JP4392109B2 - 到来方向推定装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は受信信号の到来方向を推定する装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
スペクトル拡散信号のような広い周波数帯域を有している信号と、周波数変調信号のようなスペクトル拡散信号に対し狭い周波数帯域を有している信号が、スペクトル拡散信号の周波数帯域内に混在してアンテナに受信されるような状況において、従来の到来方向推定装置ではそれら全ての信号の到来方向を推定している。
【０００３】
推定した方向における信号の変調方式を確認する場合には、推定した方向に指向性アンテナを向けて到来信号の受信を行い、受信信号のスペクトル解析などの調査を行うことなどにより、信号の変調方式を確認するといった方法がある。また、変調方式により到来方向の推定を行う方法としては、周期定常性を利用した到来方向推定方法がある。
【０００４】
例えば「周期定常を利用したアレーアンテナにおける到来波数と方向推定」（電子情報通信学会論文誌 '98/1 Vol.J81-B-II No.1 pp.19-28）で発表されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
従来、アンテナで受信した信号が、スペクトル拡散信号と、そのスペクトル拡散信号の周波数帯域内に存在するスペクトル拡散信号とは異なる変調方式による信号であった場合、それぞれの信号を分離して到来方向を推定することはできない。
【０００６】
本発明はこのような課題を解決するものであり、スペクトル拡散信号とスペクトル拡散信号とは異なる変調信号からなる受信信号を、変調方式により選別してその到来方向を推定するものことを目的とするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、変調信号が有する周期定常性を利用し、変調方式により異なる周期周波数を利用することにより信号選別を可能とする。上記課題における受信信号において、スペクトル拡散信号はそのチップレートから決定される周波数を周期周波数として計算を行い、スペクトル拡散信号以外の信号は周期周波数の検出を行いその結果を用いて計算行うことにより、スペクトル拡散信号とスペクトル拡散信号とは異なる信号を選別することが可能となり、信号それぞれの到来方向を推定することが可能となる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
本発明の第１の発明は、移動局からの信号を受信する複数のアンテナ素子からなるアレーアンテナと、前記アレーアンテナの受信信号を中間周波数またはベースバンド周波数に変換する周波数変換手段と、前記周波数変換手段の出力信号をディジタル信号に変換するアナログディジタル変換手段と、前記アナログディジタル変換手段の出力信号から第１の変調信号の周期周波数を用いて周期相関行列を計算する第１の相関行列検出手段と、前記アナログディジタル変換手段の出力信号から第２の変調信号の周期周波数を用いて周期相関行列を計算する第2の相関行列検出手段と、前記相関行列検出手段の出力である相関行列の固有値および固有ベクトルを用いて受信信号の到来方向の推定を行う到来方向推定手段を備え、受信信号から変調方式が異なる信号を分離してそれぞれの到来方向を推定するという作用を有する。
【０００９】
第２の発明は、前記第１の相関行列検出手段が、スペクトル拡散変調信号のチップレートから決定される周波数を第１の周期周波数とし、スペクトル拡散変調信号の周期相関行列を計算するものであり、スペクトル拡散信号のように周期周波数が既知の信号に対して周期周波数の検出を行わずに周期相互相関行列を計算するという作用を有する。
【００１０】
第３の発明は、前記第２の相関行列検出手段が、前記アナログディジタル変換手段の出力から周期周波数を検出する周期周波数検出手段を有し、その周期周波数検出手段の出力を第２の周期周波数とし、受信信号の周期相関行列を計算するものであり、周期周波数が未知の信号に対して周期周波数の検出を行い、その結果を周期周波数として周期相互相関行列を計算するという作用を有する。
【００１１】
第４の発明は、前記アナログディジタル変換の出力信号を蓄積するデータ蓄積手段を有し、前記第１の相関行列検出手段が前記データ蓄積手段の蓄積データを用いて周期相関行列を計算するものであり、スペクトル拡散信号の周期相互相関行列を計算する際に必要であるシンボル数を決定し、そのデータを確保するという作用を有する。
【００１２】
第５の発明は、前記到来方向推定手段の固有値が複素数である場合には、大きさを判別するためにその絶対値を用いるとしたものであり、この固有値の大きさにより到来している波数の決定を行うという作用を有する。
【００１３】
第６の発明は、前記第２の相関行列検出手段が、前記アナログディジタル変換手段の出力から複数個の周期周波数を検出する周期周波数検出手段と複数個の相関行列検出手段を有し、前記周期周波数検出手段の複数個の出力を周期周波数とし、前記複数個の相関行列検出手段で、受信信号の周期相関行列を計算することで複数個の周期相関行列を出力するものであり、周期周波数が未知の信号が複数個存在している場合に対して、複数個の周期周波数の検出を行い,その結果を周期周波数として周期相互相関行列を複数個計算するという作用を有する。
【００１４】
第７の発明は、前記アレーアンテナとしてＮ個の直線アレーアンテナを有し、それぞれの直線アレーアンテナの法線方向が、３６０°／Ｎの角度で設置されるものであり、１個のアレーアンテナではアンテナの開口値が１８０°であるが、N個のアレーアンテナを有することにより３６０°の全方位からの到来方向を推定するという作用を有する。
【００１５】
第８の発明は、前記N個の直線アレーアンテナのそれぞれの直線アレーアンテナを用いて、前記到来方向推定手段が到来方向を推定し、N個の推定結果を比較する推定結果比較手段を有するとしたものであり、N個の推定結果を比較することで信号の真の到来方向を推定する作用を有する。
【００１６】
以下、本発明の実施の形態について、図１から図４を用いて説明する。
【００１７】
（実施の形態１）
図１は本発明の第１の形態による到来方向推定装置のブロック結線図である。図において１１はアレーアンテナ、１２は周波数周波数変換手段、１３はアナログディジタル変換手段、１４はデータ蓄積手段、１５はスペクトル拡散信号相関検出手段、１６は周期周波数検出手段、１７は相関行列検出手段、１８は到来方向推定手段である。
【００１８】
以上のように構成された到来方向推定装置に関して、以下にその動作を説明する。移動局からの信号を１１のアレーアンテナで受信を行う。アレーアンテナで受信した信号を１２の周波数変換手段で中間周波数またはベースバンド周波数に周波数変換を行う。周波数変換された信号は１３のアナログディジタル変換手段でディジタル信号に変換される。１４のデータ蓄積手段において、１３のアナログディジタル変換手段の出力ディジタル信号を蓄積し、スペクトル拡散信号のチップ数が１００チップ以上となるまでデータの蓄積を行う。
【００１９】
１５のスペクトル拡散信号相関検出手段では、既知のスペクトル拡散信号におけるチップレートから決定される周期周波数を定めておき、１６のデータ蓄積手段における蓄積データを用いて、スペクトル拡散信号周期相関行列の計算を行う。また、１３のアナログディジタル変換手段の出力であるディジタル信号を用いて、１６の周期周波数検出手段で周期周波数の検出を行う。
【００２０】
受信信号が振幅変調や周波数変調信号である場合には、搬送波周波数の２倍の周波数が周期周波数として、受信信号がＰＳＫ信号である場合には、シンボルレートが周期周波数として検出され、このように変調方式や伝送速度の違いにより異なった周期周波数が検出される。
【００２１】
この周期周波数検出手段における周期周波数を検出する方法を次に示す。１つのアンテナ素子の受信信号からなるディジタル信号を用いて、周期周波数を変化させて周期自己相関関数の計算を行い、その計算結果である周期自己相関列の最大値を検出することによりその値に対応する周期周波数を検出する。
【００２２】
１７の相関行列検出手段では、１６の周期周波数検出手段の検出結果を周期周波数とし、１３のアナログディジタル変換手段の出力であるディジタル信号を用いて周期相関行列の計算を行う。１５，１７の相関行列検出手段では、それぞれの周期周波数を用いて、１つのアンテナ素子で受信された信号に対する他のアンテナ素子で受信された信号の周期相互相関列を列とした周期相関行列を計算する。
【００２３】
１８の到来方向推定手段では、１５、１７の相関行列検出手段の計算結果である相関行列を用いて、それぞれの固有値と固有ベクトルを算出してスペクトル拡散信号とその他の信号のそれぞれの到来方向を推定する。
【００２４】
周期相関行列を用いて到来方向の推定を行う手法は、例えば 辻宏之他 「周期定常を利用したアレーアンテナにおける到来波数と方向推定」（電子情報通信学会論文誌 '98/1 Vol.J81-B-II No.1 pp.19-28）に詳しく述べられている手法を用いることができる。また、固有値の大きさを判定することにより到来信号の個数を推定することが可能である。固有値が複素数になった場合には、その絶対値を用いて大きさの判定を行う。
【００２５】
以上のように本実施の形態の発明によれば、同一周波数帯域内に存在しているスペクトル拡散信号とスペクトル拡散信号とは異なる周波数変調信号などの信号をそれぞれ別々に到来方向を推定することが実現できる。
【００２６】
（実施の形態２）
図２は本発明の第２の形態による到来方向推定装置のブロック結線図である。図において２１はアレーアンテナ、２２は周波数変換手段、２３はアナログディジタル変換手段、２４はデータ蓄積手段、２５はスペクトル拡散信号相関行列検出手段、２６は周期周波数検出手段、２７−１、２７−２、・・・、２７−Mは相関行列検出手段、２８は到来方向推定手段である。
【００２７】
以上のように構成された到来方向推定装置に関して、以下にその動作を説明する。２１のアレーアンテナ、２２の周波数変換手段、２３のアナログディジタル変換手段、２４のデータ蓄積手段、２５のスペクトル拡散信号相関行列検出手段の動作は、実施の形態１の動作と同じである。
【００２８】
実施の形態１と異なる点は、２６の周期周波数検出手段において複数個の周期周波数の検出を行い、その複数個の周期周波数を用いて、複数個の相関行列検出手段により相関行列の計算を行うことである。
【００２９】
周期周波数検出手段における複数個の周期周波数の検出方法を次に示す。１つのアンテナ素子の受信信号からなるディジタル信号を用いて、周期周波数を変化させて周期自己相関関数の計算を行い、その計算結果である周期自己相関列のピーク値を複数個検出することによりその値に対応する周期周波数を検出する。
【００３０】
２７−１、２７−２、・・・２７−Mの相関行列検出手段では、２６の周期周波数検出手段の出力である複数個の周期周波数と、２３のアナログディジタル変換手段の出力であるディジタル信号を用いて周期相関行列の計算を行う。２８の到来方向推定手段では、２５、２７−１、２７−２、・・・２７−Mの相関行列検出手段の計算結果である相関行列を用いて、その固有値と固有ベクトルを用いて信号の到来方向を推定する。
【００３１】
以上のように本実施の形態の発明によれば、同一周波数帯域内に存在しているスペクトル拡散信号と複数個のスペクトル拡散信号とは異なる周波数変調信号などの信号をそれぞれ別々に到来方向を推定することが実現できる。
【００３２】
（実施の形態３）
図３は本発明の第３の形態による到来方向推定装置のブロック結線図である。図において３１−１、・・・３１−Nはアレーアンテナ、３２−１、・・・３２−Nは周波数変換手段、３３−１、・・・３３−Nはアナログディジタル変換手段、３４−１、・・・３４−Nはデータ蓄積手段、３５−１、・・・３５−Nはスペクトル拡散信号相関検出手段、３６−１、・・・３６−Nは周期周波数検出手段、３７−１、・・・３７−Nは相関行列検出手段、３８−１、・・・３８−Nは到来方向推定手段、３９−１、・・・３９−Nは推定結果、４０は推定結果比較手段である。図４は推定結果比較手段の動作を示したものである。図において４１は移動局である。
【００３３】
以上のように構成された到来方向推定装置に関して、以下にその動作を説明する。N個のアレーアンテナは、それぞれのアレーアンテナにおける法線方向が、隣接するアレーアンテナの法線方向に対して３６０°／Nの角度をなすように設置されている。
【００３４】
４１の移動局からの信号を３１−１、・・・３１−Nのアレーアンテナが受信を行う。それぞれのアレーアンテナの受信信号を用いて、実施の形態１に記載の方法により到来方向の推定を行う。３８−１、・・・３８−Nの到来方向推定手段による推定結果が３９−１、・・・３９−Nである。４０の推定結果比較手段は、３９−１、・・・３９−Nの推定結果の比較を行う。
【００３５】
第１のアレーアンテナ３１−１の法線方向を０°方向と定めると、この第１のアレーアンテナを基準として、それぞれのアレーアンテナの法線方向から、それぞれのアレーアンテナの補正角度が決定される。３９−１、・・・３９−Nの推定結果をそれぞれのアレーアンテナの補正角度により補正を行うことで、基準である第1のアレーアンテナの法線方向に対する角度が推定され、その推定結果を比較することで全方位に対して真の到来方向の推定を行う。
【００３６】
以上のように本実施の形態の発明によれば、同一周波数帯域内に存在しているスペクトル拡散信号とスペクトル拡散信号とは異なる周波数変調信号などの信号をそれぞれ別々に全方位に対して真の到来方向を推定することが実現できる。
【００３７】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、スペクトル拡散信号のような広い周波数帯域を有する信号と、スペクトル拡散信号とは異なる信号がスペクトル拡散信号の周波数帯域内に混在する場合において、それぞれの信号の到来方向を別々に推定することが可能であるという有利な効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施の形態１による到来方向推定装置のブロック結線図
【図２】第２の実施の形態２による到来方向推定装置のブロック結線図
【図３】第３の実施の形態３による到来方向推定装置のブロック結線図
【図４】推定結果比較手段の動作を示す図
【符号の説明】
１１、２１、３１−１、３１−N アレーアンテナ
１２、２２、３２−１、３２−N 周波数変換手段
１３、２３、３３−１、３３−N アナログディジタル変換手段
１４、２４、３４−１、３４−N データ蓄積手段
１５、２５、３５−１、３５−N スペクトル拡散信号相関行列検出手段
１６、２６、３６−１、３６−N 周期周波数検出手段
１７、２７−１、２７−２、２７−M、３７−１、３７−N 相関行列検出手段
１８、２８、３８−１、３８−N 到来方向推定手段
３９−１、３９−N 推定結果
４０ 推定結果比較手段
４１ 移動局

Claims (6)

1. スペクトル拡散信号と、前記スペクトル拡散信号より狭い周波数帯域を有する変調信号とを含む信号を受信する複数のアンテナ素子からなるアレーアンテナと、
   前記受信した信号に含まれるスペクトル拡散信号を、１００チップ以上蓄積する蓄積手段と、
   既知のスペクトル拡散信号のチップレートから求められる基準周期周波数と、前記蓄積手段に蓄積されたデータとを用いて前記スペクトル拡散信号の第１の周期相関行列を計算する第１の相関行列検出手段と、
   前記受信した信号を用いて、周期周波数を変化させて周期自己相関関数の計算を行い、その計算結果である周期自己相関行列のピーク値を検出することにより前記ピーク値に対応する周期周波数を検出し、検出された前記周期周波数と、前記受信した信号とを用いて、前記受信した信号に含まれる前記変調信号の第２の周期相関行列を計算する第２の相関行列検出手段と、
   前記第１及び第２の相関行列検出手段から出力される前記第１及び第２の周期相関行列を用いて、各々の固有値および固有ベクトルを算出し、前記スペクトル拡散信号と前記変調信号の各々の到来方向の推定を行う到来方向推定手段と、
   を備える到来方向推定装置。
2. 前記到来方向推定手段は、
   前記固有値が複素数である場合には、前記固有値の大きさは、固有値の絶対値を用いて判断する
   請求項１の到来方向推定装置。
3. 前記第２の相関行列検出手段は、
   前記受信した信号から、前記変調信号の周期周波数として、複数個の周期周波数を検出する周期周波数検出手段と、
   検出された前記複数個の周期周波数のいずれかと、前記受信した信号とを用いて前記第２の周期相関行列を計算する複数の相関行列検出手段と、
   から構成される請求項１の到来方向推定装置。
4. スペクトル拡散信号と、前記スペクトル拡散信号より狭い周波数帯域を有する変調信号とを含む信号を受信する複数のアンテナ素子からなるアレーアンテナによって前記信号を受信するステップと、
   前記受信した信号に含まれるスペクトル拡散信号を、１００チップ以上蓄積するステップと、
   既知のスペクトル拡散信号のチップレートから求められる基準周期周波数と、前記蓄積するステップにおいて蓄積されたデータとを用いて前記スペクトル拡散信号の第１の周期相関行列を計算するステップと、
   前記受信した信号を用いて、周期周波数を変化させて周期自己相関関数の計算を行い、その計算結果である周期自己相関行列のピーク値を検出することにより前記ピーク値に対応する周期周波数を検出し、検出された前記周期周波数と、前記受信した信号とを用いて、前記受信した信号に含まれる前記変調信号の第２の周期相関行列を計算するステップと、
   前記第１及び第２の周期相関行列を用いて、各々の固有値および固有ベクトルを算出し、前記スペクトル拡散信号と前記変調信号の各々の到来方向の推定を行うステップと、
   を含む到来方向推定方法。
5. 前記到来方向を推定するステップは、
   前記固有値が複素数である場合には、前記固有値の大きさは、固有値の絶対値を用いて判断する
   請求項４の到来方向推定方法。
6. 前記第２の相関行列を計算するステップは、
   前記受信した信号から、前記変調信号の周期周波数として、複数個の周期周波数を検出するステップと、
   検出された前記複数個の周期周波数のいずれかと、前記受信した信号とを用いて前記第２の周期相関行列を計算するステップと、
   から構成される請求項４の到来方向推定方法。

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