JP3405111B2 - アレーアンテナの制御方法及び装置 - Google Patents
アレーアンテナの制御方法及び装置Info
- Publication number
- JP3405111B2 JP3405111B2 JP04287797A JP4287797A JP3405111B2 JP 3405111 B2 JP3405111 B2 JP 3405111B2 JP 04287797 A JP04287797 A JP 04287797A JP 4287797 A JP4287797 A JP 4287797A JP 3405111 B2 JP3405111 B2 JP 3405111B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- antenna
- calculating
- burst
- phase difference
- output
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 29
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 claims description 41
- 238000012935 Averaging Methods 0.000 claims description 12
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 13
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 8
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 4
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 4
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 4
- 238000012417 linear regression Methods 0.000 description 3
- 230000002194 synthesizing effect Effects 0.000 description 3
- 230000003044 adaptive effect Effects 0.000 description 2
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 2
- 230000005284 excitation Effects 0.000 description 2
- 238000010295 mobile communication Methods 0.000 description 2
- 238000005070 sampling Methods 0.000 description 2
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 2
- 241000053227 Themus Species 0.000 description 1
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 1
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 description 1
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 1
- 230000003111 delayed effect Effects 0.000 description 1
- 230000002349 favourable effect Effects 0.000 description 1
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 1
- 238000002945 steepest descent method Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
- H01Q3/00—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system
- H01Q3/26—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system varying the relative phase or relative amplitude of energisation between two or more active radiating elements; varying the distribution of energy across a radiating aperture
- H01Q3/2605—Array of radiating elements provided with a feedback control over the element weights, e.g. adaptive arrays
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
- G01S3/00—Direction-finders for determining the direction from which infrasonic, sonic, ultrasonic, or electromagnetic waves, or particle emission, not having a directional significance, are being received
- G01S3/02—Direction-finders for determining the direction from which infrasonic, sonic, ultrasonic, or electromagnetic waves, or particle emission, not having a directional significance, are being received using radio waves
- G01S3/14—Systems for determining direction or deviation from predetermined direction
- G01S3/46—Systems for determining direction or deviation from predetermined direction using antennas spaced apart and measuring phase or time difference between signals therefrom, i.e. path-difference systems
- G01S3/48—Systems for determining direction or deviation from predetermined direction using antennas spaced apart and measuring phase or time difference between signals therefrom, i.e. path-difference systems the waves arriving at the antennas being continuous or intermittent and the phase difference of signals derived therefrom being measured
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
- G01S3/00—Direction-finders for determining the direction from which infrasonic, sonic, ultrasonic, or electromagnetic waves, or particle emission, not having a directional significance, are being received
- G01S3/02—Direction-finders for determining the direction from which infrasonic, sonic, ultrasonic, or electromagnetic waves, or particle emission, not having a directional significance, are being received using radio waves
- G01S3/74—Multi-channel systems specially adapted for direction-finding, i.e. having a single antenna system capable of giving simultaneous indications of the directions of different signals
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
- H01Q3/00—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system
- H01Q3/26—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system varying the relative phase or relative amplitude of energisation between two or more active radiating elements; varying the distribution of energy across a radiating aperture
- H01Q3/2605—Array of radiating elements provided with a feedback control over the element weights, e.g. adaptive arrays
- H01Q3/2652—Self-phasing arrays
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Radar, Positioning & Navigation (AREA)
- Remote Sensing (AREA)
- Variable-Direction Aerials And Aerial Arrays (AREA)
- Radio Transmission System (AREA)
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、各種無線通信に使
用されるアレーアンテナの制御方法及び装置に関し、特
に、ＴＤＭＡバースト波の到来角度を推定する新規な方
法を採用したアレーアンテナの制御方法及び装置に関す
る。
用されるアレーアンテナの制御方法及び装置に関し、特
に、ＴＤＭＡバースト波の到来角度を推定する新規な方
法を採用したアレーアンテナの制御方法及び装置に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】アレーアンテナは、所定の位置に配置し
た複数のアンテナ素子から成るアンテナであり、それぞ
れの素子の励振を制御することによって、ある方向にの
み強い指向性を持たせたり逆にある方向からの信号に対
して感度をヌルとさせることができる。また、このアレ
ーアンテナを受信アンテナとして用いた場合、配置され
ている各アンテナ素子の物理的な位置の違いによって受
信した平面波の位相が異なってくるため、その位相差を
検出して信号の到来方向を推定することが可能である。
た複数のアンテナ素子から成るアンテナであり、それぞ
れの素子の励振を制御することによって、ある方向にの
み強い指向性を持たせたり逆にある方向からの信号に対
して感度をヌルとさせることができる。また、このアレ
ーアンテナを受信アンテナとして用いた場合、配置され
ている各アンテナ素子の物理的な位置の違いによって受
信した平面波の位相が異なってくるため、その位相差を
検出して信号の到来方向を推定することが可能である。
【０００３】このようなアレーアンテナのアンテナ素子
の励振を適応的に制御して、干渉除去等のための空間フ
ィルタに利用しようとする制御アルゴリズムは、従来よ
り多数提案されている。これらアレーアンテナ制御アル
ゴリズムは、どのような事前情報を必要とするかによっ
て分類することができるが、推定した信号波到来方向を
参照信号として用いる制御アルゴリズムの１つとして、
ＨＡ（Ｈｏｗｅｌｌｓ−Ａｐｐｌｅｂａｕｍ）アルゴリ
ズムがある。このアルゴリズムは、例えば「アダプティ
ブアンテナ理論の進展と今後の展望」、小川・菊間、電
子情報通信学会論文誌、Ｂ−ＩＩ Ｖｏｌ．Ｊ７５−Ｂ
−ＩＩ Ｎｏ．１１ １９９２年１１月に詳しく説明さ
れている。
の励振を適応的に制御して、干渉除去等のための空間フ
ィルタに利用しようとする制御アルゴリズムは、従来よ
り多数提案されている。これらアレーアンテナ制御アル
ゴリズムは、どのような事前情報を必要とするかによっ
て分類することができるが、推定した信号波到来方向を
参照信号として用いる制御アルゴリズムの１つとして、
ＨＡ（Ｈｏｗｅｌｌｓ−Ａｐｐｌｅｂａｕｍ）アルゴリ
ズムがある。このアルゴリズムは、例えば「アダプティ
ブアンテナ理論の進展と今後の展望」、小川・菊間、電
子情報通信学会論文誌、Ｂ−ＩＩ Ｖｏｌ．Ｊ７５−Ｂ
−ＩＩ Ｎｏ．１１ １９９２年１１月に詳しく説明さ
れている。
【０００４】ＨＡアルゴリズムは、希望波の信号到来角
度を目標参照値として必要とするアルゴリズムであり、
最適重み係数Ｗopt は、次のように表わされる。 Ｗopt=Ｒxx -1Ｓ* 又は Ｗopt=Ｒuu -1Ｓ* （数式１） ここで、希望波をＸs （ｔ）、干渉波をＸi （ｔ）、雑
音をＸn （ｔ）とし、それぞれ列ベクトルで表わすもの
とすると、 Ｒxx＝Ｅ［｛Ｘs （ｔ）＋Ｘi （ｔ）＋Ｘn （ｔ）｝* ｛Ｘs （ｔ） ＋Ｘi （ｔ）＋Ｘn （ｔ）｝T ］ Ｒuu＝Ｅ［｛Ｘi （ｔ）＋Ｘn （ｔ）｝* ｛Ｘi （ｔ） ＋Ｘn （ｔ）｝T ］ （数式２） と表わされ、これらは信号波共分散行列である。また、
Ｓはステアリングベクトルといわれ、基準素子に対する
各素子の受信信号の相対位相を示し、例えば、等間隔の
１次元アレーの場合では、 Ｓ＝［ｓ1 ｓ2 ・・・ ｓm ］T ｓn ＝２（ｍ−１）πｄ ｓｉｎθ／λ （数式３） と表わされる。ここで、ｄは素子間隔、λは受信波の波
長、θは到来角度である。さらに、T が転置、* が複素
共役、Ｅ［ ］が期待値（アンサンブル平均）を表わ
す。
度を目標参照値として必要とするアルゴリズムであり、
最適重み係数Ｗopt は、次のように表わされる。 Ｗopt=Ｒxx -1Ｓ* 又は Ｗopt=Ｒuu -1Ｓ* （数式１） ここで、希望波をＸs （ｔ）、干渉波をＸi （ｔ）、雑
音をＸn （ｔ）とし、それぞれ列ベクトルで表わすもの
とすると、 Ｒxx＝Ｅ［｛Ｘs （ｔ）＋Ｘi （ｔ）＋Ｘn （ｔ）｝* ｛Ｘs （ｔ） ＋Ｘi （ｔ）＋Ｘn （ｔ）｝T ］ Ｒuu＝Ｅ［｛Ｘi （ｔ）＋Ｘn （ｔ）｝* ｛Ｘi （ｔ） ＋Ｘn （ｔ）｝T ］ （数式２） と表わされ、これらは信号波共分散行列である。また、
Ｓはステアリングベクトルといわれ、基準素子に対する
各素子の受信信号の相対位相を示し、例えば、等間隔の
１次元アレーの場合では、 Ｓ＝［ｓ1 ｓ2 ・・・ ｓm ］T ｓn ＝２（ｍ−１）πｄ ｓｉｎθ／λ （数式３） と表わされる。ここで、ｄは素子間隔、λは受信波の波
長、θは到来角度である。さらに、T が転置、* が複素
共役、Ｅ［ ］が期待値（アンサンブル平均）を表わ
す。
【０００５】ＨＡアルゴリズムは、このような逆行列を
含む計算を行って直接最適重みを求める方法と、最急降
下法などを用いた漸近的解法があるが、アレーアンテナ
のリアルタイム制御を行うには、直接解法が望ましい。
これは、漸近的な方法では、その収束速度が電波環境の
影響を受けるが、直接解法によれば、そのような問題が
避けられるからである。しかし、逆行列計算に伴う計算
機への負荷がかなり大きくなってしまう。
含む計算を行って直接最適重みを求める方法と、最急降
下法などを用いた漸近的解法があるが、アレーアンテナ
のリアルタイム制御を行うには、直接解法が望ましい。
これは、漸近的な方法では、その収束速度が電波環境の
影響を受けるが、直接解法によれば、そのような問題が
避けられるからである。しかし、逆行列計算に伴う計算
機への負荷がかなり大きくなってしまう。
【０００６】アレーアンテナ制御にＨＡアルゴリズムを
採用すると、信号到来角度を推定することが必要とな
る。信号到来角度推定を行う方法は種々存在するが、そ
の１つに、ＭＵＳＩＣがある。このＭＵＳＩＣアルゴリ
ズムは、Ｒxxの最小の固有値に対応する固有ベクトルが
Ｓ* と直交することを利用して信号到来角度を精度良く
推定するものであり、例えば「Ｈｉｇｈ−Ｒｅｓｏｌｕ
ｔｉｏｎ Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ ｉｎ Ｓｉｇｎａｌ
Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ａｎｔｅｎｎａ」、Ｙ．Ｏｇ
ａｗａ、Ｎ．Ｎｉｋｕｍａ、ＩＥＩＣＥ Ｔｒａｎｓａ
ｃｔｉｏｎｓ ｏｎ Ｃｏｍｍｕｎ． ｖｏｌ．Ｅ７８
−Ｂ Ｎｏ．１１ Ｎｏｖ．１９９５に詳しく説明され
ている。
採用すると、信号到来角度を推定することが必要とな
る。信号到来角度推定を行う方法は種々存在するが、そ
の１つに、ＭＵＳＩＣがある。このＭＵＳＩＣアルゴリ
ズムは、Ｒxxの最小の固有値に対応する固有ベクトルが
Ｓ* と直交することを利用して信号到来角度を精度良く
推定するものであり、例えば「Ｈｉｇｈ−Ｒｅｓｏｌｕ
ｔｉｏｎ Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ ｉｎ Ｓｉｇｎａｌ
Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ａｎｔｅｎｎａ」、Ｙ．Ｏｇ
ａｗａ、Ｎ．Ｎｉｋｕｍａ、ＩＥＩＣＥ Ｔｒａｎｓａ
ｃｔｉｏｎｓ ｏｎ Ｃｏｍｍｕｎ． ｖｏｌ．Ｅ７８
−Ｂ Ｎｏ．１１ Ｎｏｖ．１９９５に詳しく説明され
ている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ＭＵＳ
ＩＣアルゴリズムは、共分散行列の固有値分解など、計
算機への負荷が非常に大きい計算を必要とし複雑であ
る。このアルゴリズムにより求めた信号波到来方向は、
良好な条件下では高い精度で得られるが、移動体通信へ
の応用を前提としたアレーアンテナの制御には、実用
上、それほど高い精度を必要としない。
ＩＣアルゴリズムは、共分散行列の固有値分解など、計
算機への負荷が非常に大きい計算を必要とし複雑であ
る。このアルゴリズムにより求めた信号波到来方向は、
良好な条件下では高い精度で得られるが、移動体通信へ
の応用を前提としたアレーアンテナの制御には、実用
上、それほど高い精度を必要としない。
【０００８】以上のような点を考慮すると、精度を多少
犠牲にしても、簡単な計算で信号波到来方向を推定し、
その方向に対する最適な重み係数の算出を高速化するこ
とに計算機の能力を用いることが望ましいといえる。
犠牲にしても、簡単な計算で信号波到来方向を推定し、
その方向に対する最適な重み係数の算出を高速化するこ
とに計算機の能力を用いることが望ましいといえる。
【０００９】従って本発明の目的は、希望波がＴＤＭＡ
バーストのような断続的な信号であり、かつ干渉波や方
向性雑音が存在していても、簡単な方法で希望波の到来
角度を推定し、その結果に基づいて環境に応じたアレー
アンテナの適応制御を行うことができるアレーアンテナ
の制御方法及び装置を提供することにある。
バーストのような断続的な信号であり、かつ干渉波や方
向性雑音が存在していても、簡単な方法で希望波の到来
角度を推定し、その結果に基づいて環境に応じたアレー
アンテナの適応制御を行うことができるアレーアンテナ
の制御方法及び装置を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明の制御方法によれ
ば、ＴＤＭＡ方式によるバースト信号を複数のアンテナ
素子で受信して得たアンテナ出力から信号到来角度を推
定し、推定して得た信号到来角度を参照して重み係数を
算出し、算出した重み係数を上述のアンテナ出力にそれ
ぞれ乗算し、これら乗算結果を合成することによって受
信出力を得るようにした場合に、信号到来角度の推定
が、バーストの存在する時間区間における２つのアンテ
ナ素子のアンテナ出力間の位相差と、バーストの存在し
ない時間区間における２つのアンテナのアンテナ素子出
力間の位相差との差を求めて行われる。
ば、ＴＤＭＡ方式によるバースト信号を複数のアンテナ
素子で受信して得たアンテナ出力から信号到来角度を推
定し、推定して得た信号到来角度を参照して重み係数を
算出し、算出した重み係数を上述のアンテナ出力にそれ
ぞれ乗算し、これら乗算結果を合成することによって受
信出力を得るようにした場合に、信号到来角度の推定
が、バーストの存在する時間区間における２つのアンテ
ナ素子のアンテナ出力間の位相差と、バーストの存在し
ない時間区間における２つのアンテナのアンテナ素子出
力間の位相差との差を求めて行われる。
【００１１】前述したように、例えばＨＡ法は、信号波
到来角度を参照して制御を行うので信号そのものを参照
信号としない。このため、参照信号を復元したり、推定
したりする機構を必要としない。しかしながら、信号波
の到来方向を推定する方法が必要となる。本発明では、
この到来方向推定を行うに当って、断続的なＴＤＭＡバ
ースト信号の、バースト間隔、即ち、信号波が存在しな
い状態における情報をも積極的に利用することによって
計算機負荷の軽い方法を提供するものである。推定され
た到来方向は、例えばＨＡ法による制御装置の基準信号
として用いられ、到来方向推定への計算機負荷を軽減し
た分、計算機の能力を、アレーアンテナ制御のための重
み係数算出に用いる。結果としてＴＤＭＡシステムに適
した高速なアレーアンテナの制御方法が得られる。
到来角度を参照して制御を行うので信号そのものを参照
信号としない。このため、参照信号を復元したり、推定
したりする機構を必要としない。しかしながら、信号波
の到来方向を推定する方法が必要となる。本発明では、
この到来方向推定を行うに当って、断続的なＴＤＭＡバ
ースト信号の、バースト間隔、即ち、信号波が存在しな
い状態における情報をも積極的に利用することによって
計算機負荷の軽い方法を提供するものである。推定され
た到来方向は、例えばＨＡ法による制御装置の基準信号
として用いられ、到来方向推定への計算機負荷を軽減し
た分、計算機の能力を、アレーアンテナ制御のための重
み係数算出に用いる。結果としてＴＤＭＡシステムに適
した高速なアレーアンテナの制御方法が得られる。
【００１２】また、本発明によれば、ＴＤＭＡ方式によ
るバースト信号を複数のアンテナ素子で受信して得たア
ンテナ出力から信号到来角度を推定する推定手段と、推
定手段によって得られた信号到来角度を参照して重み係
数を算出する算出手段と、算出手段から得られた重み係
数をアンテナ出力にそれぞれ乗算する乗算手段と、これ
ら乗算手段の出力を合成する合成手段とを備えたアレー
アンテナの制御装置であって、推定手段が、バーストの
存在する時間区間における２つのアンテナ素子のアンテ
ナ出力間の位相差を求める第１の計算手段と、バースト
の存在しない時間区間における２つのアンテナ素子のア
ンテナ出力間の位相差を求める第２の計算手段と、第１
及び第２の計算手段からそれぞれ得られる位相差の差を
計算する第３の計算手段とを含んでいるアレーアンテナ
の制御装置が提供される。
るバースト信号を複数のアンテナ素子で受信して得たア
ンテナ出力から信号到来角度を推定する推定手段と、推
定手段によって得られた信号到来角度を参照して重み係
数を算出する算出手段と、算出手段から得られた重み係
数をアンテナ出力にそれぞれ乗算する乗算手段と、これ
ら乗算手段の出力を合成する合成手段とを備えたアレー
アンテナの制御装置であって、推定手段が、バーストの
存在する時間区間における２つのアンテナ素子のアンテ
ナ出力間の位相差を求める第１の計算手段と、バースト
の存在しない時間区間における２つのアンテナ素子のア
ンテナ出力間の位相差を求める第２の計算手段と、第１
及び第２の計算手段からそれぞれ得られる位相差の差を
計算する第３の計算手段とを含んでいるアレーアンテナ
の制御装置が提供される。
【００１３】第１の計算手段がバーストの存在する時間
区間における位相差の時間平均値を計算する手段であ
り、第２の計算手段がバーストの存在しない時間区間に
おける位相差の時間平均値を計算する手段であることが
好ましい。
区間における位相差の時間平均値を計算する手段であ
り、第２の計算手段がバーストの存在しない時間区間に
おける位相差の時間平均値を計算する手段であることが
好ましい。
【００１４】また、第３の計算手段が、第１及び第２の
計算手段から得られる少なくとも一方の位相差を一時的
に記憶するメモリと、メモリに記憶された位相差と第１
又は第２の計算手段から得られる他方の位相差との差を
計算する手段とを含んでいることも好ましい。
計算手段から得られる少なくとも一方の位相差を一時的
に記憶するメモリと、メモリに記憶された位相差と第１
又は第２の計算手段から得られる他方の位相差との差を
計算する手段とを含んでいることも好ましい。
【００１５】本発明の実施態様によれば、第１の計算手
段が、バーストの存在する時間区間における基準アンテ
ナ素子の出力の複素共役信号Ｘ0 *と基準アンテナ素子に
隣接する隣接アンテナ素子の出力Ｘ1 との積Ｘ0 *Ｘ1 を
計算する手段であり、第２の計算手段が、バーストの存
在しない時間区間における基準アンテナ素子の出力の複
素共役信号Ｘ0 *と基準アンテナ素子に隣接する隣接アン
テナ素子の出力Ｘ1 との積Ｘ0 *Ｘ1 を計算する手段であ
る。
段が、バーストの存在する時間区間における基準アンテ
ナ素子の出力の複素共役信号Ｘ0 *と基準アンテナ素子に
隣接する隣接アンテナ素子の出力Ｘ1 との積Ｘ0 *Ｘ1 を
計算する手段であり、第２の計算手段が、バーストの存
在しない時間区間における基準アンテナ素子の出力の複
素共役信号Ｘ0 *と基準アンテナ素子に隣接する隣接アン
テナ素子の出力Ｘ1 との積Ｘ0 *Ｘ1 を計算する手段であ
る。
【００１６】この場合、ｄを基準アンテナ素子及び隣接
アンテナ素子間の距離、ωを搬送波角周波数、φを変調
位相と初期位相との和、Ａを振幅とし、添字D 及びI が
それぞれ希望波及び干渉波であることを示すものとする
と、第１の計算手段が、
アンテナ素子間の距離、ωを搬送波角周波数、φを変調
位相と初期位相との和、Ａを振幅とし、添字D 及びI が
それぞれ希望波及び干渉波であることを示すものとする
と、第１の計算手段が、
【数３】
を計算する手段であり、第２の計算手段が、
【数４】
を計算する手段であるかもしれない。
【００１７】さらに、本発明によれば、ＴＤＭＡ方式に
よるバースト信号を複数のアンテナ素子で受信して得た
アンテナ出力から信号到来角度を推定する推定手段と、
推定手段によって得られた信号到来角度を参照して重み
係数を算出する算出手段と、算出手段から得られた重み
係数をアンテナ出力にそれぞれ乗算する乗算手段と、乗
算手段の出力を合成する合成手段とを備えたアレーアン
テナの制御装置であって、推定手段が、２つのアンテナ
素子のアンテナ出力間の位相差を求める位相差検出手段
と、バーストの存在する時間区間及びバーストの存在し
ない時間区間における位相差検出手段から得られる位相
差の時間平均値をそれぞれ計算する時間平均計算手段
と、時間平均計算手段から得られるバーストの存在する
時間区間及びバーストの存在しない時間区間における位
相差の時間平均値の差を計算する引き算手段とを含んで
いるアレーアンテナの制御装置が提供される。
よるバースト信号を複数のアンテナ素子で受信して得た
アンテナ出力から信号到来角度を推定する推定手段と、
推定手段によって得られた信号到来角度を参照して重み
係数を算出する算出手段と、算出手段から得られた重み
係数をアンテナ出力にそれぞれ乗算する乗算手段と、乗
算手段の出力を合成する合成手段とを備えたアレーアン
テナの制御装置であって、推定手段が、２つのアンテナ
素子のアンテナ出力間の位相差を求める位相差検出手段
と、バーストの存在する時間区間及びバーストの存在し
ない時間区間における位相差検出手段から得られる位相
差の時間平均値をそれぞれ計算する時間平均計算手段
と、時間平均計算手段から得られるバーストの存在する
時間区間及びバーストの存在しない時間区間における位
相差の時間平均値の差を計算する引き算手段とを含んで
いるアレーアンテナの制御装置が提供される。
【００１８】以上述べた本発明の制御装置が、アンテナ
素子から得られるアンテナ出力からＴＤＭＡスロットタ
イミングを検出するスロットタイミング検出手段をさら
に備えており、スロットタイミング検出手段から得られ
たＴＤＭＡスロットタイミングを用いて、バーストの存
在する時間区間及びバーストの存在しない時間区間を判
別するように構成されていることが好ましい。
素子から得られるアンテナ出力からＴＤＭＡスロットタ
イミングを検出するスロットタイミング検出手段をさら
に備えており、スロットタイミング検出手段から得られ
たＴＤＭＡスロットタイミングを用いて、バーストの存
在する時間区間及びバーストの存在しない時間区間を判
別するように構成されていることが好ましい。
【００１９】また、推定手段が、等しい素子間隔を有す
る複数組の２つのアンテナ素子に関する位相差から信号
到来角度を推定し、該推定した複数の信号到来角度の空
間的な平均を求める空間平均手段、又は互いに異なる素
子間隔を有する複数組の２つのアンテナ素子に関する位
相差から信号到来角度を推定し、該推定した複数の信号
到来角度の空間的な平均を求める空間平均手段を含んで
いることも好ましい。後者の空間平均手段の場合、得ら
れる全ての種類の素子間隔において、検出された位相差
の情報を全て用い素子間隔と対応する位相差との関係を
示す線形回帰直線を求めている。この回帰直線は、得ら
れた全ての素子間隔の位相差情報によって、それぞれ単
独で得た情報を補正した値の集合と見ることができるの
で、このように構成することにより、Ｓ／Ｎ比の劣化に
伴う位相差検出精度の劣化が改善でき、信号到来角度の
推定精度を大幅に高めることができる。
る複数組の２つのアンテナ素子に関する位相差から信号
到来角度を推定し、該推定した複数の信号到来角度の空
間的な平均を求める空間平均手段、又は互いに異なる素
子間隔を有する複数組の２つのアンテナ素子に関する位
相差から信号到来角度を推定し、該推定した複数の信号
到来角度の空間的な平均を求める空間平均手段を含んで
いることも好ましい。後者の空間平均手段の場合、得ら
れる全ての種類の素子間隔において、検出された位相差
の情報を全て用い素子間隔と対応する位相差との関係を
示す線形回帰直線を求めている。この回帰直線は、得ら
れた全ての素子間隔の位相差情報によって、それぞれ単
独で得た情報を補正した値の集合と見ることができるの
で、このように構成することにより、Ｓ／Ｎ比の劣化に
伴う位相差検出精度の劣化が改善でき、信号到来角度の
推定精度を大幅に高めることができる。
【００２０】推定手段の出力とフィードバック値との和
を算出する加算手段と、加算手段から得られる和を遅延
する遅延手段と、遅延手段の出力と所定の定数との積を
算出し、フィードバック値として出力する乗算手段とを
さらに備えており、加算手段から得られる和を推定した
信号到来角度として出力するように構成することも好ま
しい。このように構成することによって、バースト信号
を受信できなかった時に、過去に推定した信号到来角度
情報を用いて信号到来角度の推定が可能となる。
を算出する加算手段と、加算手段から得られる和を遅延
する遅延手段と、遅延手段の出力と所定の定数との積を
算出し、フィードバック値として出力する乗算手段とを
さらに備えており、加算手段から得られる和を推定した
信号到来角度として出力するように構成することも好ま
しい。このように構成することによって、バースト信号
を受信できなかった時に、過去に推定した信号到来角度
情報を用いて信号到来角度の推定が可能となる。
【００２１】
【発明の実施の形態】以下、本発明によるアレーアンテ
ナの制御装置の構成について実施形態により詳細に説明
する。本発明によるアレーアンテナの制御装置は、２次
元アレーアンテナにも適用可能であるが、以下に示す実
施形態においては説明を簡単にするため、１次元アレー
アンテナ（等間隔線形アレーアンテナ）へ適用した場合
を示す。
ナの制御装置の構成について実施形態により詳細に説明
する。本発明によるアレーアンテナの制御装置は、２次
元アレーアンテナにも適用可能であるが、以下に示す実
施形態においては説明を簡単にするため、１次元アレー
アンテナ（等間隔線形アレーアンテナ）へ適用した場合
を示す。
【００２２】図１は、本発明の一実施形態として、複数
のアンテナ素子１０−１〜１０−ｍからなるアレーアン
テナ１０を制御するための制御装置の構成を概略的に示
すブロック図である。同図において、１１−１〜１１−
ｍはアンテナ素子１０−１〜１０−ｍからのアナログ出
力をディジタル信号に変換するアナログ／ディジタル変
換器、１２はアナログ／ディジタル変換器１１−１〜１
１−ｍの出力について複素信号を形成する複素信号化回
路、１３−１〜１３−ｍは複素信号化回路１２の各出力
に重み係数を乗算する乗算器、１４は乗算器１３−１〜
１３−ｍの出力を合成する足し算器、１６はバーストタ
イミング検出回路、１７は信号到来角度推定回路、１８
はバースト断時用到来角度推定回路、１９は重み係数を
算出する重み係数計算回路をそれぞれ示している。
のアンテナ素子１０−１〜１０−ｍからなるアレーアン
テナ１０を制御するための制御装置の構成を概略的に示
すブロック図である。同図において、１１−１〜１１−
ｍはアンテナ素子１０−１〜１０−ｍからのアナログ出
力をディジタル信号に変換するアナログ／ディジタル変
換器、１２はアナログ／ディジタル変換器１１−１〜１
１−ｍの出力について複素信号を形成する複素信号化回
路、１３−１〜１３−ｍは複素信号化回路１２の各出力
に重み係数を乗算する乗算器、１４は乗算器１３−１〜
１３−ｍの出力を合成する足し算器、１６はバーストタ
イミング検出回路、１７は信号到来角度推定回路、１８
はバースト断時用到来角度推定回路、１９は重み係数を
算出する重み係数計算回路をそれぞれ示している。
【００２３】各アンテナ素子１０−１〜１０−ｍからの
出力は、素子毎のアナログ／ディジタル変換器１１−１
〜１１−ｍにより、所定のサンプリング速度でサンプリ
ングされ、ディジタル信号に変換された後、複素信号化
回路１２によって、直交成分に分離され、複素信号に構
成される。各複素信号には乗算器１３−１〜１３−ｍに
おいて対応する重み係数が乗算され、各アンテナ素子に
対応するそれら乗算結果は、足し算器１４により合成さ
れる。
出力は、素子毎のアナログ／ディジタル変換器１１−１
〜１１−ｍにより、所定のサンプリング速度でサンプリ
ングされ、ディジタル信号に変換された後、複素信号化
回路１２によって、直交成分に分離され、複素信号に構
成される。各複素信号には乗算器１３−１〜１３−ｍに
おいて対応する重み係数が乗算され、各アンテナ素子に
対応するそれら乗算結果は、足し算器１４により合成さ
れる。
【００２４】一方、アンテナ素子１０−１を基準アンテ
ナ素子と仮定すると、この基準アンテナ素子１０−１の
アンテナ出力は、バーストタイミング検出回路１６に入
力されてバーストタイミングが検出される。このバース
トタイミング検出回路１６により検出されたバーストタ
イミングは、信号波到来角度推定回路１７に供給され
る。到来角度推定回路１７には、さらに、各アンテナ素
子からのアンテナ出力もアナログ／ディジタル変換器１
１−１〜１１−ｍ及び複素信号化回路１２を介して供給
される。
ナ素子と仮定すると、この基準アンテナ素子１０−１の
アンテナ出力は、バーストタイミング検出回路１６に入
力されてバーストタイミングが検出される。このバース
トタイミング検出回路１６により検出されたバーストタ
イミングは、信号波到来角度推定回路１７に供給され
る。到来角度推定回路１７には、さらに、各アンテナ素
子からのアンテナ出力もアナログ／ディジタル変換器１
１−１〜１１−ｍ及び複素信号化回路１２を介して供給
される。
【００２５】到来角度推定回路１７の出力は、バースト
断時用到来角度推定回路１８へ供給され、バーストを受
信できなかったときの到来方向の推定が行われる。バー
ストを受信できなかったときとは、このアレーアンテナ
が移動体端末等に設置されて移動中に一時的に物体によ
る遮蔽を受けてバーストが受信できないことを指してい
る。バースト断時用到来角度推定回路１８は、バースト
を受信できなかった時間の到来方向を過去の履歴から推
定するものであり、その構成については後述する。
断時用到来角度推定回路１８へ供給され、バーストを受
信できなかったときの到来方向の推定が行われる。バー
ストを受信できなかったときとは、このアレーアンテナ
が移動体端末等に設置されて移動中に一時的に物体によ
る遮蔽を受けてバーストが受信できないことを指してい
る。バースト断時用到来角度推定回路１８は、バースト
を受信できなかった時間の到来方向を過去の履歴から推
定するものであり、その構成については後述する。
【００２６】到来角度推定回路１７においては、後述す
るように、到来方向推定の結果を得るために１バースト
の信号と信号の存在しない１バースト間隔とが最低限必
要となる。従って、到来方向の出力周期は、１バースト
長と１バースト間隔との和となる。推定された到来角度
に関する出力は、ＨＡアルゴリズムを適用した重み係数
計算回路１９に供給され、重み係数が計算される。ここ
で、到来方向の推定結果が重み係数計算回路１９に供給
される時間間隔は、到来角度推定回路１７の出力周期に
等しく、バースト長とバースト間隔との和となる。従っ
て、重み係数計算回路１９はサンプリング周期に等しい
周期で重み係数を出力するが、その更新は、同様にバー
スト長とバースト間隔との和となり、これを周期として
重み係数の保持と更新を繰り返す。
るように、到来方向推定の結果を得るために１バースト
の信号と信号の存在しない１バースト間隔とが最低限必
要となる。従って、到来方向の出力周期は、１バースト
長と１バースト間隔との和となる。推定された到来角度
に関する出力は、ＨＡアルゴリズムを適用した重み係数
計算回路１９に供給され、重み係数が計算される。ここ
で、到来方向の推定結果が重み係数計算回路１９に供給
される時間間隔は、到来角度推定回路１７の出力周期に
等しく、バースト長とバースト間隔との和となる。従っ
て、重み係数計算回路１９はサンプリング周期に等しい
周期で重み係数を出力するが、その更新は、同様にバー
スト長とバースト間隔との和となり、これを周期として
重み係数の保持と更新を繰り返す。
【００２７】図２は、本実施形態における信号波到来角
度推定回路１７の一構成例を示すブロック図である。同
図において、１７ａはアンテナ素子入力間の位相差を検
出する位相差検出回路、１７ｂは位相差の時間平均値を
算出する時間平均計算回路、１７ｃは位相差の時間平均
値（バーストの存在する時間区間）を記憶するメモリ及
びメモリに記憶されている時間平均値と入力される時間
平均値（バーストの存在しない時間区間）との差を算出
する引き算器からなるメモリ・引き算器、１７ｄは空間
平均回路をそれぞれ示している。
度推定回路１７の一構成例を示すブロック図である。同
図において、１７ａはアンテナ素子入力間の位相差を検
出する位相差検出回路、１７ｂは位相差の時間平均値を
算出する時間平均計算回路、１７ｃは位相差の時間平均
値（バーストの存在する時間区間）を記憶するメモリ及
びメモリに記憶されている時間平均値と入力される時間
平均値（バーストの存在しない時間区間）との差を算出
する引き算器からなるメモリ・引き算器、１７ｄは空間
平均回路をそれぞれ示している。
【００２８】各アンテナ素子に対応するアナログ／ディ
ジタル変換器１１−１〜１１−ｍの出力は複素信号化回
路１２を介して位相差検出回路１７ａに入力され、アン
テナ素子の物理的な位置の違いによって生じる、複数の
アンテナ素子入力間の位相差を、以下のような原理で検
出する。
ジタル変換器１１−１〜１１−ｍの出力は複素信号化回
路１２を介して位相差検出回路１７ａに入力され、アン
テナ素子の物理的な位置の違いによって生じる、複数の
アンテナ素子入力間の位相差を、以下のような原理で検
出する。
【００２９】アレーアンテナのアンテナ素子のうち、あ
る基準素子と、そこから距離ｄだけ離れた隣接素子の各
々の受信信号の位相差は、基準素子の受信信号の複素共
役信号Ｘ0 *と、隣接素子の受信信号Ｘ1 との積で検出す
ることができる。
る基準素子と、そこから距離ｄだけ離れた隣接素子の各
々の受信信号の位相差は、基準素子の受信信号の複素共
役信号Ｘ0 *と、隣接素子の受信信号Ｘ1 との積で検出す
ることができる。
【数５】
ここで、Ａ0 及びＡ1 は基準素子出力信号及び隣接素子
出力信号の振幅、ωは信号の角周波数、φは信号の初期
位相及び変調位相、λは受信波の波長、θは到来角度で
ある。
出力信号の振幅、ωは信号の角周波数、φは信号の初期
位相及び変調位相、λは受信波の波長、θは到来角度で
ある。
【００３０】このように、信号到来方向は、複数のアン
テナ素子の受信信号の位相差を検出することで、比較的
簡単に得られるが、受信信号が希望波だけでなく、干渉
波等の複数の信号からなるとき、このような方法では到
来方向を検出することはできない。従って本実施形態で
は、時間平均計算回路１７ｂ及びメモリ・引き算器１７
ｃで以下のような処理を行っている。
テナ素子の受信信号の位相差を検出することで、比較的
簡単に得られるが、受信信号が希望波だけでなく、干渉
波等の複数の信号からなるとき、このような方法では到
来方向を検出することはできない。従って本実施形態で
は、時間平均計算回路１７ｂ及びメモリ・引き算器１７
ｃで以下のような処理を行っている。
【００３１】位相差検出回路１７ａにより算出された出
力は、時間平均計算回路１７ｂに供給される。この時間
平均計算回路１７ｂには、さらに、バーストタイミング
検出回路１６からバーストタイミング情報も同時に供給
されている。時間平均計算回路１７ｂは、得られたバー
ストタイミング情報から、希望波であるバースト波が存
在していることを知ると、位相差検出回路１７ａの出力
の時間平均値の計算を開始し、バーストタイミング情報
からバースト時間が終了したことを検出すると、その時
点で時間平均値の計算結果を次のメモリ・引き算器１７
ｃに出力する。バースト波が存在している時間では、こ
こで得られる信号位相差は、希望波による位相差と干渉
波による位相差との和となり、基準素子出力の複素共役
信号と隣接素子出力の積は次式で表わされる。
力は、時間平均計算回路１７ｂに供給される。この時間
平均計算回路１７ｂには、さらに、バーストタイミング
検出回路１６からバーストタイミング情報も同時に供給
されている。時間平均計算回路１７ｂは、得られたバー
ストタイミング情報から、希望波であるバースト波が存
在していることを知ると、位相差検出回路１７ａの出力
の時間平均値の計算を開始し、バーストタイミング情報
からバースト時間が終了したことを検出すると、その時
点で時間平均値の計算結果を次のメモリ・引き算器１７
ｃに出力する。バースト波が存在している時間では、こ
こで得られる信号位相差は、希望波による位相差と干渉
波による位相差との和となり、基準素子出力の複素共役
信号と隣接素子出力の積は次式で表わされる。
【数６】
ここで、ωは搬送波角周波数、φは変調位相と初期位相
の和、Ａは振幅であり、添字D 及びI はそれぞれ希望波
及び干渉波であることを示す。また、αは信号到来角度
に依存する基準素子出力と隣接素子出力との位相差であ
る。従って、αDを検出すれば、希望波到来方向を知る
ことができる。ただし、希望波はＴＤＭＡバースト信
号、干渉波は連続波であるとし、相加白色雑音の項は省
略している。
の和、Ａは振幅であり、添字D 及びI はそれぞれ希望波
及び干渉波であることを示す。また、αは信号到来角度
に依存する基準素子出力と隣接素子出力との位相差であ
る。従って、αDを検出すれば、希望波到来方向を知る
ことができる。ただし、希望波はＴＤＭＡバースト信
号、干渉波は連続波であるとし、相加白色雑音の項は省
略している。
【００３２】この（数式６）において、第２項及び第３
項は、干渉波と希望波のスペクトルが一致しなければ、
低域通過フィルタ又は時間平均計算回路の処理により消
去される。従って、第１項及び第４項のみが残る。
項は、干渉波と希望波のスペクトルが一致しなければ、
低域通過フィルタ又は時間平均計算回路の処理により消
去される。従って、第１項及び第４項のみが残る。
【００３３】バーストタイミング情報からバースト時間
が終了したことを検出すると、前述のごとく時間平均の
計算結果を出力するが、それと共に、それまでの時間平
均処理に寄与している過去の履歴を一度クリアし、新た
に時間平均値の計算を開始する。そして次のバーストが
開始したことをバーストタイミング情報から検出する
と、その時点における時間平均の計算結果を後段のメモ
リ・引き算器１７ｃに出力する。ここで出力される位相
差は、バースト波、即ち希望波が存在していない状態の
ものであるから、希望波以外の信号により生じる位相差
であり、基準素子出力の複素共役信号と隣接素子出力と
の積は次式で表わされる。
が終了したことを検出すると、前述のごとく時間平均の
計算結果を出力するが、それと共に、それまでの時間平
均処理に寄与している過去の履歴を一度クリアし、新た
に時間平均値の計算を開始する。そして次のバーストが
開始したことをバーストタイミング情報から検出する
と、その時点における時間平均の計算結果を後段のメモ
リ・引き算器１７ｃに出力する。ここで出力される位相
差は、バースト波、即ち希望波が存在していない状態の
ものであるから、希望波以外の信号により生じる位相差
であり、基準素子出力の複素共役信号と隣接素子出力と
の積は次式で表わされる。
【数７】
【００３４】メモリ・引き算器１７ｃには、時間平均計
算回路１７ｂと同様にバーストタイミング情報が供給さ
れている。前述したように、前段の時間平均計算回路１
７ｂは、バースト開始時にバーストの存在しない時間区
間における位相差の時間平均値を出力し、バースト終了
時にバーストの存在する時間区間における位相差の時間
平均値を出力し、これらをメモリ・引き算器１７ｃに供
給する。メモリ・引き算器１７ｃはその受け取った出力
がバースト終了時の時間平均値出力（バーストの存在す
る時間区間における位相差の時間平均値）であることを
バーストタイミングから知ると、その出力を一度メモリ
に記憶する。そして、次の時間平均値出力が得られたと
きその出力はバースト開始時に出力されたもの（バース
トの存在しない時間区間における位相差の時間平均値）
であり、引き算器において、メモリに記憶していた値か
ら新たに得られた値を引きその差を出力する。このこと
は、結局、（数式７）から（数式８）を引いていること
になるので、希望波の位相差のみが検出できることとな
る。
算回路１７ｂと同様にバーストタイミング情報が供給さ
れている。前述したように、前段の時間平均計算回路１
７ｂは、バースト開始時にバーストの存在しない時間区
間における位相差の時間平均値を出力し、バースト終了
時にバーストの存在する時間区間における位相差の時間
平均値を出力し、これらをメモリ・引き算器１７ｃに供
給する。メモリ・引き算器１７ｃはその受け取った出力
がバースト終了時の時間平均値出力（バーストの存在す
る時間区間における位相差の時間平均値）であることを
バーストタイミングから知ると、その出力を一度メモリ
に記憶する。そして、次の時間平均値出力が得られたと
きその出力はバースト開始時に出力されたもの（バース
トの存在しない時間区間における位相差の時間平均値）
であり、引き算器において、メモリに記憶していた値か
ら新たに得られた値を引きその差を出力する。このこと
は、結局、（数式７）から（数式８）を引いていること
になるので、希望波の位相差のみが検出できることとな
る。
【００３５】以上のような原理により推定された信号波
到来角度は、空間平均回路１７ｄに供給される。３つ以
上の素子を有する線形アレーアンテナでは、等間隔素子
ペアが複数組存在するので、それらの等間隔素子ペアに
よって推定された信号波到来角度をこの空間平均回路１
７ｄに入力し、空間的な平均を求める。これによって信
号波到来角度の精度を向上することができる。
到来角度は、空間平均回路１７ｄに供給される。３つ以
上の素子を有する線形アレーアンテナでは、等間隔素子
ペアが複数組存在するので、それらの等間隔素子ペアに
よって推定された信号波到来角度をこの空間平均回路１
７ｄに入力し、空間的な平均を求める。これによって信
号波到来角度の精度を向上することができる。
【００３６】また、最小間隔の素子ペアのみを扱うこと
なく、互いに異なる素子間隔を有する等の取り得る全て
の素子ペアの位相差を信号波到来角度の推定に反映させ
ることも望ましい。
なく、互いに異なる素子間隔を有する等の取り得る全て
の素子ペアの位相差を信号波到来角度の推定に反映させ
ることも望ましい。
【００３７】例えば線形アレーアンテナでは、通常、複
数のアンテナ素子が同一間隔で配置されている。従っ
て、１つのアレーアンテナにおいては、最小素子間隔だ
けでなく、その整数倍の素子間隔も存在し、これら整数
倍の素子ペアにおいてはその物理的位置関係から生じる
位相差も整数倍となっている。即ち、信号位相差は素子
ペアの間隔に対して線形に変化する。従って、空間平均
回路１７ｄにおいて、得られる全ての種類の素子間隔に
ついて検出された位相差の情報を全て用い、素子間隔と
対応する位相差との関係を示す線形回帰直線を求める。
この回帰直線は、得られた全ての素子間隔の位相差情報
によって、それぞれ単独で得た情報を補正した値の集合
と見ることができるので、この手段により、Ｓ／Ｎ比の
劣化に伴う位相差検出精度の劣化が改善できる。
数のアンテナ素子が同一間隔で配置されている。従っ
て、１つのアレーアンテナにおいては、最小素子間隔だ
けでなく、その整数倍の素子間隔も存在し、これら整数
倍の素子ペアにおいてはその物理的位置関係から生じる
位相差も整数倍となっている。即ち、信号位相差は素子
ペアの間隔に対して線形に変化する。従って、空間平均
回路１７ｄにおいて、得られる全ての種類の素子間隔に
ついて検出された位相差の情報を全て用い、素子間隔と
対応する位相差との関係を示す線形回帰直線を求める。
この回帰直線は、得られた全ての素子間隔の位相差情報
によって、それぞれ単独で得た情報を補正した値の集合
と見ることができるので、この手段により、Ｓ／Ｎ比の
劣化に伴う位相差検出精度の劣化が改善できる。
【００３８】図３に示すように素子間隔が半波長の４素
子の線形アレーアンテナの場合を例示して説明すると、
最も短い素子の間隔で３つの位相差情報Ａ、その２倍の
間隔で２つの位相差情報Ｂ、３倍の間隔で１つの位相差
情報Ｃが得られる。この最小間隔で得られた３つの位相
差情報Ａの平均値ＡAVE をとり、また、２倍の素子間隔
の２つの位相差情報Ｂでも同様に平均値ＢAVE をとる。
その結果、３つのデータＡAVE 、ＢAVE 及びＣが得られ
る。これを横軸に素子間隔距離、縦軸に位相差をとった
グラフにプロットすると、図４のごとき線形回帰直線を
描くことができ、この直線上の値が、各素子間隔で個別
に求められた値に対して全ての素子間隔の情報を用いて
補正した値ということになる。このようにして得られ
た、各々の素子間隔における基準素子に対する位相差
が、空間平均回路１７ｄから信号波到来角度の推定値
（ステアリングベクトル）として、ＨＡ法を適用した重
み係数計算回路１９へバースト断時用到来角度推定回路
１８を介して出力されることとなる。
子の線形アレーアンテナの場合を例示して説明すると、
最も短い素子の間隔で３つの位相差情報Ａ、その２倍の
間隔で２つの位相差情報Ｂ、３倍の間隔で１つの位相差
情報Ｃが得られる。この最小間隔で得られた３つの位相
差情報Ａの平均値ＡAVE をとり、また、２倍の素子間隔
の２つの位相差情報Ｂでも同様に平均値ＢAVE をとる。
その結果、３つのデータＡAVE 、ＢAVE 及びＣが得られ
る。これを横軸に素子間隔距離、縦軸に位相差をとった
グラフにプロットすると、図４のごとき線形回帰直線を
描くことができ、この直線上の値が、各素子間隔で個別
に求められた値に対して全ての素子間隔の情報を用いて
補正した値ということになる。このようにして得られ
た、各々の素子間隔における基準素子に対する位相差
が、空間平均回路１７ｄから信号波到来角度の推定値
（ステアリングベクトル）として、ＨＡ法を適用した重
み係数計算回路１９へバースト断時用到来角度推定回路
１８を介して出力されることとなる。
【００３９】図５は、本実施形態におけるバースト断時
用到来角度推定回路１８の一構成例を示すブロック図で
ある。同図において、１８ａは信号波到来角度の推定値
と乗算器１８ｄの出力とを加算する加算器、１８ｂは加
算器１８ａの出力を遅延する時間遅延素子、１８ｃは定
数発生器、１８ｄは定数発生器１８ｃからの定数を時間
遅延素子１８ｂの出力に乗算する乗算器をそれぞれ示し
ている。
用到来角度推定回路１８の一構成例を示すブロック図で
ある。同図において、１８ａは信号波到来角度の推定値
と乗算器１８ｄの出力とを加算する加算器、１８ｂは加
算器１８ａの出力を遅延する時間遅延素子、１８ｃは定
数発生器、１８ｄは定数発生器１８ｃからの定数を時間
遅延素子１８ｂの出力に乗算する乗算器をそれぞれ示し
ている。
【００４０】移動体通信端末にアレーアンテナを設置し
た場合に遮蔽物などにより一時的にバーストが受信でき
なかった際、信号波到来角度の正しい推定が不可能とな
り重み係数が得られないこととなる。このような現象を
避けるため、図５に示すようなフィードバックループを
有するバースト断時用到来角度推定回路１８を設けてい
る。ループに入力する到来角度推定値は、推定値出力間
隔に等しい時間遅延素子１８ｂにより遅延され、定数発
生器１８ｃからの所定の定数が掛け合わされて次の推定
値に加算される。ここで、定数発生器１８ｃからの所定
の定数とは、０から１までの値であり、その値は電波伝
搬環境に応じて調整される。
た場合に遮蔽物などにより一時的にバーストが受信でき
なかった際、信号波到来角度の正しい推定が不可能とな
り重み係数が得られないこととなる。このような現象を
避けるため、図５に示すようなフィードバックループを
有するバースト断時用到来角度推定回路１８を設けてい
る。ループに入力する到来角度推定値は、推定値出力間
隔に等しい時間遅延素子１８ｂにより遅延され、定数発
生器１８ｃからの所定の定数が掛け合わされて次の推定
値に加算される。ここで、定数発生器１８ｃからの所定
の定数とは、０から１までの値であり、その値は電波伝
搬環境に応じて調整される。
【００４１】以上述べた実施形態は全て本発明を例示的
に示すものであって限定的に示すものではなく、本発明
は他の種々の変形態様及び変更態様で実施することがで
きる。従って本発明の範囲は特許請求の範囲及びその均
等範囲によってのみ規定されるものである。
に示すものであって限定的に示すものではなく、本発明
は他の種々の変形態様及び変更態様で実施することがで
きる。従って本発明の範囲は特許請求の範囲及びその均
等範囲によってのみ規定されるものである。
【００４２】
【発明の効果】以上詳細に説明したように本発明によれ
ば、ＴＤＭＡ方式によるバースト信号を複数のアンテナ
素子で受信して得たアンテナ出力から信号到来角度を推
定し、推定して得た信号到来角度を参照して重み係数を
算出し、算出した重み係数を上述のアンテナ出力にそれ
ぞれ乗算し、これら乗算結果を合成することによって受
信出力を得るようにした場合に、信号到来角度の推定
が、バーストの存在する時間区間における２つのアンテ
ナ素子のアンテナ出力間の位相差と、バーストの存在し
ない時間区間における２つのアンテナのアンテナ素子出
力間の位相差との差を求めて行われる。このように本発
明によれば、断続的なＴＤＭＡバースト信号の、バース
ト間隔、即ち、信号波が存在しない状態における情報を
も積極的に利用することによって信号波到来方向推定を
行っているので、計算機負荷を大幅に軽減することがで
きる。また、到来方向推定への計算機負荷を軽減した
分、計算機の能力をアレーアンテナ制御のための重み係
数算出に用いることができ、結果としてＴＤＭＡシステ
ムに適した高速なアレーアンテナの制御が行える。
ば、ＴＤＭＡ方式によるバースト信号を複数のアンテナ
素子で受信して得たアンテナ出力から信号到来角度を推
定し、推定して得た信号到来角度を参照して重み係数を
算出し、算出した重み係数を上述のアンテナ出力にそれ
ぞれ乗算し、これら乗算結果を合成することによって受
信出力を得るようにした場合に、信号到来角度の推定
が、バーストの存在する時間区間における２つのアンテ
ナ素子のアンテナ出力間の位相差と、バーストの存在し
ない時間区間における２つのアンテナのアンテナ素子出
力間の位相差との差を求めて行われる。このように本発
明によれば、断続的なＴＤＭＡバースト信号の、バース
ト間隔、即ち、信号波が存在しない状態における情報を
も積極的に利用することによって信号波到来方向推定を
行っているので、計算機負荷を大幅に軽減することがで
きる。また、到来方向推定への計算機負荷を軽減した
分、計算機の能力をアレーアンテナ制御のための重み係
数算出に用いることができ、結果としてＴＤＭＡシステ
ムに適した高速なアレーアンテナの制御が行える。
【図１】本発明の一実施形態として、複数のアンテナ素
子からなるアレーアンテナを制御するための制御装置の
構成を概略的に示すブロック図である。
子からなるアレーアンテナを制御するための制御装置の
構成を概略的に示すブロック図である。
【図２】図１の実施形態における信号波到来角度推定回
路の一構成例を示すブロック図である。
路の一構成例を示すブロック図である。
【図３】空間平均の概念を説明する図である。
【図４】空間平均の概念を説明する図である。
【図５】図１の実施形態におけるバースト断時用到来角
度推定回路の一構成例を示すブロック図である。
度推定回路の一構成例を示すブロック図である。
１０ アレーアンテナ
１０−１〜１０−ｍ アンテナ素子
１１−１〜１１−ｍ アナログ／ディジタル変換器
１２ 複素信号化回路
１３−１〜１３−ｍ 乗算器
１４ 足し算器
１６ バーストタイミング検出回路
１７ 信号波到来角度推定回路
１８ バースト断時用到来角度推定回路
１９ 重み係数計算回路
１７ａ 位相差検出回路
１７ｂ 時間平均計算回路
１７ｃ メモリ・引き算器
１７ｄ 空間平均回路
１８ａ 加算器
１８ｂ 時間遅延素子
１８ｃ 定数発生器
１８ｄ 乗算器
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(56)参考文献 特開 平５−41607（ＪＰ，Ａ)
特開 平８−316722（ＪＰ，Ａ)
特開 平８−56119（ＪＰ，Ａ)
特開 平５−145454（ＪＰ，Ａ)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
H01Q 3/26
Claims (11)
- 【請求項１】 ＴＤＭＡ方式によるバースト信号を複数
のアンテナ素子で受信して得たアンテナ出力から信号到
来角度を推定し、該推定して得た信号到来角度を参照し
て重み係数を算出し、該算出した重み係数を前記アンテ
ナ出力にそれぞれ乗算し、該乗算結果を合成することに
よって受信出力を得るようにしたアレーアンテナの制御
方法であって、前記信号到来角度の推定が、バーストの
存在する時間区間における２つのアンテナ素子のアンテ
ナ出力間の位相差と、バーストの存在しない時間区間に
おける前記２つのアンテナ素子のアンテナ出力間の位相
差との差を求めて行われることを特徴とするアレーアン
テナの制御方法。 - 【請求項２】 ＴＤＭＡ方式によるバースト信号を複数
のアンテナ素子で受信して得たアンテナ出力から信号到
来角度を推定する推定手段と、該推定手段によって得ら
れた信号到来角度を参照して重み係数を算出する算出手
段と、該算出手段から得られた重み係数を前記アンテナ
出力にそれぞれ乗算する乗算手段と、該乗算手段の出力
を合成する合成手段とを備えたアレーアンテナの制御装
置であって、前記推定手段が、バーストの存在する時間
区間における２つのアンテナ素子のアンテナ出力間の位
相差を求める第１の計算手段と、バーストの存在しない
時間区間における前記２つのアンテナ素子のアンテナ出
力間の位相差を求める第２の計算手段と、該第１及び第
２の計算手段からそれぞれ得られる位相差の差を計算す
る第３の計算手段とを含んでいることを特徴とするアレ
ーアンテナの制御装置。 - 【請求項３】 前記第１の計算手段がバーストの存在す
る時間区間における前記位相差の時間平均値を計算する
手段であり、前記第２の計算手段がバーストの存在しな
い時間区間における前記位相差の時間平均値を計算する
手段であることを特徴とする請求項２に記載の装置。 - 【請求項４】 前記第３の計算手段が、前記第１及び第
２の計算手段から得られる少なくとも一方の位相差を一
時的に記憶するメモリと、該メモリに記憶された位相差
と前記第１又は第２の計算手段から得られる他方の位相
差との差を計算する手段とを含んでいることを特徴とす
る請求項２又は３に記載の装置。 - 【請求項５】 前記第１の計算手段が、バーストの存在
する時間区間における基準アンテナ素子の出力の複素共
役信号Ｘ0 *と該基準アンテナ素子に隣接する隣接アンテ
ナ素子の出力Ｘ1 との積Ｘ0 *Ｘ1 を計算する手段であ
り、前記第２の計算手段が、バーストの存在しない時間
区間における基準アンテナ素子の出力の複素共役信号Ｘ
0 *と該基準アンテナ素子に隣接する隣接アンテナ素子の
出力Ｘ1との積Ｘ0 *Ｘ1 を計算する手段であることを特
徴とする請求項２から４のいずれか１項に記載の装置。 - 【請求項６】 ｄを基準アンテナ素子及び隣接アンテナ
素子間の距離、ωを搬送波角周波数、φを変調位相と初
期位相との和、Ａを振幅とし、添字Ｄ及びＩがそれぞれ
希望波及び干渉波であることを示すものとすると、前記
第１の計算手段が、 【数１】 を計算する手段であり、前記第２の計算手段が、 【数２】 を計算する手段であることを特徴とする請求項５に記載
の装置。 - 【請求項７】 ＴＤＭＡ方式によるバースト信号を複数
のアンテナ素子で受信して得たアンテナ出力から信号到
来角度を推定する推定手段と、該推定手段によって得ら
れた信号到来角度を参照して重み係数を算出する算出手
段と、該算出手段から得られた重み係数を前記アンテナ
出力にそれぞれ乗算する乗算手段と、該乗算手段の出力
を合成する合成手段とを備えたアレーアンテナの制御装
置であって、前記推定手段が、２つのアンテナ素子のア
ンテナ出力間の位相差を求める位相差検出手段と、バー
ストの存在する時間区間及びバーストの存在しない時間
区間における該位相差検出手段から得られる位相差の時
間平均値をそれぞれ計算する時間平均計算手段と、該時
間平均計算手段から得られるバーストの存在する時間区
間及びバーストの存在しない時間区間における位相差の
時間平均値の差を計算する引き算手段とを含んでいるこ
とを特徴とするアレーアンテナの制御装置。 - 【請求項８】 前記アンテナ素子から得られるアンテナ
出力からＴＤＭＡスロットタイミングを検出するスロッ
トタイミング検出手段をさらに備えており、該スロット
タイミング検出手段から得られたＴＤＭＡスロットタイ
ミングを用いて、バーストの存在する時間区間及びバー
ストの存在しない時間区間を判別するように構成されて
いることを特徴とする請求項２から７のいずれか１項に
記載の装置。 - 【請求項９】 前記推定手段が、等しい素子間隔を有す
る複数組の前記２つのアンテナ素子に関する位相差から
信号到来角度を推定し、該推定した複数の信号到来角度
の空間的な平均を求める空間平均手段を含んでいること
を特徴とする請求項２から８のいずれか１項に記載の装
置。 - 【請求項１０】 前記推定手段が、互いに異なる素子間
隔を有する複数組の前記２つのアンテナ素子に関する位
相差を算出し、該算出した複数の位相差の空間的な平均
を求める空間平均手段を含んでいることを特徴とする請
求項２から４、７及び８のいずれか１項に記載の装置。 - 【請求項１１】 前記推定手段の出力とフィードバック
値との和を算出する加算手段と、該加算手段から得られ
る和を遅延する遅延手段と、該遅延手段の出力と所定の
定数との積を算出し、前記フィードバック値として出力
する乗算手段とをさらに備えており、前記加算手段から
得られる和を推定した信号到来角度として出力するよう
に構成したことを特徴とする請求項２から１０のいずれ
か１項に記載の装置。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP04287797A JP3405111B2 (ja) | 1997-02-13 | 1997-02-13 | アレーアンテナの制御方法及び装置 |
| US09/020,540 US5854612A (en) | 1997-02-13 | 1998-02-09 | Method and apparatus for controlling array antenna |
| EP98410009A EP0865099A3 (en) | 1997-02-13 | 1998-02-11 | Method and apparatus for controlling array antenna |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP04287797A JP3405111B2 (ja) | 1997-02-13 | 1997-02-13 | アレーアンテナの制御方法及び装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10229307A JPH10229307A (ja) | 1998-08-25 |
| JP3405111B2 true JP3405111B2 (ja) | 2003-05-12 |
Family
ID=12648280
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP04287797A Expired - Fee Related JP3405111B2 (ja) | 1997-02-13 | 1997-02-13 | アレーアンテナの制御方法及び装置 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5854612A (ja) |
| EP (1) | EP0865099A3 (ja) |
| JP (1) | JP3405111B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2022229386A1 (en) | 2021-04-30 | 2022-11-03 | Provizio Limited | Mimo radar using a frequency scanning antenna |
Families Citing this family (28)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6127973A (en) * | 1996-04-18 | 2000-10-03 | Korea Telecom Freetel Co., Ltd. | Signal processing apparatus and method for reducing the effects of interference and noise in wireless communication systems |
| JP3482810B2 (ja) * | 1996-04-18 | 2004-01-06 | 崔 勝元 | 配列アンテナ及びその設計方法と、配列アンテナでの信号処理方法と、それを利用した信号送受信装置及び方法 |
| KR100229094B1 (ko) * | 1996-06-28 | 1999-11-01 | 최승원 | 수신신호에 대한 자기상관행렬의 최대고유치에 대응하는 고유벡터를 이용한 배열 안테나의 신호 처리 방법 |
| JP3497672B2 (ja) * | 1996-09-18 | 2004-02-16 | 株式会社東芝 | アダプティブアンテナおよびマルチキャリア無線通信システム |
| JP3391662B2 (ja) * | 1997-06-06 | 2003-03-31 | 松下電器産業株式会社 | アダプティブアレーアンテナ受信装置 |
| JP3233088B2 (ja) * | 1998-01-22 | 2001-11-26 | 松下電器産業株式会社 | 指向性制御アンテナ装置 |
| US6188915B1 (en) | 1998-05-19 | 2001-02-13 | Harris Corporation | Bootstrapped, piecewise-asymptotic directivity pattern control mechanism setting weighting coefficients of phased array antenna |
| JP2000059278A (ja) * | 1998-08-03 | 2000-02-25 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 無線通信装置 |
| JP4169884B2 (ja) | 1999-09-24 | 2008-10-22 | 富士通株式会社 | 適応アンテナを用いた通信装置 |
| US20050088338A1 (en) * | 1999-10-11 | 2005-04-28 | Masenten Wesley K. | Digital modular adaptive antenna and method |
| US6823174B1 (en) | 1999-10-11 | 2004-11-23 | Ditrans Ip, Inc. | Digital modular adaptive antenna and method |
| JP2001324557A (ja) * | 2000-05-18 | 2001-11-22 | Sony Corp | 近距離場における信号発信源の位置をアレーアンテナを用いて推定する装置及び方法 |
| US6920192B1 (en) * | 2000-08-03 | 2005-07-19 | Lucent Technologies Inc. | Adaptive antenna array methods and apparatus for use in a multi-access wireless communication system |
| US7099384B1 (en) * | 2000-09-01 | 2006-08-29 | Qualcomm, Inc. | Method and apparatus for time-division power assignments in a wireless communication system |
| JP2002135185A (ja) * | 2000-10-19 | 2002-05-10 | Hitachi Kokusai Electric Inc | 受信機 |
| BR0017138A (pt) * | 2000-12-23 | 2002-11-19 | Nokia Corp | Estação base para uma rede de radiocomunicação, módulo de estação base para uma estação base, e, método para intensificação da resolução angular na estimativa da direção de chegada de sinais na ligação ascendente em uma estação base de uma rede de radiocomunicação |
| US7062273B2 (en) * | 2000-12-25 | 2006-06-13 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Mobile communication terminal apparatus having an array antenna for communication to at least one base station |
| US6930637B2 (en) * | 2001-11-15 | 2005-08-16 | Texas Instruments Incorporated | Method and apparatus for high resolution tracking via mono-pulse beam-forming in a communication system |
| JP4116624B2 (ja) | 2003-03-11 | 2008-07-09 | 富士通株式会社 | 無線装置 |
| WO2006067857A1 (ja) | 2004-12-24 | 2006-06-29 | Fujitsu Limited | 到来方向推定装置及びプログラム |
| JP4138825B2 (ja) * | 2006-07-26 | 2008-08-27 | 株式会社東芝 | ウェイト算出方法、ウェイト算出装置、アダプティブアレーアンテナ、及びレーダ装置 |
| CN101686074B (zh) * | 2008-09-27 | 2012-09-26 | 中国移动通信集团公司 | 一种确定来波方向的方法及装置 |
| CN102075226A (zh) * | 2009-11-24 | 2011-05-25 | 中兴通讯股份有限公司 | 一种双极化阵列系统中确定用户来波方向的方法及基站 |
| US9121943B2 (en) * | 2011-05-23 | 2015-09-01 | Sony Corporation | Beam forming device and method |
| JP6397383B2 (ja) * | 2015-08-07 | 2018-09-26 | 日本電信電話株式会社 | 無線通信装置及び無線通信方法 |
| CN107515841B (zh) * | 2017-08-10 | 2021-02-23 | 中国科学院电子学研究所 | 计算电磁波波达角的方法 |
| CN107450048B (zh) * | 2017-09-11 | 2020-12-18 | 成都信息工程大学 | 一种天线测角方法及系统 |
| CN111044969B (zh) * | 2019-12-03 | 2022-02-11 | 泰凌微电子(上海)股份有限公司 | 一种信号到达角估计方法、装置及计算机可读存储介质 |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5321410A (en) * | 1988-06-09 | 1994-06-14 | Southwest Research Institute | Adaptive doppler DF system |
| US5274386A (en) * | 1992-06-17 | 1993-12-28 | General Electric Co. | Reduced hardware antenna beamformer |
| AU4874796A (en) * | 1995-03-20 | 1996-10-08 | Siemens Aktiengesellschaft | Fixed station of a mobile radio-telephone system with changeable aerial characteristic |
| GB2307142A (en) * | 1995-11-08 | 1997-05-14 | Motorola Ltd | Steering an antenna in accordance with mobile location |
-
1997
- 1997-02-13 JP JP04287797A patent/JP3405111B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
1998
- 1998-02-09 US US09/020,540 patent/US5854612A/en not_active Expired - Fee Related
- 1998-02-11 EP EP98410009A patent/EP0865099A3/en not_active Withdrawn
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2022229386A1 (en) | 2021-04-30 | 2022-11-03 | Provizio Limited | Mimo radar using a frequency scanning antenna |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US5854612A (en) | 1998-12-29 |
| EP0865099A3 (en) | 2000-11-08 |
| EP0865099A2 (en) | 1998-09-16 |
| JPH10229307A (ja) | 1998-08-25 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP3405111B2 (ja) | アレーアンテナの制御方法及び装置 | |
| JP2684888B2 (ja) | アダプティブアレイアンテナ制御方式 | |
| EP1043801B1 (en) | Adaptive array antenna system | |
| US5369412A (en) | Sidelobe cancellation and diversity reception using a single array of auxiliary antennas | |
| WO2013145526A1 (ja) | レーダ装置 | |
| JP2002094318A (ja) | 無線通信システムにおける信号抽出方法及び装置 | |
| JP3591581B2 (ja) | 適応アンテナ受信装置 | |
| KR20020066388A (ko) | 적응 안테나 수신 장치 | |
| JP2006270847A (ja) | アンテナ装置 | |
| JP2010276474A (ja) | レーダ信号処理装置及び不要波抑圧方法 | |
| JP3422309B2 (ja) | 適応アレイアンテナ装置 | |
| JP3017400B2 (ja) | アレーアンテナの制御方法及び制御装置 | |
| JP3438527B2 (ja) | 信号波到来角度推定装置及びアレーアンテナ制御装置 | |
| JP4219490B2 (ja) | 受信方法および受信装置 | |
| US7487068B2 (en) | Interference eliminating method in adaptive array system and array processing device | |
| JP4576742B2 (ja) | 送受信周波数分割多重無線装置 | |
| JP3668419B2 (ja) | アレーアンテナの制御装置及び制御方法 | |
| JP3672856B2 (ja) | アレーアンテナの制御方法 | |
| JP2001044739A (ja) | アダプティブアレイ受信方式及びアダプティブアレイ受信装置 | |
| JP3138243B2 (ja) | アダプティブアレイ装置 | |
| JP3405156B2 (ja) | アレーアンテナの制御方法及び装置 | |
| JP4056655B2 (ja) | アダプティブアンテナ及びアンテナ指向性制御方法 | |
| CN118282460A (zh) | 一种gmsk跳频通信系统中多天线接收信号处理方法和装置 | |
| JP4489460B2 (ja) | 適応アレーアンテナシステム及び適応アレーアンテナ制御方法、無線装置 | |
| JP2001007626A (ja) | アダプティブアンテナ及びアンテナ指向性制御方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20030204 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |