JPH06164434A - アダプティブアンテナ - Google Patents
アダプティブアンテナInfo
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- JPH06164434A JPH06164434A JP4338026A JP33802692A JPH06164434A JP H06164434 A JPH06164434 A JP H06164434A JP 4338026 A JP4338026 A JP 4338026A JP 33802692 A JP33802692 A JP 33802692A JP H06164434 A JPH06164434 A JP H06164434A
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- JP
- Japan
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- weighting
- wave
- value
- antenna
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- Variable-Direction Aerials And Aerial Arrays (AREA)
- Noise Elimination (AREA)
- Radio Transmission System (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 到来波の強度に拘わらず常に最も強い波をと
らえること。 【構成】 複数のアンテナ素子１1 〜１K はそれぞれ時
々刻々変化する到来波を受信し、出力する。平均値演算
手段５は、各アンテナ素子の出力の平均値を演算する。
重み付け制御手段４は、平均値演算手段５よりの出力平
均値と各アンテナ素子出力とに基づく評価関数を設定
し、該評価関数が最小となる演算を行うことにより、合
成出力が前記平均値に等しい値で一定となるよう重み係
数を演算する。重み付け手段２は前記重み係数により対
応するアンテナ素子の出力信号に重み付け処理を行う。
合成手段３は、それぞれ重み付け処理された信号を合成
することにより、アダプティブアンテナの出力とする。
ＣＭＡにおける拘束値として、アンテナ素子出力の平均
値を用いているので適切な値が得られ、常に最も強い波
をとらえることが可能となる。
らえること。 【構成】 複数のアンテナ素子１1 〜１K はそれぞれ時
々刻々変化する到来波を受信し、出力する。平均値演算
手段５は、各アンテナ素子の出力の平均値を演算する。
重み付け制御手段４は、平均値演算手段５よりの出力平
均値と各アンテナ素子出力とに基づく評価関数を設定
し、該評価関数が最小となる演算を行うことにより、合
成出力が前記平均値に等しい値で一定となるよう重み係
数を演算する。重み付け手段２は前記重み係数により対
応するアンテナ素子の出力信号に重み付け処理を行う。
合成手段３は、それぞれ重み付け処理された信号を合成
することにより、アダプティブアンテナの出力とする。
ＣＭＡにおける拘束値として、アンテナ素子出力の平均
値を用いているので適切な値が得られ、常に最も強い波
をとらえることが可能となる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明はアレーアンテナ、特に不
要波による受信妨害や受信品質低下を自動的に防止する
アダプティブアンテナシステムに関する。
要波による受信妨害や受信品質低下を自動的に防止する
アダプティブアンテナシステムに関する。
【０００２】
【従来の技術】所望波以外の不要波が存在する空間中に
アレーアンテナが置かれているとき、不要波を受信しな
いようにアレーアンテナの指向性を変化させて、不要波
の到来方向に自動的に受信アンテナの指向性の零点（Nu
ll）をつくる受信アンテナを広義の意味でアダプティブ
アンテナと呼んでいる。
アレーアンテナが置かれているとき、不要波を受信しな
いようにアレーアンテナの指向性を変化させて、不要波
の到来方向に自動的に受信アンテナの指向性の零点（Nu
ll）をつくる受信アンテナを広義の意味でアダプティブ
アンテナと呼んでいる。
【０００３】図２は従来用いられているアダプティブア
ンテナの一般的構成を示したものである。アレーアンテ
ナを構成するアンテナ素子１1 〜１K の出力信号Ｘ1 〜
ＸKについて重み付け回路２1 〜２K により振幅および
位相の重みＷ1 〜ＷK を付けた後、加算器３で合成す
る。重み付け回路２1 〜２K で各アンテナ素子１1 〜１
K の出力Ｘ1 〜ＸK に付けられる振幅および位相の重み
Ｗ1 〜ＷK は、重み付け制御装置４によって制御され
る。アンテナ素子の出力信号に重み付けを行った後合成
することによって、ある方向から到来する波は互いに強
め合うように合成し、同時に別の方向から到来する波は
逆に打ち消し合うように合成することができる。重み付
けの係数Ｗ1 〜ＷK を変えれば強め合う方向および打ち
消し合う方向が変化することから、重み付けを制御する
ことによって、アレーアンテナの指向性を制御すること
ができる。
ンテナの一般的構成を示したものである。アレーアンテ
ナを構成するアンテナ素子１1 〜１K の出力信号Ｘ1 〜
ＸKについて重み付け回路２1 〜２K により振幅および
位相の重みＷ1 〜ＷK を付けた後、加算器３で合成す
る。重み付け回路２1 〜２K で各アンテナ素子１1 〜１
K の出力Ｘ1 〜ＸK に付けられる振幅および位相の重み
Ｗ1 〜ＷK は、重み付け制御装置４によって制御され
る。アンテナ素子の出力信号に重み付けを行った後合成
することによって、ある方向から到来する波は互いに強
め合うように合成し、同時に別の方向から到来する波は
逆に打ち消し合うように合成することができる。重み付
けの係数Ｗ1 〜ＷK を変えれば強め合う方向および打ち
消し合う方向が変化することから、重み付けを制御する
ことによって、アレーアンテナの指向性を制御すること
ができる。
【０００４】重み付けの制御は、あるアルゴリズムに従
って各アンテナ素子１1 〜１K の出力Ｘ1 〜ＸK や加算
器３の合成出力Ｙを評価しながらフィードバックループ
を使って行われる。重み付けが最適に設定されたとき、
加算器３では重み付け後の信号に含まれる所望波成分が
互いに同相で強め合うように合成され、不要波成分は互
いに打ち消し合うように合成される。この結果、図３の
ように、所望波の到来方向には指向性パターンの主ビー
ムが向けられ、不要波の到来方向には零点が形成され
る。なお図２における加算器３の出力Ｙがアダプティブ
アンテナの出力となる。
って各アンテナ素子１1 〜１K の出力Ｘ1 〜ＸK や加算
器３の合成出力Ｙを評価しながらフィードバックループ
を使って行われる。重み付けが最適に設定されたとき、
加算器３では重み付け後の信号に含まれる所望波成分が
互いに同相で強め合うように合成され、不要波成分は互
いに打ち消し合うように合成される。この結果、図３の
ように、所望波の到来方向には指向性パターンの主ビー
ムが向けられ、不要波の到来方向には零点が形成され
る。なお図２における加算器３の出力Ｙがアダプティブ
アンテナの出力となる。
【０００５】上記のような基本構成からなるアダプティ
ブアンテナでは、フィードバックループの構成方法に関
して種々の手法が考えられているが、本発明は、特に出
力信号の振幅が一定となるように重み付け回路を制御す
る、いわゆるコンスタント・モデュラス・アルゴリズム
（Constant Modulus Algorithm，以下ＣＭＡと略記）ア
ダプティブアンテナに関するものである。
ブアンテナでは、フィードバックループの構成方法に関
して種々の手法が考えられているが、本発明は、特に出
力信号の振幅が一定となるように重み付け回路を制御す
る、いわゆるコンスタント・モデュラス・アルゴリズム
（Constant Modulus Algorithm，以下ＣＭＡと略記）ア
ダプティブアンテナに関するものである。
【０００６】このＣＭＡアダプティブアンテナが、不要
波除去に関して有効に働く条件は、送信アンテナから放
射された信号は振幅が一定であること、すなわち周波数
変調や位相変調などの定包絡線変調された信号であるこ
とのみであるため、到来波の到来方向に関する情報を得
ることが困難な陸上移動通信に、特に有効である。
波除去に関して有効に働く条件は、送信アンテナから放
射された信号は振幅が一定であること、すなわち周波数
変調や位相変調などの定包絡線変調された信号であるこ
とのみであるため、到来波の到来方向に関する情報を得
ることが困難な陸上移動通信に、特に有効である。
【０００７】このＣＭＡアダプティブアンテナの動作に
ついては、J.R.Treichler and M.G.Larimore :"The Ton
e Capture Properties of CMA-Based Interference Sup
pressors",vol.4,IEEE Trans. Acoust., Speech & Sign
al Process., ASSP-33,pp. 946-958,(1985).に詳しく述
べられているが、簡単に述べると以下の通りである。
ついては、J.R.Treichler and M.G.Larimore :"The Ton
e Capture Properties of CMA-Based Interference Sup
pressors",vol.4,IEEE Trans. Acoust., Speech & Sign
al Process., ASSP-33,pp. 946-958,(1985).に詳しく述
べられているが、簡単に述べると以下の通りである。
【０００８】アダプティブアンテナの出力信号Ｙはアン
テナ素子出力Ｘj （ｊ＝１，２，…，Ｋ）と重みＷj と
の積の総和であるから、
テナ素子出力Ｘj （ｊ＝１，２，…，Ｋ）と重みＷj と
の積の総和であるから、
【０００９】
【数１】
【００１０】となる。送信信号が定包絡線信号であり出
力信号Ｙが所望信号のみであれば、(1) 式の出力信号Ｙ
の振幅は一定となる。しかし、送信アンテナから放射さ
れ、異なる伝搬経路を経て、遅延差を持って複数の到来
波が到来する場合、送信信号が一定振幅であってもアダ
プティブアンテナの出力信号Ｙは複数の到来波の干渉に
よって振幅が変動する。そこで従来のＣＭＡでは出力の
振幅が一定となるように重み付け回路を制御する。具体
的には、図示しない振幅発生装置等より予め設定された
一定の拘束値σと出力信号Ｙの振幅とが等しくなるよう
に重み付け回路２1 〜２K を制御する。
力信号Ｙが所望信号のみであれば、(1) 式の出力信号Ｙ
の振幅は一定となる。しかし、送信アンテナから放射さ
れ、異なる伝搬経路を経て、遅延差を持って複数の到来
波が到来する場合、送信信号が一定振幅であってもアダ
プティブアンテナの出力信号Ｙは複数の到来波の干渉に
よって振幅が変動する。そこで従来のＣＭＡでは出力の
振幅が一定となるように重み付け回路を制御する。具体
的には、図示しない振幅発生装置等より予め設定された
一定の拘束値σと出力信号Ｙの振幅とが等しくなるよう
に重み付け回路２1 〜２K を制御する。
【００１１】一般にアダプティブアルゴリズムを動作さ
せる場合は、何らかの評価関数を設定し、これが最大ま
たは最小となるように重み付け回路を制御する。出力信
号の振幅を一定とするＣＭＡの評価関数Ｑは次式で表さ
れる。
せる場合は、何らかの評価関数を設定し、これが最大ま
たは最小となるように重み付け回路を制御する。出力信
号の振幅を一定とするＣＭＡの評価関数Ｑは次式で表さ
れる。
【００１２】
【数２】
【００１３】ここで、Ｅ［ ］は時間平均をとる操作を
表す。また、拘束値σは出力信号の所望の振幅値であ
り、事前に設定しておく定数である。すなわち、(2) 式
の評価関数Ｑが最小となるとき、出力信号Ｙの振幅は一
定値σとなり、結果的に不要波（遅延波）の到来方向に
指向性の零点が形成されるため、出力に不要波成分が現
れない。
表す。また、拘束値σは出力信号の所望の振幅値であ
り、事前に設定しておく定数である。すなわち、(2) 式
の評価関数Ｑが最小となるとき、出力信号Ｙの振幅は一
定値σとなり、結果的に不要波（遅延波）の到来方向に
指向性の零点が形成されるため、出力に不要波成分が現
れない。
【００１４】なお、評価関数Ｑとして以下の(3) あるい
は(4) 式を用いる場合、アルゴリズムの収束特性あるい
は収束後の安定性が多少異なるものの、(2) 式の場合と
同様な効果が得られる。
は(4) 式を用いる場合、アルゴリズムの収束特性あるい
は収束後の安定性が多少異なるものの、(2) 式の場合と
同様な効果が得られる。
【００１５】
【数３】
【００１６】
【数４】
【００１７】前述のようにＣＭＡでは出力信号の振幅が
一定となるように重み付け回路を制御することによっ
て、複数の到来波の中から１波のみを選択しその到来方
向に主ビームを向け、他の波の到来方向に零点を形成す
る。このとき、どの波をとらえるかは到来波の強度によ
って異なり、必ずしも最も強い波をとらえるとは限らな
い。例えば、到来波を第１波および第２波の２つの波と
し、第１波の強度をＡ1、第２波の強度をＡ2 とすると
き、Ａ1 ＞Ａ2 の関係にある以下の４通りについて、従
来のＣＭＡアダプティブアンテナがどちらの波をとらえ
るか、繰り返し計算により調べた結果を図１１に示す。
一定となるように重み付け回路を制御することによっ
て、複数の到来波の中から１波のみを選択しその到来方
向に主ビームを向け、他の波の到来方向に零点を形成す
る。このとき、どの波をとらえるかは到来波の強度によ
って異なり、必ずしも最も強い波をとらえるとは限らな
い。例えば、到来波を第１波および第２波の２つの波と
し、第１波の強度をＡ1、第２波の強度をＡ2 とすると
き、Ａ1 ＞Ａ2 の関係にある以下の４通りについて、従
来のＣＭＡアダプティブアンテナがどちらの波をとらえ
るか、繰り返し計算により調べた結果を図１１に示す。
【００１８】（ａ）Ａ1 ＝−１５（ｄＢ）、Ａ2 ＝−２
０（ｄＢ） （ｂ）Ａ1 ＝ ２０（ｄＢ）、Ａ2 ＝−２０（ｄＢ） （ｃ）Ａ1 ＝ ０（ｄＢ）、Ａ2 ＝ −５（ｄＢ） （ｄ）Ａ1 ＝ ２０（ｄＢ）、Ａ2 ＝ １５（ｄＢ）
０（ｄＢ） （ｂ）Ａ1 ＝ ２０（ｄＢ）、Ａ2 ＝−２０（ｄＢ） （ｃ）Ａ1 ＝ ０（ｄＢ）、Ａ2 ＝ −５（ｄＢ） （ｄ）Ａ1 ＝ ２０（ｄＢ）、Ａ2 ＝ １５（ｄＢ）
【００１９】なお、拘束値σは１．０（０ｄＢ）として
いる。図１１の横軸および縦軸は、それぞれ出力に現れ
る第１波および第２波の振幅であり、この図は繰り返し
計算による重み係数が収束するまでの、第１波および第
２波の出力振幅の軌跡を表している。図中の○印は上記
（ａ）〜（ｄ）の初期位置を示しており、●印は収束後
の位置を表す。上記（ａ）〜（ｃ）の場合、収束後は出
力に現れる第２波は非常に小さくなり、出力信号のほと
んどは第１波の成分となる。しかし、上記（ｄ）の場
合、到来波の強度は第１波の方が大きいにも拘わらず収
束後に出力に現れる第１波の強度は非常に小さくなり、
出力信号のほとんどは強度の小さい第２波の成分とな
る。すなわち、到来波の強度Ａ1 、Ａ2 のいずれかが予
め与えた拘束値σ（０ｄＢ）より小さい場合は強い波の
方をとらえるが、両方ともσより大きい場合、弱い方の
波がとらえられ、強い方の波が強く抑圧されてしまう。
いる。図１１の横軸および縦軸は、それぞれ出力に現れ
る第１波および第２波の振幅であり、この図は繰り返し
計算による重み係数が収束するまでの、第１波および第
２波の出力振幅の軌跡を表している。図中の○印は上記
（ａ）〜（ｄ）の初期位置を示しており、●印は収束後
の位置を表す。上記（ａ）〜（ｃ）の場合、収束後は出
力に現れる第２波は非常に小さくなり、出力信号のほと
んどは第１波の成分となる。しかし、上記（ｄ）の場
合、到来波の強度は第１波の方が大きいにも拘わらず収
束後に出力に現れる第１波の強度は非常に小さくなり、
出力信号のほとんどは強度の小さい第２波の成分とな
る。すなわち、到来波の強度Ａ1 、Ａ2 のいずれかが予
め与えた拘束値σ（０ｄＢ）より小さい場合は強い波の
方をとらえるが、両方ともσより大きい場合、弱い方の
波がとらえられ、強い方の波が強く抑圧されてしまう。
【００２０】これを避けるためには、拘束値σを予め到
来波強度の変化の範囲よりも大きく設定しておけばよ
い。しかし、陸上移動通信における到来波強度の変化の
範囲は数１０ｄＢ〜１００ｄＢと、送受信間の距離の変
化にともない非常に大きく変化する。従って、アンテナ
出力信号の振幅を所望の振幅に保つためには、重み付け
回路に広いダイナミックレンジが必要となり、実現は困
難である。
来波強度の変化の範囲よりも大きく設定しておけばよ
い。しかし、陸上移動通信における到来波強度の変化の
範囲は数１０ｄＢ〜１００ｄＢと、送受信間の距離の変
化にともない非常に大きく変化する。従って、アンテナ
出力信号の振幅を所望の振幅に保つためには、重み付け
回路に広いダイナミックレンジが必要となり、実現は困
難である。
【００２１】
【発明が解決しようとする課題】本発明は上記の問題に
鑑みてなされたものであり、到来波の強度がいかなる場
合であっても常に最も強い波をとらえ、他の波を抑圧す
るＣＭＡアダプティブアンテナを供することを目的とす
る。
鑑みてなされたものであり、到来波の強度がいかなる場
合であっても常に最も強い波をとらえ、他の波を抑圧す
るＣＭＡアダプティブアンテナを供することを目的とす
る。
【００２２】
【課題を解決するための手段】本発明は、図１に示すよ
うに、複数のアンテナ素子からなるアレーアンテナ部１
と、前記各アンテナ素子の出力にそれぞれ重み係数に基
づく重み付け処理を行う重み付け手段２と、前記重み付
け手段によりそれぞれ重み付け処理された出力を合成す
る合成手段３と、前記各アンテナ素子の出力の平均値を
演算する平均値演算手段４と、前記各アンテナ素子の出
力と演算された平均値とに基づき、前記合成した信号出
力が前記平均値と等しくなるように前記アンテナ素子出
力に応じた重み係数を演算する重み付け制御手段５と、
からなることを特徴とする。
うに、複数のアンテナ素子からなるアレーアンテナ部１
と、前記各アンテナ素子の出力にそれぞれ重み係数に基
づく重み付け処理を行う重み付け手段２と、前記重み付
け手段によりそれぞれ重み付け処理された出力を合成す
る合成手段３と、前記各アンテナ素子の出力の平均値を
演算する平均値演算手段４と、前記各アンテナ素子の出
力と演算された平均値とに基づき、前記合成した信号出
力が前記平均値と等しくなるように前記アンテナ素子出
力に応じた重み係数を演算する重み付け制御手段５と、
からなることを特徴とする。
【００２３】
【作用】複数のアンテナ素子１1 〜１K はそれぞれ時々
刻々変化する到来波を受信し、出力する。平均値演算手
段４は、各アンテナ素子の出力の平均値を演算する。な
お、この平均値演算は、アンテナ素子の出力の振幅また
は電圧の平均値、あるいは、前記出力の電力の平均値の
いずれでもよい。重み付け制御手段５は、平均値演算手
段４よりの出力平均値と各アンテナ素子出力とに基づく
評価関数を設定し、該評価関数が最小となる演算を行う
ことにより、合成出力が前記平均値に等しくなるよう各
アンテナ素子出力に応じた重み係数を演算する。重み付
け手段２は前記重み係数により対応するアンテナ素子の
出力信号に重み付け処理を行う。合成手段３は、それぞ
れ重み付け処理された信号を合成することにより、アダ
プティブアンテナの出力とする。なお、アンテナの受信
信号は、一般に複素数で表され、上記合成とは、複素数
の加算演算をいう。
刻々変化する到来波を受信し、出力する。平均値演算手
段４は、各アンテナ素子の出力の平均値を演算する。な
お、この平均値演算は、アンテナ素子の出力の振幅また
は電圧の平均値、あるいは、前記出力の電力の平均値の
いずれでもよい。重み付け制御手段５は、平均値演算手
段４よりの出力平均値と各アンテナ素子出力とに基づく
評価関数を設定し、該評価関数が最小となる演算を行う
ことにより、合成出力が前記平均値に等しくなるよう各
アンテナ素子出力に応じた重み係数を演算する。重み付
け手段２は前記重み係数により対応するアンテナ素子の
出力信号に重み付け処理を行う。合成手段３は、それぞ
れ重み付け処理された信号を合成することにより、アダ
プティブアンテナの出力とする。なお、アンテナの受信
信号は、一般に複素数で表され、上記合成とは、複素数
の加算演算をいう。
【００２４】すなわち、本発明では、ＣＭＡにおける拘
束値σを一定値とするのではなく、各アンテナ素子出力
の平均値（振幅（すなわち電圧）平均値または電力平均
値）としている。この平均値は、到来波の振幅値または
電力値の最大値以上になるため、常に最も強い到来波を
とらえることが出来る。
束値σを一定値とするのではなく、各アンテナ素子出力
の平均値（振幅（すなわち電圧）平均値または電力平均
値）としている。この平均値は、到来波の振幅値または
電力値の最大値以上になるため、常に最も強い到来波を
とらえることが出来る。
【００２５】
【発明の効果】ＣＭＡにおける拘束値として、アンテナ
素子出力の平均値を用いているので、到来波の強度が強
い場合には、拘束値が大きくなり、逆に到来波の強度が
弱い場合には拘束値が小さくなる。従って、到来波の強
度がいかなる場合であっても、ＣＭＡにおける拘束値と
して適切な値が得られ、常に最も強い波をとらえること
が可能となる。
素子出力の平均値を用いているので、到来波の強度が強
い場合には、拘束値が大きくなり、逆に到来波の強度が
弱い場合には拘束値が小さくなる。従って、到来波の強
度がいかなる場合であっても、ＣＭＡにおける拘束値と
して適切な値が得られ、常に最も強い波をとらえること
が可能となる。
【００２６】
【実施例】以下、本発明を適用した一実施例につき、図
面を参照して詳細に説明する。図４は、本実施例の全体
構成を示す図である。
面を参照して詳細に説明する。図４は、本実施例の全体
構成を示す図である。
【００２７】アレーアンテナ部１０は、それぞれ信号Ｘ
1 〜ＸK を出力する複数のアンテナ素子１1 〜１K より
なる。以下、各アンテナ素子に対応してチャネルとい
う。なお、本実施例では１〜Ｋのチャネルがある。
1 〜ＸK を出力する複数のアンテナ素子１1 〜１K より
なる。以下、各アンテナ素子に対応してチャネルとい
う。なお、本実施例では１〜Ｋのチャネルがある。
【００２８】周波数変換装置６０は、周波数ｆLOの正弦
波を発生する局部発振器６１と、各アンテナ素子の出力
信号Ｘ1 〜ＸK に局部発振器６１からの出力信号を掛け
合わせる乗算器６２1 〜６２K と、乗算器出力の低周波
成分のみを通過させる低周波ろ波器６３1 〜６３K とよ
りなる。すなわち、周波数変換装置６０は以下のような
信号処理を行う。
波を発生する局部発振器６１と、各アンテナ素子の出力
信号Ｘ1 〜ＸK に局部発振器６１からの出力信号を掛け
合わせる乗算器６２1 〜６２K と、乗算器出力の低周波
成分のみを通過させる低周波ろ波器６３1 〜６３K とよ
りなる。すなわち、周波数変換装置６０は以下のような
信号処理を行う。
【００２９】アンテナ素子の出力信号の周波数をｆRFと
すると、乗算器６２の出力信号は周波数（ｆRF＋ｆLO）
の信号と周波数（ｆRF−ｆLO）の信号の合成信号とな
る。さらに低周波ろ波器６３により高周波成分（ｆRF＋
ｆLO）を取り除き低周波成分（ｆRF−ｆLO）のみを取り
出す。このとき、局部発振器６１で発生する正弦波の周
波数および振幅が一定であれば、低周波ろ波器６３1 〜
６３K に現れる信号Ｚ1〜ＺK は、各アンテナ素子の出
力信号Ｘ1 〜ＸK に比べ周波数が異なるだけで波形は全
く同じである。従ってｆRFとｆLOとの差、すなわちベー
スバンド周波数をアナログ・デジタル（ＡＤ）変換可能
な周波数に設定しておけば、後述する重み付け制御装置
４０において高速なＡ／Ｄ変換器を必要とすることな
く、アンテナ素子の出力信号の波形を正確に取り込むこ
とができる。
すると、乗算器６２の出力信号は周波数（ｆRF＋ｆLO）
の信号と周波数（ｆRF−ｆLO）の信号の合成信号とな
る。さらに低周波ろ波器６３により高周波成分（ｆRF＋
ｆLO）を取り除き低周波成分（ｆRF−ｆLO）のみを取り
出す。このとき、局部発振器６１で発生する正弦波の周
波数および振幅が一定であれば、低周波ろ波器６３1 〜
６３K に現れる信号Ｚ1〜ＺK は、各アンテナ素子の出
力信号Ｘ1 〜ＸK に比べ周波数が異なるだけで波形は全
く同じである。従ってｆRFとｆLOとの差、すなわちベー
スバンド周波数をアナログ・デジタル（ＡＤ）変換可能
な周波数に設定しておけば、後述する重み付け制御装置
４０において高速なＡ／Ｄ変換器を必要とすることな
く、アンテナ素子の出力信号の波形を正確に取り込むこ
とができる。
【００３０】平均電力検出装置５０は、図６に示すよう
に、各チャネルのベースバンド周波数に変換された信号
Ｚ1 〜ＺK をそれぞれ検波して瞬時電力信号Ｐ1 〜ＰK
を出力する検波器５１1 〜５１K と、瞬時電力信号Ｐ1
〜ＰK を加算する加算器５２と、加算された信号をアン
テナ素子数（チャネル数）Ｋで除算する除算器５３と、
除算された信号の時間平均信号を出力する低周波ろ波器
（ＬＰＦ）５４とからなる。
に、各チャネルのベースバンド周波数に変換された信号
Ｚ1 〜ＺK をそれぞれ検波して瞬時電力信号Ｐ1 〜ＰK
を出力する検波器５１1 〜５１K と、瞬時電力信号Ｐ1
〜ＰK を加算する加算器５２と、加算された信号をアン
テナ素子数（チャネル数）Ｋで除算する除算器５３と、
除算された信号の時間平均信号を出力する低周波ろ波器
（ＬＰＦ）５４とからなる。
【００３１】除算器５３の出力は、１アンテナ素子当た
りの平均受信電力すなわち空間平均となり、低周波ろ波
器５４によりさらに時間平均化され、このようにして得
られた平均値Ｐavが重み付け制御装置４０に入力され
る。この空間平均および時間平均処理の併用は、特にア
ンテナ素子数が少ない場合に、例えば空間平均処理のみ
では所望の振幅値σが短い周期で変動することを防止す
ることができる。本実施例では、この平均値ＰavをＣＭ
Ａにおける拘束値として用いる。
りの平均受信電力すなわち空間平均となり、低周波ろ波
器５４によりさらに時間平均化され、このようにして得
られた平均値Ｐavが重み付け制御装置４０に入力され
る。この空間平均および時間平均処理の併用は、特にア
ンテナ素子数が少ない場合に、例えば空間平均処理のみ
では所望の振幅値σが短い周期で変動することを防止す
ることができる。本実施例では、この平均値ＰavをＣＭ
Ａにおける拘束値として用いる。
【００３２】なお、上記時間平均処理のためのＬＰＦ５
４のカットオフ周波数は、フェージングによる受信レベ
ル変動の周波数（数１０Ｈz ）よりも小さく、かつ受信
点の移動にともなう電波到来状況の変化の周波数（１／
１０Ｈz 程度）よりも大きい値、すなわち、１Ｈz 〜数
Ｈz 程度が適当である。
４のカットオフ周波数は、フェージングによる受信レベ
ル変動の周波数（数１０Ｈz ）よりも小さく、かつ受信
点の移動にともなう電波到来状況の変化の周波数（１／
１０Ｈz 程度）よりも大きい値、すなわち、１Ｈz 〜数
Ｈz 程度が適当である。
【００３３】重み付け制御装置４０は、図５に示すよう
に、各チャネルのベースバンド周波数に変換された信号
をそれぞれ入力し、各チャネルにおいて同相成分と直交
成分とに分離する９０°ハイブリッド４１1 〜４１K
と、９０°ハイブリッドの各チャネルの同相および直交
成分をそれぞれアナログ・デジタル変換するＡ／Ｄ変換
器４２と、平均電力検出装置５０の出力をアナログ・デ
ジタル変換するＡ／Ｄ変換器４５と、Ａ／Ｄ変換器４２
および４５よりの信号を入力し、後述する処理により各
チャネル毎に同相および直交成分のそれぞれの重み係数
を演算するＣＰＵ４３と、算出された重み係数をデジタ
ル・アナログ変換するＤ／Ａ変換器４４とからなる。
に、各チャネルのベースバンド周波数に変換された信号
をそれぞれ入力し、各チャネルにおいて同相成分と直交
成分とに分離する９０°ハイブリッド４１1 〜４１K
と、９０°ハイブリッドの各チャネルの同相および直交
成分をそれぞれアナログ・デジタル変換するＡ／Ｄ変換
器４２と、平均電力検出装置５０の出力をアナログ・デ
ジタル変換するＡ／Ｄ変換器４５と、Ａ／Ｄ変換器４２
および４５よりの信号を入力し、後述する処理により各
チャネル毎に同相および直交成分のそれぞれの重み係数
を演算するＣＰＵ４３と、算出された重み係数をデジタ
ル・アナログ変換するＤ／Ａ変換器４４とからなる。
【００３４】ＣＰＵ４３は、以下の手順で重み係数を演
算する。各チャネルの第Ｎ回目の繰り返し計算後におけ
る、重み係数をＷ1(N)〜ＷK(N)、ベースバンド周波数信
号をＺ1(N)〜ＺK(N)、アンテナ素子の出力平均値をＰav
(N) とする。
算する。各チャネルの第Ｎ回目の繰り返し計算後におけ
る、重み係数をＷ1(N)〜ＷK(N)、ベースバンド周波数信
号をＺ1(N)〜ＺK(N)、アンテナ素子の出力平均値をＰav
(N) とする。
【００３５】Ｚ1(N)〜ＺK(N)およびＰav(N) をそれぞれ
Ａ／Ｄ変換器４２，４５を介してＣＰＵ４３に取り込
み、前記(1) 式と(3) または(4) 式の何れかとに基づき
評価関数Ｑ(N) を計算する。なお、(3) および(4) 式は
電力に対応する形式となっている。また、(1) 式におい
て、Ｘj の代わりにＺj を用いる。すなわち、(1) 式を
用いることによりアダプティブアンテナの出力Ｙを用い
ることなく、アンテナ素子の出力のみから評価関数を計
算できる。したがって、以下のように評価関数の変化の
方向が把握できる。
Ａ／Ｄ変換器４２，４５を介してＣＰＵ４３に取り込
み、前記(1) 式と(3) または(4) 式の何れかとに基づき
評価関数Ｑ(N) を計算する。なお、(3) および(4) 式は
電力に対応する形式となっている。また、(1) 式におい
て、Ｘj の代わりにＺj を用いる。すなわち、(1) 式を
用いることによりアダプティブアンテナの出力Ｙを用い
ることなく、アンテナ素子の出力のみから評価関数を計
算できる。したがって、以下のように評価関数の変化の
方向が把握できる。
【００３６】次に、Ｑ(N) を重み係数Ｗ1(N)〜ＷK(N)で
それぞれ微分し、評価関数Ｑ(N) の最大傾斜方向∇W1Ｑ
(N) 〜∇WKＱ(N) を計算する。
それぞれ微分し、評価関数Ｑ(N) の最大傾斜方向∇W1Ｑ
(N) 〜∇WKＱ(N) を計算する。
【００３７】次に、(5) 式のように、最大傾斜方向の反
対方向、すなわち、評価関数Ｑ(N)が最も効率よく小さ
くなる方向に重み係数を修正する。
対方向、すなわち、評価関数Ｑ(N)が最も効率よく小さ
くなる方向に重み係数を修正する。
【００３８】
【数５】
【００３９】ここで、μはステップサイズと呼ばれる定
数であり、この値が大き過ぎるとアルゴリズムの動作が
不安定となり、小さ過ぎると収束が遅くなる。通常、μ
の値として０．０１〜０．１程度に設定するのがよい。
数であり、この値が大き過ぎるとアルゴリズムの動作が
不安定となり、小さ過ぎると収束が遅くなる。通常、μ
の値として０．０１〜０．１程度に設定するのがよい。
【００４０】以上が、第Ｎ回目の繰り返し計算操作であ
り、次の第（Ｎ＋１）回目の計算では新たなＺ1(N+1)〜
ＺK(N+1)およびＰav(N+1) を取り込み、同様の手順で上
記演算を行う。通常の移動通信においては、到来波の強
度状況は変化している、すなわち、最適な重み係数は変
化しているので、収束後も上記繰り返し計算を継続する
必要がある。
り、次の第（Ｎ＋１）回目の計算では新たなＺ1(N+1)〜
ＺK(N+1)およびＰav(N+1) を取り込み、同様の手順で上
記演算を行う。通常の移動通信においては、到来波の強
度状況は変化している、すなわち、最適な重み係数は変
化しているので、収束後も上記繰り返し計算を継続する
必要がある。
【００４１】(5) 式により得られた重み係数Ｗj は複素
数 (Re＋ｉIm) であり、その実部Reが同相成分、虚部Im
が直交成分の重み係数となっている。
数 (Re＋ｉIm) であり、その実部Reが同相成分、虚部Im
が直交成分の重み係数となっている。
【００４２】重み付け回路２０は、図４に示すように、
周波数変換装置６０の出力Ｚ1 〜ＺK をそれぞれ入力し
同相成分および直交成分に分離する９０°ハイブリッド
２１1 〜２１K と、可変利得増幅器２２1 〜２２K およ
び２３1 〜２３K と、合成器２４1 〜２４K とからな
る。
周波数変換装置６０の出力Ｚ1 〜ＺK をそれぞれ入力し
同相成分および直交成分に分離する９０°ハイブリッド
２１1 〜２１K と、可変利得増幅器２２1 〜２２K およ
び２３1 〜２３K と、合成器２４1 〜２４K とからな
る。
【００４３】可変利得増幅器２２1 〜２２K は重み付け
制御装置４０により演算された同相成分の重み係数に基
づく利得で信号Ｚ1 〜ＺK の同相成分の振幅を制御し、
可変利得増幅器２３1 〜２３K は重み付け制御装置４０
により演算された直交成分の重み係数に基づく利得で信
号Ｚ1 〜ＺK の直交成分の振幅を制御する。これによ
り、信号の複素数的な重み付けが可能となる。
制御装置４０により演算された同相成分の重み係数に基
づく利得で信号Ｚ1 〜ＺK の同相成分の振幅を制御し、
可変利得増幅器２３1 〜２３K は重み付け制御装置４０
により演算された直交成分の重み係数に基づく利得で信
号Ｚ1 〜ＺK の直交成分の振幅を制御する。これによ
り、信号の複素数的な重み付けが可能となる。
【００４４】合成器２４1 〜２４K は、可変利得増幅器
２２1 〜２２K および２３1 〜２３K でそれぞれ同相成
分および直交成分の振幅を制御された信号を、同相で合
成する。
２２1 〜２２K および２３1 〜２３K でそれぞれ同相成
分および直交成分の振幅を制御された信号を、同相で合
成する。
【００４５】なお、重み付け回路２０の帯域は、９０°
ハイブリッド２１1 〜２１K の特性によって決まり、後
述の図９に示す構成と比べ広い帯域の信号を扱うことが
できる。
ハイブリッド２１1 〜２１K の特性によって決まり、後
述の図９に示す構成と比べ広い帯域の信号を扱うことが
できる。
【００４６】加算器３０は、重み付け回路２０の各チャ
ネルの出力を加算し、アダプティブアンテナの受信信号
として出力する。
ネルの出力を加算し、アダプティブアンテナの受信信号
として出力する。
【００４７】本実施例を用いた場合の到来波強度と、と
らえる波との関係を図１２に示す。図中の（ａ）〜
（ｄ）は上記の場合と同様、 （ａ）Ａ1 ＝−１５（ｄＢ）、Ａ2 ＝−２０（ｄＢ） （ｂ）Ａ1 ＝ ２０（ｄＢ）、Ａ2 ＝−２０（ｄＢ） （ｃ）Ａ1 ＝ ０（ｄＢ）、Ａ2 ＝ −５（ｄＢ） （ｄ）Ａ1 ＝ ２０（ｄＢ）、Ａ2 ＝ １５（ｄＢ） である。
らえる波との関係を図１２に示す。図中の（ａ）〜
（ｄ）は上記の場合と同様、 （ａ）Ａ1 ＝−１５（ｄＢ）、Ａ2 ＝−２０（ｄＢ） （ｂ）Ａ1 ＝ ２０（ｄＢ）、Ａ2 ＝−２０（ｄＢ） （ｃ）Ａ1 ＝ ０（ｄＢ）、Ａ2 ＝ −５（ｄＢ） （ｄ）Ａ1 ＝ ２０（ｄＢ）、Ａ2 ＝ １５（ｄＢ） である。
【００４８】図１２からわかるように、（ａ）〜（ｄ）
のいずれの場合も、収束後の出力信号に含まれる第２波
の振幅は非常に小さくなり、出力信号はほとんど第１波
となっている。すなわち、到来波の強度がいかなる場合
であっても、必ず強い方の波をとらえ、弱い方の波を抑
圧することできる。さらに、とらえた波の振幅は初期状
態からあまり変化していないことから、重み付けの変化
の範囲、すなわちダイナミックレンジは従来よりも少な
くて済むという利点もある。
のいずれの場合も、収束後の出力信号に含まれる第２波
の振幅は非常に小さくなり、出力信号はほとんど第１波
となっている。すなわち、到来波の強度がいかなる場合
であっても、必ず強い方の波をとらえ、弱い方の波を抑
圧することできる。さらに、とらえた波の振幅は初期状
態からあまり変化していないことから、重み付けの変化
の範囲、すなわちダイナミックレンジは従来よりも少な
くて済むという利点もある。
【００４９】（他の変形例）重み付け回路２０は、図９
に１チャネル分のみ示すように、振幅を制御する可変利
得増幅器２５と位相を制御する可変移相器２６とからな
る簡易な構成により、信号の振幅と位相を独立に制御す
ることも可能である。この場合、可変利得増幅器２５の
利得および可変移相器２６の移相量は、それぞれ重み付
け制御装置４０において演算された複素数の重み係数
（Ｗj ＝Re＋ｉIm，ｉ：虚数）の絶対値｜Ｗj ｜＝√
｛(Re)2 ＋(Im)2 ｝および tan (Im／Re) で与えられ
る。なお、移相器２６は増幅器２５に比べ狭帯域である
場合が多ため、この構成は到来波信号が比較的狭帯域で
ある場合に有効である。
に１チャネル分のみ示すように、振幅を制御する可変利
得増幅器２５と位相を制御する可変移相器２６とからな
る簡易な構成により、信号の振幅と位相を独立に制御す
ることも可能である。この場合、可変利得増幅器２５の
利得および可変移相器２６の移相量は、それぞれ重み付
け制御装置４０において演算された複素数の重み係数
（Ｗj ＝Re＋ｉIm，ｉ：虚数）の絶対値｜Ｗj ｜＝√
｛(Re)2 ＋(Im)2 ｝および tan (Im／Re) で与えられ
る。なお、移相器２６は増幅器２５に比べ狭帯域である
場合が多ため、この構成は到来波信号が比較的狭帯域で
ある場合に有効である。
【００５０】平均電力検出装置５０は、図６の構成より
ＬＰＦ５４を除いた図７の構成、あるいは、複数のアン
テナ素子のうち１チャネルのみに検波器５１j およびＬ
ＰＦ５４を接続した図８の構成とすることができる。図
７の構成は、アンテナ素子数が多く空間平均値のみで十
分安定な所望振幅値σが得られる場合有効である。
ＬＰＦ５４を除いた図７の構成、あるいは、複数のアン
テナ素子のうち１チャネルのみに検波器５１j およびＬ
ＰＦ５４を接続した図８の構成とすることができる。図
７の構成は、アンテナ素子数が多く空間平均値のみで十
分安定な所望振幅値σが得られる場合有効である。
【００５１】一方、受信点が常に移動している場合に
は、図８の構成により１つの検波器出力をＬＰＦで時間
平均するだけで、異なる地点の受信電力を平均できるす
なわち空間平均がえられ、したがって時間平均と空間平
均が同時に行なえるため、簡易な構成で前記実施例と同
様な効果が得られる。
は、図８の構成により１つの検波器出力をＬＰＦで時間
平均するだけで、異なる地点の受信電力を平均できるす
なわち空間平均がえられ、したがって時間平均と空間平
均が同時に行なえるため、簡易な構成で前記実施例と同
様な効果が得られる。
【００５２】また、近年のＣＰＵの高速化に伴い、アダ
プティブアンテナ全体を図１０に示すようにＣＰＵとそ
の入出力装置としてのＡ／Ｄ変換器およびＤ／Ａ変換器
とで構成し、平均電力検出、重み付け演算・処理および
合成処理もすべてＣＰＵ内でデジタル的に行うことも可
能である。この技術は、所謂ＤＢＦ(Digital Beam Form
ing)技術としてハードウエアの小形化および複雑な信号
処理の導入に関して有利である。
プティブアンテナ全体を図１０に示すようにＣＰＵとそ
の入出力装置としてのＡ／Ｄ変換器およびＤ／Ａ変換器
とで構成し、平均電力検出、重み付け演算・処理および
合成処理もすべてＣＰＵ内でデジタル的に行うことも可
能である。この技術は、所謂ＤＢＦ(Digital Beam Form
ing)技術としてハードウエアの小形化および複雑な信号
処理の導入に関して有利である。
【００５３】以上述べたように、本実施例によれば、到
来波の強度がいかなる場合であっても必ず最も強い波を
とらえ、それ以外の不要波を抑圧することが可能とな
り、良好なＳＮ比およびＤＵ比（所望波と不要波の比）
で、所望波を受信することができる。さらに、重み付け
回路のダイナミックレンジは従来より狭くてよく、重み
付け回路のコスト低下につながる。
来波の強度がいかなる場合であっても必ず最も強い波を
とらえ、それ以外の不要波を抑圧することが可能とな
り、良好なＳＮ比およびＤＵ比（所望波と不要波の比）
で、所望波を受信することができる。さらに、重み付け
回路のダイナミックレンジは従来より狭くてよく、重み
付け回路のコスト低下につながる。
【図１】本発明の構成を示す図。
【図２】従来技術の構成を示す図。
【図３】アレーアンテナの指向性を示す図。
【図４】実施例の全体構成を示す図。
【図５】重み付け制御装置の実施例を示す図。
【図６】平均電力検出装置の実施例を示す図。
【図７】平均電力検出装置の変形例を示す図。
【図８】平均電力検出装置の変形例を示す図。
【図９】重み付け回路の変形例を示す図。
【図１０】本発明の変形例を示す図。
【図１１】従来技術の特性を示す図。
【図１２】本発明による特性を示す図。
【符号の説明】 ２１，４１ ・・・・ ９０°ハイブリッド ２２，２３，２５ ・・・・ 可変利得増幅器 ２４ ・・・・ 合成器 ２６ ・・・・ 可変移相器 ５１ ・・・・ 検波器 ６１ ・・・・ 局部発振器 ６２ ・・・・ 乗算器 ６３ ・・・・ 低周波ろ波器（ＬＰＦ）
Claims (1)
- 【請求項１】 複数のアンテナ素子からなるアレーアン
テナ部と、 前記各アンテナ素子の出力にそれぞれ重み係数に基づく
重み付け処理を行う重み付け手段と、 前記重み付け手段によりそれぞれ重み付け処理された出
力を合成する合成手段と、 前記各アンテナ素子の出力の平均値を演算する平均値演
算手段と、 前記各アンテナ素子の出力と演算された平均値とに基づ
き、前記合成した信号出力が前記平均値と等しくなるよ
うに前記アンテナ素子出力に応じた重み係数を演算する
重み付け制御手段と、 からなることを特徴とするアダプティブアンテナ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP33802692A JP3409344B2 (ja) | 1992-11-24 | 1992-11-24 | アダプティブアンテナ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP33802692A JP3409344B2 (ja) | 1992-11-24 | 1992-11-24 | アダプティブアンテナ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06164434A true JPH06164434A (ja) | 1994-06-10 |
| JP3409344B2 JP3409344B2 (ja) | 2003-05-26 |
Family
ID=18314241
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP33802692A Expired - Fee Related JP3409344B2 (ja) | 1992-11-24 | 1992-11-24 | アダプティブアンテナ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3409344B2 (ja) |
Cited By (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20000013752A (ko) * | 1998-08-12 | 2000-03-06 | 서평원 | 예측된 최적 전파 경로를 통한 통신 방법 |
| US6317611B1 (en) | 1999-09-24 | 2001-11-13 | Fujitsu Limited | Communication device with adaptive antenna |
| WO2006008963A1 (ja) * | 2004-07-22 | 2006-01-26 | Pioneer Corporation | 位相合成ダイバーシティ受信機 |
| JP2006033799A (ja) * | 2004-06-16 | 2006-02-02 | Brother Ind Ltd | 無線通信装置及び無線タグ通信システムの質問器 |
| WO2006038263A1 (ja) * | 2004-09-30 | 2006-04-13 | Fujitsu Limited | マルチアンテナ無線システムの増幅器利得制御方法および装置 |
| KR100880750B1 (ko) * | 2007-02-26 | 2009-02-02 | 후지쯔 가부시끼가이샤 | 멀티안테나 무선 시스템의 증폭기 이득 제어 방법 및 장치 |
| US8116675B2 (en) | 2007-10-24 | 2012-02-14 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Method and apparatus for handover based on dynamic beamforming scheme |
| KR101227513B1 (ko) * | 2006-10-27 | 2013-01-31 | 엘지전자 주식회사 | 광대역에서 신호 수신 기능을 갖는 이동통신 단말기 및이것의 신호 수신 방법 |
| JP2015033228A (ja) * | 2013-08-02 | 2015-02-16 | 三菱重工業株式会社 | レーザ中心位置推定装置、無線電力伝送システム、及びレーザ中心位置推定方法 |
| JP2017067623A (ja) * | 2015-09-30 | 2017-04-06 | 三菱電機株式会社 | レーダ装置 |
-
1992
- 1992-11-24 JP JP33802692A patent/JP3409344B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| KR100880750B1 (ko) * | 2007-02-26 | 2009-02-02 | 후지쯔 가부시끼가이샤 | 멀티안테나 무선 시스템의 증폭기 이득 제어 방법 및 장치 |
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| JP2017067623A (ja) * | 2015-09-30 | 2017-04-06 | 三菱電機株式会社 | レーダ装置 |
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| JP3409344B2 (ja) | 2003-05-26 |
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|---|---|---|---|
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