JP3138243B2

JP3138243B2 - アダプティブアレイ装置

Info

Publication number: JP3138243B2
Application number: JP09274177A
Authority: JP
Inventors: 敏範飯沼
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 1997-10-07
Filing date: 1997-10-07
Publication date: 2001-02-26
Anticipated expiration: 2017-10-07
Also published as: JPH11112397A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、複数のアンテナに
より適応的に指向性パターンを作るアダプティブアレイ
装置に関し、特に指向性パターンを形成するための信号
処理の改良に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、ディジタル方式の通信機器におい
ては、伝送の効率化のためディジタル情報信号（ベース
バンド信号）で搬送波を変調することにより、情報の伝
送が行われている。ディジタル通信では、伝送速度向上
や同一周波数に複数の利用者を収容する多チャンネル化
により、周波数資源の有効利用が図られている。

【０００３】また、移動通信においては、近年の利用者
の急激な増大によって周波数資源が切迫してきており、
この解決策としてアダプティブアレイ方式が注目されて
いる。アダプティブアレイ方式とは、複数のアンテナに
より適応的に指向性パターンを作り、送信時は特定の利
用者だけに電波が届くようにし、受信時には特定の利用
者の電波だけを受信する方式である。例えば、送信回路
と受信回路とアンテナとからなる送受信系統を４組み備
えたアダプティブアレイ装置の場合、送信時には各送信
信号の振幅及び位相を、受信時には各受信信号の振幅及
び位相を、それぞれ調整することによって、送信時、受
信時のそれぞれの指向性パターンを形成することができ
る。アダプティブアレイ方式については「空間領域にお
ける適応信号処理とその応用技術論文特集」（電子通信
学会論文誌 VOL.J75-B-II NO.11NOVEMBER）に記載され
ているので、ここでは詳細な説明を省略する。

【０００４】さらに、アダプティブアレイ方式を用いて
複数の利用者が同一周波数、同一時刻に利用することを
実現するパス分割多元接続（ＰＤＭＡ）通信方式が提案
されている。ＰＤＭＡ通信方式とは、物理的に異なる位
置に設置された複数の無線局が同一時刻に同一周波数を
利用する場合に、特定局の希望信号の特定マルチパス伝
播路のみを選択し、多局の不要波のマルチパス伝播路の
影響を除去・抑制することにより通信を行う方式であ
る。ＰＤＭＡ通信方式については「パス分割多元接続
（ＰＤＭＡ）移動通信方式」（電子情報通信学会信学
技報 RSC93-84(1994-01)）に記載されているのでここで
は詳細な説明を省略する。

【０００５】また、移動通信にアダプティブアレイ方式
を適用した場合には、利用者の移動に伴って伝播環境が
時々刻々と変化するため、その変化に合わせて指向性パ
ターンも変化させなければならない。このような場合、
従来の位相器を用いたアナログ処理では、精度、安定
性、追従性など多方面に問題があるため、アダプティブ
アレイ方式の実現にはディジタル信号処理が現実的であ
る。

【０００６】具体的なディジタル信号処理としては、上
記のように無線系統毎の振幅と位相の調整を内容とす
る。例えば、ディジタル位相変調の場合、シンボルを表
す同相成分(以下Ｉ(Inphase)成分と略す)と直交成分
（以下Ｑ(Quadrature)成分）とに対して適切に無線系統
毎に重み付けすることによって、シンボルの振幅と位相
とが調整されることになる。よって無線系統毎に同相成
分と直交成分とに対するそれぞれの重み係数を算出する
ことが信号処理の主な内容となる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところで、アダプティ
ブアレイ方式において、時々刻々と変化する伝播環境に
追従して指向性パターンを調整するためには、その調整
の時間間隔を伝播環境の変化よりも十分に小さくする必
要があり、例えばシンボル期間毎に行うことが望まし
い。さらに近年の移動通信システムではデータの伝送速
度が高速化されており、シンボル期間（例えばＰＨＳ(P
ersonal Handyphone System)では約５マイクロ秒）も短
くなっており、より短時間で信号処理をする必要性があ
る。

【０００８】アダプティブアレイを実現するための信号
処理は、上記の重み係数の算出にマトリクス演算を必要
とすることから、その処理量が一般に非常に大きいもの
であり、信号処理をいかに実現するかが課題になってい
る。特に、周波数を有効利用するために、ＰＤＭＡ通信
方式により複数の利用者を同一周波数、同一時刻に収容
する場合、利用者毎の信号処理が必要になるため処理量
が利用者数に比例して増加するので、さらに信号処理の
実現がより重要になっている。

【０００９】複数の利用者に同時に対処することは１つ
のＤＳＰの信号処理能力では実現困難なので、複数のＤ
ＳＰを用いて並列に処理することが考えられるが、そう
すれば必然的に機器の装置規模、コスト等の増大を招く
ことになる。本発明は上記問題点に鑑み、指向性パター
ン調整のための信号処理量を低減し、装置規模やコスト
の増大を最小限に抑えたアダプティブアレイ装置を提供
することを目的とする。

【００１０】特に、利用者数が増加しても各利用者毎の
信号処理を適切に行うことができるアダプティブアレイ
装置を提供することを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記の問題点を解決する
ため本発明に係るアダプティブアレイ装置は、送信部と
受信部とアンテナとを有する複数の無線部を備えたアダ
プティブアレイ装置であって、無線部毎に、連続するk
個（ｋは自然数）の受信シンボルの同相成分データと直
交成分データとを記憶するデータ記憶手段と、データ記
憶手段に記憶されたk個のシンボル中の１シンボルの同
相成分データと直交成分データとに基づいて、１つの指
向性パターンを形成するための全無線部の成分毎の重み
係数を計算する重み係数計算手段と、前記ｋ個のシンボ
ルより過去の１シンボルについて、重み係数計算手段に
より計算された重み係数を記憶する重み係数記憶手段
と、重み係数計算手段により計算された重み係数と重み
係数記憶手段に記憶された重み係数とを用いて、現在の
ｋ個のシンボル中の残りのｋ−１個のシンボルに対する
重み係数を補間する補間手段と、重み係数計算手段およ
び補間手段から得られる重み係数を用いて、データ記憶
手段に記憶された同相成分データと直交成分データとを
合成することより、前記指向性パターンに対応する現在
のｋ個の受信シンボルデータを得る合成手段とを備えて
いる。

【００１２】また、前記重み係数計算手段は、現在のｋ
個のシンボル中の前記１シンボルの期間内に前記１つの
指向性パターンを形成するための全無線部の成分毎の重
み係数を計算し、次のシンボル期間内にそのシンボルの
同相成分データと直交成分データとに基づいて他の指向
性パターンを形成するための全無線部の成分毎の重み係
数を計算し、前記重み係数記憶手段は、前記重み係数計
算手段により現在のｋ個のシンボルよりも過去の１シン
ボルについて計算された重み係数であって、前記１つの
指向性パターンを形成するための全無線部の成分毎の重
み係数と、前記他の指向性パターンを形成するための全
無線部の成分毎の重み係数とを記憶し、前記補間手段
は、現在のｋ個のシンボル中の前記１シンボルの期間内
に、現在のｋ個のシンボル中の残りのｋ−１個のシンボ
ルに対する重み係数を補間し、次のシンボル期間内に過
去のｋ個のシンボル中のｋ−１個のシンボル分の前記他
の指向性をパターン形成するための全無線部の成分毎の
重み係数を補間するように構成してもよい。

【００１３】

【発明の実施の形態】

＜第１実施形態＞＜アダプティブアレイ装置の概略構成＞図１は、本発明
の第１実施形態におけるアダプティブアレイ装置の構成
を示すブロック図である。本アダプティブアレイ装置
は、無線部１０、２０、３０、４０、アンテナ１７、２
７、３７、４７、受信調整部１８、２８、３８、４８、
送信調整部１９、２９、３９、４９、制御部５０とを備
え、ディジタル携帯電話等の移動通信における基地局と
して設置される。また、無線部１０は、変調器１１、送
信回路１２、スイッチ１３から構成される。

【００１４】無線部１０は、制御部５０から送信調整部
１９を介して入力されるベースバンド信号（シンボルデ
ータ）を中間周波数信号（以後、ＩＦ信号と略す）にま
で変調する変調器１１と、変調器１１からのＩＦ信号を
高周波信号（以後、ＲＦ信号と略す）に変換し、送信出
力レベルにまで増幅する送信回路１２と、アンテナの送
受信を切り替えるスイッチ１３と、受信信号をＩＦ信号
にまで変換する受信回路１５と、受信回路１５からのＩ
Ｆ信号をベースバンド信号（シンボルデータ）に復調す
る復調器１６を有する。ここで変調器１１、復調器１６
における変復調の方式は、ディジタル変調であれば種類
を問わないが例えば、π／４シフトＱＰＳＫなどであ
る。本実施形態では、復調器１６により復調されたベー
スバンド信号はシンボル毎に同相成分（以下Ｉ成分と呼
ぶ）データと直交成分（以下Ｑ成分と呼ぶ）データとで
表される時系列データであるものとする。

【００１５】受信調整部１８は、アダプティブアレイと
しての指向性パターンを生成するために、復調器１６か
ら入力される受信ベースバンド信号の振幅と位相とを、
制御部５０から指示に従って調整する。より詳しくは、
復調器１６から得られるベースバンド信号がシンボル毎
にＩ成分データとＱ成分データとで表される場合、受信
調整部１８は、Ｉデータ、Ｑデータのそれぞれに重み付
けすることによって、シンボルデータの振幅と位相とを
調整する。重み付けによるシンボルデータの調整を示す
説明図を図２に示す。同図は、I-Q座標平面に復調器１
６に復調されたシンボルデータと、重み付けによるシン
ボルデータとを示している。I1、Q1は復調器１６から得
られるシンボルデータを示す。受信調整部１８によりWI
1、WQ1は重み付けされたシンボルデータを示す。同図の
ように、受信調整部１８はＩ成分データ、Ｑ成分データ
を個別に重み付けすることにより、シンボルデータの振
幅と位相とを調整する。Ｉ成分データ、Ｑ成分データを
個別に重み付けするための重み係数は、制御部５０から
指示される送信調整部１９は、アダプティブアレイとし
ての指向性パターンを生成するために、制御部５０から
入力される送信ベースバンド信号の振幅と位相とを調整
する。この調整についても図２と同様にして行われる。

【００１６】無線部２０、３０、４０は、無線部１０と
同じ構成になので説明を省略する。制御部５０は、プロ
グラマブルなディジタルシグナルプロセッサを中心に構
成され、プログラムを実行することにより以下の機能を
実現する。すなわち制御部５０は、無線部１０〜４０の
送受信制御とともにアダプティブアレイにおける複数の
指向性パターンを実現するための無線系統毎のＩ成分
用、Ｑ成分用の重み係数をシンボル毎に算出して、受信
調整部１８、送信調整部１９に出力する。複数の指向性
パターンというのは、アダプティブアレイ方式を用いて
複数の利用者が同一周波数、同一時刻に利用することを
実現するパス分割多元接続（ＰＤＭＡ）通信方式を用い
て複数利用者が存在する場合の、利用者毎の指向性パタ
ーンのことである。複数の指向性パターンの説明図を図
３に示す。同図では、アダプティブアレイ装置の周辺に
４台のユーザ無線機ａ〜ｄ（以下ユーザａ〜ｄと略す）
が同一周波数、同一時刻に利用している場合を示してい
る。

【００１７】さらに制御部５０は、ユーザ毎に全無線系
統のＩ成分用、Ｑ成分用の重み係数をシンボル期間毎に
算出する。シンボル期間毎に全ユーザの重み係数を算出
することは、制御部５０の処理量が膨大になるため、制
御部５０は、次のように処理量を減らして効率向上を図
っている。すなわち制御部５０は、例えば図３のような
４ユーザの場合に、４シンボル期間中の１シンボル期間
をユーザａのための信号処理期間として割り当てて、割
り当てられたシンボル期間においてそのシンボル期間の
重み係数を受信したシンボルデータに基づいて重み係数
を算出するとともに、そのユーザの残りの３シンボル期
間分の重み係数を他の重み係数から補間することにより
算出する。以下、受信したシンボルデータに基づいて重
み係数を算出することを直接演算処理と呼び、他の重み
係数から重み係数を補間すること間接演算処理と呼ぶ。

【００１８】同様に４シンボル期間中の次のシンボル期
間をユーザｂに割り当てて、割り当てられたシンボル期
間において、ユーザｂのための重み係数を直接演算処理
と間接演算処理とにより計算する。ユーザｃ、ｄに関し
ても同様である。ユーザ毎に重み係数の計算が必要なの
は、図３に示したようにユーザａ〜ｄ個別に異なる指向
性パターンを持たせるからである。異なる複数の指向性
パターンを表すそれぞれの重み係数を効率良く信号処理
するために、制御部５０は、各ユーザに循環的にシンボ
ル期間を割り当てている。＜アダプティブアレイ装置の主要部の構成＞図４は、図
１に示したアダプティブアレイ装置の各受信調整部と制
御部とをより詳しく示したブロック図である。

【００１９】受信調整部１８、２８、３８、４８はいず
れも同じ構成なので、受信調整部１８を代表として説明
する。受信調整部１８は、Ｉバッファ１０１、Ｑバッフ
ァ１０２、乗算器１０３、１０４を備える。Ｉバッファ
１０１は、復調器１６から得られる最新の４シンボル分
のＩ成分データを順次更新しながら保持する。これらの
Ｉ成分データをI1(t-3*Δt),I1(t-2*Δt),I1(t-Δt),I1
(t)と表す。ここで、I1の1は、第１無線系統の１であ
り、ｔはシンボルのタイミング、Δｔはシンボル期間を
意味する。Ｉバッファ１０１は、最新のシンボルのＩ成
分データI1(t)を出力し、また、制御部５０からランダ
ムに読み出し可能である。なお、保持するデータ個数
は、後述する補間処理（間接演算処理）がなされるシン
ボル数＋１個を少なくとも保持していればよく、本実施
形態では４個としている。

【００２０】Ｑバッファ１０２は、Ｉバッファ１０１と
同様に、復調器１６から得られる最新の４個分のシンボ
ルのＱ成分データを保持する。これらのＱ成分データを
Q1(t-3*Δt),Q1(t-2*Δt),Q1(t-Δt),Q1(t)と表す。乗
算器１０３は、Ｉ成分データの重み付け、つまり復調器
１６から入力されるＩ成分データと制御部５０から与え
られる重み係数とを乗算する。

【００２１】乗算器１０４は、Ｑ成分データの重み付
け、つまり復調器１６から入力されるＱ成分データと制
御部５０から与えられる重み係数とを乗算する。受信調
整部２８、３８、４８についても同様である。制御部５
０は、内部にＷバッファ５１を有し、シンボル期間を複
数のユーザに循環的に割り当てて、当該シンボル期間に
おいて、そのシンボルに対する重み係数を上記の直接演
算処理により、直接演算処理では求められていないシン
ボルに対する重み係数を間接演算処理により求める。Ｗ
バッファ５１は、直接演算処理により過去に計算された
１シンボル分の全無線部の成分毎の重み係数を記憶する
ためのバッファであり、間接演算処理において用いられ
る。

【００２２】具体的な制御部５０の演算処理タイミング
を以下に述べる。＜制御部５０の演算処理タイミング＞図５は、制御部５
０の演算処理タイミングを示す図である。同図では、本
アダプティブアレイ装置においてＰＤＭＡ通信方式によ
り４ユーザを収容している場合を演算処理タイミングを
図示している。

【００２３】同図において、「シンボル時間」は、シン
ボルタイミングt0,t1,t2,・・・を示す。１シンボル期
間は、本アダプティブアレイ装置がＰＨＳ(Personal Ha
ndyphone System)の基地局として運用される場合には、
約５マイクロ秒である。「全Ｉバッファ、全Ｑバッファ
の出力」の欄は、各シンボルタイミングにおける全Ｉバ
ッファと全Ｑバッファの出力データD(t)を表している。
例えばタイミングt0における出力データD(t0)は次のよ
うになる。 D(t0)=[I1(t0),I2(t0),I3(t0),I4(t0),Q1(t0),Q2(t0),Q
3(t0),Q4(t0)] 「制御部５０の演算処理」の欄は、シンボル期間に割り
当てられているユーザと、直接演算処理により算出され
る重み係数とを示している。この例ではシンボル期間に
対して循環的にユーザａ，ｂ，ｃ，ｄ，ａ，ｂ，ｃ，ｄ
・・・と割り当てられている。例えば、シンボルタイミ
ングt4のシンボル期間は、ユーザａの指向性パターンを
形成するための全無線部の各成分の重み係数重み係数算
出するために割り当てられている。このシンボル期間内
に、制御部５０は、シンボルタイミングt1,t2,t3,t4の
４シンボル分について、直接演算処理と間接演算処理に
より重み係数を算出する。具体的には４シンボル中の１
シンボルについては直接演算処理により、他の３シンボ
ルについては間接演算処理により重み係数を算出する。

【００２４】「ユーザａの重み係数」の欄は、ユーザａ
の指向性パターン形成用に算出されたシンボル毎の重み
計数を示す。例えばシンボルタイミングt１〜t4の４シ
ンボルについての重み係数は、シンボルタイミングt4の
シンボル期間において算出された結果を記してある。こ
の例では、シンボルタイミングt4の重み係数は直接演算
処理により算出され、シンボルタイミングt1〜t3の重み
係数は間接演算処理により算出されている。図中のWIa1
(t)〜WIa4(t) , WQa1(t)〜WQa4(t)は直接演算処理によ
る重み係数であり、X3(=XIa1(t)〜XIa4(t) , XQa1(t)〜
XQa4(t))は間接演算処理による重み係数である。

【００２５】「ユーザｂの重み係数」の欄は、ユーザｂ
の指向性パターン形成用に算出されたシンボル毎の重み
計数を示す。例えばシンボルタイミングt2〜t5の４シン
ボルについての重み係数は、シンボルタイミングt5のシ
ンボル期間において算出された結果を記してある。「ユ
ーザｃの重み係数」「ユーザｄの重み係数」の欄につい
ても同様である。＜制御部５０の全体処理フロー＞図６は、図５に示した
演算処理タイミングを実現する制御部５０の概略処理を
示すフローチャートである。同図でも本アダプティブア
レイ装置がＰＤＭＡ通信方式により４ユーザを収容して
いる場合を示している。

【００２６】図中の各ステップに示した基本フローとい
うのは、１シンボル期間内に制御部５０が行う信号処理
であって、制御部５０が複数シンボル分について１ユー
ザの指向性パターン形成用の重み係数を求めるため直接
演算処理と間接演算処理とを行う信号処理を示す。制御
部５０は、シンボル期間毎に、演算対象のユーザを循環
的に切り替えながた基本フローの処理を行う（ステップ
６１〜６４）。基本フローの内容を以下に詳述する。＜制御部５０の１シンボル期間に信号処理（基本フロ
ー）＞図７は、図６中の基本フローの処理内容を詳細に
示すフローチャートである。ここではユーザａに対する
基本フローを処理を行っているものとする。

【００２７】同図において、まず制御部５０は、現在の
シンボルタイミングｔにおける全無線部のＩ成分データ
及びＱ成分データ（I1(t)〜I4(t),Q1(t)〜Q4(t)）を全
てのＩバッファ及びＱバッファから読み出し（ステップ
７１）、これらのＩ成分データ及びＱ成分データに基づ
いて直接演算処理によって現在のシンボルに対する重み
係数を計算し（ステップ７２）、計算結果（WIa1(t)〜W
Ia4(t) , WQa1(t)〜WQa4(t)）をＷバッファ５１に格納
し（ステップ７３）、その重み係数を用いて現在のシン
ボルｔのユーザａに対する合成信号を、図４に示した全
ての乗算器を用いて計算する（ステップ７４）。ユーザ
ａに対するシンボルタイミングｔの合成信号YIa(t)、YQ
a(t)は次式により得られる。 YIa(t)=ΣWIai(t)*Ii(t) , YQa(t)=ΣWQai(t)*Qi(t) 但し、iは１から４まで。この合成信号は、ユーザａの
指向性パターンによって受信したシンボルタイミングｔ
における受信シンボルを表している。すなわち他のユー
ザの受信信号を除去した受信シンボルを表している。

【００２８】次に、制御部５０は、過去に直接演算処理
により算出された重み係数をＷバッファ５１から読み出
す（ステップ７５）。図５の処理タイミングでは、４シ
ンボル前の重み係数がＷバッファ５１に格納されている
ので、それらの重み係数WIa1(t-4*Δｔ)〜WIa4(t-4*Δ
ｔ) , WQa1(t-4*Δｔ)〜WQa4(t-4*Δｔ)を読み出す。こ
こでΔｔは１シンボル期間である。制御部５０は、Ｗバ
ッファ５１から読みだされた重み係数と、上記の直接演
算処理により算出された重み係数とを用いて、シンボル
タイミング(t-Δｔ)，(t-2*Δｔ) ,(t-3*Δｔ)の３シン
ボルに対する重み係数を間接演算処理つまり補間により
算出する（ステップ７６）。

【００２９】ここでは、線形補間を用いる例を図８に示
す。同図ではシンボルタイミングt4において実行される
間接演算処理のうち、無線部１０に対するＩ成分データ
用の重み係数WIa1(t4)とWIa1(t0)とを用いて、シンボル
タイミングt1,t2,t3の各シンボルに対する重み係数XIa1
(t1),XIa1(t2),XIa1(t3)を図示している。無線部１０に
対するＱ成分データ用の重み係数XQ1(t1),XQ1(t2),XQ1
(t3)についても同様である。無線部２０、３０、４０に
対するＩ成分データ用、Ｑ成分データ用の重み係数につ
いても同様に補間する。

【００３０】さらに、制御部５０は、現在のシンボルタ
イミングより過去のシンボルデータ、すなわちタイミン
グ(t-Δｔ)，(t-2*Δｔ) ,(t-3*Δｔ)の３シンボル分に
ついての全無線部のＩ成分データ及びＱ成分データを全
てのＩバッファ及びＱバッファから読み出し（ステップ
７７）、これらのＩ成分データ及びＱ成分データに間接
演算処理により算出された重み係数を用いて以下に示す
合成信号を計算する。但し、iは１から４までである。
１シンボル前の合成信号は、 YIa(t-Δｔ)=ΣXIi(t-Δｔ)*Ii(t-Δｔ) 、 YQa(t-Δｔ)=ΣXQi(t-Δｔ)*Qi(t-Δｔ)であり、２シン
ボル前の合成信号は、 YIa(t-2*Δｔ)=ΣXIi(t-2*Δｔ)*Ii(t-2*Δｔ) YQa(t-2*Δｔ)=ΣXQi(t-2*Δｔ)*Qi(t-2*Δｔ)であり、
３シンボル前の合成信号は、 YIa(t-3*Δｔ)=ΣXIi(t-3*Δｔ)*Ii(t-3*Δｔ) YQa(t-3*Δｔ)=ΣXQi(t-3*Δｔ)*Qi(t-3*Δｔ)である。

【００３１】上記のようにして、制御部５０は、シンボ
ルタイミングｔのシンボル期間内ににユーザａに対する
基本フローの処理を行う。シンボルタイミング(t+1)、
(t+2)、(t+3)のシンボル期間内におけるユーザｂ、ｃ、
ｄに対する基本フローの処理も同様である。＜直接演算処理の詳細フロー＞図９は、図７のステップ
７２の現在シンボルの重み係数の計算（直接演算処理）
の内容を詳細に示すフローチャートである。

【００３２】同図の処理は、カルマンフィルタを用いた
アダプティブアレイに関する公知技術を応用している。
「カルマンフィルタを用いたアダプティブアンテナの検
討」（電子情報通信学会誌 B-II Vol.J75-B-II No.11
pp835-843 1992年11月)に記載されているので、ここで
は簡単に説明する。制御部５０は、初期設定済みでなけ
れば初期設定を行う（ステップ９１、９２）。この初期
設定では、カルマンフィルタの推定誤差分散行列の初期
値Ｐ(0)と、重み係数行列の初期値Ｗ(0)とを設定する。
本実施形態では、初期値Ｐ(0)＝Ｃ＊Ｉ（Ｃは定数、Ｉ
は４×４の単位行列）、初期値Ｗ(0)は同図に示した４
×１列ベクトルとしている。この場合、重み係数行列Ｗ
(t)は、同図に示した４×１列ベクトルとして表現され
る。

【００３３】次に制御部５０は、入力信号として、Ｉバ
ッファ及びＱバッファから得られるシンボルタイミング
ｔのＩ成分データ、Ｑ成分データを設定し（ステップ９
３）、さらに参照信号ｄ(t)を設定する（ステップ９
４）。ここで参照信号ｄ(t)は、特定ユーザから得るべ
き受信信号の推定波形である。制御部５０は、推定波形
として、当該シンボルタイミングｔにおける受信信号が
既知のデータ、例えば受信データのプリアンブル部分や
ユーザｉｄなどであれば、その波形を設定し、未知のデ
ータである場合には、受信シンボル受信データを仮判定
してその波形を設定する。ここで仮判定による受信信号
Y(t)は、シンボルタイミングｔのＩ成分データ、Ｑ成分
データのそれぞれに、過去の重み係数を乗算して合成す
ることにより得られる。

【００３４】次いで、制御部５０は、同図に示したよう
にカルマンゲインの計算、事前推定誤差の計算、重み係
数の更新、相関行列の更新（ステップ９５〜９８）を行
う。ステップ９５〜９８は、カルマンフィルタにおいて
再帰的最小二乗法（ＲＬＳ(Recursive Least Square)ア
ルゴリズム）を用いた公知技術であるので、ここでは省
略する。

【００３５】このようにして直接演算処理による重み係
数が計算される。以上の説明してきたように、本実施形
態のアダプティブアレイ装置によれば、ＰＤＭＡ通信方
式を用いた場合の複数のユーザに循環的にシンボル期間
を割り当てて、当該シンボル期間において、そのシンボ
ルに対する重み係数を上記の直接演算処理により、直接
演算処理では求められていない他のシンボルに対する重
み係数を間接演算処理により求める。これにより、重み
係数を計算する信号処理量を大幅に低減することがで
き、しかも全ユーザに対してシンボル単位の精度で重み
係数を更新することができる。＜第２実施形態＞本実施形態におけるアダプティブアレ
イ装置の構成を示すブロック図の概略構成は図１、図３
に示したと同じであるので、以下異なる点を主として説
明する。

【００３６】異なる点は、複数のユーザに循環的にシン
ボル期間を割り当てる割り当てかたである。本実施形態
のアダプティブアレイ装置では、複数のユーザに循環的
に２シンボル期間ずつを割り当てるように構成してい
る。そのため、各Ｉバッファ、Ｑバッファは、復調器か
ら得られる最新の８シンボル分のデータを順次更新しな
がら保持する点が異なる。

【００３７】また、制御部５０は、連続する２シンボル
期間内において、１シンボルに対する直接演算処理と、
残りの７シンボルに対する間接演算処理とを行う点が異
なる。図１０は、制御部５０の演算処理タイミングを示
す図である。同図は、図５に対して、各ユーザに対して
２シンボル期間ずつを割り当てている点が異なってい
る。例えばユーザａはシンボルタイミングt0、t1の２シ
ンボル期間が割り当てられている。ユーザｂにはシンボ
ルタイミングt2、t3の２シンボル期間が割り当てられて
いる。ユーザｃ、ｄについても同様である。

【００３８】したがって、制御部５０は、２シンボル期
間内において、８シンボル中の１シンボルを直接演算処
理により、残りの７シンボルを間接演算処理により重み
係数を計算することになる。間接演算処理によるシンボ
ルの割合が増えるものの、第１実施形態に比べて１ユー
ザに対する信号処理期間が２倍になるので、制御部５０
がより処理能力の低いＤＳＰである場合であっても、複
数ユーザのシンボル毎の重み係数を直接演算処理と間接
演算処理とによって計算することができる。＜第３実施形態＞本実施形態では、本発明のアダプティ
ブアレイ装置をパスダイバーシチに適用する場合を説明
する。パスダイバーシチとは、到達時刻の異なる信号
（ここでは最初に到達した信号を直接波、それ以降に到
達する信号を遅延波とする）を分離受信した後、さら
に、それらを合成して受信信号を生成することをいう。

【００３９】本実施形態におけるアダプティブアレイ装
置の構成を示すブロック図の概略構成は図１、図３に示
したと同じであるので、以下異なる点を主として説明す
る。異なる点は、複数のユーザの指向性パターンを形成
する代わりに、１ユーザの直接波と遅延波とを受信する
ための指向性パターンを形成する点である。遅延波は、
ユーザから放射された電波がビルや電車、自動車などに
反射して本アダプティブアレイ装置に到来するので、直
接波とは異なる指向性パターンを持つ。そこで、本実施
例のアダプティブアレイ装置では、直接波の指向性パタ
ーンと遅延波の指向性パターンとを発生させて、遅延波
も積極的に選別して受信し直接波と合成するように構成
されている。

【００４０】図１１は、制御部５０の演算処理タイミン
グを示す図である。同図は、図５のユーザａ、ｂ、ｃ、
ｄの代わりに、直接波、遅延波１、遅延波２、遅延波３
の指向性パターンを形成する点が異なっているが、制御
部５０の演算処理タイミングは図５と全く同じである。
そのため、図９に示した参照信号の設定（ステップ９
４）処理の内容が異なっている。制御部５０は、直接波
に対する参照信号ｄ(t)としては、第１実施形態と同様
に１ユーザに対する推定波形を設定する。さらに、各遅
延波に対する参照信号ｄ(t)については、直接波のシン
ボルデータを仮判定して得られる受信信号に対して推定
遅延時間を与えた推定波形を設定する。

【００４１】さらに、このようにして得られる直接波と
遅延波１〜３それぞれの重み係数を用いて合成される直
接波と遅延波１〜３の受信信号は、さらに合成された後
受信シンボルの判定に用いられる。上記のように本実施
形態では直接波以外に複数の遅延波を積極的に選別して
受信し、それらを合成した結果に対して最終的な受信シ
ンボルとして判定するので、Ｃ／Ｎ比が向上するので、
フェージングにより無線波の伝播環境が劣悪な場合であ
っても信頼性を向上させることができる。

【００４２】以上のように、上記各実施形態では、直接
演算処理だけでは信号処理量が膨大になるので、間接演
算処理（補間処理）を適切な割合で利用することにより
信号処理量を大きく低減している。次に、補間処理によ
る特性劣化の可能性について説明する。一般に、補間に
よりデータを算出する場合には、全データを直接演算に
より算出する場合と比べて特性が劣化する可能性があ
る。これは、補間によるデータと直接演算によるデータ
との誤差に起因するので、補間によるデータ数が多いほ
ど特性劣化の可能性も大きくなる。

【００４３】しかし、上記各実施形態において補間によ
り重み係数を得ている期間において、重み係数の変化が
十分に小さいものであれば、上記誤差の影響が小さくな
り、特性劣化が発生しなくなる。つまり、重み係数の変
化の速さに応じて、補完しても特性劣化を生じさせない
期間が決定される。重み係数の変化はユーザの移動によ
る伝播環境の変化によりもたらされるものであり、その
変化の速さは概ね移動速度に比例する。従ってユーザの
移動速度の上限から、重み係数の変化の速さの上限が分
かるので、それにより補間による期間の上限が求められ
る。このことから、伝送速度が高速であっても補間によ
る期間がその上限を越えない範囲であれば、特性劣化は
生じない。

【００４４】さらに、このことは本発明のアダプティブ
アレイ装置による補間による期間が、重み係数の変化の
速さの上限を越えない範囲であれば、基本的には伝送速
度によらず適用が可能であることを示している。なお、
本発明のアダプティブアレイ装置は、上記各実施形態の
処理タイミングや、ユーザや遅延波を組み合わせについ
ても適用可能である。以下に、上記実施形態の場合も含
めて、それらの組み合わせを図１２に示す。

【００４５】同図では、４のシンボル期間を１周期とし
て、各シンボル期間をタイムスロット１〜４の繰り返し
としている。同図においてNo.１のケースは、第１実施
形態を示している。No.２のケースは、第３実施形態を
示している。No.３のケースは、１ユーザについてタイ
ムスロット１と３では直接波を、タイムスロット２、４
では遅延波を求める場合を示している。この場合、２シ
ンボル中の１シンボルが直接演算処理により他の１シン
ボルが間接演算処理により重み係数が計算される。

【００４６】No.４のケースは、１ユーザついてタイム
スロット１では直接波を、タイムスロット３では遅延波
を求める場合を示している。この場合、直接波は、２シ
ンボル中の１シンボルが直接演算処理により他の３シン
ボルが間接演算処理により重み係数が計算される。No.
５のケースは、１ユーザについてタイムスロット１で直
接波を、タイムスロット３ではその遅延波を求める場合
を示している。この場合、直接波、遅延波ともに、４シ
ンボル中の１シンボルが直接演算処理により他の３シン
ボルが間接演算処理により重み係数が計算される。

【００４７】No.６のケースは、２ユーザについてタイ
ムスロット１、３でユーザ１に、タイムスロット２、４
でユーザ２に対する重み係数を求める場合を示してい
る。この場合、各ユーザともに、２シンボル中の１シン
ボルが直接演算処理により他の１シンボルが間接演算処
理により重み係数が計算される。No.７のケースは、２
ユーザについてタイムスロット１でユーザ１の直接波
を、タイムスロット２でユーザ２の遅延波を、タイムス
ロット３でユーザ２の直接波を、タイムスロット４でユ
ーザ２の遅延波を求める場合を示している。この場合、
各直接波、遅延波について、４シンボル中の１シンボル
が直接演算処理により他の３シンボルが間接演算処理に
より重み係数が計算される。

【００４８】No.８、９についても同図に示した組み合
わせに対応する重み係数が計算される。なお上記各実施
例では、間接演算処理における補間に線形補間を用いる
例を示したが、非線形補間であってもよい。また、上記
各実施例では、図５、図１０、図１１において、制御部
５０が割り当てられたシンボル期間内に、特定のユーザ
の直接波又は遅延波に対する重み係数を計算している
が、シンボル期間に同期することは必須でない。すなわ
ち、ホン発明のアダプティブアレイ装置は、実施形態で
示したようにシンボルデータ（Ｉ、Ｑ成分データ）の受
信タイミングに同期してリアルタイムに動作させてもよ
いし、シンボルデータをある期間分だけまとめて記憶し
ておき、一括に処理する用にしてもよい。

【００４９】

【発明の効果】本発明のアダプティブアレイ装置は、送
信部と受信部とアンテナとを有する複数の無線部を備え
たアダプティブアレイ装置であって、無線部毎に、連続
するk個（ｋは自然数）の受信シンボルの同相成分デー
タと直交成分データとを記憶するデータ記憶手段と、デ
ータ記憶手段に記憶されたk個のシンボル中の１シンボ
ルの同相成分データと直交成分データとに基づいて、１
つの指向性パターンを形成するための全無線部の成分毎
の重み係数を計算する重み係数計算手段と、前記ｋ個の
シンボルより過去の１シンボルについて、重み係数計算
手段により計算された重み係数を記憶する重み係数記憶
手段と、重み係数計算手段により計算された重み係数と
重み係数記憶手段に記憶された重み係数とを補間するこ
とにより、現在のｋ個のシンボル中の残りのｋ−１個の
シンボルに対する重み係数を計算する補間手段と、重み
係数計算手段および補間手段から得られる重み係数を用
いて、データ記憶手段に記憶された同相成分データと直
交成分データと合成することより、前記指向性パターン
に対応する現在のｋ個の受信シンボルデータを得る合成
手段とを備える。

【００５０】これにより、ｋ個のシンボル中の１シンボ
ルについては重み係数計算手段が重み係数を計算し、残
りのｋ−１個のシンボルについては補間手段が重み係数
を補間するので、指向性パターン調整のための信号処理
量を低減することができるという効果がある。また装置
規模やコストの増大を最小限に抑えることができる。

【００５１】また、本アダプティブアレイ装置におい
て、前記重み係数計算手段は、現在のｋ個のシンボル中
の前記１シンボルの期間内に前記１つの指向性パターン
を形成するための全無線部の成分毎の重み係数を計算
し、次のシンボル期間内にそのシンボルの同相成分デー
タと直交成分データとに基づいて他の指向性パターンを
形成するための全無線部の成分毎の重み係数を計算し、
前記重み係数記憶手段は、前記重み係数計算手段により
現在のｋ個のシンボルよりも過去の１シンボルについて
計算された重み係数であって、前記１つの指向性パター
ンを形成するための全無線部の成分毎の重み係数と、前
記他の指向性パターンを形成するための全無線部の成分
毎の重み係数とを記憶し、前記補間手段は、現在のｋ個
のシンボル中の前記１シンボルの期間内に、現在のｋ個
のシンボル中の残りのｋ−１個のシンボルに対する重み
係数を補間し、次のシンボル期間内に過去のｋ個のシン
ボル中のｋ−１個のシンボル分の前記他の指向性をパタ
ーン形成するための全無線部の成分毎の重み係数を補間
するように構成されている。

【００５２】この構成によれば、上記１つの指向性パタ
ーンを形成するための全無線部の成分毎の重み係数と、
他の指向性パターンを形成するための全無線部の成分毎
の重み係数とを、重み係数計算手段と補間手段とが計算
するので、上記効果に加えて、信号処理量を大幅に増加
させることなく、２以上の指向性パターンを生成するこ
とができるという効果がある。

【００５３】また、本アダプティブアレイ装置におい
て、前記１つの指向性パターンと前記他の指向性パター
ンとは、同一周波数を同一時刻に使用する異なる移動無
線機に対応する構成としたので、ＰＤＭＡ通信における
複数の移動無線機に対して、信号処理量を大幅に増加さ
せることがないという効果がある。さらに、本アダプテ
ィブアレイ装置において、前記１つの指向性パターンと
前記他の指向性パターンは、特定の移動無線機からの到
来する直接波と間接波に対応する構成としたので、パス
ダイバーシチを容易に実現することができるという効果
がある。

【００５４】また、本アダプティブアレイ装置におい
て、前記重み係数計算手段および前記補間手段は、プロ
グラマブルなディジタル信号処理用プロセッサで構成し
たので、上記効果に加えて、装置規模やコストの増大を
最小限に抑えることができるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施形態におけるアダプティブア
レイ装置の構成を示すブロック図である。

【図２】重み付けによるシンボルデータの調整を示す説
明図である。

【図３】複数の利用者が同一周波数を同一時刻に利用す
る場合の複数の指向性パターンの説明図を示す。

【図４】アダプティブアレイ装置の各受信調整部と制御
部とをより詳しく示したブロック図である。

【図５】制御部５０の演算処理タイミングを示す図であ
る。

【図６】図５の演算処理タイミングを実現する制御部の
概略処理を示すフローチャートである。

【図７】図６中の基本フローの処理内容を詳細に示すフ
ローチャートである。

【図８】線形補間を用いる例を示す。

【図９】図７のステップ７２の現在シンボルの重み係数
の計算（直接演算処理）の内容を詳細に示すフローチャ
ートである。

【図１０】第２実施形態における制御部５０の演算処理
タイミングを示す図である。

【図１１】第３実施形態における制御部５０の演算処理
タイミングを示す図である。

【図１２】ユーザ数及び直接波遅、延波の組み合わせを
示す図である。

【符号の説明】

１０〜４０無線部１１変調器１２送信回路１３スイッチ１５受信回路１６復調器１７アンテナ１８、２８、３８、４８受信調整部１９、２９、３９、４９送信調整部５０制御部５１Ｗバッファ１０１、２０１、３０１、４０１Ｉバッファ１０２、２０２、３０２、４０２Ｑバッファ１０３、２０３、３０３、４０３乗算器１０４、２０４、３０４、４０４乗算器

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01Q 3/00 - 3/46 H01Q 21/00 - 25/04 H04B 7/00 H04B 7/02 - 7/12 H04L 1/02 - 1/06

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】送信部と受信部とアンテナとを有する複
数の無線部を備えたアダプティブアレイ装置であって、無線部毎に、連続するk個（ｋは自然数）の受信シンボ
ルの同相成分データと直交成分データとを記憶するデー
タ記憶手段と、データ記憶手段に記憶されたk個のシンボル中の１シン
ボルの同相成分データと直交成分データとに基づいて、
１つの指向性パターンを形成するための全無線部の成分
毎の重み係数を計算する重み係数計算手段と、前記ｋ個のシンボルより過去の１シンボルについて、重
み係数計算手段により計算された重み係数を記憶する重
み係数記憶手段と、重み係数計算手段により計算された重み係数と重み係数
記憶手段に記憶された重み係数とを用いて、現在のｋ個
のシンボル中の残りのｋ−１個のシンボルに対する重み
係数を補間する補間手段と、重み係数計算手段および補間手段から得られた重み係数
を用いて、データ記憶手段に記憶された同相成分データ
と直交成分データとを合成することより、前記指向性パ
ターンに対応する現在のｋ個の受信シンボルデータを得
る合成手段とを備えることを特徴とするアダプティブア
レイ装置。
【請求項２】前記重み係数計算手段は、現在のｋ個の
シンボル中の前記１シンボルの期間内に前記１つの指向
性パターンを形成するための全無線部の成分毎の重み係
数を計算し、次のシンボル期間内にそのシンボルの同相
成分データと直交成分データとに基づいて他の指向性パ
ターンを形成するための全無線部の成分毎の重み係数を
計算し、前記重み係数記憶手段は、前記重み係数計算手段により
現在のｋ個のシンボルよりも過去の１シンボルについて
計算された重み係数であって、前記１つの指向性パター
ンを形成するための全無線部の成分毎の重み係数と、前
記他の指向性パターンを形成するための全無線部の成分
毎の重み係数とを記憶し、前記補間手段は、現在のｋ個のシンボル中の前記１シン
ボルの期間内に、現在のｋ個のシンボル中の残りのｋ−
１個のシンボルに対する重み係数を補間し、次のシンボ
ル期間内に過去のｋ個のシンボル中のｋ−１個のシンボ
ル分の前記他の指向性パターンを形成するための全無線
部の成分毎の重み係数を補間することを特徴とする請求
項１記載のアダプティブアレイ装置。
【請求項３】前記１つの指向性パターンと前記他の指
向性パターンとは、同一周波数を同一時刻に使用する異
なる移動無線機に対応することを特徴とする請求項２記
載のアダプティブアレイ装置。
【請求項４】前記１つの指向性パターンと前記他の指
向性パターンとは、特定の移動無線機からの到来する直
接波と間接波に対応することを特徴とする請求項２記載
のアダプティブアレイ装置。
【請求項５】前記重み係数計算手段および前記補間手
段は、プログラマブルなディジタル信号処理用プロセッ
サであることを特徴とする請求項１から４に記載の何れ
かのアダプティブアレイ装置。