JP3577944B2 - アダプティブ受信装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、周波数の異なる複数のキャリアを用いてデータ伝送を行うマルチキャリア伝送方式の通信品質を改善するために使用されるアダプティブ受信装置に関する。
【０００２】
【従来技術】
所望波と不要波が同時に到来する電波環境において、アレーアンテナの指向性を電波環境に適応して制御する技術としてアダプティブアレーアンテナが知られている。図４に従来技術の一例として、２つのアンテナ素子Ａ１，Ａ２を用いるアダプティブアレーアンテナの基本構成を示す。２つのアンテナ素子Ａ１，Ａ２で受信された信号ｘ１ ，ｘ２ は、それぞれ重み付け装置２１で重み付けされて合成器２２で合成される。重み係数ｗ１，ｗ２は各アンテナ素子Ａ１，Ａ２で受信された信号ｘ１ ，ｘ２ および事前に明らかとなっている情報を基に、制御装置４により決定される。制御装置４は相関行列推定装置４１、相関ベクトル推定装置４２、逆行列演算装置４３、行列乗算装置４４とから構成されている。
【０００３】
以下、制御装置４の動作について詳細に説明する。
まず、各アンテナ素子Ａ１，Ａ２で受信した信号ｘ１，ｘ２，重み付けを行う際の重み係数ｗ１，ｗ２ に関して、次のようにベクトル表記する。
【０００４】
【数１】
Ｘ＝〔ｘ１ ｘ２ 〕Ｔ （１）
【数２】
Ｗ＝〔ｗ１ ｗ２ 〕Ｔ （２）
【０００５】
従来のアダプティブアレーアンテナの最適な重み係数Ｗｏｐｔ は以下の式で表される。
【０００６】
【数３】
【０００７】
ただし、
【数４】
【数５】
ｒｘｄ＝Ｅ〔ｘ１（ｔ）・ｄ＊ （ｔ） ｘ２（ｔ）・ｄ＊ （ｔ） 〕Ｔ （５）
【０００８】
であり、ｄ（ｔ） は参照信号の波形である。また、＊，Ｔおよび＋ はそれぞれ複素共役、行列の転置および複素共役転置を表し、Ｅ〔・〕は平均値を求める演算を表す。Ｒｘｘおよびｒｘｄはそれぞれ相関行列及び相関ベクトルと呼ばれている。式（４） 、式（５） におけるＥ〔・〕は、本来はアンサンブル平均（集合平均）である
。
【０００９】
しかし、現実にはアンサンブル平均を求めることは不可能であるため、従来のアダプティブアレーアンテナではアンサンブル平均の演算を時間平均で代用している。
【００１０】
具体的には、はじめに、各アンテナで受信した信号を基に瞬時入力行列
【数６】
を作成する。Ｒ＾ｘｘは時々刻々と変化することから、従来技術ではＲ＾ｘｘの時間平均を求め、これを相関行列の推定値としている。
【００１１】
一方、相関ベクトルｒｘｄについても同様に時間平均により求めている。すなわち、各アンテナで受信した信号と参照信号との積をとることにより瞬時相関ベクトル、
【数７】
ｒ＾ｘｄ＝〔ｘ１（ｔ）・ｄ＊ （ｔ） ｘ２（ｔ）・ｄ＊ （ｔ） 〕Ｔ （７）
を求め、これを時間平均することにより相関ベクトルの推定値ｒｘｄを得る。
【００１２】
次に、式（３） に基づいて重み係数を求める。すなわち、相関行列の推定値Ｒｘｘの逆行列Ｒ−１ ｘｘを逆行列演算装置により求め、これと、相関ベクトルの推定値ｒｘｄとの積を求めることにより、重み係数ベクトルＷを得る。このＷの各要素ｗ１，ｗ２ を重み付け装置の重み係数として用いることにより、アレーアンテナの合成指向性において、不要波の到来方向に対してヌルが形成され、その結果として所望波のみが受信される。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、従来の方式では、上記のように参照信号を送信信号に挿入する必要があり、参照信号を高い密度で挿入する場合には、データの伝送効率が低下するという問題がある。
さらに、不要波が所望波とは別の波源から放射されている場合や、所望波と同じ波源から送信されていてもそれぞれの波の到来時刻が大きく異なる場合には、上述のようにアンサンブル平均の代わりに時間平均を行うことにより適切な重み係数を得ることができる。しかし、所望波と不要波が同じ波源から放射され、２つの到来波の到来時刻が非常に接近している場合は、適切な重み係数を求めることができない。これは到来波の到来時刻が非常に接近している場合は、時間平均により求めた相関行列の推定値は特異行列となり、その逆行列が存在しないためである。
【００１４】
これを回避する手法として、時間平均を用いて推定した相関行列の対角成分に微小量を加え、強制的に正則化する手法が考えられている。しかし、この修正された相関行列を用いて最適重み係数を決定しても、必ずしも不要波の到来方向にヌルが形成されているとは限らず、所望波と不要波の両方の到来波を受信する指向性となる場合もある。この場合、受信された所望波と不要波は合成器において相殺されることにより、出力信号が非常に小さくなってしまう可能性がある。
【００１５】
また、時間平均の代わりに空間平均あるいは移動平均を行う方法が考案されている。これは、受信点の位置により到来波間の位相差が異なることを利用するものである。空間平均あるいは移動平均を行う方法では、より多くのデータを用いて空間軸上で平均化を行うほど正確に相関行列を推定することができる。しかし、空間平均の場合、平均回数を多くすると指向性制御のための自由度が少なくなり、適切な指向性を形成することができなくなる。また、移動平均の場合、受信点の位置により到来波の到来方向や強度が変化するため、不要波の到来方向に正確にヌルが形成されなくなってしまう。
【００１６】
一方、マルチキャリア伝送方式では、送信側で差動符号化を行い、ある時刻の信号と次の時刻の信号との位相差に情報を割り当てて送信し、受信側で２つの信号間の位相差を検出することにより受信データを得ている。ただし、最初のデータを得るためには、位相の基準となる信号を送信する必要がある。通常は、定期的に位相の基準となる基準シンボルを挿入し送信している。
【００１７】
本発明はこのような基準シンボルに注目して、参照信号を用いることなく、アダプティブ受信装置の重み付け係数を適切に制御することを目的とする。
又、他の目的は、到来波間の相関が大きい場合でも、不要波の到来方向に正確にヌルを形成できる、アダプティブ受信装置を提供することにある。
【００１８】
【課題解決のための手段】
請求項１の発明は、複数のデータ列をそれぞれ変調すると共に定期的に位相又は同期の基準となる基準シンボルを挿入し、基準シンボルが挿入された複数の変調信号をそれぞれ異なる周波数のキャリアを用いて並列に伝送する伝送システムにて用いられるアダプティブ受信装置である。
そのアダプティブ受信装置は、信号を受信し複数の遅延時間差を有した信号を出力するアンテナと、アンテナの出力する各信号をそれぞれ複数のキャリア毎に分波する複数の分波器と、分波器の出力信号にそれぞれ重み付けを行う複数の重み付け装置と、複数の重み付け装置の出力信号を同一周波数のキャリア毎に合成する複数の合成器と、複数の分波器の出力信号を取り込み重み付け装置の重み係数を制御するための制御装置とから成る。
制御装置は、基準シンボルの期間に受信された信号と受信側で予め用意した参照信号との誤差が最小となるように重み付け装置を制御する。
【００１９】
更に、制御装置は、受信信号の相関行列を推定するための相関行列推定装置と、相関行列推定装置により推定された相関行列を用いて重み係数を算出する重み係数算出装置とから構成されている。その相関行列推定装置は、複数（ｋ個）の分波器から出力される複数（ｋ×ｎ個）のキャリアを用いて各キャリアの周波数毎にｋ個の要素からなるｎ個の受信信号ベクトルＸｎ（ｋ）を生成し、次に受信信号ベクトルＸｎ（ｋ）とその共役転置ベクトルの積をとることによりｋ×ｋ個の要素からなるｎ個の行列Ｒｎ（ｋ，ｋ）を算出し、さらにｎ個の行列Ｒｎ（ｋ，ｋ）を平均する事により相関行列Ｒ（ｋ，ｋ）を算出する。重み係数算出装置は、基準シンボルの期間における受信信号であって、複数（ｋ個）の分波器からそれぞれ出力される複数（ｋ×ｎ個）のキャリアを用いて各キャリアの周波数毎にｋ個の要素からなるｎ個の受信信号ベクトルＸ’ｎ（ｋ）を生成するとともに、受信側で予め用意しておいた参照信号を用いてｋ個の要素からなるｎ個の参照信号ベクトルＤｎ（ｋ）を生成し、次にｎ個の基準シンボル期間の受信信号ベクトルＸ’ｎ（ｋ）とｎ個の参照信号ベクトルＤｎ（ｋ）との積を各周波数毎に算出することによりｋ個の要素からなるｎ個のベクトルＣｎ（ｋ）を生成し、さらにｎ個のベクトルＣｎ（ｋ）を平均することにより相関ベクトルＣ（ｋ）を算出する相関ベクトル推定装置を有している。そして、相関行列推定装置より出力された相関行列Ｒ（ｋ，ｋ）と相関ベクトルＣ（ｋ）とを用いて重み係数を決定する。
【００２０】
請求項２の発明では、重み係数算出装置は、相関行列推定装置により推定された相関行列Ｒ（ｋ，ｋ）の逆行列Ｒ-1（ｋ，ｋ）を演算する逆行列演算装置を有し、その逆行列Ｒ-1（ｋ，ｋ）と相関ベクトル推定装置により推定された相関ベクトルＣ（ｋ）との積に基づいて重み係数を決定するものである。
【００２１】
請求項３の発明では、重み係数算出装置は、相関行列推定装置により推定された相関行列Ｒ（ｋ，ｋ）と相関ベクトル推定装置により推定された相関ベクトルＣ（ｋ）とを用いて、ＬＭＳ，ＲＬＳ，ＳＭＩのいずれかのアルゴリズムに基づいて重み係数を決定するものである。
【００２２】
【発明の作用及び効果】
マルチキャリア伝送方式では、図２に示すように、データシンボルの位相を検出するための基準を与える１〜２ビット程度の基準シンボルが挿入されている。本発明では、この基準シンボルが参照信号として検出され、受信装置は予め既知の基準シンボルを参照信号として記憶している。そして、基準シンボル期間の受信信号とその参照信号との誤差が最小となるように重み係数が決定され、その重み係数に基づいて受信信号が重み付けられる。
【００２３】
よって、本発明では、長いビットの参照信号を挿入していないので、データ伝送の無駄がなく、伝送効率を向上させることができる。
【００２４】
又、本発明は、到来波間の相関が大きい場合であっても相関行列を正しく推定するために、送信側で複数の搬送波（以下キャリアと呼ぶ）を送信する。受信側では、各キャリア毎に瞬時入力行列を求め、得られた複数のキャリアの瞬時入力行列をキャリアに関して平均化することによって相関行列を推定する。すなわち、従来技術では、時間平均或いは空間平均により相関行列を推定したものに対して、本発明では周波数平均することによって相関行列を推定する。
【００２５】
受信点に到来する各到来波間の位相差が周波数毎に異なるため、周波数平均によって得られた相関行列の推定値を用いて重み係数を決定すれば、到来波の到来時刻が非常に接近している場合であっても、確実に不要波の到来方向にヌルを持つ指向性を形成することができる。又、時間的にみれば、瞬時的な相関行列が得られているため、補正係数も瞬時的な値となり、環境が時間的に変動する場合であっても、リアルタイムでの調整が可能となる。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の具体的な実施例に基づいて説明する。尚、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。以下の実施例では、説明を簡単にするために、キャリアの数ｎは３、アンテナ素子の数ｋは２としている。
（第１実施例）
図１に、第１実施例の構成を示す。第１実施例は３つのキャリアからなるマルチキャリア信号を２素子のアンテナを用いて受信する際の構成例である。アレーアンテナ１は２つのアンテナ素子Ａ１，Ａ２から成り、それぞれのアンテナ素子Ａ１，Ａ２で受信された信号ｇ１，ｇ２は分波器３１，３２によりキャリア毎に分波される。分波された信号（ｘ１１，ｘ１２，ｘ１３），（ｘ２１，ｘ２２，ｘ２３）は、それぞれに、重み付け装置５１，５２により重み付けされる。重み付けされた信号は合成器６０によりキャリア毎に合成され、合成された信号ｘ１，ｘ２，ｘ３ は、それぞれ、復調器７０により復調される。復調された各キャリア毎のデータ列Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３ は、並直列変換器８０により１つのデータ系列に戻される。分波器３１，３２により分波された信号（ｘ１１，ｘ１２，ｘ１３），（ｘ２１，ｘ２２，ｘ２３）は重み係数を決定する制御装置９０に入力している。この制御装置９０は各アンテナ素子Ａ１，Ａ２により受信された信号に対する重み係数ｗ１，ｗ２ を決定する。
【００２７】
この制御装置９０は、相関行列を推定する相関行列推定装置９１と、重み係数算出装置９２とから成る。このうち重み係数算出装置９２は、相関行列推定装置９１により推定された相関行列の逆行列を求める逆行列演算装置９２１と、分波器３１，３２により分波された信号のうちの基準シンボル期間の信号（ｘ’１１，ｘ’１２，ｘ’１３），（ｘ’２１，ｘ’２２，ｘ’２３）を入力し、相関ベクトルを推定する相関ベクトル推定装置９２２と、相関行列の逆行列と相関ベクトルとの積を求め最適な重み係数を決定する行列乗算装置９２３とから構成されている。
尚、図１の装置は、全て、ディジタル信号を入力する数値演算装置で構成されている。実際には、アレイアンテナ１で受信された高周波広帯域信号は周波数変換されてベースバンドの信号（符号列により変調されたキャリアの集合）となる。この信号が所定時間間隔でサンプリングされてディジタル値に変換されている。このディジタル値の時間列により波形が与えられている。よって、制御装置９０に入力する信号も、重み付け装置５１、５２に入力する信号も、それらから出力する信号もディジタル値の時間列で与えられた波形である。
【００２８】
本発明は、この制御装置９０による重み係数の決定方法に特徴がある。
以下、第１実施例装置の処理手順について、詳細に説明する。相関行列推定装置９１には、アンテナ素子Ａ１で受信され分波器３１で分波された各キャリア毎の信号ｘ１１， ｘ１２，ｘ１３、アンテナＡ２で受信され分波器３２で分波された各キャリア毎の信号ｘ２１， ｘ２２，ｘ２３が入力する。尚、〔ｘ１１ ｘ２１〕、〔ｘ１２ ｘ２２〕、〔ｘ１３ ｘ２３〕は、それぞれ、第１キャリア、第２キャリア、第３キャリアに関する受信信号ベクトルＸ１（２）、Ｘ２（２）、Ｘ３（２）である。請求項の受信信号ベクトルＸｎ（ｋ）に対応する。
【００２９】
相関行列推定装置９０は、各キャリア毎に、次式により瞬時入力行列Ｒｘｘ１，Ｒｘｘ２，Ｒｘｘ３ を作成する。
【数８】
【数９】
【数１０】
【００３０】
これらの瞬時入力行列Ｒｘｘ１，Ｒｘｘ２，Ｒｘｘ３ が、請求項に記載のｋ×ｋ個の要素からなるｎ個の行列Ｒｎ（ｋ，ｋ）に対応する。得られた各キャリア毎の瞬時入力行列を次式に基づいて平均化し、相関行列の推定値Ｒｘｘを得る。
【数１１】
Ｒｘｘ＝（Ｒｘｘ１ ＋Ｒｘｘ２ ＋Ｒｘｘ３ ）／３ （１１）
【００３１】
このキャリア数ｎで平均化された推定値Ｒｘｘが、請求項に記載の相関行列Ｒ（ｋ，ｋ）に対応する。
【００３２】
次に、重み係数算出装置９２の動作について述べる。はじめに、相関ベクトル推定装置９２２で、図２に示す基準シンボルが挿入されている期間の分波された各キャリア毎の信号（ｘ’１１，ｘ’１２，ｘ’１３），（ｘ’２１，ｘ’２２，ｘ’２３）が抽出される。そして、その信号（ｘ’１１，ｘ’１２，ｘ’１３），（ｘ’２１，ｘ’２２，ｘ’２３）と各キャリア毎の参照信号（ｄ１１，ｄ１２，ｄ１３），（ｄ２１，ｄ２２，ｄ２３）を用いて、各キャリア毎に瞬時相関ベクトルｒｘｄ１，ｒｘｄ２，ｒｘｄ３ を求める。すなわち、以下の演算を行う。
【００３３】
【数１２】（１２）
ｒｘｄ１ ＝〔ｘ’１１・ｄ１１ ｘ’２１・ｄ２１〕Ｔ
【数１３】（１３）
ｒｘｄ２ ＝〔ｘ’１２・ｄ１２ ｘ’２２・ｄ２２〕Ｔ
【数１４】
ｒｘｄ３ ＝〔ｘ’１３・ｄ１３ ｘ’２３・ｄ２３〕Ｔ （１４）
【００３４】
〔ｄ１１ ｄ２１〕、〔ｄ１２ ｄ２２〕、〔ｄ１３ ｄ２３〕は、それぞれ、第１キャリア、第２キャリア、第３キャリアに関する参照信号ベクトルＤ１（２）、Ｄ２（２）、Ｄ３（２）である。請求項の参照信号ベクトルＤｎ（ｋ）に対応し、３個（ｎ個）の要素２（ｋ）の列ベクトルｒｘｄ１ ，ｒｘｄ２ ，ｒｘｄ３ が、請求項のベクトルＣｎ（ｋ）に対応する。
【００３５】
得られた各瞬時相関ベクトルを、次式に基づいて周波数軸上で平均化することにより相関ベクトルの推定値ｒｘｄを得る。
【数１５】
ｒｘｄ＝（ｒｘｄ１ ＋ｒｘｄ２ ＋ｒｘｄ３ ）／３ （１５）
【００３６】
この２個（ｋ個）の要素を有する列ベクトルｒｘｄが請求項の相関ベクトル
Ｃ（ｋ）に対応する。次に、逆行列演算装置９２１により相関行列の推定値（（１１）式）の逆行列Ｒ−１ ｘｘを得る。この逆行列Ｒ−１ ｘｘが請求項の逆行列Ｒ−１（ｋ，ｋ）に対応する。
【００３７】
最後に、行列乗算装置９２３で相関行列の逆行列Ｒ−１ ｘｘと相関ベクトルの推定値ｒｘｄとの積を演算することにより重み係数ベクトルＷを次式で求める。
【００３８】
【数１６】
Ｗ＝〔ｗ１ ｗ２ 〕Ｔ ＝Ｒ−１ ｘｘ・ｒｘｄ （１６）
【００３９】
得られた重み係数ベクトルＷの各要素ｗ１ ，ｗ２ を用いて各キャリア毎の信号は重み付けされる。即ち、分波器３１から出力される各キャリア毎の信号（ｘ１１，ｘ１２，ｘ１３）のそれぞれに重み係数ｗ１ が掛けられ、分波器３２から出力される各キャリア毎の信号（ｘ２１，ｘ２２，ｘ２３）のそれぞれに重み係数ｗ２ が掛けられる。そして、重み付けられた各キャリア毎の信号は、合成器６０により各キャリア毎に合成される。
【００４０】
このときアレーアンテナ１の合成指向性は干渉波の到来方向にヌルが形成されていることから、合成器６０の出力には所望波の成分のみが出力される。合成器６０から出力された信号ｘ１，ｘ２，ｘ３ は復調器７０により各キャリア毎に復調されて符号化データとなる。この符号化データは、並直列変換器８０により並直列変換されて、１列の高速符号化データとなる。
【００４１】
上述のように、本発明によれば、参照信号を用いておらず、基準シンボルを用いて重み係数を決定しているので、データの伝送効率を低下させることがない。又、本発明によれば複数の到来波の到来時刻が接近している場合であっても、所望の到来波のみを受信することができる。したがって、本発明のアダプティブ受信装置は移動通信における通信品質の劣化の要因である多重波を除去するための技術として非常に有用である。特に、高速通信が可能とされているマルチキャリア伝送方式では、複数のキャリアが用いられることから、同方式の信号を受信する際に本発明のアダプティブ受信装置を用いれば、高速で高品質な通信を行うことが可能となる。
【００４２】
また、本発明の方式は、マルチキャリア伝送方式に限らず、例えばテレビ放送やセルラー方式の携帯電話など１つの送信局から複数の周波数の信号を送信し、位相の基準を与える基準信号を用いた無線通信システムであれば適用することができる。
なお、上述の説明では、分波器から出力される信号をすべて用いて重み係数を決定する場合について説明したが、必ずしもすべて用いる必要はなく、一部の信号のみを用いて重み係数を決定しても同様の効果が得られる。また、参照信号はアンテナ素子毎に個別の値を用いているが、全ての素子について同一の参照信号を用いてよい。すなわち、ｄ１１＝ｄ２１， ｄ１２＝ｄ２２， ｄ１３＝ｄ２３としてもよい。
【００４３】
（第２実施例）
第１実施例では、重み係数を求める際に逆行列演算を行う必要がある。行列の要素数はアンテナ素子数の２乗に比例することから、アンテナ素子が多くなると逆行列を求めるための演算量が非常に多くなる。逆行列を求める演算を行わずに繰り返し計算により逐次重み係数を制御する方法としてＬＭＳ（Ｌｅａｓｔ Ｍｅａｎ Ｓｑｕａｒｅ ）アルゴリズムが知られている。その更新式を次式に示す。
【００４４】
【数１７】
Ｗ（ｍ＋１） ＝Ｗ（ｍ） ＋μ（ｒｘｄ−Ｒｘｘ・Ｗ（ｍ） ） （１７）
ただし、Ｗ（ｍ） はｍ回更新後の重み係数を表し、μはステップサイズと呼ばれる定数である。
図３に、第２実施例として、ＬＭＳアルゴリズムに基づいて重み係数を制御する構成の一例を示す。各キャリア毎の信号を分波し、重み付けし、合成し、復調する部分は、第１実施例と全く同一である。又、制御装置９０の相関行列推定装置９１と相関ベクトル推定装置９２２は第１実施例のそれと同一である。重み係数演算装置９２における相関ベクトル推定装置９２２以外の部分が上記（１７）式を演算するように構成されている。
【００４５】
新たな特徴部分では、相関行列の推定値Ｒｘｘと相関ベクトルの推定値ｒｘｄおよびｍ回繰り返し計算後の重み係数Ｗ（ｍ） を用いてｍ＋１回目の重み係数Ｗ（ｍ＋１） が演算される。以下に、第２実施例における重み係数更新の手順を詳細に説明する。
【００４６】
（１） 相関行列推定装置９１により求められた相関行列の推定値Ｒｘｘと、遅延装置９２８により出力される更新前の重み係数Ｗ（ｍ） との積ＲｘｘＷ（ｍ） が加算器９２４で演算される。
（２） 加減算器９２５により、相関ベクトル推定装置９２２により求められた相関ベクトルの推定値ｒｘｄからＲｘｘＷ（ｍ） が減算され、ｒｘｄ−ＲｘｘＷ（ｍ） が演算される。
（３） 乗算器９２６により、ｒｘｄ−ＲｘｘＷ（ｍ） にステップサイズμが掛け算され、重み係数の更新量μ（ｒｘｄ−ＲｘｘＷ（ｍ） ）が得られる。
（４） 加算器９２７により、ｍ回更新時の重み係数Ｗ（ｍ） に重みの更新量が加算され、ｍ＋１回目の重み係数Ｗ（ｍ＋１） が得られる。
この重み係数で各キャリア毎の信号に重み付けられる。
【００４７】
以上が重み係数の更新一回分の手順であり、次のステップでは得られた重み係数Ｗ（ｍ＋１） を、遅延装置９２８によりＷ（ｍ） として、上記（１） から順に同様な処理を繰り返す。上記の説明は逐次重み係数を制御する最も基本的なアルゴリズムとしてＬＭＳアルゴリズムを例に説明したが、ＳＭＩ（Ｓａｍｐｌｅ Ｍａｔｒｉｘ Ｉｎｖｅｒｓｉｏｎ ）アルゴリズムやＲＬＳ（Ｒｅｃｕｒｓｉｖｅ Ｌｅａｓｔ Ｓｑｕａｒｅｓ ）アルゴリズムを用いて重み係数を制御してもよい。
【００４８】
尚、上記の全ての実施例において、説明を簡単にするために、キャリアの数は３、アンテナ素子の数は２として説明した。しかし、キャリアの数をｎ、アンテナ素子の数をｋ（ｎ、ｋは自然数）としても同様に成立する。第ｎキャリアに関して、瞬時入力行列Ｒｘｘｎ は（８） に類似のｋ行ｋ列のマトリックスで表示され、（１１）式で表される相関行列の推定値Ｒｘｘは、ｋ行ｋ列のマトリックスであり、各成分が瞬時入力行列の各成分のキャリア数ｎの平均となる。
【００４９】
又、第ｎキャリアに関する瞬時相関ベクトルｒｘｄｎ は、１行ｋ列の列ベクトルとなり、（１５）式で与えられる相関ベクトルの推定値ｒｘｄは、１行ｋ列の列ベクトルで各成分が瞬時相関ベクトルの各成分のキャリア数ｎの平均となる。又、第ｎキャリアに関する参照信号ベクトルＤｎ（ｋ）は、１行ｋ列の列ベクトルとなる。又、（１６）式の重み係数ベクトルは１行ｋ列の列ベクトルとなる。
【００５０】
ｋ，ｎの数は任意であるが、ｋが多くなる程、多くの不要波を除去でき、またｎの数が多い程不要波の除去が精度良く行われる。この一般化した場合においても、重み係数はｎ個のキャリアのうち、いくつかを用いて演算するようにしても良い。勿論、ｎは２以上とすることができる。
【００５１】
又、上記実施例は、ベースバンドのキャリアの最小周期よりも短い周期でサンプリングして、ベースバンドの波形をディジタル値の時系列データとして扱い、演算を全てコンピュータシステムで行っている。即ち、送信側では、符号化データに基づき各キャリアをＰＳＫ、ＱＰＳＫ等で変調をしたｎ個の波形の瞬時値を入力して逆ＦＦＴ（高速逆フーリエ変換）した値を時系列で出力することで、周波数多重化されたベースバンド信号を得て、さらに、この信号で搬送波を変調して送信している。受信側では、受信した信号をベースバンド信号に変換し、この信号を時間軸上でサンプリングしてディジタル値に変換している。そして、このディジタル値の一定の時間列をＦＦＴして、各キャリア毎のベースバント信号を得ている。その後、各キャリア毎に復調し、受信符号化してデータを得ている。この方式は、ＯＦＤＭ（直交周波数多重）方式として既に良く知られている。なお、復調方式は、上記の実施例のディジタル方式に限定されることなく、アナログ波形をアナログ回路で処理する方式でも良い。
又、上記実施例では、アンテナとしてアレーアンテナを用いたが、１つのアンテナと複数の遅延回路と分岐回路の直列接続装置を用い、各分岐回路の出力信号を複数の遅延時間差を有した信号としても良い。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例に係るアダプティブ通信装置の構成図。
【図２】マルチキャリア伝送システムにおいて基準シンボルの挿入位置を示した説明図。
【図３】本発明の第２実施例に係るアダプティブ通信装置の構成図。
【図４】従来のアダプティブ通信装置の構成図。
【符号の説明】
１…アレイアンテナ
Ａ１，Ａ２…アンテナ素子
３１，３２…分波器
５１，５２…重み付け装置
６０…合成器
７０…復調器
８０…並直列変換器
９０…制御装置
９１…相関行列推定装置
９２…重み係数算出装置
９２１…逆行列演算装置
９２２…相関ベクトル推定装置
９２３…行列乗算装置
【発明の属する技術分野】
本発明は、周波数の異なる複数のキャリアを用いてデータ伝送を行うマルチキャリア伝送方式の通信品質を改善するために使用されるアダプティブ受信装置に関する。
【０００２】
【従来技術】
所望波と不要波が同時に到来する電波環境において、アレーアンテナの指向性を電波環境に適応して制御する技術としてアダプティブアレーアンテナが知られている。図４に従来技術の一例として、２つのアンテナ素子Ａ１，Ａ２を用いるアダプティブアレーアンテナの基本構成を示す。２つのアンテナ素子Ａ１，Ａ２で受信された信号ｘ１ ，ｘ２ は、それぞれ重み付け装置２１で重み付けされて合成器２２で合成される。重み係数ｗ１，ｗ２は各アンテナ素子Ａ１，Ａ２で受信された信号ｘ１ ，ｘ２ および事前に明らかとなっている情報を基に、制御装置４により決定される。制御装置４は相関行列推定装置４１、相関ベクトル推定装置４２、逆行列演算装置４３、行列乗算装置４４とから構成されている。
【０００３】
以下、制御装置４の動作について詳細に説明する。
まず、各アンテナ素子Ａ１，Ａ２で受信した信号ｘ１，ｘ２，重み付けを行う際の重み係数ｗ１，ｗ２ に関して、次のようにベクトル表記する。
【０００４】
【数１】
Ｘ＝〔ｘ１ ｘ２ 〕Ｔ （１）
【数２】
Ｗ＝〔ｗ１ ｗ２ 〕Ｔ （２）
【０００５】
従来のアダプティブアレーアンテナの最適な重み係数Ｗｏｐｔ は以下の式で表される。
【０００６】
【数３】
ただし、
【数４】
ｒｘｄ＝Ｅ〔ｘ１（ｔ）・ｄ＊ （ｔ） ｘ２（ｔ）・ｄ＊ （ｔ） 〕Ｔ （５）
【０００８】
であり、ｄ（ｔ） は参照信号の波形である。また、＊，Ｔおよび＋ はそれぞれ複素共役、行列の転置および複素共役転置を表し、Ｅ〔・〕は平均値を求める演算を表す。Ｒｘｘおよびｒｘｄはそれぞれ相関行列及び相関ベクトルと呼ばれている。式（４） 、式（５） におけるＥ〔・〕は、本来はアンサンブル平均（集合平均）である
。
【０００９】
しかし、現実にはアンサンブル平均を求めることは不可能であるため、従来のアダプティブアレーアンテナではアンサンブル平均の演算を時間平均で代用している。
【００１０】
具体的には、はじめに、各アンテナで受信した信号を基に瞬時入力行列
【数６】
【００１１】
一方、相関ベクトルｒｘｄについても同様に時間平均により求めている。すなわち、各アンテナで受信した信号と参照信号との積をとることにより瞬時相関ベクトル、
【数７】
ｒ＾ｘｄ＝〔ｘ１（ｔ）・ｄ＊ （ｔ） ｘ２（ｔ）・ｄ＊ （ｔ） 〕Ｔ （７）
を求め、これを時間平均することにより相関ベクトルの推定値ｒｘｄを得る。
【００１２】
次に、式（３） に基づいて重み係数を求める。すなわち、相関行列の推定値Ｒｘｘの逆行列Ｒ−１ ｘｘを逆行列演算装置により求め、これと、相関ベクトルの推定値ｒｘｄとの積を求めることにより、重み係数ベクトルＷを得る。このＷの各要素ｗ１，ｗ２ を重み付け装置の重み係数として用いることにより、アレーアンテナの合成指向性において、不要波の到来方向に対してヌルが形成され、その結果として所望波のみが受信される。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、従来の方式では、上記のように参照信号を送信信号に挿入する必要があり、参照信号を高い密度で挿入する場合には、データの伝送効率が低下するという問題がある。
さらに、不要波が所望波とは別の波源から放射されている場合や、所望波と同じ波源から送信されていてもそれぞれの波の到来時刻が大きく異なる場合には、上述のようにアンサンブル平均の代わりに時間平均を行うことにより適切な重み係数を得ることができる。しかし、所望波と不要波が同じ波源から放射され、２つの到来波の到来時刻が非常に接近している場合は、適切な重み係数を求めることができない。これは到来波の到来時刻が非常に接近している場合は、時間平均により求めた相関行列の推定値は特異行列となり、その逆行列が存在しないためである。
【００１４】
これを回避する手法として、時間平均を用いて推定した相関行列の対角成分に微小量を加え、強制的に正則化する手法が考えられている。しかし、この修正された相関行列を用いて最適重み係数を決定しても、必ずしも不要波の到来方向にヌルが形成されているとは限らず、所望波と不要波の両方の到来波を受信する指向性となる場合もある。この場合、受信された所望波と不要波は合成器において相殺されることにより、出力信号が非常に小さくなってしまう可能性がある。
【００１５】
また、時間平均の代わりに空間平均あるいは移動平均を行う方法が考案されている。これは、受信点の位置により到来波間の位相差が異なることを利用するものである。空間平均あるいは移動平均を行う方法では、より多くのデータを用いて空間軸上で平均化を行うほど正確に相関行列を推定することができる。しかし、空間平均の場合、平均回数を多くすると指向性制御のための自由度が少なくなり、適切な指向性を形成することができなくなる。また、移動平均の場合、受信点の位置により到来波の到来方向や強度が変化するため、不要波の到来方向に正確にヌルが形成されなくなってしまう。
【００１６】
一方、マルチキャリア伝送方式では、送信側で差動符号化を行い、ある時刻の信号と次の時刻の信号との位相差に情報を割り当てて送信し、受信側で２つの信号間の位相差を検出することにより受信データを得ている。ただし、最初のデータを得るためには、位相の基準となる信号を送信する必要がある。通常は、定期的に位相の基準となる基準シンボルを挿入し送信している。
【００１７】
本発明はこのような基準シンボルに注目して、参照信号を用いることなく、アダプティブ受信装置の重み付け係数を適切に制御することを目的とする。
又、他の目的は、到来波間の相関が大きい場合でも、不要波の到来方向に正確にヌルを形成できる、アダプティブ受信装置を提供することにある。
【００１８】
【課題解決のための手段】
請求項１の発明は、複数のデータ列をそれぞれ変調すると共に定期的に位相又は同期の基準となる基準シンボルを挿入し、基準シンボルが挿入された複数の変調信号をそれぞれ異なる周波数のキャリアを用いて並列に伝送する伝送システムにて用いられるアダプティブ受信装置である。
そのアダプティブ受信装置は、信号を受信し複数の遅延時間差を有した信号を出力するアンテナと、アンテナの出力する各信号をそれぞれ複数のキャリア毎に分波する複数の分波器と、分波器の出力信号にそれぞれ重み付けを行う複数の重み付け装置と、複数の重み付け装置の出力信号を同一周波数のキャリア毎に合成する複数の合成器と、複数の分波器の出力信号を取り込み重み付け装置の重み係数を制御するための制御装置とから成る。
制御装置は、基準シンボルの期間に受信された信号と受信側で予め用意した参照信号との誤差が最小となるように重み付け装置を制御する。
【００１９】
更に、制御装置は、受信信号の相関行列を推定するための相関行列推定装置と、相関行列推定装置により推定された相関行列を用いて重み係数を算出する重み係数算出装置とから構成されている。その相関行列推定装置は、複数（ｋ個）の分波器から出力される複数（ｋ×ｎ個）のキャリアを用いて各キャリアの周波数毎にｋ個の要素からなるｎ個の受信信号ベクトルＸｎ（ｋ）を生成し、次に受信信号ベクトルＸｎ（ｋ）とその共役転置ベクトルの積をとることによりｋ×ｋ個の要素からなるｎ個の行列Ｒｎ（ｋ，ｋ）を算出し、さらにｎ個の行列Ｒｎ（ｋ，ｋ）を平均する事により相関行列Ｒ（ｋ，ｋ）を算出する。重み係数算出装置は、基準シンボルの期間における受信信号であって、複数（ｋ個）の分波器からそれぞれ出力される複数（ｋ×ｎ個）のキャリアを用いて各キャリアの周波数毎にｋ個の要素からなるｎ個の受信信号ベクトルＸ’ｎ（ｋ）を生成するとともに、受信側で予め用意しておいた参照信号を用いてｋ個の要素からなるｎ個の参照信号ベクトルＤｎ（ｋ）を生成し、次にｎ個の基準シンボル期間の受信信号ベクトルＸ’ｎ（ｋ）とｎ個の参照信号ベクトルＤｎ（ｋ）との積を各周波数毎に算出することによりｋ個の要素からなるｎ個のベクトルＣｎ（ｋ）を生成し、さらにｎ個のベクトルＣｎ（ｋ）を平均することにより相関ベクトルＣ（ｋ）を算出する相関ベクトル推定装置を有している。そして、相関行列推定装置より出力された相関行列Ｒ（ｋ，ｋ）と相関ベクトルＣ（ｋ）とを用いて重み係数を決定する。
【００２０】
請求項２の発明では、重み係数算出装置は、相関行列推定装置により推定された相関行列Ｒ（ｋ，ｋ）の逆行列Ｒ-1（ｋ，ｋ）を演算する逆行列演算装置を有し、その逆行列Ｒ-1（ｋ，ｋ）と相関ベクトル推定装置により推定された相関ベクトルＣ（ｋ）との積に基づいて重み係数を決定するものである。
【００２１】
請求項３の発明では、重み係数算出装置は、相関行列推定装置により推定された相関行列Ｒ（ｋ，ｋ）と相関ベクトル推定装置により推定された相関ベクトルＣ（ｋ）とを用いて、ＬＭＳ，ＲＬＳ，ＳＭＩのいずれかのアルゴリズムに基づいて重み係数を決定するものである。
【００２２】
【発明の作用及び効果】
マルチキャリア伝送方式では、図２に示すように、データシンボルの位相を検出するための基準を与える１〜２ビット程度の基準シンボルが挿入されている。本発明では、この基準シンボルが参照信号として検出され、受信装置は予め既知の基準シンボルを参照信号として記憶している。そして、基準シンボル期間の受信信号とその参照信号との誤差が最小となるように重み係数が決定され、その重み係数に基づいて受信信号が重み付けられる。
【００２３】
よって、本発明では、長いビットの参照信号を挿入していないので、データ伝送の無駄がなく、伝送効率を向上させることができる。
【００２４】
又、本発明は、到来波間の相関が大きい場合であっても相関行列を正しく推定するために、送信側で複数の搬送波（以下キャリアと呼ぶ）を送信する。受信側では、各キャリア毎に瞬時入力行列を求め、得られた複数のキャリアの瞬時入力行列をキャリアに関して平均化することによって相関行列を推定する。すなわち、従来技術では、時間平均或いは空間平均により相関行列を推定したものに対して、本発明では周波数平均することによって相関行列を推定する。
【００２５】
受信点に到来する各到来波間の位相差が周波数毎に異なるため、周波数平均によって得られた相関行列の推定値を用いて重み係数を決定すれば、到来波の到来時刻が非常に接近している場合であっても、確実に不要波の到来方向にヌルを持つ指向性を形成することができる。又、時間的にみれば、瞬時的な相関行列が得られているため、補正係数も瞬時的な値となり、環境が時間的に変動する場合であっても、リアルタイムでの調整が可能となる。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の具体的な実施例に基づいて説明する。尚、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。以下の実施例では、説明を簡単にするために、キャリアの数ｎは３、アンテナ素子の数ｋは２としている。
（第１実施例）
図１に、第１実施例の構成を示す。第１実施例は３つのキャリアからなるマルチキャリア信号を２素子のアンテナを用いて受信する際の構成例である。アレーアンテナ１は２つのアンテナ素子Ａ１，Ａ２から成り、それぞれのアンテナ素子Ａ１，Ａ２で受信された信号ｇ１，ｇ２は分波器３１，３２によりキャリア毎に分波される。分波された信号（ｘ１１，ｘ１２，ｘ１３），（ｘ２１，ｘ２２，ｘ２３）は、それぞれに、重み付け装置５１，５２により重み付けされる。重み付けされた信号は合成器６０によりキャリア毎に合成され、合成された信号ｘ１，ｘ２，ｘ３ は、それぞれ、復調器７０により復調される。復調された各キャリア毎のデータ列Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３ は、並直列変換器８０により１つのデータ系列に戻される。分波器３１，３２により分波された信号（ｘ１１，ｘ１２，ｘ１３），（ｘ２１，ｘ２２，ｘ２３）は重み係数を決定する制御装置９０に入力している。この制御装置９０は各アンテナ素子Ａ１，Ａ２により受信された信号に対する重み係数ｗ１，ｗ２ を決定する。
【００２７】
この制御装置９０は、相関行列を推定する相関行列推定装置９１と、重み係数算出装置９２とから成る。このうち重み係数算出装置９２は、相関行列推定装置９１により推定された相関行列の逆行列を求める逆行列演算装置９２１と、分波器３１，３２により分波された信号のうちの基準シンボル期間の信号（ｘ’１１，ｘ’１２，ｘ’１３），（ｘ’２１，ｘ’２２，ｘ’２３）を入力し、相関ベクトルを推定する相関ベクトル推定装置９２２と、相関行列の逆行列と相関ベクトルとの積を求め最適な重み係数を決定する行列乗算装置９２３とから構成されている。
尚、図１の装置は、全て、ディジタル信号を入力する数値演算装置で構成されている。実際には、アレイアンテナ１で受信された高周波広帯域信号は周波数変換されてベースバンドの信号（符号列により変調されたキャリアの集合）となる。この信号が所定時間間隔でサンプリングされてディジタル値に変換されている。このディジタル値の時間列により波形が与えられている。よって、制御装置９０に入力する信号も、重み付け装置５１、５２に入力する信号も、それらから出力する信号もディジタル値の時間列で与えられた波形である。
【００２８】
本発明は、この制御装置９０による重み係数の決定方法に特徴がある。
以下、第１実施例装置の処理手順について、詳細に説明する。相関行列推定装置９１には、アンテナ素子Ａ１で受信され分波器３１で分波された各キャリア毎の信号ｘ１１， ｘ１２，ｘ１３、アンテナＡ２で受信され分波器３２で分波された各キャリア毎の信号ｘ２１， ｘ２２，ｘ２３が入力する。尚、〔ｘ１１ ｘ２１〕、〔ｘ１２ ｘ２２〕、〔ｘ１３ ｘ２３〕は、それぞれ、第１キャリア、第２キャリア、第３キャリアに関する受信信号ベクトルＸ１（２）、Ｘ２（２）、Ｘ３（２）である。請求項の受信信号ベクトルＸｎ（ｋ）に対応する。
【００２９】
相関行列推定装置９０は、各キャリア毎に、次式により瞬時入力行列Ｒｘｘ１，Ｒｘｘ２，Ｒｘｘ３ を作成する。
【数８】
これらの瞬時入力行列Ｒｘｘ１，Ｒｘｘ２，Ｒｘｘ３ が、請求項に記載のｋ×ｋ個の要素からなるｎ個の行列Ｒｎ（ｋ，ｋ）に対応する。得られた各キャリア毎の瞬時入力行列を次式に基づいて平均化し、相関行列の推定値Ｒｘｘを得る。
【数１１】
Ｒｘｘ＝（Ｒｘｘ１ ＋Ｒｘｘ２ ＋Ｒｘｘ３ ）／３ （１１）
【００３１】
このキャリア数ｎで平均化された推定値Ｒｘｘが、請求項に記載の相関行列Ｒ（ｋ，ｋ）に対応する。
【００３２】
次に、重み係数算出装置９２の動作について述べる。はじめに、相関ベクトル推定装置９２２で、図２に示す基準シンボルが挿入されている期間の分波された各キャリア毎の信号（ｘ’１１，ｘ’１２，ｘ’１３），（ｘ’２１，ｘ’２２，ｘ’２３）が抽出される。そして、その信号（ｘ’１１，ｘ’１２，ｘ’１３），（ｘ’２１，ｘ’２２，ｘ’２３）と各キャリア毎の参照信号（ｄ１１，ｄ１２，ｄ１３），（ｄ２１，ｄ２２，ｄ２３）を用いて、各キャリア毎に瞬時相関ベクトルｒｘｄ１，ｒｘｄ２，ｒｘｄ３ を求める。すなわち、以下の演算を行う。
【００３３】
【数１２】（１２）
ｒｘｄ１ ＝〔ｘ’１１・ｄ１１ ｘ’２１・ｄ２１〕Ｔ
【数１３】（１３）
ｒｘｄ２ ＝〔ｘ’１２・ｄ１２ ｘ’２２・ｄ２２〕Ｔ
【数１４】
ｒｘｄ３ ＝〔ｘ’１３・ｄ１３ ｘ’２３・ｄ２３〕Ｔ （１４）
【００３４】
〔ｄ１１ ｄ２１〕、〔ｄ１２ ｄ２２〕、〔ｄ１３ ｄ２３〕は、それぞれ、第１キャリア、第２キャリア、第３キャリアに関する参照信号ベクトルＤ１（２）、Ｄ２（２）、Ｄ３（２）である。請求項の参照信号ベクトルＤｎ（ｋ）に対応し、３個（ｎ個）の要素２（ｋ）の列ベクトルｒｘｄ１ ，ｒｘｄ２ ，ｒｘｄ３ が、請求項のベクトルＣｎ（ｋ）に対応する。
【００３５】
得られた各瞬時相関ベクトルを、次式に基づいて周波数軸上で平均化することにより相関ベクトルの推定値ｒｘｄを得る。
【数１５】
ｒｘｄ＝（ｒｘｄ１ ＋ｒｘｄ２ ＋ｒｘｄ３ ）／３ （１５）
【００３６】
この２個（ｋ個）の要素を有する列ベクトルｒｘｄが請求項の相関ベクトル
Ｃ（ｋ）に対応する。次に、逆行列演算装置９２１により相関行列の推定値（（１１）式）の逆行列Ｒ−１ ｘｘを得る。この逆行列Ｒ−１ ｘｘが請求項の逆行列Ｒ−１（ｋ，ｋ）に対応する。
【００３７】
最後に、行列乗算装置９２３で相関行列の逆行列Ｒ−１ ｘｘと相関ベクトルの推定値ｒｘｄとの積を演算することにより重み係数ベクトルＷを次式で求める。
【００３８】
【数１６】
Ｗ＝〔ｗ１ ｗ２ 〕Ｔ ＝Ｒ−１ ｘｘ・ｒｘｄ （１６）
【００３９】
得られた重み係数ベクトルＷの各要素ｗ１ ，ｗ２ を用いて各キャリア毎の信号は重み付けされる。即ち、分波器３１から出力される各キャリア毎の信号（ｘ１１，ｘ１２，ｘ１３）のそれぞれに重み係数ｗ１ が掛けられ、分波器３２から出力される各キャリア毎の信号（ｘ２１，ｘ２２，ｘ２３）のそれぞれに重み係数ｗ２ が掛けられる。そして、重み付けられた各キャリア毎の信号は、合成器６０により各キャリア毎に合成される。
【００４０】
このときアレーアンテナ１の合成指向性は干渉波の到来方向にヌルが形成されていることから、合成器６０の出力には所望波の成分のみが出力される。合成器６０から出力された信号ｘ１，ｘ２，ｘ３ は復調器７０により各キャリア毎に復調されて符号化データとなる。この符号化データは、並直列変換器８０により並直列変換されて、１列の高速符号化データとなる。
【００４１】
上述のように、本発明によれば、参照信号を用いておらず、基準シンボルを用いて重み係数を決定しているので、データの伝送効率を低下させることがない。又、本発明によれば複数の到来波の到来時刻が接近している場合であっても、所望の到来波のみを受信することができる。したがって、本発明のアダプティブ受信装置は移動通信における通信品質の劣化の要因である多重波を除去するための技術として非常に有用である。特に、高速通信が可能とされているマルチキャリア伝送方式では、複数のキャリアが用いられることから、同方式の信号を受信する際に本発明のアダプティブ受信装置を用いれば、高速で高品質な通信を行うことが可能となる。
【００４２】
また、本発明の方式は、マルチキャリア伝送方式に限らず、例えばテレビ放送やセルラー方式の携帯電話など１つの送信局から複数の周波数の信号を送信し、位相の基準を与える基準信号を用いた無線通信システムであれば適用することができる。
なお、上述の説明では、分波器から出力される信号をすべて用いて重み係数を決定する場合について説明したが、必ずしもすべて用いる必要はなく、一部の信号のみを用いて重み係数を決定しても同様の効果が得られる。また、参照信号はアンテナ素子毎に個別の値を用いているが、全ての素子について同一の参照信号を用いてよい。すなわち、ｄ１１＝ｄ２１， ｄ１２＝ｄ２２， ｄ１３＝ｄ２３としてもよい。
【００４３】
（第２実施例）
第１実施例では、重み係数を求める際に逆行列演算を行う必要がある。行列の要素数はアンテナ素子数の２乗に比例することから、アンテナ素子が多くなると逆行列を求めるための演算量が非常に多くなる。逆行列を求める演算を行わずに繰り返し計算により逐次重み係数を制御する方法としてＬＭＳ（Ｌｅａｓｔ Ｍｅａｎ Ｓｑｕａｒｅ ）アルゴリズムが知られている。その更新式を次式に示す。
【００４４】
【数１７】
Ｗ（ｍ＋１） ＝Ｗ（ｍ） ＋μ（ｒｘｄ−Ｒｘｘ・Ｗ（ｍ） ） （１７）
ただし、Ｗ（ｍ） はｍ回更新後の重み係数を表し、μはステップサイズと呼ばれる定数である。
図３に、第２実施例として、ＬＭＳアルゴリズムに基づいて重み係数を制御する構成の一例を示す。各キャリア毎の信号を分波し、重み付けし、合成し、復調する部分は、第１実施例と全く同一である。又、制御装置９０の相関行列推定装置９１と相関ベクトル推定装置９２２は第１実施例のそれと同一である。重み係数演算装置９２における相関ベクトル推定装置９２２以外の部分が上記（１７）式を演算するように構成されている。
【００４５】
新たな特徴部分では、相関行列の推定値Ｒｘｘと相関ベクトルの推定値ｒｘｄおよびｍ回繰り返し計算後の重み係数Ｗ（ｍ） を用いてｍ＋１回目の重み係数Ｗ（ｍ＋１） が演算される。以下に、第２実施例における重み係数更新の手順を詳細に説明する。
【００４６】
（１） 相関行列推定装置９１により求められた相関行列の推定値Ｒｘｘと、遅延装置９２８により出力される更新前の重み係数Ｗ（ｍ） との積ＲｘｘＷ（ｍ） が加算器９２４で演算される。
（２） 加減算器９２５により、相関ベクトル推定装置９２２により求められた相関ベクトルの推定値ｒｘｄからＲｘｘＷ（ｍ） が減算され、ｒｘｄ−ＲｘｘＷ（ｍ） が演算される。
（３） 乗算器９２６により、ｒｘｄ−ＲｘｘＷ（ｍ） にステップサイズμが掛け算され、重み係数の更新量μ（ｒｘｄ−ＲｘｘＷ（ｍ） ）が得られる。
（４） 加算器９２７により、ｍ回更新時の重み係数Ｗ（ｍ） に重みの更新量が加算され、ｍ＋１回目の重み係数Ｗ（ｍ＋１） が得られる。
この重み係数で各キャリア毎の信号に重み付けられる。
【００４７】
以上が重み係数の更新一回分の手順であり、次のステップでは得られた重み係数Ｗ（ｍ＋１） を、遅延装置９２８によりＷ（ｍ） として、上記（１） から順に同様な処理を繰り返す。上記の説明は逐次重み係数を制御する最も基本的なアルゴリズムとしてＬＭＳアルゴリズムを例に説明したが、ＳＭＩ（Ｓａｍｐｌｅ Ｍａｔｒｉｘ Ｉｎｖｅｒｓｉｏｎ ）アルゴリズムやＲＬＳ（Ｒｅｃｕｒｓｉｖｅ Ｌｅａｓｔ Ｓｑｕａｒｅｓ ）アルゴリズムを用いて重み係数を制御してもよい。
【００４８】
尚、上記の全ての実施例において、説明を簡単にするために、キャリアの数は３、アンテナ素子の数は２として説明した。しかし、キャリアの数をｎ、アンテナ素子の数をｋ（ｎ、ｋは自然数）としても同様に成立する。第ｎキャリアに関して、瞬時入力行列Ｒｘｘｎ は（８） に類似のｋ行ｋ列のマトリックスで表示され、（１１）式で表される相関行列の推定値Ｒｘｘは、ｋ行ｋ列のマトリックスであり、各成分が瞬時入力行列の各成分のキャリア数ｎの平均となる。
【００４９】
又、第ｎキャリアに関する瞬時相関ベクトルｒｘｄｎ は、１行ｋ列の列ベクトルとなり、（１５）式で与えられる相関ベクトルの推定値ｒｘｄは、１行ｋ列の列ベクトルで各成分が瞬時相関ベクトルの各成分のキャリア数ｎの平均となる。又、第ｎキャリアに関する参照信号ベクトルＤｎ（ｋ）は、１行ｋ列の列ベクトルとなる。又、（１６）式の重み係数ベクトルは１行ｋ列の列ベクトルとなる。
【００５０】
ｋ，ｎの数は任意であるが、ｋが多くなる程、多くの不要波を除去でき、またｎの数が多い程不要波の除去が精度良く行われる。この一般化した場合においても、重み係数はｎ個のキャリアのうち、いくつかを用いて演算するようにしても良い。勿論、ｎは２以上とすることができる。
【００５１】
又、上記実施例は、ベースバンドのキャリアの最小周期よりも短い周期でサンプリングして、ベースバンドの波形をディジタル値の時系列データとして扱い、演算を全てコンピュータシステムで行っている。即ち、送信側では、符号化データに基づき各キャリアをＰＳＫ、ＱＰＳＫ等で変調をしたｎ個の波形の瞬時値を入力して逆ＦＦＴ（高速逆フーリエ変換）した値を時系列で出力することで、周波数多重化されたベースバンド信号を得て、さらに、この信号で搬送波を変調して送信している。受信側では、受信した信号をベースバンド信号に変換し、この信号を時間軸上でサンプリングしてディジタル値に変換している。そして、このディジタル値の一定の時間列をＦＦＴして、各キャリア毎のベースバント信号を得ている。その後、各キャリア毎に復調し、受信符号化してデータを得ている。この方式は、ＯＦＤＭ（直交周波数多重）方式として既に良く知られている。なお、復調方式は、上記の実施例のディジタル方式に限定されることなく、アナログ波形をアナログ回路で処理する方式でも良い。
又、上記実施例では、アンテナとしてアレーアンテナを用いたが、１つのアンテナと複数の遅延回路と分岐回路の直列接続装置を用い、各分岐回路の出力信号を複数の遅延時間差を有した信号としても良い。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例に係るアダプティブ通信装置の構成図。
【図２】マルチキャリア伝送システムにおいて基準シンボルの挿入位置を示した説明図。
【図３】本発明の第２実施例に係るアダプティブ通信装置の構成図。
【図４】従来のアダプティブ通信装置の構成図。
【符号の説明】
１…アレイアンテナ
Ａ１，Ａ２…アンテナ素子
３１，３２…分波器
５１，５２…重み付け装置
６０…合成器
７０…復調器
８０…並直列変換器
９０…制御装置
９１…相関行列推定装置
９２…重み係数算出装置
９２１…逆行列演算装置
９２２…相関ベクトル推定装置
９２３…行列乗算装置
Claims (3)
- 複数のデータ列をそれぞれ変調すると共に定期的に位相又は同期の基準となる基準シンボルを挿入し、基準シンボルが挿入された複数の変調信号をそれぞれ異なる周波数のキャリアを用いて並列に伝送する伝送システムにて用いられるアダプティブ受信装置において、
信号を受信し複数の遅延時間差を有した信号を出力するアンテナと、
前記アンテナの出力する各信号をそれぞれ複数のキャリア毎に分波する複数の分波器と、
分波器の出力信号にそれぞれ重み付けを行う複数の重み付け装置と、
複数の重み付け装置の出力信号を同一周波数のキャリア毎に合成する複数の合成器と、
複数の分波器の出力信号を取り込み重み付け装置の重み係数を制御するための制御装置とからなり、
前記制御装置は、
受信信号の相関行列を推定するための相関行列推定装置と、
前記相関行列推定装置により推定された相関行列を用いて重み係数を算出する重み係数算出装置とから構成され、
前記相関行列推定装置は、
複数（ｋ個）の分波器から出力される複数（ｋ×ｎ個）のキャリアを用いて各キャリアの周波数毎にｋ個の要素からなるｎ個の受信信号ベクトルＸｎ（ｋ）を生成し、次に受信信号ベクトルＸｎ（ｋ）とその共役転置ベクトルの積をとることによりｋ×ｋ個の要素からなるｎ個の行列Ｒｎ（ｋ，ｋ）を算出し、さらにｎ個の行列Ｒｎ（ｋ，ｋ）を平均する事により相関行列Ｒ（ｋ，ｋ）を算出し、
前記重み係数算出装置は、
前記基準シンボルの期間における受信信号であって、複数（ｋ個）の分波器からそれぞれ出力される複数（ｋ×ｎ個）のキャリアを用いて各キャリアの周波数毎にｋ個の要素からなるｎ個の受信信号ベクトルＸ’ｎ（ｋ）を生成するとともに、受信側で予め用意しておいた参照信号を用いてｋ個の要素からなるｎ個の参照信号ベクトルＤｎ（ｋ）を生成し、次にｎ個の基準シンボル期間の受信信号ベクトルＸ’ｎ（ｋ）とｎ個の参照信号ベクトルＤｎ（ｋ）との積を各周波数毎に算出することによりｋ個の要素からなるｎ個のベクトルＣｎ（ｋ）を生成し、さらにｎ個のベクトルＣｎ（ｋ）を平均することにより相関ベクトルＣ（ｋ）を算出する相関ベクトル推定装置を有し、前記相関行列推定装置より出力された相関行列Ｒ（ｋ，ｋ）と前記相関ベクトルＣ（ｋ）とを用いて重み係数を決定するものであって、
前記制御装置は前記基準シンボルの期間に受信された信号と受信側で予め用意した参照信号との誤差が最小となるように重み付け装置を制御することを特徴とするアダプティブ受信装置。 - 前記重み係数算出装置は、
前記相関行列推定装置により推定された相関行列Ｒ（ｋ，ｋ）の逆行列Ｒ-1（ｋ，ｋ）を演算する逆行列演算装置を有し、その逆行列Ｒ-1（ｋ，ｋ）と前記相関ベクトル推定装置により推定された相関ベクトルＣ（ｋ）との積に基づいて重み係数を決定することを特徴とする請求項１に記載のアダプティブ受信装置。 - 前記重み係数算出装置は、
前記相関行列推定装置により推定された相関行列Ｒ（ｋ，ｋ）と前記相関ベクトル推定装置により推定された相関ベクトルＣ（ｋ）とを用いて、ＬＭＳ，ＲＬＳ，ＳＭＩのいずれかのアルゴリズムに基づいて重み係数を決定することを特徴とする請求項１に記載のアダプティブ受信装置。
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