JP4925502B2 - アレーアンテナ、方位推定装置、通信装置及び方位推定方法 - Google Patents
アレーアンテナ、方位推定装置、通信装置及び方位推定方法 Download PDFInfo
- Publication number
- JP4925502B2 JP4925502B2 JP2000242961A JP2000242961A JP4925502B2 JP 4925502 B2 JP4925502 B2 JP 4925502B2 JP 2000242961 A JP2000242961 A JP 2000242961A JP 2000242961 A JP2000242961 A JP 2000242961A JP 4925502 B2 JP4925502 B2 JP 4925502B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- array
- azimuth
- array antenna
- array elements
- estimation
- 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
Images
Landscapes
- Variable-Direction Aerials And Aerial Arrays (AREA)
- Radar Systems Or Details Thereof (AREA)
Description
【発明の属する技術分野】
本発明はアレーアンテナ、方位推定装置、通信装置及び方位推定方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
近年、通信品質や周波数利用効率の向上を図る技術として、伝搬環境に応じてアンテナの指向性をダイナミックに変化させるアンテナ指向性制御技術が注目されている。そして、アンテナ指向性制御技術の代表的なものとして、アレーアンテナとディジタル信号処理を用いるアダプティブアレーがあげられる。
【0003】
アダプティブアレーは、一般にアレーアンテナにおける受信のディジタル信号を何らかの既知情報に基づいて解析することによりアレー素子の重み係数を求めて指向性を形成する。そして、既知情報の1つが到来電波の方位である。仮に所望波と干渉波の方位が判かれば、所望波の方位にアレーアンテナの指向性のピークを向け、干渉波の方位にヌルを向けるような制御を行うことで通信品質を向上させることができる。
【0004】
一方、到来電波の方位推定技術は、基地局における通信端末の位置検出としても注目されており、空間的なトラフィック情報を用いたダイナッミクチャネル割当に利用することができるだけでなく、不法電波の監視装置などへの適応も検討されている。
【0005】
アレーアンテナの受信信号から到来電波の方位を高精度に推定する手法として、MUSIC(MUltiple SIgnal Classification)法に代表される固有空間法が上げられる。固有空間法は各アレー素子で受信された複素ディジタル信号から得られる共分散行列の固有ベクトルを利用する。MUSIC法の詳細は、R.O.Schmidt, "Multiple Emitter Location and Signal Parameter Estimation", IEEE Trans. AP-34, 3, 1986に記載されている。
【0006】
アレーアンテナを用いて到来電波の方位推定を行う場合、推定精度と複数波到来時の分解能は、アレーアンテナを構成するアレー素子数、各アレー素子の指向性、及びアレー素子が配置される空間的な位置関係などに依存する。
【0007】
ここで、到来波の水平方向の方位推定を行うために、各アレー素子を円形に配置するのが一般的である。そして、平面上にアレー素子を配置すると、水平方向だけでなく鉛直方向も含めて到来波の方位を推定することができる。特に円形アレーを鉛直方向に複数段重ねるように配置し、全体として円筒形状になるようにすることで鉛直方向の推定精度を向上させることができる。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、円形アレーを鉛直方向に複数段重ねると、アレー素子数が増加するためコスト面で不利となり、しかも、入力端が増加するため信号処理の演算量も増加してしまう。
【0009】
本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、到来電波の水平方向及び鉛直方向の方位推定を行う場合において、アレー素子数及び演算量を増加させずに鉛直方向の推定精度と複数波到来時の分解能の向上を図ることができるアレーアンテナ、方位推定装置、通信装置及び方位推定方法を提供することを目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】
本発明の方位推定装置は、複数のアンテナをアレー素子として使用し、各アレー素子を地面からの高さが互いに異なり、鉛直方向に互いに重ならないように配置したアレーアンテナと、前記各アレー素子に受信された無線周波数信号を中間周波数信号またはベースバンド信号に変換する受信周波数変換手段と、この受信周波数変換手段のアナログ出力信号をディジタル信号に変換するA/D変換手段と、このA/D変換手段から出力されたディジタル信号を用いて到来電波の水平方向方位角及び鉛直方向方位角を推定する方位推定手段とを具備する構成を採る。
【0011】
この構成により、同一平面内に円形配置したアレーアンテナを用いた場合と比較して、アレー素子数及び演算量の増加を抑え、鉛直方向の方位推定精度及び分解能を向上させることができる。
【0012】
本発明の方位推定装置は、1つの螺線上にアレーアンテナの各アレー素子を配置する構成を採る。
【0013】
本発明の方位推定装置は、水平投影面上においてアレーアンテナの各アレー素子が等間隔となるように前記各アレー素子を配置する構成を採る。
【0014】
これらの構成により、到来波の水平方向の方位に対する精度を均一に保つことができる。
【0015】
本発明の方位推定装置は、水平投影面上においてアレーアンテナの各アレー素子の間隔が不均一となるように前記各アレー素子を配置する構成を採る。
【0016】
この構成により、特定方位の到来電波に対する推定精度の劣化を防ぐことができる。これは、アレーアンテナのアレー素子数が少ない場合に特に有効である。
【0017】
本発明の方位推定装置は、方位推定手段にて推定された到来電波の水平方向方位角及び鉛直方向方位角に基づいて、送信源の位置を算出する位置算出手段を具備する構成を採る。
【0018】
この構成により、送信源の位置を算出することができる。しかも、到来電波の水平方向及び鉛直方向の方位に基づいて送信源の位置を算出するため、伝搬遅延に基づいて送信源の位置を算出する場合に比べて精度が高い。
【0019】
本発明の指向性制御アンテナ装置は、上記いずれかの方位推定装置にて得られたディジタル信号と到来電波の水平方向方位角及び鉛直方向方位角に基づいて受信重み係数を求める受信重み係数算出手段と、この受信重み係数算出手段によって得られた受信重み係数を用いて前記アレーアンテナの指向性合成を行う受信ビーム形成手段とを具備する構成を採る。
【0020】
この構成により、所望波の方向には指向性パターンのピークを向け、干渉波の方向には指向性パターンのヌルを向けるように指向性を制御して受信することで受信感度を向上させることができる。
【0021】
本発明の指向性制御アンテナ装置は、上記いずれかの方位推定装置にて得られたディジタル信号と到来電波の水平方向方位角及び鉛直方向方位角に基づいて送信重み係数を求める送信重み係数算出手段と、この送信重み係数算出手段によって得られた送信重み係数で送信ディジタル信号に重み付けを行う送信ビーム形成手段と、重み付けされた送信ディジタル信号をアナログ信号に変換するD/A変換手段と、このD/A変換手段から出力された中間周波数信号またはベースバンド信号を無線周波数信号に変換して無線送信する送信周波数変換手段とを具備する構成を採る。
【0022】
この構成により、所望波の方向には指向性パターンのピークを向け、干渉波の方向には指向性パターンのヌルを向けるように指向性を制御して送信することで通信品質を向上させることができる。
【0023】
本発明の指向性制御アンテナ装置は、重み付けされた送信ディジタル信号をアナログ信号に変換するD/A変換手段と、このD/A変換手段から出力された中間周波数信号またはベースバンド信号を無線周波数信号に変換して無線送信する送信周波数変換手段とを具備し、受信ビーム形成手段は、受信重み係数で送信ディジタル信号に重み付けを行う構成を採る。
【0024】
この構成により、送信重み係数を算出する必要がなくなるので、演算量の削減及び装置の小型化を図ることができる。
【0025】
本発明の指向性制御アンテナ装置は、上記いずれかの方位推定装置のアレーアンテナよりアレー素子数が多い第2のアレーアンテナを具備し、送信周波数変換手段は、前記第2のアレーアンテナから無線周波数信号を無線送信する構成を採る。
【0026】
この構成により、送信時に所望波方向に向けられる指向性ビームを鋭くすることができるので、受信機側の電力消費を低減することができる。
【0027】
本発明の方位推定方法は、アレーアンテナを構成する複数のアンテナを、地面からの高さが互いに異なり、鉛直方向に互いに重ならないように配置し、前記各アンテナに受信された信号を用いて到来電波の水平方向方位角及び鉛直方向方位角を推定する方法をとる。
【0028】
この方法により、同一平面内に円形配置したアレーアンテナを用いた場合と比較して、アレー素子数及び演算量の増加を抑え、鉛直方向の方位推定精度及び分解能を向上させることができる。
【0029】
【発明の実施の形態】
本発明の骨子は、アレーアンテナを構成する複数のアンテナを、地面からの高さが互いに異なり、鉛直方向に互いに重ならないように配置することである。
【0030】
以下、本発明の実施の形態について、添付図面を参照して詳細に説明する。
【0031】
(実施の形態1)
図1は、本発明の実施の形態1における方位推定装置の構成を示すブロック図である。図1に示す方位推定装置は、アレーアンテナ101と、受信周波数変換部102と、A/D変換部103と、クロック生成部104と、方位推定部105とから主に構成される。また、アレーアンテナ101は、n本(nは2以上の自然数)のアレー素子111−1〜nで構成される。アレーアンテナ101における各アレー素子111−1〜nの配置位置については後述する。
【0032】
受信周波数変換部102は、アレーアンテナ101の各アレー素子111−1〜nに受信された無線周波数信号を中間周波数信号またはベースバンド信号に変換する。
【0033】
A/D変換部103は、受信周波数変換部102のアナログ出力信号を適当なサンプリング周波数でディジタル信号に変換する。
【0034】
クロック生成部104は、サンプリング周波数のクロックを生成してA/D変換部103に供給する。ただし、本発明においては、クロック生成部104にて生成されるクロックの周波数が固定又は可変のどちらであっても構わない。
【0035】
方位推定部105は、A/D変換部103によって得られた受信のディジタル信号を用いて、到来する電波の水平方向及び鉛直方向の方位角を推定する。
【0036】
次に、アレーアンテナ101のアレー素子の配置と方位推定部105における方位推定手順について説明する。なお、以下の説明において、φは水平方向の角度を示しており範囲は0〜360°(0〜2π rad)、θは鉛直方向の角度を示しており範囲は−90〜90°(−π/2〜π/2 rad)である。
【0037】
方位推定は、例えばMUSIC法のような分解能に優れたアルゴリズムを用いることにより受信電波の到来方向を高精度に推定できる。MUSIC法は固有空間法と呼ばれ、アレーアンテナの受信信号から共分散行列を計算しその共分散行列の固有ベクトルを利用して到来方向を推定する。
【0038】
M素子アレーアンテナの受信信号をXとすると、共分散行列RXXは以下に示す式(1)により求められる。
【0039】
【数1】
ここで、Xは各アレー素子の受信信号を要素とする行列、Hは複素共役転置、―は平均をそれぞれ示す。到来波数がSの場合、共分散行列RXXの固有ベクトル空間は、信号空間に属するS個の部分空間ESと雑音空間に属する(M-S)個の部分空間ENとに分けることができる。到来電波の方位角(φ,θ)に対するアレーアンテナ101の応答ベクトル(ステアリングベクトルと呼ばれる)A(φ,θ)は以下に示す式(2)で表される。
【0040】
【数2】
ここで、mは1からMまでの自然数、am(φ,θ)は各アレー素子の応答ベクトル、Tは転置を示す。このとき到来電波の方位(φ0,θ0)では、ENとA(φ0,θ0)が直交する。特性を利用し、方位評価関数F(φ,θ)は以下に示す式(3)で表される。
【0041】
【数3】
そして、(φ,θ)を走査することによりF(φ0,θ0)においてピークが検出される。
【0042】
共分散行列RXX、雑音空間の固有ベクトルES、方位評価関数F(φ,θ)の計算方法はアレーアンテナ101のアレー素子の配置位置には関係ないが、ステアリングベクトルA(φ,θ)はアレーアンテナ101の各アレー素子の空間的な配置位置に依存する。
【0043】
図2は、本実施の形態における各アレー素子の配置位置の一例を示す斜視図であり、アレー素子数が4の場合を示す。図2において、X、Y、Zはそれぞれ直交軸、Lは水平投影面上のアレー素子間距離、Dは鉛直方向のアレー素子間距離である。
【0044】
そして、図2では、各アレー素子111−1〜4を直円柱側面上であって水平投影面上において距離間隔L(L>0)となるように、同時に鉛直方向に対して距離間隔D(D>0)となるように配置した。すなわち、図2では、各アレー素子111−1〜4を螺線He上に配置した。
【0045】
以下、図2の場合におけるアレーアンテナ101のステアリングベクトルA(φ,θ)について説明する。図3は、図2の場合における到来電波を平面波とした場合の各アレー素子の行路差を説明する図である。図3(a)は、到来電波の方位角(φ,θ)を(φ1、0)とした場合のXY平面を示す図である。各アレー素子111−1〜4は、素子間距離Lで等間隔に円形配置されており、円の中心が座標原点である。到来電波を平面波と仮定すると、アレー素子111-3とアレー素子111-4の座標原点から見た行路差はそれぞれσ1とσ2となる。X軸方向をφ=0とするとき、行路差σ1とσ2は以下に示す式(4)により求められる。ただし、行路差σ1とσ2は到来電波の波長で正規化している。
【0046】
【数4】
図3(b)は、到来電波の方位角(φ,θ)を(0,θ1)とした場合のXZ平面を示す図である。各アレー素子は鉛直方向に素子間距離Dで配置されている。アレー素子111-3から見たアレー素子111-2とアレー素子111-4との相対的な行路差はそれぞれδ1とδ2となる。X軸方向をθ=0とするとき、行路差δ1とδ2は以下に示す式(5)により求められる。ただし、行路差δ1とδ2は到来電波の波長で正規化している。
【0047】
【数5】
これより座標原点からの各アレー素子間の相対的な行路差が求まるため、アレー素子数が4の場合、アレーアンテナ101のステアリングベクトルA(φ,θ)は以下に示す式(6)により求められる。
【0048】
【数6】
図4は、本実施の形態における各アレー素子の配置位置の一例を示す図であり、アレー素子数がMの場合を示す。図4(a)はXY平面図であり、図4(b)は斜視図である。図4に示すようなアレー素子数がMの場合には、ステアリングベクトルA(φ,θ)は以下に示す式(7)により求められる。
【0049】
【数7】
したがって、式(7)のステアリングベクトルA(φ,θ)を用いることによりMUSIC法を用いた到来電波の方位推定を行うことができる。
【0050】
図5は、アレー素子数を5とし、方位推定部105の推定アルゴリズムとしてMUSIC法を用いた場合の鉛直方向の方位推定結果を示す図である。図5(a)は、アレーアンテナ101の各アレー素子を同一平面状に円形に配置した円形アレーを用いた場合である。図5(b)は、アレーアンテナ101の各アレー素子を螺線上に配置した場合である。図5(a)、(b)において横軸は鉛直方向の方位、縦軸は評価関数の正規化レベルを示し、図5(a)及び図5(b)とも2波(P、Q)の到来電波が存在する場合を示す。
【0051】
そして、図5(a)と図5(b)との比較から明らかなように、図5(b)の方が2波の到来電波間(鉛直方向0°付近)における評価関数の正規化レベルKが低く、各アレー素子を螺線上に配置することにより分解能が向上する。
【0052】
図6は、アレー素子数を5とし、各アレー素子を螺線上に配置し、方位推定部105の推定アルゴリズムとしてMUSIC法を用いたときの水平方向φと鉛直方向θの方位推定結果を示す図である。図6から明らかなように、各アレー素子を螺線上に配置し、推定アルゴリズムとしてMUSIC法を用いることで、水平方向φと鉛直方向θにおいて高分解な方位推定を行うことができる。
【0053】
なお、本実施の形態では、一般に用いられる水平面上に円形等間隔にアレー素子を配置するアレーアンテナと比較するため、水平投影面上において円形となりように各アレー素子を螺線上に配置する場合について説明してが、本発明は、各アレー素子を地面からの高さが互いに異なり、鉛直方向に互いに重ならないように配置すれば水平方向φと鉛直方向θにおいて高分解な方位推定を行うことができる。
【0054】
ただし、水平投影面上において円形となるように各アレー素子を螺線上に配置することにより、到来波の水平方向の方位に対する精度を均一に保つことができる。
【0055】
(実施の形態2)
実施の形態2は、実施の形態1で説明した方法により得られた方位推定結果を用いて送信源の位置を算出する場合を説明する。図7は、本実施の形態における方位推定装置の構成を示すブロック図である。なお、図7に示す方位推定装置において、図1に示した方位推定装置と共通する構成部分には、図1と同一符号を付して説明を省略する。
【0056】
図7に示す方位推定装置は、図1に示した方位推定装置と比較して、位置算出部201を追加した構成を採る。方位推定部105は、A/D変換部103によって得られた受信のディジタル信号を用いて、到来する電波の水平方向及び鉛直方向の方位角を推定し、方位推定結果を位置算出部201に出力する。
【0057】
位置算出部201は、方位推定結果とアレーアンテナ101の高度を用いて送信源の位置を算出する。図8は、位置算出部201における位置算出方法の一例を示す図である。図8において、Hはアレーアンテナ101の高度である。図8に示すような、送信源が路上を走行する車載のアンテナ等、送信源の地面からの高さが一定である場合には、以下に示す式(8)より、座標原点から送信源までの距離Rを求めることができる。
【0058】
R=H/tanθ1…(8)
そして、位置算出部201は、Rとφ1により送信源の位置を特定することができる。
【0059】
このように、送信源の位置を算出する位置算出部201を有することにより、方位推定結果とアレーアンテナ101の高度Hを用いて送信源の位置を算出することができる。
【0060】
また、従来から、送信側装置の信号送信時刻と受信側装置の信号受信時刻の差である伝搬遅延に基づいて送信側装置の位置を算出する方法が知られているが、電波の伝搬遅延は微小であり、無線通信においてはフェージングや雑音等の影響により伝搬環境が変化するため、伝搬遅延の測定誤差が大きく、この方法では精度に限界がある。これに対して本発明は、到来電波の水平方向及び鉛直方向の方位を推定し、この推定結果に基づいて送信源の位置を算出するため精度が高い。
【0061】
(実施の形態3)
ここで、配置された各アレー素子の位置関係によっては、特定の方位から電波が到来する場合に、方位推定精度が大きく劣化してしまうことがある。例えば、上記図2に示したアレー素子数が4の場合、(φ,θ)=(0°,0°)、(90°,0°)、(180°,0°)、(270°,0°)において方位推定精度が大きく劣化する。
【0062】
この問題を解決すべく、実施の形態3では、特定方位の到来電波に対する推定精度の劣化を防ぐことができるように各アレー素子を配置する場合について説明する。なお、本実施の形態において、装置全体の構成は上記図1と同様であるので説明を省略する。
【0063】
図9は、本実施の形態における各アレー素子の配置位置の一例を示すXY平面図である。図9においてL1、L2は水平投影面上におけるアレー素子間距離である。ただし、L1≠L2とする。本実施の形態では、アレーアンテナ101の各アレー素子を螺線上に、かつ、水平投影面上において各アレー素子の距離間隔が不均一となるように配置する。
【0064】
図10は、アレー素子数を4とし、方位推定部105の推定アルゴリズムとしてMUSIC法を用いた場合の方位推定結果を示す図である。図10(a)は、各アレー素子を螺線上に、かつ、水平投影面上において各アレー素子の距離間隔が一定となるように配置した場合の方位推定結果を示す図である。図10(b)は、各アレー素子を螺線上に、かつ、水平投影面上において各アレー素子の距離間隔が不均一となるように配置した場合の方位推定結果を示す図である。そして、図10(a)及び図10(b)とも実際の到来電波の方位角F(φ,θ)が(90°,0°)である場合を示す。
【0065】
図10(a)に示すように、水平投影面上において各アレー素子の距離間隔が一定となるように配置した場合、方位評価関数F(φ,θ)には所望方位のピークの他に偽のピークが生じる。これに対し、図10(b)に示すように、アレーアンテナ101の各アレー素子を、水平投影面上において各アレー素子の距離間隔が不均一となるように配置した場合、偽のピークのレベルは低下し、方位推定精度を改善することができる。
【0066】
このように、水平投影面上において各アレー素子の距離間隔が不均一となるように配置することにより、特定方位の到来電波に対する推定精度の劣化を防ぐことができる。これは、アレーアンテナのアレー素子数が少ない場合に特に有効である。
【0067】
(実施の形態4)
実施の形態4では、実施の形態1に係る方位推定装置を搭載し、方位推定部105で得られた方位推定結果を用いて受信の指向性合成を行う指向性制御アンテナ装置について説明する。
【0068】
図11は、本実施の形態における指向性制御アンテナ装置の構成を示すブロック図である。なお、図11に示す指向性制御アンテナ装置において、図1に示した方位推定装置と共通する構成部分には、図1と同一符号を付して説明を省略する。
【0069】
図11に示す指向性制御アンテナ装置は、図1に示した方位推定装置に受信重み係数算出部301及び受信ビーム形成部302を追加した構成を採る。
【0070】
受信重み係数算出部301は、A/D変換部103から出力された受信のディジタル信号と方位推定部105から出力された方位推定結果を用いて、アレーアンテナ101の各アレー素子における受信信号の振幅と位相を制御するための受信重み係数を求める。
【0071】
受信ビーム形成部302は、A/D変換部103から出力された受信のディジタル信号に対して、受信重み係数を用いてアレーアンテナ101の指向性合成を行い、所望の受信ディジタル信号RXを出力する。
【0072】
ここで所望波の方向には指向性パターンのピークが向き、干渉波の方向には指向性パターンのヌルを向けるように指向性を制御すれば受信感度を向上させることができる。
【0073】
(実施の形態5)
実施の形態5では、実施の形態1に係る方位推定装置を搭載し、方位推定部105で得られた方位推定結果を用いて送受信の指向性合成を行う指向性制御アンテナ装置について説明する。
【0074】
図12は、本実施の形態における指向性制御アンテナ装置の第1の構成を示すブロック図である。なお、図12に示す指向性制御アンテナ装置において、図11に示した指向性制御アンテナ装置と共通する構成部分には、図11と同一符号を付して説明を省略する。
【0075】
図12に示す指向性制御アンテナ装置は、図11に示した指向性制御アンテナ装置に送信重み係数算出部401、送信ビーム形成部402、D/A変換部403及び送信周波数変換部404を追加した構成を採る。
【0076】
送信重み係数算出部401は、A/D変換部103から出力された受信のディジタル信号と方位推定部105から出力された方位推定結果を用いて、アレーアンテナ101の各アレー素子における送信信号の振幅と位相を制御するための送信重み係数を求める。
【0077】
送信ビーム形成部402は、送信ディジタル信号に対して、送信重み係数を用いてアレーアンテナ101の指向性制御を行う。D/A変換部403は、送信ビーム形成部402の出力信号をアナログ信号である送信の中間周波数信号またはベースバンド信号に変換する。送信周波数変換部404は、D/A変換部403から出力された中間周波数信号またはベースバンド信号を無線周波数信号に変換し、アレーアンテナから無線送信する。
【0078】
所望波の方向には指向性パターンのピークを向け、干渉波の方向には指向性パターンのヌルを向けるように指向性を制御することで通信品質を向上させることができる。
【0079】
ここで、図13に示すように、指向性制御アンテナ装置が、受信ビーム形成部302と送信ビーム形成部402とを兼ね備えた送受信ビーム形成部501を具備してもよい。この場合、送受信ビーム形成部501は、A/D変換部103から出力された受信のディジタル信号に対して、受信重み係数を用いてアレーアンテナ101の指向性合成を行い、所望の受信ディジタル信号を出力する。また、送受信ビーム形成部501は、送信ディジタル信号に対して、受信重み係数を用いてアレーアンテナ101の指向性制御を行う。これにより、送信重み係数算出部401が不要となるので、演算量の削減及び装置の小型化を図ることができる。
【0080】
また、図14に示すように、指向性制御アンテナ装置に、アレー素子数nのアレーアンテナ101とは別に、アレー素子数m(m>n)の送信用アレーアンテナ601を設け、送信周波数変換部404から出力された無線周波数信号を送信用アレーアンテナ601から無線送信してもよい。この場合、送信時に所望波方向に向けられる指向性ビームを鋭くすることができるので、受信機側の電力消費を低減することができる。
【0081】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、アレーアンテナの各アレー素子をらせん形状に配置することで、同一平面内に円形配置した場合と比較して、鉛直方向の方位推定精度及び分解能を向上させることができる。そして、この推定結果を用いることにより、送信源の位置を算出することができ、さらに、アレーアンテナの指向性制御を行うことによる通信品質の改善や低消費電力化などの効果も得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態1における方位推定装置の構成を示すブロック図
【図2】上記実施の形態におけるアレーアンテナの構成を示す斜視図
【図3】上記実施の形態における到来電波を平面波とした場合の各アレー素子の行路差を説明する図
【図4】上記実施の形態におけるアレーアンテナの構成を示す図
【図5】上記実施の形態における方位推定部の動作を説明する第1の図
【図6】上記実施の形態における方位推定部の動作を説明する第2の図
【図7】本発明の実施の形態2における方位推定装置の構成を示すブロック図
【図8】上記実施の形態における位置算出部の動作を説明する図
【図9】本発明の実施の形態3におけるアレーアンテナの構成を示す図
【図10】上記実施の形態における方位推定部の動作を説明する図
【図11】本発明の実施の形態4における指向性制御アンテナ装置の構成を示すブロック図
【図12】本発明の実施の形態5における指向性制御アンテナ装置の構成を示す第1のブロック図
【図13】上記実施の形態における指向性制御アンテナ装置の構成を示す第2のブロック図
【図14】上記実施の形態における指向性制御アンテナ装置の構成を示す第3のブロック図
【符号の説明】
101 アレーアンテナ
102 受信周波数変換部
103 A/D変換部
104 クロック生成部
105 方位推定部
201 位置算出部
301 受信重み係数算出部
302 受信ビーム形成部
401 送信重み係数算出部
402 送信ビーム形成部
403 D/A変換部
404 送信周波数変換部
501 送受信ビーム形成部
601 送信用アレーアンテナ
Claims (7)
- 移動通信システムで用いられる方位推定装置であって、
4以上のアレー素子を使用し、各アレー素子を地面からの高さが互いに異なり、かつ、全てのアレー素子が形成する面が同一の平面にならず、かつ、鉛直方向に互いに重ならないように配置したアレーアンテナと、
各アレー素子の受信信号から得られる共分散行列の固有ベクトル空間を導出し、各アレー素子の空間的配置に基づいて決定される前記アレーアンテナの応答ベクトルと前記固有ベクトル空間とに基づいて、受信電波の水平方向及び鉛直方向を検索により推定する方位推定部と、を含む、
方位推定装置。 - 前記アレー素子の数は4である、請求項1記載の方位推定装置。
- 前記水平方向方位角及び前記鉛直方向方位角に基づいて、送信源の位置を算出する位置算出手段を具備する請求項1又は2に記載の方位推定装置。
- 各アレー素子に受信された無線周波数信号を中間周波数信号またはベースバンド信号に変換する受信周波数変換手段と、
前記受信周波数変換手段のアナログ出力信号をディジタル信号に変換するA/D変換手段と、
を含み、
前記方位推定部は、前記ディジタル信号を前記受信信号として入力する、
請求項1乃至3のいずれか1項に記載の方位推定装置。 - 請求項1乃至4のいずれか1項に記載の方位推定装置を含む、通信装置。
- 方位推定装置と共に用いられる移動通信システム用のアレーアンテナであって、
前記方位推定装置は、複数のアレー素子の受信信号から得られる共分散行列の固有ベクトル空間を導出し、前記アレー素子の空間的配置に基づいて決定される前記アレーアンテナの応答ベクトルと前記固有ベクトル空間とに基づいて、受信電波の水平方向及び鉛直方向を検索により推定する方位推定部を含み、
前記アレーアンテナは、4以上のアレー素子を使用し、各アレー素子を地面からの高さが互いに異なり、かつ、全てのアレー素子が形成する面が同一の平面にならず、かつ、鉛直方向に互いに重ならないように配置される、
移動通信用のアレーアンテナ。 - 移動通信システムで用いられる方位推定方法であって、
各アレー素子が地面からの高さが互いに異なり、かつ、全てのアレー素子が形成する面が同一の平面にならず、かつ、鉛直方向に互いに重ならないように配置された4以上のアレー素子が使用されたアレーアンテナから得られる共分散行列の固有ベクトル空間を導出し、
各アレー素子の空間的配置に基づいて決定される前記アレーアンテナの応答ベクトルと前記固有ベクトル空間とに基づいて、受信電波の水平方向及び鉛直方向を検索により推定する、
方位推定方法。
Priority Applications (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2000242961A JP4925502B2 (ja) | 2000-08-10 | 2000-08-10 | アレーアンテナ、方位推定装置、通信装置及び方位推定方法 |
US09/639,996 US6333713B1 (en) | 1999-08-24 | 2000-08-17 | Direction estimating apparatus, directivity controlling antenna apparatus, and direction estimating method |
EP00118320A EP1079461A3 (en) | 1999-08-24 | 2000-08-23 | Direction estimating apparatus, directivity controlling antenna apparatus, and direction estimating method |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2000242961A JP4925502B2 (ja) | 2000-08-10 | 2000-08-10 | アレーアンテナ、方位推定装置、通信装置及び方位推定方法 |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2002055152A JP2002055152A (ja) | 2002-02-20 |
JP2002055152A5 JP2002055152A5 (ja) | 2007-08-30 |
JP4925502B2 true JP4925502B2 (ja) | 2012-04-25 |
Family
ID=18733896
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2000242961A Expired - Fee Related JP4925502B2 (ja) | 1999-08-24 | 2000-08-10 | アレーアンテナ、方位推定装置、通信装置及び方位推定方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP4925502B2 (ja) |
Families Citing this family (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2007212424A (ja) * | 2006-01-10 | 2007-08-23 | Rcs:Kk | 位置検知装置および位置検知プログラム |
JP6900805B2 (ja) * | 2017-07-03 | 2021-07-07 | 富士通株式会社 | 埋設機器管理装置、埋設機器管理方法及び埋設機器管理プログラム |
JP7309749B2 (ja) * | 2018-10-26 | 2023-07-18 | 京セラ株式会社 | 基地局、交通通信システム、及び制御方法 |
CN113892037A (zh) * | 2019-06-25 | 2022-01-04 | 株式会社村田制作所 | 接收装置以及具备该接收装置的雷达装置、车辆及通信系统 |
WO2023218632A1 (ja) * | 2022-05-13 | 2023-11-16 | 株式会社日立製作所 | レーダ装置および物標検知方法 |
Family Cites Families (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH02205788A (ja) * | 1989-02-03 | 1990-08-15 | Nec Corp | ソノブイの測位装置 |
JP2668066B2 (ja) * | 1989-12-08 | 1997-10-27 | 三井造船株式会社 | 超音波映像装置用送受波アレイ |
JPH04303216A (ja) * | 1991-03-30 | 1992-10-27 | Sanyo Electric Co Ltd | 無人搬送車の位置検出装置 |
JPH09238009A (ja) * | 1996-03-01 | 1997-09-09 | Mitsubishi Electric Corp | 円形アレイアンテナ |
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 |
-
2000
- 2000-08-10 JP JP2000242961A patent/JP4925502B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2002055152A (ja) | 2002-02-20 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Kutty et al. | Beamforming for millimeter wave communications: An inclusive survey | |
Ioannides et al. | Uniform circular arrays for smart antennas | |
US8792915B2 (en) | Method and system for device positioning utilizing distributed transceivers with array processing | |
US9130611B2 (en) | Method of using zoning map for beam searching, tracking and refinement | |
Barneto et al. | Multibeam design for joint communication and sensing in 5G new radio networks | |
Li et al. | Angle-of-arrival estimation for localization and communication in wireless networks | |
US6333713B1 (en) | Direction estimating apparatus, directivity controlling antenna apparatus, and direction estimating method | |
EP1271981B1 (en) | Radio communication system and its mobile terminal, and direction determining method | |
CN110221293B (zh) | 一种基于涡旋电磁波的俯仰角成像方法 | |
Celik et al. | Implementation and experimental verification of hybrid smart-antenna beamforming algorithm | |
CN104246530A (zh) | 用于doa估计的天线布置 | |
JP2021118469A (ja) | 電波監視装置および電波監視方法 | |
JP4925502B2 (ja) | アレーアンテナ、方位推定装置、通信装置及び方位推定方法 | |
Tsai et al. | Beam AoD-based indoor positioning for 60 GHz MmWave system | |
Zandamela et al. | Angle of arrival estimation via small iot devices: Miniaturized arrays vs. mimo antennas | |
Ren | Direction finding using a single antenna with blade modulation | |
JP4166401B2 (ja) | 受信の指向性制御方法及びアンテナ装置並びにこれを用いた移動体通信の基地局及び移動局 | |
Al-Sadoon et al. | The effects of mutual coupling within antenna arrays on angle of arrival methods | |
JP2004336390A (ja) | アダプティブアレーおよび測位装置 | |
CN111967118A (zh) | 一种圆形天线阵列的构建装置及方法 | |
Zekavat | An Introduction to Direction‐of‐Arrival Estimation Techniques via Antenna Arrays | |
JP2020159705A (ja) | 位置推定装置、及び位置推定方法 | |
WO2023162104A1 (ja) | 電波の到来方向推定装置、及び電波の到来方向推定方法 | |
Hanada et al. | Improving DOA Estimation Accuracy by Rotating Planar Array Antenna | |
JP3936918B2 (ja) | 電波到来方向探知方法及び装置 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20070717 |
|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20070717 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20100728 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20101005 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20101104 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20110712 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20110805 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20120117 |
|
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20120207 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20150217 Year of fee payment: 3 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 4925502 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |