JP4618126B2 - 適応アンテナ受信方法および装置 - Google Patents

Description

本発明は、適応アンテナ受信装置に関し、特に、ＣＤＭＡ通信においてアンテナ指向性ビームを適応的に形成し、所定のユーザからの希望信号を受信すると共に他ユーザからの干渉信号を抑圧する適応アンテナ受信装置に関する。

符号分割多重アクセス（ＣＤＭＡ）通信は、無線周波数に対する加入者容量の増大が可能と言われており、移動通信セルラーシステムの無線アクセス方式として注目されている。

しかし、ＣＤＭＡ通信では、所定のユーザからの希望信号を基地局で受信するとき、同時に基地局にアクセスする他ユーザからの信号が干渉となるという問題がある。この干渉信号を除去して希望信号を良好に受信するための手段としてアレーアンテナがある。

アレーアンテナは複数のアンテナ素子からなる。アレーアンテナは、各アンテナ素子に対して複素数の重み付けをすることにより各アンテナ素子の受信信号の振幅および位相を制御して指向性ビームを形成することができる。希望信号の受信に適するように指向性ビームを形成することにより、アレーアンテナは希望信号を良好に受信するとともに他ユーザからの干渉信号を抑圧する。この指向性ビームを適応制御するのが適応アレーアンテナである。

希望信号は基地局ではマルチパスで受信されるが、適応アレーアンテナは、希望信号の各パス方向に高いビーム利得を向けるだけでなく、干渉信号の方向に利得の極めて低いポイント（ヌル）を向けることにより、受信希望信号対干渉雑音電力比（ＳＩＮＲ）を最大とするよう重み付けを制御する。
従来の適応アンテナ受信装置として非特許文献１に記載されたものがある。

図１は、従来の適応アンテナ受信装置の構成を示すブロック図である。図１を参照すると、従来の適応アンテナ受信装置は、パス受信部１０１−１〜１０１−Ｌ（Ｌは自然数）、合成器１０６、判定器１０７、スイッチ１０８、減算器１０９を有している。

パス受信部１０１−１〜１０１−Ｌは、移動通信環境におけるマルチパスによる複数の伝送路に対応してマルチパス合成を行うためにＬ個が設けられている。
パス受信部１０１−１〜１０１−Ｌは全て同様の構成である。

パス受信部１０１−１は、ビームフォーマー１０２−１、伝送路推定部１０３−１、複素共役操作１０４−１、乗算器１０５−１、１１０−１、アンテナ重み適応更新部１１１−１を有している。

ビームフォーマー１０２−１には、希望ユーザの拡散符号を用いてパス＃１のタイミングで各アンテナ素子＃１〜＃Ｎ（Ｎはアレーアンテナに含まれるアンテナ素子の数）での受信信号を逆拡散して得られたＮ個の逆拡散信号が入力として与えられる。ビームフォーマー１０２−１は、Ｎ個の逆拡散信号を重み付け合成することでパス＃１用の指向性ビームを形成する。

図２は、従来のビームフォーマーの構成を示すブロック図である。図２を参照すると、ビームフォーマー１０２−１は、複素共役操作部１１２−１−１〜１１２−１−Ｎ、乗算器１１３−１−１〜１１３−１−Ｎ、および合成器１１４−１を有している。他のビームフォーマー１０２−２〜１０２−Ｌも同様の構成である。

複素共役操作部１１２−１−１〜１１２−１−Ｎは、アンテナ重み適応更新部１１１−１からのＮ個のアンテナ重み（Ｗ）の複素共役を各々計算し、乗算器１１３−１−１〜１１３−１−Ｎの各々に与える。

乗算器１１３−１−１〜１１３−１−Ｎは、パス＃１の逆拡散信号の各々と、複素共役操作部１１２−１−１〜１１２−１−Ｎの各々からの与えられたアンテナ重みの複素共役とを乗算して合成器１１４−１に与える。

合成器１１４−１は、乗算器１１３−１−１〜１１３−１−Ｎの全ての出力を加算する。

また、図１に示した伝送路推定部１０３−１は、ビームフォーマー１０２−１の出力から伝送路推定を行い、伝送路推定値を複素共役操作部１０４−１および乗算器１１０−１に与える。伝送路推定とは、パスの受信状況から電波伝搬状態の変化を推定することである。これにより得られた伝送路推定値は電波伝搬状況の変化を補償（伝送路補正）するのに用いられる。

複素共役操作部１０４−１は、伝送路推定部１０３−１からの伝送路推定値の複素共役を計算し、乗算器１０５−１に与える。

乗算器１０５−１は、ビームフォーマー１０２−１の出力に伝送路推定値の複素共役を乗算することにより、位相変動を補正（伝送路補正）するとともに最大比合成のための重み付けを行う。最大比合成とは、マルチパス合成後の信号のＳＩＮＲを最大とするような重み付け合成方法である。

図１に示した従来のパス受信部１０１−１では、伝送路推定に基づいて位相補正する機能がアンテナ重み制御と分離されている。そのため、アンテナ重み制御において、希望信号のフェージングによる位相変動を補正する必要が無く、信号の到来方向のみに依存する位相変動を補正すればよいので、安定したビーム形成が可能となる。

合成器１０６は、パス受信部１０１−１〜１０１−Ｌの各々の乗算器１０５−１〜１０５−Ｌの出力の全てを加算してパス合成を行うことにより復調信号を生成する。

判定器１０７は、合成器１０６で得られた復調信号から、可能性の高い送信シンボルを判定する。

スイッチ１０８は、既知参照信号、または判定器１０７からの送信シンボルのいずれかを選択し、参照信号として減算器１０９に与える。スイッチ１０８は、既知参照信号が与えられていればそれを選択し、既知参照信号が与えられていなければ、判定器１０７からの送信シンボルを選択する。

減算器１０９は、参照信号から、合成器１０６からの復調信号を減算し、全てのパス受信部１０１−１〜１０１−Ｌの乗算器１１０−１〜１１０−Ｌに誤差信号として与える。その際、参照信号として、スイッチ１０８からの参照信号に後述する参照信号レベルを乗じた値を用いる。

パス受信部１０１−１の乗算器１１０−１は、減算器１０９からの誤差信号に、伝送路推定部１０３−１からの伝送路推定値を乗算してアンテナ重み適応更新部１１１−１に与える。

アンテナ重み適応更新部１１１−１は、伝送路推定値が乗じられた誤差信号と、パス＃１のＮ個の逆拡散信号とを用いてアンテナ重みを適応的に計算し、ビームフォーマー１０２−１に与えて適応制御を行う。適応制御において、一般に、最小二乗平均誤差制御（ＭＭＳＥ）が用いられる。誤差信号を用いるアンテナ重み係数の適応更新アルゴリズムにはＬＭＳ（Ｌｅａｓｔ Ｍｅａｎ Ｓｑｕａｒｅ）、ＮＬＭＳ（Ｎｏｒｍａｌｉｚｅｄ ＬＭＳ）、ＲＬＳ（Ｒｅｃｕｒｓｉｖｅ Ｌｅａｓｔ Ｓｑｕａｒｅ）アルゴリズムが知られている。

例えば、非特許文献１では、ＮＬＭＳアルゴリズムを用いてアンテナ重みを更新することが記載されている。アンテナ重みｗ（ｉ，ｍ）（ここで、ｉはパス番号、ｍはシンボル番号である）は以下の更新式（式（１））を用いて計算される。

ここで、ｘ（ｉ，ｍ）は各アンテナによる受信信号の逆拡散信号である。ｐ（ｉ，ｍ）は各アンテナの逆拡散信号の逆拡散信号の総電力である。ｈ（ｉ，ｍ）は伝送路推定値である。λはステップサイズである。
誤差信号をｅ（ｍ）、受信信号をｚ（ｍ）とすると、誤差信号ｅ（ｍ）は式（２）のように表すことができる。なお、＊は共役複素数を示す。

Ａ（ｍ）は参照信号レベルである。

参照信号レベルＡ（ｍ）は、ビームフォーマー１０２−１に入力されるアンテナ素子毎の逆拡散信号に基づいて計算される（例えば、特許文献１参照）。ビームフォーマー１０２−１に入力される逆拡散信号の受信レベルはビーム利得の影響を受けないため参照信号レベルＡ（ｍ）を算出する基準として望ましい。

また、適応アンテナ受信の応用形態として、フェージングが互いに独立した複数のアレーアンテナ（サブアレー）で符号分割多重アクセス信号を受信することにより指向性を制御することによる効果とダイバーシチ効果とを得るという形態がある。

そして、それら複数のサブアレーにおいて指向性形成に用いられるアンテナ重みを共通のものとするとともに、そのアンテナ重み制御に全てのサブアレーの判定誤差信号を用いて適応制御特性を改善した形態が提案されている（特許文献２参照）。

また、他の応用形態として、マルチビームフォーマーによってビーム形成された信号を用いてパス検出するという形態がある。それによりアンテナ数が多くてもパス検出特性が劣化しないという効果が得られる。

そして、そのマルチビームフォーマーで形成された各ビームの逆拡散出力を重み付け合成して位相変動を補正することにより各パスを検出し、さらにそれらパスを合成して復調信号を得るとともに、位相変動の逆補正を施した判定誤差信号と各ビームの逆拡散出力とを用いて重み付け合成の重みを適応更新するとした形態が提案されている（特許文献３参照）。これにより優れたパス検出特性に加えて優れた受信復調特性をも得ることができる。
特開２００２−７７００８号公報 特開２００２−３６８５２０号公報 特開２００２−３６８６５２号公報 田中、佐和橋、安達他、「Ｐｉｌｏｔ Ｓｙｍｂｏｌ−Ａｓｓｉｓｔｅｄ Ｄｅｃｉｓｉｏｎ−Ｄｉｒｅｃｔｅｄ Ｃｏｈｅｒｅｎｔ Ａｄａｐｔｉｖｅ Ａｒｒａｙ Ｄｉｖｅｒｓｉｔｙ ｆｏｒ ＤＳ−ＣＤＭＡ Ｍｏｂｉｌｅ Ｒａｄｉｏ Ｒｅｖｅｒｓｅ Ｌｉｎｋ」（ＩＥＩＣＥ Ｔｒａｎｓ．，ｖｏｌ．Ｅ８０−Ａ，ｐｐ．２４４５−２４５４，Ｄｅｃ．１９９７）

図１に示したものに代表されるような従来の適応アンテナ受信装置によれば、希望信号の到来方向に指向性ビームを形成することができる。また、特許文献２、３に記載されたような様々な応用形態によれば希望信号をさらに良好に受信することができる。しかし、これは追従性が良いという条件下で得られる効果である。

希望信号の到来方向の角度変化が大きい場合、希望信号の到来方向と指向性ビームのビーム方向がずれて希望信号の利得が低下する可能性がある。

図３は、適応アレーアンテナによる指向性ビームと希望信号の到来方向の関係を示す図である。図３において（ａ）は従来の場合、（ｂ）は本発明の場合である。従来の適応アレーアンテナでは、希望波の到来方向で最大利得が得られるように指向性ビームの方向が制御されるが追従性に考慮が払われていないため、図３（ａ）に示すように、到来方向の角度が変化した場合、希望信号の到来方向がビーム方向からずれ、希望信号の利得が大きく低下してしまう。その結果、正確な誤差信号が検出されず、追従性が損なわれる。また、ひどい場合には、到来方向の角度変化に追従できずに希望信号を見失い、同期はずれを起こす可能性がある。

本発明は、指向性ビームの追従性に着目してなされたものであり、その目的は、希望信号の到来方向の角度変化に対する追従性を向上した適応アンテナ受信装置を提供することである。

上記目的を達成するために、本発明の適応アンテナ受信装置は、複数のアンテナ素子からなるアレーアンテナの指向性ビームを適応的に形成することにより複数の送信装置から送信された多重信号における干渉信号を抑圧して希望信号を受信し、該希望信号を伝送路推定に基づいて補正する適応アンテナ受信装置であって、
前記各アンテナ素子で受信した信号と、前記伝送路推定に基づいて補正された前記希望信号を用いて求められた誤差信号とからアンテナ重みを適応的に更新するアンテナ重み適応更新手段と、
前記希望信号の到来方向にビーム利得が一定となるように、前記アンテナ重み適応更新手段で求めた前記アンテナ重みに拘束処理を施すアンテナ重み方向拘束手段と、
前記アンテナ重み方向拘束手段において拘束処理が施された前記アンテナ重みを用いて前記アレーアンテナで前記希望信号を受信するビームフォーマーと、
前記ビームフォーマーで受信された前記希望信号の伝送路推定を行い、推定結果を用いて前記希望信号を補正する伝送路推定手段とを有している。

したがって、本発明によれば、伝送路推定手段が伝送路補正を行い、アンテナ重み適応更新手段が各アンテナ素子の受信信号を用いてアンテナ重みを適応制御し、アンテナ方向拘束手段がアンテナ重みを修正するという伝送路補正がアンテナ重み制御から分離された構成なので、アンテナ重みは、伝送路補正の成分を含まず、信号到来方向のみに依存する位相補正により適応制御され、アンテナ重み方向拘束手段が、希望信号の到来方向のビーム利得を一定に保つようにアンテナ重みを修正することができる。

また、前記アンテナ重み方向拘束手段において、前記希望信号の到来方向を示す方向ベクトルを用いて前記アンテナ重みに拘束処理を施すこととしてもよい。

したがって、アンテナ方向拘束手段が方向ベクトルにより希望信号の到来方向のビーム利得を一定に保つようにアンテナ重みを修正するので、ビーム出力の希望信号成分の利得が一定に保たれる。

また、隣接する前記アンテナ素子で受信した信号同士の各相関値を求める隣接アンテナ相関検出手段と、
前記隣接アンテナ相関検出手段で求めた前記各相関値の平均値を求めるアンテナ相関平均手段と、
前記アンテナ相関平均手段で求めた平均値の逆正接を取って位相を求める逆正接計算手段と、
前記逆正接計算手段で求めた位相から前記方向ベクトルを求める方向ベクトル計算手段とをさらに有することとしてもよい。

したがって、隣接アンテナ相関検出手段が求めた隣接アンテナ素子間の各相関をアンテナ相関平均手段が平均化し、逆正接計算手段および方向ベクトル計算手段がその平均値から方向ベクトルを求めるので、隣接アンテナ素子間の相関に基づいて簡易な処理および構成で希望信号の方向ベクトルを求めることができる。

本発明によれば、伝送路推定手段が伝送路補正を行い、アンテナ重み適応更新手段が各アンテナ素子の受信信号を用いてアンテナ重みを適応制御し、アンテナ方向拘束手段がアンテナ重みを修正するという伝送路補正がアンテナ重み制御から分離された構成なので、アンテナ重みは、伝送路補正の成分を含まず、信号到来方向のみに依存する位相補正により適応制御され、アンテナ重み方向拘束手段が、希望信号の到来方向のビーム利得を一定に保つようにアンテナ重みを修正することができ、ビーム出力の希望信号成分の利得が一定に保たれ、指向性ビームの追従性が向上し、同期はずれも防止できる。

また、アンテナ方向拘束手段が方向ベクトルにより希望信号の到来方向のビーム利得を一定に保つようにアンテナ重みを修正するので、ビーム出力の希望信号成分の利得が一定に保たれる。

また、隣接アンテナ相関検出手段が求めた隣接アンテナ素子間の各相関をアンテナ相関平均手段が平均化し、逆正接計算手段および方向ベクトル計算手段がその平均値から方向ベクトルを求めるので、隣接アンテナ素子間の相関に基づいて簡易な処理および構成で希望信号の方向ベクトルを求めることができる。

本発明の一実施形態について図面を参照して詳細に説明する。
図４は、本発明の一実施形態による適応アンテナ受信装置の構成を示すブロック図である。図４を参照すると、適応アンテナ受信装置は、パス受信部１−１〜１−Ｌ、合成器６、判定器７、スイッチ８、減算器９を有している。

パス受信部１−１〜１−Ｌは、移動通信環境におけるマルチパス伝播路に対応してマルチパス合成を行うためにＬ個が設けられている。パス受信部１−１〜１−Ｌは全て同様の構成である。

パス受信部１−１は、ビームフォーマー２−１、伝送路推定部３−１、複素共役操作部４−１、乗算器５−１、１０−１、アンテナ重み適応更新部１１−１、アンテナ重み方向拘束部１２−１、および方向ベクトル生成部１６−１を有している。

ビームフォーマー２−１には、希望ユーザの拡散符号を用いてパス＃１のタイミングで各アンテナ素子＃１〜＃Ｎ（Ｎはアレーアンテナに含まれるアンテナ素子の数）での受信信号を逆拡散して得られたＮ個の逆拡散信号が入力として与えられる。ビームフォーマー２−１は、Ｎ個の逆拡散信号を重み付け合成することでパス＃１用の指向性ビームを形成する。

図５は、図４に示したビームフォーマーの構成を示すブロック図である。図５を参照すると、ビームフォーマー２−１は、複素共役操作部１３−１−１〜１３−１−Ｎ、乗算器１４−１−１〜１４−１−Ｎ、および合成器１５−１を有している。他のビームフォーマー２−２〜２−Ｌも同様の構成である。

複素共役操作部１３−１−１〜１３−１−Ｎは、アンテナ重み方向拘束部１２−１からのＮ個のアンテナ重みＷの複素共役を各々計算し、乗算器１４−１−１〜１４−１−Ｎの各々に与える。

乗算器１４−１−１〜１４−１−Ｎは、パス＃１の逆拡散信号の各々と、複素共役操作部１３−１−１〜１３−１−Ｎの各々からの与えられたアンテナ重みの複素共役とを乗算して合成器１５−１に与える。

合成器１５−１は、乗算器１４−１−１〜１４−１−Ｎの全ての出力を加算する。

また、図４に示した伝送路推定部３−１は、ビームフォーマー２−１の出力から伝送路推定を行い、伝送路推定値を複素共役操作部４−１および乗算器１０−１に与える。伝送路推定とは、パスの受信状況から電波伝搬状態の変化を推定することである。これにより、得られた伝送路推定値は電波伝搬状況の変化を補償（伝送路補正）するのに用いられる。

複素共役操作部４−１は、伝送路推定部３−１からの伝送路推定値の複素共役を計算し、乗算器５−１に与える。

乗算器５−１は、ビームフォーマー２−１の出力に伝送路推定値の複素共役を乗算することにより、位相変動を補正（伝送路補正）するとともに最大比合成のための重み付けを行う。最大比合成とは、マルチパス合成後の信号のＳＩＮＲを最大とするような重み付け合成方法である。

パス受信部１−１では、伝送路推定に基づいて位相補正する機能がアンテナ重み制御と分離されている。そのため、アンテナ重み制御において、希望信号のフェージングによる位相変動を補正する必要が無いので、信号の到来方向のみに依存する位相変動を補正すればよく、安定したビーム形成が可能となる。

合成器６は、パス受信部１−１〜１−Ｌの各々の乗算器５−１〜５−Ｌの出力の全てを加算してパス合成を行うことにより復調信号を生成する。

判定器７は、合成器６で得られた復調信号から、可能性の高い送信シンボルを判定し、スイッチ８に与える。

スイッチ８は、既知参照信号、または判定器７からの送信シンボルのいずれかを選択し、参照信号として減算器９に与える。スイッチ８は、既知参照信号が与えられていればそれを選択し、既知参照信号が与えられていなければ、判定器７からの送信シンボルを選択する。

減算器９は、参照信号から、合成器６からの復調信号を減算し、全てのパス受信部１−１〜１−Ｌの乗算器１０−１〜１０−Ｌに誤差信号として与える。その際、参照信号として、スイッチ８からの参照信号に後述する参照信号レベルを乗じた値を用いる。

パス受信部１−１の乗算器１０−１は、減算器９からの誤差信号に、伝送路推定部３−１からの伝送路推定値を乗算してアンテナ重み適応更新部１１−１に与える。

アンテナ重み適応更新部１１−１は、伝送路推定値が乗じられた誤差信号と、パス＃１のＮ個の逆拡散信号とを用いてアンテナ重みＷ’を適応的に計算し、アンテナ重み方向拘束部１２−１に与える。

ここでアンテナ重みＷ’の算出には、一般に、最小二乗平均誤差制御（ＭＭＳＥ）が用いられる。誤差信号を用いるアンテナ重み係数の適応更新アルゴリズムにはＬＭＳ（Ｌｅａｓｔ Ｍｅａｎ Ｓｑｕａｒｅ）、ＮＬＭＳ（Ｎｏｒｍａｌｉｚｅｄ ＬＭＳ）、ＲＬＳ（Ｒｅｃｕｒｓｉｖｅ Ｌｅａｓｔ Ｓｑｕａｒｅ）アルゴリズムが知られている。

上述したように、例えば、アンテナ重みｗ（ｉ，ｍ）（ここで、ｉはパス番号、ｍはシンボル番号である）は以下の更新式（式（１））を用いて計算される。

また、誤差信号をｅ（ｍ）、参照信号をレベルＡ（ｍ）とすると、誤差信号ｅ（ｍ）は式（２）のように表すことができる。

参照信号レベルＡ（ｍ）は、ビームフォーマー２−１に入力されるアンテナ素子毎の逆拡散信号に基づいて計算される。ビームフォーマー２−１に入力される逆拡散信号の受信レベルはビーム利得の影響を受けないため参照信号レベルＡ（ｍ）を算出する基準として望ましい。

ここまでは図１に示した従来のものと同様の構成であるが、アンテナ重み方向拘束部１２−１および方向ベクトル生成部１６−１は本発明に特有のものである。

方向ベクトル生成部１６−１は、希望信号の到来方向から方向ベクトルを求める。この方向ベクトルは、アンテナ重みの方向拘束処理に用いられる。ここで方向ベクトルは、方向が希望信号の到来方向で、大きさがＮのベクトルである。

図６は、アレーアンテナと希望信号の到来方向の関係を示す図である。図６において●はアンテナ素子を示し、矢印は希望信号を示す。アンテナ素子は間隔ｄで配列されている。アンテナ素子の配列方向に対して鉛直方向の直線との角度によって示すと希望信号到来方向はφと示すことができる。これらを用いると、方向ベクトルｃ＝（ｃ_１，ｃ_２，‥，ｃ_ｎ，‥，ｃ_Ｎ）における、各アンテナ素子に対応する成分ｃ（ｎは＃１〜＃Ｎのアンテナ番号）は式（３）によって求めることができる。

ここでλはキャリア波長である。

このように表される方向ベクトルｃは、Ｓｐｅｃｉａｌ Ｓｉｇｎａｔｕｒｅとも呼ばれ、希望信号を代表する信号である。方向ベクトルｃは、変調やレベル変動などによる影響が取り払われ、上述したように希望信号の到来方向のみを表している。

アンテナ重み方向拘束部１２−１は、方向ベクトルｃを用いて、希望信号の到来方向における、希望信号のビーム利得を一定に保つようアンテナ重みを補正する処理（方向拘束処理）を行う。

パス番号ｉのパスにおいてシンボル番号がｍのときの、方向ベクトルをｃ（ｉ，ｍ）、アンテナ重み更新部１１−１からのアンテナ重みをｗ’（ｉ，ｍ）とすると、方向拘束処理が施されたアンテナ重みｗ’（ｉ，ｍ）は式（４）によって求めることができる。

ここでＩは単位行列である。Ｈはエルミート共役操作を示す。

図７は、アンテナ重み方向拘束部による方向拘束処理を説明するための図である。方向拘束処理とは、Ｎ次元のアンテナ重みベクトル空間においてアンテナ重み適応更新部１１−１からのアンテナ重みベクトルＷを拘束平面に投影したアンテナ重みベクトルＷ’を求める処理である。これは図７においてアンテナ重みｗ（ｍ＋１）からアンテナ重みｗ’（ｍ＋１）を求めることを示す。

この拘束平面は式（５）のように示すことができる。

これにより、アンテナ重みｗ’と方向ベクトルｃとの相関が一定に調整されることとなる。

アンテナ重みｗ’を用いて受信される希望信号の利得は、アンテナ重みｗ’と方向ベクトルｃとの相関によって表すことができる。そして、その相関を一定にするように、すなわち式（５）の条件を満たすようにアンテナ重みｗ’の大きさを調整すれば、アンテナ重みｗ’を用いて受信される希望信号の利得は一定となる。なお、アンテナ重みｗ’の方向は、干渉が無ければ、方向ベクトルｃの方向と一致し、干渉があれば、方向ベクトルｃの方向からずれる。

図７の拘束平面上を動くアンテナ重みベクトルｗ’（ｉ，ｍ）は式（５）の条件を満たすので、希望信号の到来方向のビーム利得が常に一定となり、ビーム出力の希望信号成分の利得が一定となる。

図８は、アンテナ重み方向拘束部の構成を示すブロック図である。図８を参照すると、アンテナ重み方向拘束部１２−１は、相関器１６−１、除算器１７−１、乗算器１８−１、減算器１９−１、および加算器２０−１を有している。

相関器１６−１は、アンテナ重み適応更新部１１−１からのアンテナ重みｗ（ｉ，ｍ＋１）と、方向ベクトル生成部１６−１からの方向ベクトルｃ（ｉ，ｍ）との相関値（スカラー）を求める。

除算器１７−１は、方向ベクトルｃ（ｉ，ｍ）をＮで除算する。

乗算器１８−１は、相関器１６−１からの相関値と、除算器１７−１で求められたｃ（ｉ，ｍ）／Ｎとを乗算し、ベクトルｃ（ｉ，ｍ）［ｃ^Ｈ（ｉ，ｍ）ｗ（ｉ，ｍ＋１）］／Ｎを求める。

減算器１９−１は、アンテナ重みｗ（ｉ，ｍ）から、乗算器１８−１で求まったベクトルｃ（ｉ，ｍ）［ｃ^Ｈ（ｉ，ｍ）ｗ（ｉ，ｍ＋１）］／Ｎを減算する。

加算器２０−１は、減算器１９−１の出力に、除算器１７−１からのｃ（ｉ，ｍ）／Ｎを加算し方向拘束されたアンテナ重みｗ’（ｉ，ｍ＋１）を求める。

以上説明したように、本実施形態の適応アンテナ受信装置によれば、アンテナ重み適応更新部１１−１が各アンテナ素子の逆拡散信号を用いてアンテナ重みを適応制御し、アンテナ方向拘束部１２−１が希望信号の到来方向のビーム利得を一定に保つようにアンテナ重みに対して方向拘束処理を施し、ビームフォーマー２−１が適応制御および方向拘束処理されたアンテナ重みを用いて各アンテナ素子の逆拡散信号を重み付け合成し、伝送路推定部３−１がビームフォーマー２−１の出力から求めた伝送路推定値の複素共役を複素共役操作部４−１が求めてビームフォーマー２−１の出力に乗算することにより伝送路補正を行った各パスの受信信号を加算器６がマルチパス合成することにより復調信号を求めるという、伝送路補正がアンテナ重み制御から分離された構成である。

そのため、アンテナ重みは伝送路補正の成分を含まず、信号到来方向に依存する位相補正、すなわち方向ベクトルによる位相補正により適応制御されているので、アンテナ重み方向拘束部１２−１による方向拘束処理が可能となっている。

その結果、本実施形態では、方向拘束処理により図３（ｂ）に示すように希望信号の到来方向のビーム利得を一定に保つことができ、ビーム出力の希望信号成分の利得が一定に保たれるので正確な誤差信号の抽出が可能となり、指向性ビームの追従性が向上し、同期はずれも防止できる。

本発明の他の実施形態について図面を参照して説明する。

図９は、本発明の他の実施形態の適応アンテナ受信装置の構成を示すブロック図である。図９を参照すると、適応アンテナ受信部１−１は図４のものと同様の構成であるが、方向ベクトル生成部１６−１の代わりに方向ベクトル生成部３０−１を有する点で異なる。

方向ベクトル生成部３０−１は、アンテナ毎信号同相平均部３１−１、隣接アンテナ相関検出部３２−１、アンテナ相関平均部３３−１、逆正接計算部３４−１、および方向ベクトル計算部３５−１を有している。

アンテナ毎信号同相平均部３１−１は、アンテナ素子毎に、逆拡散信号の複数のシンボルを位相を合わせてベクトル加算することにより受信信号のＳＩＮＲを改善する。その際、既知のパイロット信号を用いれば、既知シンボル（既知参照信号）で変調を除去することにより同相加算が可能となる。また、同相平均シンボル数が大きいほどＳＩＮＲの改善効果が大きいが、フェージングなどによる位相変動がある場合には平均シンボル数は限られる。

隣接アンテナ相関検出部３２−１は、隣接するアンテナ素子の受信信号同士の相関を検出する。具体的には、アンテナ番号ｎ−１のアンテナ素子の受信信号の複素共役信号を、アンテナ番号ｎのアンテナ素子の受信信号に乗算することにより相関が求まる。したがって、隣接アンテナ相関検出部３２−１の出力（Ｒ（ｉ，ｎ，ｌ））は式（６）で表される。

ここで、ｉはパス番号、ｎはアンテナ番号、ｌはアンテナ毎信号同相平均部３２−１からの出力番号である。Ｚ_ＥＬ（ｉ，ｎ，ｌ）は、パス番号ｉ、アンテナ番号ｎ、アンテナ毎信号同相平均部３２−１からの出力番号１の受信信号の値である。＊はその共役複素数を示す。

アンテナ相関平均部３３−１は、隣接アンテナ相関検出部３３−１の出力（Ｒ（ｉ，ｎ，ｌ））を式（７）に従って平均する。

さらに必要であれば式（７）の出力（Ｒ_ＡＶ（ｉ，ｌ））を時間平均してもよい。例えば、忘却係数λによる加重平均を行うと、Ｒ_ＡＶ（ｉ，ｌ）は式（８）で表される。

逆正接計算部３４−１は、式（９）に従ってＲ_ＡＶ（ｉ，ｌ）の位相θ（ｉ，ｌ）を計算する。

方向ベクトル計算部３５−１は、式（１０）に従って方向ベクトルｃ_ｎ（ｉ，ｌ）を計算する。

ここで、ｎはアンテナ番号である。

なお、逆正接計算３４−１および方向ベクトル計算部３５−１は、入力に対する出力の対応を予めテーブルの記録しておき、計算の代わりにテーブルを参照することとすれば演算量を削減できる。

以上説明したように、本実施形態によれば、アンテナ毎信号同相平均部３１−１が各逆拡散信号のＳＩＮＲを改善し、隣接アンテナ相関検出部３２−１が隣接アンテナ素子間の各相関を求め、アンテナ相関平均部３３−１がそれらの相関の平均を求め、逆正接計算部３４−１が相関の平均の位相を求め、方向ベクトル計算部３５−１がその位相から方向ベクトルを求めるので、隣接アンテナ素子間の相関に基づいて簡易な処理および構成で希望信号の方向ベクトルを求めることができる。

従来の適応アンテナ受信装置の構成を示すブロック図である。 従来のビームフォーマーの構成を示すブロック図である。 適応アレーアンテナによる指向性ビームと希望信号の到来方向の関係を示す図である。 本発明の一実施形態による適応アンテナ受信装置の構成を示すブロック図である。 図１に示したビームフォーマーの構成を示すブロック図である。 アレーアンテナと希望信号の到来方向の関係を示す図である。 アンテナ重み方向拘束部による方向拘束処理を説明するための図である。 アンテナ重み方向拘束部の構成を示すブロック図である。 本発明の他の実施形態の適応アンテナ受信装置の構成を示すブロック図である。

符号の説明

１−１〜１−Ｌ パス受信部
２−１〜２−Ｌ ビームフォーマー
３−１〜３−Ｌ 伝送路推定部
４−１〜４−Ｌ 複素共役操作部
５−１〜５−Ｌ，１０−１〜１０−Ｌ，１４−１−１〜１４−Ｌ−Ｎ，１８−１〜１８−Ｌ 乗算器
６，１５−１〜１５−Ｌ 合成器
７ 判定器
８ スイッチ
９，１９−１〜１９−Ｌ 減算器
１１−１〜１１−Ｌ アンテナ重み適応更新部
１２−１〜１２−Ｌ アンテナ重み方向拘束部
１３−１−１〜１３−Ｌ−Ｎ 複素共役操作部
１６−１〜１６−Ｌ 方向ベクトル生成部
１７−１〜１７−Ｌ 除算器
２０−１〜２０−Ｌ 加算器
３０−１〜３０−Ｌ ベクトル生成部
３１−１〜３１−Ｌ アンテナ毎信号同相平均部
３２−１〜３２−Ｌ 隣接アンテナ相関検出部
３３−１〜３３−Ｌ アンテナ相関平均部
３４−１〜３４−Ｌ 逆正接計算部
３５−１〜３５−Ｌ 方向ベクトル計算部

Claims (6)

1. 複数のアンテナ素子からなるアレーアンテナの指向性ビームを適応的に形成することにより複数の送信装置から送信された多重信号における干渉信号を抑圧して希望信号を受信し、該希望信号を伝送路推定に基づいて補正する適応アンテナ受信方法であって、
   前記各アンテナ素子で受信した信号と、前記伝送路推定に基づいて補正された前記希望信号を用いて求められた誤差信号とからアンテナ重みを適応的に更新する第１のステップと、
   前記希望信号の到来方向にビーム利得が一定となるように、前記第１のステップで求めた前記アンテナ重みに対し、前記アンテナ重みと前記希望信号の到来方向を示す方向ベクトルとの相関を一定とする拘束処理を施す第２のステップと、
   前記第２のステップにおいて前記拘束処理が施された前記アンテナ重みを用いて前記アレーアンテナで前記希望信号を受信する第３のステップと、
   前記第３のステップで受信された前記希望信号の伝送路推定を行い、推定結果を用いて前記希望信号を補正する第４のステップとを有する適応アンテナ受信方法。
2. 隣接する前記アンテナ素子で受信した信号同士の各相関値を求める第５のステップと、 前記第５のステップで求めた前記各相関値の平均値を求める第６のステップと、
   前記第６のステップで求めた平均値の逆正接を取って位相を求める第７のステップと、 前記第７のステップで求めた位相から前記方向ベクトルを求める第８のステップとを有する、請求項１記載の適応アンテナ受信方法。
3. 前記第１〜第４のステップを少なくとも１つのパス毎に行い、前記第４のステップにおいて補正された前記希望信号を合成してマルチパス合成された復調信号を生成する、請求項１記載の適応アンテナ受信方法。
4. 複数のアンテナ素子からなるアレーアンテナの指向性ビームを適応的に形成することにより複数の送信装置から送信された多重信号における干渉信号を抑圧して希望信号を受信し、該希望信号を伝送路推定に基づいて補正する適応アンテナ受信装置であって、
   前記各アンテナ素子で受信した信号と、前記伝送路推定に基づいて補正された前記希望信号を用いて求められた誤差信号とからアンテナ重みを適応的に更新するアンテナ重み適応更新手段と、
   前記希望信号の到来方向にビーム利得が一定となるように、前記アンテナ重み適応更新手段で求めた前記アンテナ重みに対し、前記アンテナ重みと前記希望信号の到来方向を示す方向ベクトルとの相関を一定とするような拘束処理を施すアンテナ重み方向拘束手段と、
   前記アンテナ重み方向拘束手段において前記拘束処理が施された前記アンテナ重みを用いて前記アレーアンテナで前記希望信号を受信するビームフォーマーと、
   前記ビームフォーマーで受信された前記希望信号の伝送路推定を行い、推定結果を用いて前記希望信号を補正する伝送路推定手段とを有する適応アンテナ受信装置。
5. 隣接する前記アンテナ素子で受信した信号同士の各相関値を求める隣接アンテナ相関検出手段と、
   前記隣接アンテナ相関検出手段で求めた前記各相関値の平均値を求めるアンテナ相関平均手段と、
   前記アンテナ相関平均手段で求めた平均値の逆正接を取って位相を求める逆正接計算手段と、
   前記逆正接計算手段で求めた位相から前記方向ベクトルを求める方向ベクトル計算手段とをさらに有する、請求項４記載の適応アンテナ受信装置。
6. パス毎に受信した少なくとも１つの前記希望信号をマルチパス合成して復調信号を生成する合成手段をさらに有する、請求項５記載の適応アンテナ受信装置。

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