forming circuit, or having a power higher than a predetermined threshold power. Selecting means for selecting and outputting the I multi-beam signals having a large power; and selecting the I multi-beam signals selected by the selecting means, Multiplying and adding means for multiplying each by a predetermined adaptive control weighting factor and adding the multiplication result to output a signal of the addition result as a reception signal; and distributing an input transmission signal to an odd number N transmission signals. Dividing and multiplying by a predetermined transmission weight coefficient to output an odd number N of transmission signals; and a reception signal output from the multiplication and addition means,
Using a predetermined adaptive control algorithm, the main beam of the array antenna is directed to the arrival direction of the desired wave and the level of the received signal in the arrival direction of the interference wave is set to zero.
Coefficient calculating means for calculating adaptive control load coefficients respectively corresponding to the plurality of multi-beam signals and setting the multiplied and added means in the multiplying and adding means; A control unit for an array antenna for a wireless communication system having transmission and reception frequencies different from each other, comprising a transmission means for transmitting by outputting to N antenna elements, wherein a frequency-independent signal having a predetermined multi-beam forming direction is provided. Utilizing the coefficients of a predetermined broadband digital multi-beam forming circuit having a neutral beam pattern,
First calculating means for calculating and setting a weighting factor of the receiving multi-beam forming circuit and a multi-beam forming weighting factor for the transmitting frequency based on the transmitting frequency; and a receiving multi-factor calculated by the first calculating means. Based on the beam forming circuit load coefficient and the multi-beam forming load coefficient for the transmission frequency, and the adaptive control load coefficient calculated by the coefficient calculating means, both the transmission signal and the reception signal form a main beam in a desired wave direction. And a second calculating means for calculating and setting the transmission load coefficient of the distribution multiplying means so as to form a zero point in the direction of arrival of the interference wave.
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