JP4213007B2 - アダプティブアンテナ - Google Patents

Description

この発明は、例えば、放送波を受信するアダプティブアンテナに関するものである。

従来のアダプティブアンテナを適用する通信方式（ＯＦＤＭ：Ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）では、特定区間の信号を別の区間にコピーして送信することがある（図７を参照）。このため、２つの信号区間において、同一の信号が送信される（以下、２つの信号区間のうち、前の部分を信号区間１、後の部分を信号区間２と称する）。
ＯＦＤＭでは、特定区間の信号を別の区間にコピーして送信するので、例えば、遅延波の遅延時間が信号区間１の期間よりも短い場合には、素子アンテナの受信信号を補正して合成することができる。
しかしながら、遅延波の遅延時間が信号区間１の期間より長い場合には、素子アンテナの受信信号を補正して合成することができないので、特定の信号区間の信号サンプルを用いて荷重を計算し、複数の素子アンテナの受信信号を荷重合成して遅延波を抑圧する（例えば、非特許文献１参照）。

「ＯＦＤＭにおけるガード区間を利用したＭＭＳＥアダプティブアレー」電子情報通信学会論文誌Ｂ、Ｖｏｌ．Ｊ８５−Ｂ Ｎｏ．９ ｐｐ．１６０８−１６１５ ２００２年９月

従来のアダプティブアンテナは以上のように構成されているので、特定の信号区間の信号サンプルを用いて荷重を計算するが、特定の信号区間の信号サンプルだけではサンプル数が少ないため、精度よく荷重を計算するこができず、不要波の十分な抑圧性能が得られないなどの課題があった。

この発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、荷重の計算精度を高めて、不要波の抑圧性能を高めることができるアダプティブアンテナを得ることを目的とする。

この発明に係るアダプティブアンテナは、複数の素子アンテナの受信信号のうち、任意の素子アンテナの受信信号から直接波に対する遅延波の遅延時間を推定する遅延時間推定手段と、複数の素子アンテナの受信信号を遅延時間推定手段により推定された遅延時間だけ遅延させる遅延手段とを設け、減算手段から出力される差分信号の電力が最も小さくなるように、任意の素子アンテナの受信信号と遅延手段により遅延された複数の受信信号から合成手段が乗算に用いる荷重を計算するようにしたものである。

この発明によれば、複数の素子アンテナの受信信号のうち、任意の素子アンテナの受信信号から直接波に対する遅延波の遅延時間を推定する遅延時間推定手段と、複数の素子アンテナの受信信号を遅延時間推定手段により推定された遅延時間だけ遅延させる遅延手段とを設け、減算手段から出力される差分信号の電力が最も小さくなるように、任意の素子アンテナの受信信号と遅延手段により遅延された複数の受信信号から合成手段が乗算に用いる荷重を計算するように構成したので、荷重を計算するための信号サンプルを十分に得ることができるようになり、その結果、荷重の計算精度を高めて、不要波の抑圧性能を高めることができる効果がある。

実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１によるアダプティブアンテナを示す構成図であり、図において、Ｍ個の素子アンテナ１−１〜１−Ｍは直接波ｓ（ｔ）の他、その直接波ｓ（ｔ）より時間Ｄだけ遅れている遅延波ｄ（ｔ）を受信する（図３を参照）。以下、Ｍ個の素子アンテナ１−１〜１−Ｍのうち、ｍ番目の素子アンテナ１−ｍの受信信号をｘ_ｍ（ｔ）と表記する。ｔは時間を表す因子であり、信号は複素数である。
なお、素子アンテナ１−１〜１−Ｍの受信信号ｘ_１（ｔ）〜ｘ_Ｍ（ｔ）は、図示せぬ受信機（素子アンテナ１−１〜１−Ｍの後段に存在する）が受信して、ベースバンドあるいは中間周波数にダウンコンバートし、ダウンコンバート後の受信信号ｘ_１（ｔ）〜ｘ_Ｍ（ｔ）を遅延時間推定部２や遅延器３−１〜３−Ｍ等に出力するものとする。

遅延時間推定部２は素子アンテナ１−１の受信信号ｘ_１（ｔ）から直接波ｓ（ｔ）に対する遅延波ｄ（ｔ）の遅延時間Ｄを推定する遅延時間推定手段を構成している。図１の例では、素子アンテナ１−１の受信信号ｘ_１（ｔ）を入力しているが、素子アンテナ１−１以外の受信信号を入力してもよい。
Ｍ個の遅延器３−１〜３−Ｍは素子アンテナ１−１〜１−Ｍの受信信号ｘ_１（ｔ）〜ｘ_Ｍ（ｔ）を遅延時間推定部２により推定された遅延時間Ｄだけ遅延させる遅延手段を構成している。
荷重計算部４は減算器７から出力される差分信号ｚ（ｔ）の電力が最も小さくなるように、素子アンテナ１−１の受信信号ｘ_１（ｔ）と遅延器３−１〜３−Ｍによる複数の遅延信号ｘ_１（ｔ−Ｄ）〜ｘ_Ｍ（ｔ−Ｄ）から荷重ｗ_１〜ｗ_Ｍを計算する荷重計算手段を構成している。

乗算器５−１〜５−Ｍは遅延器３−１〜３−Ｍによる複数の遅延信号ｘ_１（ｔ−Ｄ）〜ｘ_Ｍ（ｔ−Ｄ）と荷重計算部４により計算された荷重ｗ_１〜ｗ_Ｍを乗算する。合成部６は乗算器５−１〜５−Ｍの乗算結果を合成し、その合成信号ｙ（ｔ）を出力する。なお、乗算器５−１〜５−Ｍ及び合成部６から合成手段が構成されている。
減算器７は素子アンテナ１−１の受信信号ｘ_１（ｔ）から合成部６より出力される合成信号ｙ（ｔ）を減算し、その減算結果である差分信号ｚ（ｔ）を出力する減算手段を構成している。

図３は直接波ｓ（ｔ）と遅延波ｄ（ｔ）が存在する場合の信号モデルを示す説明図である。遅延波ｄ（ｔ）は直接波ｓ（ｔ）を遅延させたものであるから、直接波ｓ（ｔ）と同じ信号波形を持っており、直接波ｓ（ｔ）を遅延時間Ｄだけ遅延させれば、遅延波ｄ（ｔ）と同一の信号になる特徴がある。即ち、ｄ（ｔ）＝ｓ（ｔ−Ｄ）が成立する。

次に動作について説明する。
まず、遅延時間推定部２は、素子アンテナ１−１の受信信号ｘ_１（ｔ）を入力すると、その受信信号ｘ_１（ｔ）から直接波ｓ（ｔ）に対する遅延波ｄ（ｔ）の遅延時間Ｄを推定する。
遅延時間Ｄの推定は、例えば、直接波ｓ（ｔ）における既知の信号部分を用いてスライディング相関処理を行うことによって遅延プロファイルを算出し、その遅延プロファイルのピークから遅延時間を算出することができる。

スライディング相関処理は、図４に示すような一般的なＦＩＲフィルタを用いて行うことができる。
図４のＦＩＲフィルタは、１サンプル時間だけ受信信号ｘ_１（ｔ）を遅延させる１サンプル遅延器１１と、直接波ｓ（ｔ）における既知の信号系列ｘ（１）〜ｘ（Ｉ）の複素共役ｘ^＊（１）〜ｘ^＊（Ｉ）が予め設定され、その複素共役ｘ^＊（１）〜ｘ^＊（Ｉ）を受信信号ｘ_１（ｔ）に乗算する乗算器１２と、乗算器１２の乗算結果を加算する加算器１３とから構成されている。
素子アンテナ１−１の受信信号ｘ_１（ｔ）が図４のＦＩＲフィルタに入力されると、その受信信号ｘ_１（ｔ）中の既知の信号系列と一致するタイミングにおいて遅延プロファイルがピークを持つので、直接波ｓ（ｔ）と遅延波ｄ（ｔ）が含まれる時間を検出して遅延時間Ｄを推定することができる。

遅延時間を推定する別の方法として、図５に示すようなＦＦＴ処理部１４，１５を用いることにより、周波数領域における積として演算を行うこともできる。
即ち、ＦＦＴ処理部１４が素子アンテナ１−１の受信信号ｘ_１（ｔ）のＦＦＴ処理を実施する一方、ＦＦＴ処理部１５が既知の信号系列のＦＦＴ処理を実施する。
複素共役処理部１６は、ＦＦＴ処理部１４がＦＦＴ処理を完了すると、そのＦＦＴ処理結果の複素共役を求める。
そして、乗算器１７が複素共役処理部１６により求められた複素共役とＦＦＴ処理部１５のＦＦＴ処理結果とを乗算し、ＩＦＦＴ処理部１８が乗算器１７の乗算結果の逆ＦＦＴ処理を実施すると、遅延プロファイルが得られる。
ここでは、複素共役処理部１６がＦＦＴ処理部１４のＦＦＴ処理結果の複素共役を求めるようにしているが、ＦＦＴ処理部１５のＦＦＴ処理結果の複素共役を求め、乗算器１７が複素共役処理部１６により求められた複素共役とＦＦＴ処理部１４のＦＦＴ処理結果とを乗算するようにしてもよい。
この方法によれば、図４に示した方法と同じ結果が得られることが知られているが、演算量が一般に図４の方法よりも少なくなり、その計算された遅延プロファイルのピークを検出して遅延時間Ｄを推定することができる。

Ｍ個の遅延器３−１〜３−Ｍは、遅延時間推定部２が遅延波ｄ（ｔ）の遅延時間Ｄを推定すると、Ｍ個の素子アンテナ１−１〜１−Ｍの受信信号ｘ_１（ｔ）〜ｘ_Ｍ（ｔ）を遅延時間Ｄだけ遅延させる。
ここで、以下に示す式（１）は素子アンテナ１−１の受信信号ｘ_１（ｔ）を表し、式（２）（３）は遅延後の受信信号である遅延信号ｘ_１（ｔ−Ｄ），ｘ_ｍ（ｔ−Ｄ）を表している。
ｘ_１（ｔ）＝ａ_１１ｓ（ｔ）＋ａ_１２ｓ（ｔ−Ｄ） （１）
ｘ_１（ｔ−Ｄ）＝ ａ_１１ｓ（ｔ−Ｄ）
＋ａ_１２ｓ（ｔ−２Ｄ） （２）
ｘ_ｍ（ｔ−Ｄ）＝ ａ_ｍ１ｓ（ｔ−Ｄ）
＋ａ_ｍ２ｓ（ｔ−２Ｄ） （３）

なお、ａ_ｍ１とａ_ｍ２は直接波と遅延波の素子アンテナ１−ｍにおける受信ゲインと受信位相差に関係する複素数の係数である。ｓ（ｔ），ｓ（ｔ−Ｄ），ｓ（ｔ−２Ｄ）は互いに統計的独立な信号であるので、式（２）や式（３）で示す遅延信号を荷重合成した場合、式（１）の第１項の信号成分は生じない。即ち、各素子アンテナの受信信号の遅延信号を荷重合成したものを式（１）から減算しても第１項には影響を与えることがなく、第２項だけを処理することができる。
この実施の形態１のアダプティブアンテナでは、主信号として選択した素子アンテナ１−１の受信信号ｘ_１（ｔ）から、素子アンテナ１−１〜１−Ｍの受信信号ｘ_１（ｔ）〜ｘ_Ｍ（ｔ）の遅延信号を荷重合成した合成信号ｙ（ｔ）を減算することにより、主信号に含まれる直接波成分を抑圧せず、遅延波成分だけを抑圧することが目的であり、上記の性質から第１項の直接波成分を抑圧することなく、第２項の遅延波成分だけを抑圧することができることが分かる。

荷重計算部４は、減算器７から出力される差分信号ｚ（ｔ）の電力が最も小さくなるように、素子アンテナ１−１の受信信号ｘ_１（ｔ）と遅延器３−１〜３−Ｍによる複数の遅延信号ｘ_１（ｔ−Ｄ）〜ｘ_Ｍ（ｔ−Ｄ）から荷重ｗ_１〜ｗ_Ｍを計算する。
減算器７から出力される差分信号ｚ（ｔ）を最小化する荷重は、以下の式（４）で与えられる。
ただし、式（５）に示すように、素子アンテナ１−ｍの受信信号の遅延信号ｘ_ｍ（ｔ−Ｄ）を要素としてもつ受信信号ベクトルをＸ（ｔ−Ｄ）とし、主信号をｘ_１（ｔ）とすると、式（４）における相関行列Ｒ_２と相互相関ベクトルＰ_２は、それぞれ式（６）と式（７）から算出される。
Ｗ＝Ｒ_２ ^−１Ｐ_２ （４）
Ｘ（ｔ−Ｄ）
＝［ｘ_１（ｔ−Ｄ）ｘ_２（ｔ−Ｄ）・・・ｘ_Ｍ（ｔ−Ｄ）］^Ｔ（５）
Ｒ_２＝Ｅ［Ｘ^＊（ｔ−Ｄ）Ｘ（ｔ−Ｄ）^Ｔ］ （６）
Ｐ_２＝Ｅ［Ｘ^＊（ｔ−Ｄ）ｘ_１（ｔ）］ （７）
ここで、肩字の＊は複素共役、Ｔは転置、Ｅ［］は時間平均を表す演算子である。

荷重計算部４では、減算器７から出力される差分信号ｚ（ｔ）の電力を最小化すればよく、このようなアルゴリズムはさまざまなものが提案されており、例えば、繰り返し演算によるＬＭＳアルゴリズムやＲＬＳアルゴリズムなどを用いて荷重を計算してもよい。

乗算器５−１〜５−Ｍは、上記のようにして荷重計算部４が荷重ｗ_１〜ｗ_Ｍを計算すると、遅延器３−１〜３−Ｍによる複数の遅延信号ｘ_１（ｔ−Ｄ）〜ｘ_Ｍ（ｔ−Ｄ）と荷重ｗ_１〜ｗ_Ｍを乗算する。
合成部６は、乗算器５−１〜５−Ｍの乗算結果を合成し、その合成信号ｙ（ｔ）を出力する。
減算器７は、素子アンテナ１−１の受信信号ｘ_１（ｔ）から合成部６より出力される合成信号ｙ（ｔ）を減算し、その減算結果である差分信号ｚ（ｔ）をアダプティブアンテナの出力信号として出力する。
なお、アダプティブアンテナの出力信号は、主信号中の直接波成分を含んでいるが、直接波以外の成分が抑圧されたものとなっている。

以上で明らかなように、この実施の形態１によれば、Ｍ個の素子アンテナ１−１〜１−Ｍの受信信号のうち、任意の素子アンテナ１−１の受信信号から直接波に対する遅延波の遅延時間Ｄを推定する遅延時間推定部２と、Ｍ個の素子アンテナ１−１〜１−Ｍの受信信号を遅延時間Ｄだけ遅延させる遅延器３−１〜３−Ｍとを設け、減算器７から出力される差分信号の電力が最も小さくなるように、任意の素子アンテナ１−１の受信信号と遅延器３−１〜３−Ｍによる複数の遅延信号から荷重ｗ_１〜ｗ_Ｍを計算するように構成したので、荷重ｗ_１〜ｗ_Ｍを計算するための信号サンプルを十分に得ることができるようになり、その結果、荷重ｗ_１〜ｗ_Ｍの計算精度を高めて、不要波の抑圧性能を高めることができる効果を奏する。
即ち、この実施の形態１では、式（６）や式（７）の計算において、遅延波が直接波と同じ信号系列を持っているという特徴により、任意の信号サンプルを利用して荷重を計算することができる。このため、十分多くの信号サンプルを用いて荷重を計算することができるため、従来例と比べて高い抑圧性能が得られる効果を奏する。また、任意のタイミングで荷重を計算することができるため電波環境への追従性が高まるという効果も奏する。

また、この実施の形態１によれば、任意の素子アンテナ１−１の受信信号を構成する既知の信号系列を用いて、その受信信号に対するスライディング相関処理を実施して遅延プロファイルを算出し、その遅延プロファイルのピークから遅延時間Ｄを推定するように構成したので、構成の複雑化を招くことなく、簡単に直接波に対する遅延波の遅延時間Ｄを推定することができる効果を奏する。
また、この実施の形態１によれば、任意の素子アンテナ１−１の受信信号のＦＦＴ処理を実施するとともに、その受信信号を構成する既知の信号系列のＦＦＴ処理を実施し、いずれか一方のＦＦＴ処理結果の複素共役と、他方のＦＦＴ処理結果とを乗算し、その乗算結果の逆ＦＦＴ処理を実施して遅延プロファイルを算出し、その遅延プロファイルのピークから遅延時間を推定するように構成したので、少ない演算量で、直接波に対する遅延波の遅延時間Ｄを推定することができる効果を奏する。

実施の形態２．
図２はこの発明の実施の形態２によるアダプティブアンテナを示す構成図であり、図において、図１と同一符号は同一または相当部分を示すので説明を省略する。
荷重計算部８は減算器７から出力される差分信号ｚ（ｔ）の電力が最も小さくなるように、素子アンテナ１−１〜１−Ｍの受信信号ｘ_１（ｔ）〜ｘ_Ｍ（ｔ）と遅延器３−１による遅延信号ｘ_１（ｔ−Ｄ）から荷重ｗ_１〜ｗ_Ｍを計算する荷重計算手段を構成している。

上記実施の形態１では、素子アンテナ１−１の受信信号ｘ_１（ｔ）を主信号として、Ｍ個の素子アンテナ１−１〜１−Ｍの受信信号ｘ_１（ｔ）〜ｘ_Ｍ（ｔ）を遅延させるものについて示したが、主信号である素子アンテナ１−１の受信信号ｘ_１（ｔ）のみを遅延させるようにしてもよい。

ただし、荷重計算部８は、上記実施の形態１と同様に、減算器７から出力される差分信号ｚ（ｔ）の電力が最も小さくなるような荷重ｗ_１〜ｗ_Ｍを計算するが、この実施の形態２では、減算器７から出力される差分信号ｚ（ｔ）において、主信号である受信信号ｘ_１（ｔ）の遅延信号ｘ_１（ｔ−Ｄ）に含まれる直接波成分だけが抑圧されて、遅延波成分だけが抽出されることになる。遅延波は直接波と同一の信号であるから、遅延波だけを抽出しても通信信号として利用することができる。

減算器７から出力される差分信号ｚ（ｔ）を最小化する荷重は、以下の式（８）で与えられる。
ただし、受信信号ベクトルＸ（ｔ）を式（９）のように定義すると、式（８）における相関行列Ｒ_３と相互相関ベクトルＰ_３は、それぞれ式（１０）と式（１１）から算出される。
Ｗ＝Ｒ_３ ^−１Ｐ_３ （８）
Ｘ（ｔ）＝［ｘ_１（ｔ）ｘ_２（ｔ）・・・ｘ_Ｍ（ｔ）］^Ｔ（９）
Ｒ_３＝Ｅ［Ｘ^＊（ｔ）Ｘ（ｔ）^Ｔ］ （１０）
Ｐ_３＝Ｅ［Ｘ^＊（ｔ）ｘ_１（ｔ−Ｄ）］ （１１）

以上から明らかなように、この実施の形態２によれば、上記実施の形態１と同様に、荷重ｗ_１〜ｗ_Ｍを計算するための信号サンプルを十分に得ることができるようになり、その結果、荷重ｗ_１〜ｗ_Ｍの計算精度を高めて、不要波の抑圧性能を高めることができる効果がある。

実施の形態３．
図６はこの発明の実施の形態３によるアダプティブアンテナを示す構成図であり、図において、図１と同一符号は同一または相当部分を示すので説明を省略する。
遅延時間判定部２１は遅延時間推定部２により推定された遅延時間Ｄが特定の信号区間の期間より長い場合、スイッチ２２をＯＮにして合成部６から出力される合成信号ｙ（ｔ）を減算器７に与える一方、その遅延時間Ｄが特定の信号区間の期間より長くない場合、スイッチ２２をＯＦＦにして合成部６から減算器７に出力される合成信号ｙ（ｔ）を遮断する。なお、遅延時間判定部２１及びスイッチ２２は減算手段を構成している。

例えばＯＦＤＭ方式のように、特定の信号区間ＧＩ（Ｇｕａｒｄ Ｉｎｔｅｒｖａｌ）の信号を別の区間にコピーして伝送する通信方式において（図７を参照）、特定の信号区間ＧＩの期間よりも遅延時間が長い遅延波については上記実施の形態１と同様にして抑圧するが、特定の信号区間ＧＩの期間よりも遅延時間が短い遅延波については、その遅延波成分を補正して合成することができるので、このような遅延波は抑圧せずに残した方が、通信品質が向上する。

そこで、この実施の形態３では、遅延時間推定部２により推定された遅延時間Ｄが特定の信号区間ＧＩの期間より長い場合（遅延時間Ｄが特定の信号区間ＧＩの期間より長い遅延波が存在する場合）、遅延時間判定部２１は、スイッチ２２をＯＮにして合成部６から出力される合成信号ｙ（ｔ）を減算器７に与えることにより、上記実施の形態１と同様にして、その遅延波を抑圧する。
一方、遅延時間推定部２により推定された遅延時間Ｄが特定の信号区間ＧＩの期間より短い場合（遅延時間Ｄが特定の信号区間ＧＩの期間より長い遅延波が存在しない場合）、遅延時間判定部２１は、アダプティブアンテナを動作させる必要がないので、スイッチ２２をＯＦＦして合成部６から減算器７に出力される合成信号ｙ（ｔ）を遮断することにより、減算器７から素子アンテナ１−１の受信信号ｘ_１（ｔ）を差分信号ｚ（ｔ）として出力させる。
これにより、通信品質の低下原因となる特定の信号区間ＧＩの期間よりも長い遅延時間をもつ遅延波だけを抑圧することができる効果を奏する。

この実施の形態３では、遅延時間推定部２１により推定された遅延時間Ｄが特定の信号区間ＧＩの期間より短い場合、減算器７から素子アンテナ１−１の受信信号ｘ_１（ｔ）を出力させるものについて示したが、合成部６による合成信号ｙ（ｔ）を差分信号ｚ（ｔ）として出力させるようにしてもよい。
また、この実施の形態３では、図１のアダプティブアンテナに遅延時間判定部２１とスイッチ２２を実装するものについて示したが、図８に示すように、図２のアダプティブアンテナに遅延時間判定部２１とスイッチ２２を実装するようにしてもよい。

実施の形態４．
図９はこの発明の実施の形態４によるアダプティブアンテナを示す構成図であり、図において、図６と同一符号は同一または相当部分を示すので説明を省略する。
入射波電力推定部２３は複数の遅延波が存在する場合、最も電力が大きい遅延波を判別し、その遅延波の遅延時間Ｄの推定を遅延時間推定部２に指示する。なお、入射波電力推定部２３は遅延時間推定手段を構成している。

入射波電力推定部２３とスイッチ２２が実装されている点以外は、上記実施の形態１と同様であるため、入射波電力推定部２３とスイッチ２２の動作のみを説明する。
入射波電力推定部２３は、素子アンテナ１−１の受信信号ｘ_１（ｔ）に複数の遅延波が存在する場合、遅延時間推定部２により計算される遅延プロファイルから複数の遅延波の電力を推定する。
入射波電力推定部２３は、複数の遅延波の電力を相互に比較して、最も電力が大きい遅延波を判別し、その遅延波の遅延時間Ｄの推定を遅延時間推定部２に指示する。
これにより、遅延時間推定部２は、最も電力が大きい遅延波の遅延時間Ｄを推定し、遅延器３−１〜３−Ｍがその遅延時間Ｄだけ受信信号ｘ_１（ｔ）〜ｘ_Ｍ（ｔ）を遅延させるようにする。

このように、最も電力が大きい遅延波の遅延時間Ｄを推定し、その遅延時間Ｄだけ受信信号ｘ_１（ｔ）〜ｘ_Ｍ（ｔ）を遅延させる場合、電力が小さい遅延波の遅延時間だけ受信信号ｘ_１（ｔ）〜ｘ_Ｍ（ｔ）を遅延させる場合よりも、電力の大きい遅延波を優先的に抑圧できるので、通信品質を高めることができる効果を奏する。
なお、入射波電力推定部２３は、素子アンテナ１−１の受信信号ｘ_１（ｔ）に遅延波が存在しない場合、アダプティブアンテナを動作させる必要がないので、スイッチ２２をＯＦＦすることにより、アダプティブアンテナ処理を中止するようにしてもよい。

この実施の形態４では、図１のアダプティブアンテナに入射波電力推定部２３とスイッチ２２を実装するものについて示したが、図２のアダプティブアンテナに入射波電力推定部２３とスイッチ２２を実装するようにしてもよい。

実施の形態５．
上記実施の形態４では、入射波電力推定部２３が最も電力が大きい遅延波を判別し、その遅延波の遅延時間Ｄの推定を遅延時間推定部２に指示するものについて示したが、入射波電力推定部２３が、電力が基準電力より大きい遅延波の個数を推定する機能を備え、荷重計算部４，８が入射波電力推定部２３により推定された遅延波の個数に応じて必要な荷重の個数を決定して計算するようにしてもよい。

即ち、アダプティブアンテナにおいて、必要な素子アンテナと荷重の個数は、抑圧すべき遅延波の数に応じて決まり、例えば、遅延波の個数が“１”の場合、素子アンテナを２個用意して、荷重を２個計算すれば、十分に遅延波を抑圧することができる。
そこで、荷重計算部４，８は、入射波電力推定部２３が、電力が基準電力より大きい遅延波の個数を推定すると、入射波電力推定部２３の推定結果を参照して、遅延波を抑圧するために必要な荷重の個数を決定し、この個数分だけ荷重を計算するようにする。
荷重数が大きくなる程、荷重計算部４，８の演算量は飛躍的に増加するが、この実施の形態５の場合、必要最低限の荷重だけを計算するので、効率的な荷重制御を実現することができる効果を奏する。

実施の形態６．
上記実施の形態１〜５では、荷重計算部４，８が素子アンテナ１−１の受信信号ｘ_１（ｔ）と遅延器３−１〜３−Ｍによる複数の遅延信号ｘ_１（ｔ−Ｄ）〜ｘ_Ｍ（ｔ−Ｄ）、または、素子アンテナ１−１〜１−Ｍの受信信号ｘ_１（ｔ）〜ｘ_Ｍ（ｔ）と遅延器３−１〜３−Ｍによる遅延信号ｘ_１（ｔ−Ｄ）を入力する際、これらの信号をローパスフィルタに通すことなく荷重計算に用いるものについて示したが、図１０に示すように、これらの信号をローパスフィルタ（荷重計算手段）２４に通し、荷重計算部４，８がローパスフィルタ２４の出力信号を用いて荷重ｗ_１〜ｗ_Ｍを計算するようにしてもよい。
これにより、遅延時間推定部２により推定された遅延時間Ｄに誤差が含まれている場合でも、主信号の遅延波成分と、遅延信号の直接波成分の相関が低下し難くなるので、大きな性能劣化を招くことなく、遅延波成分を抑圧することができる効果を奏する。

なお、この実施の形態６では、ローパスフィルタ２４を用いて、これらの信号を平滑化するものについて示したが、これらの信号を平滑化することができれば、ローパスフィルタ２４の代わりに他の手段を荷重計算部４，８の前段に設置するようにしてもよい。
また、この実施の形態６では、これらの信号をローパスフィルタ２４に通して平滑化するものについて示したが、これらの信号を用いて荷重を計算する前に、各信号の平均化処理をそれぞれ実施し、平均化処理後の信号を用いて荷重を計算するようにしてもよい。
この場合においても、遅延時間推定部２により推定された遅延時間Ｄに誤差が含まれていても、大きな性能劣化を招くことなく、遅延波成分を抑圧することができる効果を奏する。

実施の形態７．
上記実施の形態１〜６では、遅延時間推定部２により推定された遅延時間Ｄを遅延器３−１〜３−Ｍに出力するものについて示したが、遅延時間推定部２により推定された遅延時間Ｄをローパスフィルタに通し、そのローパスフィルタの出力信号を遅延器３−１〜３−Ｍに出力するようにしてもよい。

即ち、この実施の形態７では、遅延時間Ｄの推定結果が誤差などの影響で大きく変動することにより、アダプティブアンテナの抑圧性能が低下することを防止することを目的として、遅延時間推定部２により推定された遅延時間Ｄをローパスフィルタに入力し、遅延器３−１〜３−Ｍがそのローパスフィルタの出力信号を遅延時間Ｄとして用いるようにする。
このように遅延時間推定部２により推定された遅延時間Ｄを平滑化することで、遅延時間Ｄの推定結果が大きく変動しないようになり、その結果、アダプティブアンテナの抑圧性能の低下を防止することができる。
なお、この実施の形態７では、ローパスフィルタを用いて遅延時間Ｄを平滑化するものについて示したが、その遅延時間Ｄを平滑化することができれば、ローパスフィルタの代わりに他の手段を遅延時間推定部２の後段に設置するようにしてもよい。また、遅延時間推定部２の動作頻度を低くするようにしてもよい。

実施の形態８．
上記実施の形態１〜７では、素子アンテナの個数に関わらず、荷重計算部４又は８、乗算器５−１〜５−Ｍ、合成部６及び減算器７が１組だけ実装されているものについて示したが、Ｍ個の素子アンテナ１−１〜１−Ｍが搭載されていれば、その素子アンテナと同数組（Ｍ組）だけ、荷重減算部（荷重計算部４又は８、乗算器５−１〜５−Ｍ、合成部６、減算器７）を実装し、複数の減算器７から出力される差分信号ｚ（ｔ）に荷重を乗算して合成する荷重合成部を設けるようにしてもよい。

図１１は素子アンテナ１−Ｍの受信信号ｘ_Ｍ（ｔ）を主信号とする場合の荷重減算部２５−Ｍを示しているが、素子アンテナ１−１〜１−Ｍ毎に、当該素子アンテナの受信信号を主信号とする場合の荷重減算部２５−１〜２５−Ｍが実装されている。また、図１２は荷重減算部２５−１〜２５−Ｍの減算器７から出力される差分信号ｚ（ｔ）に荷重を乗算して合成する荷重合成部（荷重合成手段）２６を示している。

この実施の形態８では、Ｍ個の荷重減算部２５−１〜２５−Ｍの減算器７から差分信号ｚ（ｔ）が出力され、荷重合成部２６が荷重減算部２５−１〜２５−Ｍの減算器７から出力される差分信号ｚ（ｔ）に荷重を乗算して合成し、その合成信号がアダプティブアンテナの出力信号として出力される。
即ち、荷重合成部２６は、例えば、最大比合成法を用いて位相と振幅を合わせて合成することにより、ビーム利得を得て、所望とする直接波成分を増幅する。ビーム利得であるから、この効果は素子アンテナの個数が多いほど大きくなる。直接波成分を増幅することで、通信品質をさらに向上させることができる。

なお、荷重合成部２６における荷重合成の方法は、最大比合成法に限るものではなく、例えば、固有ベクトルビーム形成法を用いてもよい。また、荷重減算部２５−１〜２５−Ｍから出力される差分信号ｚ（ｔ）のうち、何れかの１つの差分信号ｚ（ｔ）を参照信号として適応信号処理を実施して荷重合成を行うようにしてもよい。

また、Ｍ個の荷重減算部２５−１〜２５−Ｍにおいて、式（４）に示す方法で荷重を求める場合、相関行列は全て同じとなるので、相関行列の計算や逆行列の計算は、１つの荷重減算部だけで計算し、他の荷重減算部では、この結果を共通に利用すればよい。これにより荷重演算に関わる演算量を低減することができる。

この発明の実施の形態１によるアダプティブアンテナを示す構成図である。 この発明の実施の形態２によるアダプティブアンテナを示す構成図である。 直接波と遅延波が存在する場合の信号モデルを示す説明図である。 遅延時間推定部の要部を示す構成図である。 遅延時間推定部の要部を示す構成図である。 この発明の実施の形態３によるアダプティブアンテナを示す構成図である。 ＯＦＤＭ方式の通信方式を示す説明図である。 この発明の実施の形態３によるアダプティブアンテナを示す構成図である。 この発明の実施の形態４によるアダプティブアンテナを示す構成図である。 荷重計算手段を示す構成図である。 荷重減算部を示す構成図である。 Ｍ個の荷重減算部と荷重合成部を示す構成図である。

符号の説明

１−１〜１−Ｍ 素子アンテナ、２ 遅延時間推定部（遅延時間推定手段）、３−１〜３−Ｍ 遅延器（遅延手段）、４ 荷重計算部（荷重計算手段）、５−１〜５−Ｍ 乗算器（合成手段）、６ 合成部（合成手段）、７ 減算器（減算手段）、８ 荷重計算部（荷重計算手段）、１１ １サンプル遅延器、１２ 乗算器、１３ 加算器、１４，１５ ＦＦＴ処理部、１６ 複素共役処理部、１７ 乗算器、１８ ＩＦＦＴ処理部、２１ 遅延時間判定部（減算手段）、２２ スイッチ（減算手段）、２３ 入射波電力推定部（遅延時間推定手段）、２４ ローパスフィルタ（荷重計算手段）、２５−１〜２５−Ｍ 荷重減算部、２６ 荷重合成部（荷重合成手段）。

Claims (18)

1. 複数の素子アンテナの受信信号のうち、任意の素子アンテナの受信信号から直接波に対する遅延波の遅延時間を推定する遅延時間推定手段と、上記複数の素子アンテナの受信信号を上記遅延時間推定手段により推定された遅延時間だけ遅延させる遅延手段と、上記遅延手段により遅延された複数の受信信号に荷重をそれぞれ乗算し、それらの乗算結果を合成する合成手段と、上記合成手段から出力される合成信号と上記任意の素子アンテナの受信信号との差分を出力する減算手段と、上記減算手段から出力される差分信号の電力が最も小さくなるように、上記任意の素子アンテナの受信信号と上記遅延手段により遅延された複数の受信信号から上記合成手段が乗算に用いる荷重を計算する荷重計算手段とを備えたアダプティブアンテナ。
2. 複数の素子アンテナの受信信号のうち、任意の素子アンテナの受信信号から直接波に対する遅延波の遅延時間を推定する遅延時間推定手段と、上記任意の素子アンテナの受信信号を上記遅延時間推定手段により推定された遅延時間だけ遅延させる遅延手段と、上記複数の素子アンテナの受信信号に荷重をそれぞれ乗算し、それらの乗算結果を合成する合成手段と、上記合成手段から出力される合成信号と上記遅延手段により遅延された受信信号との差分を出力する減算手段と、上記減算手段から出力される差分信号の電力が最も小さくなるように、上記複数の素子アンテナの受信信号と上記遅延手段により遅延された受信信号から上記合成手段が乗算に用いる荷重を計算する荷重計算手段とを備えたアダプティブアンテナ。
3. 減算手段は、遅延時間推定手段により推定された遅延時間が特定の信号区間の期間より長い場合に限り、合成手段から出力される合成信号と任意の素子アンテナの受信信号との差分を出力し、その遅延時間が特定の信号区間の期間より長くない場合には、任意のアンテナの受信信号を出力することを特徴とする請求項１記載のアダプティブアンテナ。
4. 減算手段は、遅延時間推定手段により推定された遅延時間が特定の信号区間の期間より長い場合に限り、合成手段から出力される合成信号と任意の素子アンテナの受信信号との差分を出力し、その遅延時間が特定の信号区間の期間より長くない場合には、複数の素子アンテナの受信信号に荷重計算手段により計算された荷重をそれぞれ乗算し、それらの乗算結果の合成信号を出力することを特徴とする請求項１記載のアダプティブアンテナ。
5. 減算手段は、遅延時間推定手段により推定された遅延時間が特定の信号区間の期間より長い場合に限り、合成手段から出力される合成信号と遅延手段により遅延された受信信号との差分を出力し、その遅延時間が特定の信号区間の期間より長くない場合には、上記遅延手段により遅延された受信信号を出力することを特徴とする請求項２記載のアダプティブアンテナ。
6. 遅延時間推定手段は、複数の遅延波が存在する場合、最も電力が大きい遅延波の遅延時間を推定することを特徴とする請求項１または請求項２記載のアダプティブアンテナ。
7. 遅延時間推定手段は、遅延波の遅延時間を推定する際、電力が基準電力より大きい遅延波の個数を推定する機能を備え、荷重計算手段は、上記遅延時間推定手段により推定された遅延波の個数に応じて必要な荷重の個数を決定して計算することを特徴とする請求項１または請求項２記載のアダプティブアンテナ。
8. 荷重計算手段は、任意の素子アンテナの受信信号と遅延手段により遅延された複数の受信信号から相互相関ベクトルを求めるとともに、上記遅延手段により遅延された複数の受信信号から相関行列の逆行列を求め、その相互相関ベクトルと相関行列の逆行列から荷重を計算することを特徴とする請求項１記載のアダプティブアンテナ。
9. 荷重計算手段は、複数のアンテナの受信信号と遅延手段により遅延された受信信号から相互相関ベクトルを求めるとともに、複数のアンテナの受信信号から相関行列の逆行列を求め、その相互相関ベクトルと相関行列の逆行列から荷重を計算することを特徴とする請求項２記載のアダプティブアンテナ。
10. 荷重計算手段は、ＬＭＳアルゴリズム又はＲＬＳアルゴリズムを用いて、荷重を計算することを特徴とする請求項１または請求項２記載のアダプティブアンテナ。
11. 荷重計算手段は、素子アンテナの受信信号及び遅延手段により遅延された受信信号を入力すると、それらの受信信号をローパスフィルタに通し、そのローパスフィルタの出力信号を用いて荷重を計算することを特徴とする請求項１または請求項２記載のアダプティブアンテナ。
12. 荷重計算手段は、素子アンテナの受信信号及び遅延手段により遅延された受信信号を入力すると、それらの受信信号の平均化処理をそれぞれ実施し、平均化処理後の受信信号を用いて荷重を計算することを特徴とする請求項１または請求項２記載のアダプティブアンテナ。
13. 遅延時間推定手段は、任意の素子アンテナの受信信号を構成する既知の信号系列を用いて、その受信信号に対する相関処理を実施して遅延プロファイルを算出し、その遅延プロファイルのピークから遅延時間を推定することを特徴とする請求項１または請求項２記載のアダプティブアンテナ。
14. 遅延時間推定手段は、任意の素子アンテナの受信信号のＦＦＴ処理を実施するとともに、その受信信号を構成する既知の信号系列のＦＦＴ処理を実施し、いずれか一方のＦＦＴ処理結果の複素共役と、他方のＦＦＴ処理結果とを乗算し、その乗算結果の逆ＦＦＴ処理を実施して遅延プロファイルを算出し、その遅延プロファイルのピークから遅延時間を推定することを特徴とする請求項１または請求項２記載のアダプティブアンテナ。
15. 遅延時間推定手段は、直接波に対する遅延波の遅延時間を推定すると、その遅延時間をローパスフィルタに通し、そのローパスフィルタの出力信号を遅延手段に出力することを特徴とする請求項１または請求項２記載のアダプティブアンテナ。
16. 複数の素子アンテナ毎に、当該素子アンテナを任意のアンテナとして、合成手段、減算手段及び荷重計算手段をそれぞれ備え、複数の減算手段から出力される差分信号に荷重を乗算して合成する荷重合成手段を設けたことを特徴とする請求項１から請求項１５のうちのいずれか１項記載のアダプティブアンテナ。
17. 荷重合成手段は、最大比合成法、適応アルゴリズム又は固有ベクトルビーム形成法を用いて、複数の減算手段から出力される差分信号を荷重合成することを特徴とする請求項１６記載のアダプティブアンテナ。
18. 複数の荷重計算手段における相関行列の逆行列を求める処理を共通化することを特徴とする請求項１６記載のアダプティブアンテナ。

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