JPH09219616A - Reception signal processor - Google Patents

Reception signal processor

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JPH09219616A
JPH09219616A JP8026638A JP2663896A JPH09219616A JP H09219616 A JPH09219616 A JP H09219616A JP 8026638 A JP8026638 A JP 8026638A JP 2663896 A JP2663896 A JP 2663896A JP H09219616 A JPH09219616 A JP H09219616A
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array
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Kuruushie Jiedei Abudeseramu
アブデセラム・クルーシェ・ジェディ
Takashi Sekiguchi
高志 関口
Tatsu Miura
龍 三浦
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ATR Optical and Radio Communications Research Laboratories
Original Assignee
ATR Optical and Radio Communications Research Laboratories
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a reception signal processor for an array sensor which is capable of detecting a signal in a shorter time, as compared with a conventional example. SOLUTION: This processor detects plural (d) incoming signals received by the array sensor 100 composed of plural L sensor elements 1-1 to 1-L and outputs the signals. At this time, based on the reception signals from L sensor elements 1-1 to 1-L, the number (d) of incoming signal, the incoming direction of each incoming signal and the (L×d) array response matrix corresponding to each incoming direction of d signals and each sensor element are operated so that the (d) incoming signals may be maximum. A QR decomposition into the product of (L×L) unitary matrix Q and (L×L) matrix R is performed for the array response matrix. Based on the (L×d) matrix Q1 composed of the columns from the first column to the d-th column of the unitary column Q the (d×d) triangle matrix R1 composed of the lines from the first line to the d-th line of the matrix R and plural L reception signals, plural (d) incoming signals are detected and the signals are outputted to a demodulator 6.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、複数のセンサー素
子が配列されてなるアレーセンサーによって受信された
複数の到来信号を検出して出力するための受信信号処理
装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a received signal processing device for detecting and outputting a plurality of incoming signals received by an array sensor having a plurality of sensor elements arranged therein.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来の受信信号処理装置では、主とし
て、受信データ相関行列の固有値分解を実行して信号の
検出を行っていた。例えば、MUSICアルゴリズムを
用いた第1の従来例の受信信号処理装置では、雑音サブ
空間を固有ベクトル値の集合に対応させて、複数の到来
信号を検出して出力している。また、信号サブ空間を用
いた第2の従来例の受信信号処理装置では、受信データ
相関行列の固有値分解をして、コスト関数を作成するた
めに信号サブ空間を利用している。この場合、信号の検
出と推定のため多次元探索が必要となる。
2. Description of the Related Art In a conventional received signal processing apparatus, a signal is detected mainly by performing eigenvalue decomposition of a received data correlation matrix. For example, in the received signal processing device of the first conventional example using the MUSIC algorithm, the noise subspace is made to correspond to the set of eigenvector values, and a plurality of incoming signals are detected and output. Further, in the received signal processing apparatus of the second conventional example using the signal subspace, the signal subspace is used to perform the eigenvalue decomposition of the received data correlation matrix and create the cost function. In this case, a multidimensional search is required for signal detection and estimation.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
第1と第2の従来例の受信信号処理装置では、データ相
関行列の固有値分解を実行する演算時間が長くなり、信
号の検出に時間がかかるという問題点があった。
However, in the received signal processing devices of the above-mentioned first and second conventional examples, the calculation time for executing the eigenvalue decomposition of the data correlation matrix becomes long, and it takes time to detect the signal. There was a problem.

【0004】本発明の目的は、従来例に比較して、短い
検出時間で信号の検出をすることができるアレーセンサ
ー用の受信信号処理装置を提供することにある。
An object of the present invention is to provide a received signal processing device for an array sensor which can detect a signal in a shorter detection time than the conventional example.

【0005】[0005]

【課題を解決するための手段】本発明に係る請求項1記
載の受信信号処理装置は、複数L個のセンサー素子が所
定の間隔で配列されてなるアレーセンサーによって受信
され、互いに異なる各到来方向からそれぞれ到達する、
上記複数Lより小さい数の複数d個の到来信号を検出し
て出力するための受信信号処理装置であって、上記複数
L個のセンサー素子によってそれぞれ受信された複数L
個の受信信号に基づいて、上記複数d個の到来信号の信
号成分が最大となるように、上記到来信号の個数dと、
上記複数d個の到来信号の上記アレーセンサーへの各到
来方向の角度と、上記複数d個の到来信号の各到来方向
にそれぞれ対応しかつ上記複数L個のセンサー素子への
入力信号に対する複数d個の出力信号を表わすための
(L×d)のアレー応答行列を演算して、上記複数d個
の到来信号の各到来方向にそれぞれ対応する(L×d)
のアレー応答行列を、(L×L)のユニタリー行列Q
と、(L×d)の行列Rとの積にQR分解して、上記ユ
ニタリー行列Qの1列目からd列目までの列からなる
(L×d)の行列Q1と、上記行列Rの1行目からd行
目までの行からなる(d×d)の三角行列R1と、上記
複数L個の受信信号とに基づいて、上記(d×d)の三
角行列R1の逆行列と、上記(L×d)の行列Q1の共役
転置行列と、上記複数L個の受信信号からなる受信信号
行列Xとの積を演算することにより当該積の行列を上記
複数d個の到来信号として検出して出力することを特徴
とする。
According to a first aspect of the present invention, there is provided a received signal processing device, wherein a plurality of L sensor elements are received by an array sensor arranged at a predetermined interval and different arrival directions are obtained. From each,
A received signal processing device for detecting and outputting a plurality of d incoming signals, the number of which is smaller than the plurality of L, and a plurality of L received by the plurality of L sensor elements.
The number d of the incoming signals so that the signal component of the plurality d of the incoming signals is maximized based on the number of received signals,
Angles of the direction of arrival of the plurality of d incoming signals to the array sensor and a plurality of angles of input signals to the plurality L of sensor elements that correspond to the respective directions of arrival of the plurality d of incoming signals. (L × d) array response matrixes for representing the output signals of (L × d) are respectively calculated (L × d).
Is an (L × L) unitary matrix Q.
If, then QR decomposition to the product of the matrix R (L × d), the matrix Q 1 consisting of a row of the first column of the unitary matrix Q to the d-th column (L × d), the matrix R from the first row and the triangular matrix R 1 consisting of a row of up to d-th row (d × d), based on a plurality L received signals, inverse triangular matrix R 1 of the above (d × d) The matrix of the product is calculated by calculating the product of the matrix, the conjugate transposed matrix of the (L × d) matrix Q 1 and the received signal matrix X composed of the plurality of L received signals. It is characterized in that it is detected and output as an incoming signal.

【0006】また、請求項2記載の受信信号処理装置
は、請求項1記載の受信信号処理装置において、上記各
センサー素子はアンテナ素子であり、上記アレーセンサ
ーはアレーアンテナであることを特徴とする。
Further, a received signal processing device according to a second aspect is the received signal processing device according to the first aspect, wherein each of the sensor elements is an antenna element and the array sensor is an array antenna. .

【0007】[0007]

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明に係
る実施形態について説明する。 <実施形態>図1は、本発明に係る一実施形態である受
信機のブロック図である。この実施形態の受信機は、ア
レーアンテナ1−1乃至1−Lからなるアレーアンテナ
100と、ダウンコンバータ2−1乃至2−Lと、A/
D変換器3−1乃至3−Lと、メモリ4と、受信信号処
理回路5と、復調器6とからなる。ここで、図1の受信
機において、受信信号処理回路5は、アンテナ素子1−
1乃至1−Lによってそれぞれ受信された複数L個の受
信信号に基づいて、上記複数d個の到来信号の信号成分
が最大となるように、複数d個の到来信号の各到来方向
にそれぞれ対応し、複数L個のアンテナ素子への入力信
号に対する複数d個の出力信号を表わすための(L×
d)のアレー応答行列Aを演算して、上記複数d個の到
来信号の各到来方向にそれぞれ対応する(L×d)のア
レー応答行列Aを、(L×L)のユニタリー行列Qと、
(L×d)の行列Rとの積にQR分解して、上記ユニタ
リー行列Qの1列目からd列目までの列からなる(L×
d)の行列Q1と、上記行列Rの1行目からd行目まで
の行からなる(d×d)の三角行列R1と、上記複数L
個の受信信号とに基づいて、上記(d×d)の三角行列
1の逆行列と、上記(L×d)の行列Q1の共役転置行
列と、上記複数L個の受信信号からなる受信信号行列X
との積を演算することにより当該積の行列を上記複数d
個の到来信号として検出して復調器6に出力することを
特徴とする。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. <Embodiment> FIG. 1 is a block diagram of a receiver according to an embodiment of the present invention. The receiver of this embodiment includes an array antenna 100 including array antennas 1-1 to 1-L, down converters 2-1 to 2-L, and an A / A converter.
It comprises D converters 3-1 to 3-L, a memory 4, a received signal processing circuit 5, and a demodulator 6. Here, in the receiver of FIG. 1, the reception signal processing circuit 5 includes the antenna element 1-
Corresponding to each direction of arrival of a plurality of d arriving signals such that the signal component of the plurality of d arriving signals is maximized based on the plurality of L received signals respectively received by 1 to 1-L To represent a plurality of d output signals with respect to input signals to a plurality of L antenna elements.
d) The array response matrix A is calculated, and the (L × d) array response matrix A corresponding to each of the arrival directions of the plurality of d arrival signals is converted into an (L × L) unitary matrix Q.
QR decomposition is performed on the product of (L × d) and the matrix R, and the unitary matrix Q includes columns from the first column to the d-th column (L ×
d) the matrix Q 1 , a (d × d) triangular matrix R 1 consisting of the first row to the d-th row of the matrix R, and the plurality of L
Based on the received signals, the inverse matrix of the (d × d) triangular matrix R 1 and the conjugate transposed matrix of the (L × d) matrix Q 1 and the plurality of L received signals. Received signal matrix X
By calculating the product of
The number of incoming signals is detected and output to the demodulator 6.

【0008】次に、本実施形態の構成を詳細に説明す
る。図1に示すように、アンテナ素子1−i(i=1,
2,…,L)には、互いに縦続に接続されたダウンコン
バータ2−iとA/D変換器3−iとが接続される。こ
こで、ダウンコンバータ2−iは、低雑音増幅器(図示
せず。)と局部発振器(図示せず。)とミキサー(図示
せず。)と低域通過フィルタ(図示せず。)とからな
る。ダウンコンバータ2−iは、アンテナ素子1−iか
ら入力された高周波信号を低雑音増幅器によって増幅し
た後、ミキサーによって、増幅された高周波信号と局部
発振器から入力される局部発振信号とを混合して、所定
の中間周波数を有する中間周波信号(以下、IF信号と
いう。)に周波数変換して、不要な高調波成分を除去す
る低域通過フィルタを介してA/D変換器3−iに出力
する。
Next, the configuration of this embodiment will be described in detail. As shown in FIG. 1, antenna element 1-i (i = 1,
2, ..., L) are connected to a down converter 2-i and an A / D converter 3-i that are connected in cascade. Here, the down converter 2-i includes a low noise amplifier (not shown), a local oscillator (not shown), a mixer (not shown), and a low pass filter (not shown). . The down converter 2-i amplifies the high frequency signal input from the antenna element 1-i by a low noise amplifier, and then mixes the amplified high frequency signal and the local oscillation signal input from the local oscillator by a mixer. , An intermediate frequency signal having a predetermined intermediate frequency (hereinafter referred to as an IF signal) is frequency-converted, and is output to the A / D converter 3-i via a low-pass filter that removes unnecessary harmonic components. .

【0009】A/D変換器3−iは、例えば中間周波数
の4倍のサンプリング周波数で、入力された中間周波数
信号をIFデジタル信号にA/D変換してメモリ4に出
力する。メモリ4は、入力される複数L個のIFディジ
タル信号を記憶する。受信信号処理回路5は、メモリ4
に記憶されたIFディジタル信号に詳細後述する処理を
実行して、出力信号ベクトルShを復調器6に出力す
る。
The A / D converter 3-i A / D converts the input intermediate frequency signal into an IF digital signal at a sampling frequency four times the intermediate frequency, and outputs the IF digital signal to the memory 4. The memory 4 stores a plurality of L IF digital signals input. The reception signal processing circuit 5 includes a memory 4
The output digital signal Sh is output to the demodulator 6 by performing the processing described later in detail on the IF digital signal stored in.

【0010】次に受信信号処理回路5について詳細に説
明する。ここではまず、受信信号処理回路5における受
信信号処理の原理について説明し、その後、受信信号処
理回路5の構成と動作を説明する。
Next, the reception signal processing circuit 5 will be described in detail. Here, the principle of the received signal processing in the received signal processing circuit 5 will be described first, and then the configuration and operation of the received signal processing circuit 5 will be described.

【0011】<原理>まず、上述のアレーアンテナ10
0で、中心周波数ωoの複数d個(d<L)の狭帯域の
平面波を受信する場合、アンテナ素子1−iで受信され
る受信信号xi(t)は次の数1で表される。
<Principle> First, the array antenna 10 described above.
In the case of receiving a plurality of d (d <L) narrow band plane waves having a center frequency ω o of 0, the received signal x i (t) received by the antenna element 1-i is expressed by the following mathematical expression 1. It

【0012】[0012]

【数1】xi(t)=f(t)cos{ω0(t+τi)+φ
(t+τi)}+ni(t) i=1,2,…,L
## EQU1 ## x i (t) = f (t) cos {ω 0 (t + τ i ) + φ
(T + τ i )} + n i (t) i = 1, 2, ..., L

【0013】ここで、τiは、平面波が基準点である原
点(ここで、原点は、例えばアンテナ素子1−1にあ
る。)からi番目のアンテナ素子1−iへ伝播するのに
要する時間である。また、数1の包絡線信号f(t)は
実数値であって、ゆっくりと変化する時間の関数であ
る。ni(t)はi番目のアンテナ素子1−iで受信さ
れる付加雑音である。本実施形態において、狭帯域と
は、平面波がアレーアンテナ100を通過する時間内に
おいて包絡線信号f(t)と位相φ(t)の値が変化し
ないと見なすことができる程度の狭い帯域のことをい
う。アンテナ素子1−iで受信された信号xi(t)
は、ダウンコンバータ2−iで周波数変換される。この
とき、正弦波sin(ω0t)とcos(ω0t)による
乗算を伴うので、低域ろ波後の信号の出力は、同相成分
f(t+τi)cos{ωoτi+φ(t+τi)}と直角
成分f(t+τi)sin{ωoτi+φ(t+τi)}と
からなる。ここで、到来する信号は、上述のように狭帯
域であるので、f(t+τi)=f(t)及びφ(t+
τi)=φ(t)が成り立つ。このようにd個の信号が
ある場合、遅延時間τiは、各平面波の到来方向とアン
テナ素子1−iの位置とに対応した値になるので、以
後、上記原点を基準とする各アンテナ素子1−iにおけ
る各平面波の遅延時間をτikと表す。ここで、i=1,
2,…,Lであり、k=1,2,…,dである。そし
て、L個のアンテナ素子1−iからなるアレーアンテナ
100の出力である複素数のL次元列ベクトルx(t)
は、次の数2で示すことができる。
Here, τ i is the time required for the plane wave to propagate from the origin (here, the origin is at the antenna element 1-1, for example), which is the reference point, to the i-th antenna element 1-i. Is. Also, the envelope signal f (t) of Equation 1 is a real value and is a function of slowly changing time. ni (t) is additional noise received by the i-th antenna element 1-i. In the present embodiment, the narrow band is a narrow band to the extent that it can be considered that the values of the envelope signal f (t) and the phase φ (t) do not change during the time when the plane wave passes through the array antenna 100. Say. Signal x i (t) received by antenna element 1-i
Is frequency-converted by the down converter 2-i. At this time, since the multiplication by the sine wave sin (ω 0 t) and cos (ω 0 t) is involved, the output of the signal after the low-pass filtering is the in-phase component f (t + τ i ) cos {ω o τ i + φ ( t + τ i )} and the quadrature component f (t + τ i ) sin {ω o τ i + φ (t + τ i )}. Here, since the incoming signal has a narrow band as described above, f (t + τ i ) = f (t) and φ (t +
τ i ) = φ (t) holds. When there are d signals in this way, the delay time τ i has a value corresponding to the arrival direction of each plane wave and the position of the antenna element 1-i. The delay time of each plane wave in 1-i is represented by τ ik . Where i = 1,
2, ..., L, and k = 1, 2 ,. Then, a complex number L-dimensional column vector x (t) which is the output of the array antenna 100 including the L antenna elements 1-i.
Can be expressed by the following equation 2.

【0014】[0014]

【数2】x(t)=A(τ)s(t)+n(t)## EQU00002 ## x (t) = A (.tau.) S (t) + n (t)

【0015】ここで、s(t)は、アレーアンテナ10
0に到来する信号であり、sk(t)=fk(t)exp
{jφk(t)}を成分とするd次元の列ベクトルであ
り、ここで、sk(t)は到来するd個の信号のうちの
k番目(k=1,2,…,d)の信号である。また、A
(τ)はアレー応答行列であり、aik(τ)=exp
(jω0τik)を成分とする(L×d)の行列であり、
ik(τ)はk番目の信号と同じ到来方向の単位波信号
のi番目のアンテナ素子1−iでの応答値である。言い
換えると、アレー応答行列A(τ)は、アレーアンテナ
100に到来する複数d個の平面波の各到来方向にそれ
ぞれ対応し、複数L個のアンテナ素子1−iへの入力信
号に対する複数d個の出力信号を表わすための(L×
d)の行列である。
Here, s (t) is the array antenna 10
Signal arriving at 0, and s k (t) = f k (t) exp
It is a d-dimensional column vector having {jφ k (t)} as a component, where s k (t) is the k-th (k = 1, 2, ..., d) of the d incoming signals. Signal. Also, A
(Τ) is an array response matrix, and a ik (τ) = exp
Is a (L × d) matrix having (jω 0 τ ik ) as an element,
a ik (τ) is the response value at the i-th antenna element 1-i of the unit wave signal in the same arrival direction as the k-th signal. In other words, the array response matrix A (τ) corresponds to the respective arrival directions of the plurality d of plane waves arriving at the array antenna 100, and the plurality d of input signals to the plurality L of antenna elements 1-i are input. (L × for expressing the output signal
It is the matrix of d).

【0016】以下の説明においては、説明を簡単にする
ため、L個のアンテナ素子1−iは等間隔lで一直線上
で配列されたリニアアレーアンテナであると仮定し、平
面波の伝搬の方向はすべてL個のアンテナ素子1−iが
配列された直線を含む同一平面上にあるものとする。従
って、τik={(i−1)・lsin(θk)}/cで表す
ことができる。ここで、cは光速である。入射角θ
kは、k番目の平面波の到来方向とL個のアンテナ素子
1−iが配列された直線の法線との間の角度である。こ
こで、すべての入射角を表すd次元列ベクトルである入
射角ベクトルθ=[θ1 θ2 … θd]は、本実施形
態において検出すべきパラメータであって、アレー応答
行列A(θ)は入射角ベクトルθ=[θ1 θ2 … θ
d]に対して直接的に依存することを強調する。信号s
(t)は、d次元のベクトル信号として表され、雑音ベ
クトルn(t)は、等しい電力σ2を有する白色雑音の
L次元列ベクトルで表される。ここで、信号ベクトルs
(t)と雑音ベクトルn(t)とは相関がないと仮定す
る。それゆえ、各時刻tn(n=1,2,…,N)にお
けるN個のL次元列ベクトルx(t1),x(t2),
…,x(tN)を用いて、受信信号行列Xは次の数3で
表すことができる。
In the following description, for simplification of explanation, it is assumed that the L antenna elements 1-i are linear array antennas arranged in a straight line at equal intervals l, and the propagation direction of the plane wave is It is assumed that all of the L antenna elements 1-i are on the same plane including a straight line. Therefore, it can be represented by τ ik = {(i−1) · lsin (θ k )} / c. Here, c is the speed of light. Incident angle θ
k is the angle between the arrival direction of the k-th plane wave and the normal line of the straight line on which the L antenna elements 1-i are arranged. Here, the incident angle vector θ = [θ 1 θ 2 ... θ d ] which is a d-dimensional column vector representing all incident angles is a parameter to be detected in this embodiment, and is the array response matrix A (θ). Is the incident angle vector θ = [θ 1 θ 2 … θ
Emphasize direct dependence on [ d ]. Signal s
(T) is represented as a d-dimensional vector signal, and the noise vector n (t) is represented by an L-dimensional column vector of white noise having the same power σ 2 . Where the signal vector s
It is assumed that (t) and the noise vector n (t) have no correlation. Therefore, at each time t n (n = 1, 2, ..., N), N L-dimensional column vectors x (t 1 ), x (t 2 ),
, X (t N ), the received signal matrix X can be expressed by the following equation 3.

【0017】[0017]

【数3】 X =[x(t1) x(t2) … x(tN)] =A(θ)S+N0 X = [x (t 1 ) x (t 2 ) ... x (t N )] = A (θ) S + N 0

【0018】ここで、(L×N)の信号行列S=[s
(t1) s(t2) … s(tN)]であり、(L×
N)の雑音行列N0=[n(t1) n(t2) … n
(tN)]である。Nが大きい場合には、数4で表され
る自己相関行列Rxは、信号自己相関行列Rsを用いて次
の数5で表すことができる。
Here, the (L × N) signal matrix S = [s
(T 1 ) s (t 2 ) ... s (t N )], and (L ×
N) noise matrix N 0 = [n (t 1 ) n (t 2 ) ... n
(T N )]. When N is large, the autocorrelation matrix R x expressed by Expression 4 can be expressed by the following Expression 5 using the signal autocorrelation matrix R s .

【0019】[0019]

【数4】Rx=(1/N)XX†(4) R x = (1 / N) XX †

【数5】Rx=A(θ)RsA(θ)†+σ2## EQU00005 ## R x = A (θ) R s A (θ) † + σ 2 I

【0020】ここで、†は、共役転置行列を示す記号で
ある。アレー応答行列A(θ)は数学モデルや計測をす
る場合には周知であると仮定し、データ相関行列の固有
値分解の代わりに、ユニタリー行列Q(d,θ)を用い
て、数6で表される効率的なQR分解を実行する。QR
分解については、「“岩波数学辞典”,第3版,日本数
学会編集,岩波書店発行,1985年12月10日」等
に説明されている。
Here, † is a symbol indicating a conjugate transposed matrix. It is assumed that the array response matrix A (θ) is well known in the case of mathematical model or measurement, and the unitary matrix Q (d, θ) is used in place of the eigenvalue decomposition of the data correlation matrix, and is expressed by Equation 6. Perform an efficient QR decomposition performed. QR
The decomposition is described in “Iwanami Mathematics Dictionary”, 3rd edition, edited by The Mathematical Society of Japan, published by Iwanami Shoten, December 10, 1985, etc.

【0021】[0021]

【数6】A(θ)=Q(d,θ)R## EQU6 ## A (θ) = Q (d, θ) R

【0022】ここで、アレー応答行列A(θ)は数7に
示すように(L×d)の行列であり、以下の説明におい
て記述を簡略にするために、(θ)を省略して単にアレ
ー応答行列Aと記す。また、ユニタリー行列Q(d,
θ)は数8に示すように(L×L)の行列であり、以下
の説明においては(d,θ)を省略して単にユニタリー
行列Qと記す。また、数6におけるRは(L×d)の行
列であって、数9で表される。
Here, the array response matrix A (θ) is a (L × d) matrix as shown in Equation 7, and in order to simplify the description in the following description, (θ) is omitted and simply It is referred to as an array response matrix A. Also, the unitary matrix Q (d,
(θ) is a (L × L) matrix as shown in Equation 8, and (d, θ) is omitted in the following description and is simply referred to as a unitary matrix Q. Further, R in the equation 6 is a (L × d) matrix and is represented by the equation 9.

【0023】[0023]

【数7】 (Equation 7)

【数8】 (Equation 8)

【数9】 [Equation 9]

【0024】ここで、ユニタリー行列Qを、数10に示
すユニタリー行列Qの1列目からd列目までの列からな
る(L×d)の行列Q1と、数11に示すユニタリー行
列Qの(d+1)列目からL列目までの列からなる{L
×(L−d)}の行列Q2とを用いて、Q=[Q12
と表す。また、数9の行列Rを、数12で表される(d
×d)の三角行列R1を用いて数13に示すように表
す。ここで、R0は、成分がすべて0である{(L−
d)×d}のゼロ行列である。
Here, the unitary matrix Q is composed of the (L × d) matrix Q 1 consisting of the first column to the d-th column of the unitary matrix Q shown in Formula 10 and the unitary matrix Q shown in Formula 11. (D + 1) th to Lth columns {L
× (L−d)} matrix Q 2 and Q = [Q 1 Q 2 ]
It expresses. Further, the matrix R of the equation 9 is represented by the equation 12 (d
It is expressed as shown in Expression 13 using the triangular matrix R 1 of × d). Here, R 0 has all zero components {(L−
d) × d} zero matrix.

【0025】[0025]

【数10】 (Equation 10)

【数11】 [Equation 11]

【数12】 (Equation 12)

【数13】 (Equation 13)

【0026】次に、数2を数6のA=QRを用いて変形
すると、次の数14のように表すことができ、さらに数
14の両辺に左からユニタリー行列Qの共役転置行列Q
†を乗じることにより、数15に示すように変換するこ
とができる。
Next, when the equation 2 is transformed by using A = QR of the equation 6, it can be expressed as the following equation 14, and the conjugate transposed matrix Q of the unitary matrix Q from the left on both sides of the equation 14 is obtained.
By multiplying by, the conversion can be performed as shown in Expression 15.

【0027】[0027]

【数14】x(t)=QR・s(t)+n(t)X (t) = QR · s (t) + n (t)

【数15】Q†x(t)=R・s(t)+Q†n(t)[Expression 15] Q † x (t) = R · s (t) + Q † n (t)

【0028】また、上述のように、行列Rが数13に示
す構造を有するので、変換後の受信信号のL次元列ベク
トルQ†x(t)の後ろの(d+1)番目からL番目の
成分は、雑音のみに依存する成分である。アレー応答行
列Aが相異なる入射角θ1,θ2,…,θdに対してフル
ランクであると仮定すると、最後の(L−d)個の成分
に対応するチャンネルの電力が最小になるようなユニタ
リー行列Qが、正しい入射角θに対応する。ここで、最
小にすべきコスト関数V(θ,d)を数16で表される
フロベニウスのノルム‖[0I]Q†X‖Fを用いて、
数17で表す。
Further, as described above, since the matrix R has the structure shown in the equation (13), the (d + 1) th to the Lth components after the L-dimensional column vector Q † x (t) of the converted received signal are obtained. Is a component that depends only on noise. Assuming that the array response matrix A is full rank for different incident angles θ 1 , θ 2 , ..., θ d , the power of the channel corresponding to the last (L−d) components is minimized. Such a unitary matrix Q corresponds to the correct incident angle θ. Here, using the Frobenius norm ‖ [0I] Q † X‖ F expressed by Equation 16, the cost function V (θ, d) to be minimized is
It is expressed by Equation 17.

【0029】[0029]

【数16】 ‖[0I]Q†X‖F =1/√{N(L−d)}・[0I]Q†X =1/√{N(L−d)}Q2†XEquation 16] ‖ [0I] Q † X‖ F = 1 / √ {N (L-d)} · [0I] Q † X = 1 / √ {N (L-d)} Q 2 † X

【数17】V(θ,d)={1/(N(L−d))}‖[0
I]Q†X‖F 2
[Expression 17] V (θ, d) = {1 / (N (L−d))} ‖ [0
I] Q † X‖ F 2

【0030】ここで、[0I]は、(L−d)×dのゼ
ロ行列0と(L−d)×(L−d)の単位行列Iとから
なる(L−d)×Lの行列であり、行列[0I]によっ
て行列Q†Xの(d+1)行目からL行目までの(L−
d)行が選出される。データ数が多くなるにつれて、コ
スト関数V(θ,d)が大域的最小値をとるときに、そ
の値は各チャンネルで等しいと仮定した雑音電力に近付
く(Vmin(θ,d)≒σ2となる。)のを観測すること
ができる。すなわち、コスト関数V(θ,d)が最小に
なるようにすれば、信号の数dと入射角θとを求めるが
できる。
[0I] is a (Ld) xL matrix consisting of a zero matrix 0 of (Ld) xd and an identity matrix I of (Ld) x (Ld). And, from the (d + 1) th row to the Lth row (L−
d) Rows are elected. As the number of data increases, when the cost function V (θ, d) takes the global minimum value, the value approaches the noise power assumed to be equal in each channel (V min (θ, d) ≈σ 2 Can be observed. That is, if the cost function V (θ, d) is minimized, the number d of signals and the incident angle θ can be obtained.

【0031】次に、コスト関数V(θ,d)が最小にな
るような入射信号の数dと入射角θとを検出する検出ア
ルゴリズムを説明する。例えば、検出した信号数daが
実際に到達する信号の数dより少ない場合、コスト関数
V(θ,d)の最小値は雑音だけでなく信号にも依存す
ることになる。すなわち、数5より数18が成立する。
ここで、解析を簡単にするために、ほぼ同等の電力(平
均信号電力値<s2>を用いてRs≒<s2>Iが成立す
る。)を有しかつ{θ1,θ2,…,θd}のうちのda
個(da<d)のθiを要素とする(i=1,2,…,
da)入射角ベクトルθに対する最小のコスト関数値を
有する互いに相関のない信号を仮定する。一般性を失う
ことなく、da個のθiを要素とする入射角ベクトルを
θ=[θ1θ2 … θda]とおくことができ、従って、
次の数19が成り立つ。
Next, a detection algorithm for detecting the number d of incident signals and the incident angle θ so that the cost function V (θ, d) is minimized will be described. For example, when the number of detected signals da is less than the number of actually reaching signals d, the minimum value of the cost function V (θ, d) depends not only on noise but also on signals. That is, Equation 18 is established from Equation 5.
Here, in order to simplify the analysis, they have substantially the same power (R s ≈ <s 2 > I is satisfied using the average signal power value <s 2 >) and {θ 1 , θ 2 , ..., θ d } of da
Let θ i for each (da <d) be an element (i = 1, 2, ...,
da) Assume uncorrelated signals with the smallest cost function value for the incident angle vector θ. Without loss of generality, an incident angle vector having da θ i as elements can be set as θ = [θ 1 θ 2 ... θ da ]
The following equation 19 holds.

【0032】[0032]

【数18】Q†RxQ≒Q†ARsA†Q+σ2[Equation 18] Q † R x Q ≈Q † AR s A † Q + σ 2 I

【数19】 Q†RxQ ≒[R’ Q†a(θd+1) … Q†a(θd)]Rs ≒[R’ Q†a(θd+1) … Q†a(θd)]†+σ2Q † R x Q ≈ [R 'Q † a (θ d + 1 ) ... Q † a (θ d )] R s ≈ [R' Q † a (θ d + 1 ) ... Q † a (Θ d )] † + σ 2 I

【0033】ここで、R'は三角行列R'1を有する行列
であり数20で表される。数20において、R'1はda
×daの三角行列で、0は(L−da)×daのゼロ行
列である。コスト関数V(θ,d)の大域的な最小値で
は、ai=a(θi)とすると、コスト関数V(θ,d)
は次の数21のように近似することができる。
Here, R ′ is a matrix having a triangular matrix R ′ 1 and is represented by the equation 20. In Equation 20, R ′ 1 is da
It is a triangular matrix of × da, and 0 is a zero matrix of (L-da) × da. At the global minimum value of the cost function V (θ, d), if a i = a (θ i ), then the cost function V (θ, d)
Can be approximated by the following equation 21.

【0034】[0034]

【数20】 (Equation 20)

【数21】 (Equation 21)

【0035】ここで、Trace[aii†Q22†]は、
行列[aii†Q22†]の対角要素の和を表す。数2
1から明らかなように最小値σ2は、数21の右辺の第
2項の和がゼロ、つまりda=dのときに達成される。
これは、高い信号対雑音電力比SNRにおいて特に良好
に成立する。一方、低い信号対雑音電力比SNRに対し
ては、数21の近似式における第2項の寄与は小さいの
で、入射角ベクトルのとる値に対するコスト関数値の差
は、σ2によって影響をあまり受けないので、より良好
に成立することが経験的にわかる。daの異なる値での
コスト関数V(θ,d)のそれぞれの最小値を求める代わ
りに、増加するdaの値に対するコスト関数V(θ,
d)の傾斜を比較する。検出された信号の数は、この傾
斜が前回の処理における傾斜と比較して減少するような
当該傾斜に対する値に対応する。要約すると、本発明に
係る方法のアルゴリズムは、次の数22によって記述さ
れるように、検出すべき信号パラメータ(入射角)にお
ける別の最小化を実行しながら、信号数に対する最小化
を実行するアルゴリズムと見ることができる。
Here, Trace [a i a i † Q 2 Q 2 †] is
It represents the sum of the diagonal elements of the matrix [a i a i † Q 2 Q 2 †]. Number 2
As is clear from 1, the minimum value σ 2 is achieved when the sum of the second terms on the right side of Expression 21 is zero, that is, da = d.
This holds particularly well at high signal-to-noise power ratio SNR. On the other hand, for the low signal-to-noise power ratio SNR, the contribution of the second term in the approximate expression of Eq. 21 is small, so that the difference in the cost function value with respect to the value of the incident angle vector is greatly influenced by σ 2 . Since it does not exist, it is empirically known that it is better established. Instead of finding each minimum of the cost function V (θ, d) at different values of da, the cost function V (θ, θ,
Compare the slopes of d). The number of detected signals corresponds to a value for this slope such that this slope is reduced compared to the slope in the previous process. In summary, the algorithm of the method according to the invention performs a minimization on the number of signals while performing another minimization on the signal parameter (incident angle) to be detected, as described by It can be seen as an algorithm.

【0036】[0036]

【数22】 (Equation 22)

【0037】ここで、minの下側にd又はθが記述さ
れている関数は、d又はθを変化して関数値が最小とな
る関数である。最初の最小化は、増加する個々の信号数
dの離散値に対する粗い1次元の探索であり、信号数d
の各値に対してサブルーチンが呼び出され、いくつかの
最小のコスト関数値に収束することが可能である複数の
信号パラメータ(この場合は、入射角ベクトルθであ
る。)の空間にわたって多次元の探索を実行する。ここ
で、多次元の探索であるので、注意深い初期化を実行す
る必要がある。この値は、正確な検出値の決定がなされ
た最大の減少する傾斜を見つけるため、前の2つの値と
比較される。上述の両方の最小化処理では初期化が必要
である。第1と第2の最小化処理のための初期値選択の
指標は後述する。
Here, the function in which d or θ is described below min is a function in which d or θ is changed and the function value becomes the minimum. The first minimization is a coarse one-dimensional search for discrete values of increasing individual signal number d,
A subroutine is called for each value of, which is multidimensional over the space of signal parameters (in this case the incident angle vector θ) that can converge to some minimum cost function value. Perform a search. Here, since it is a multi-dimensional search, it is necessary to perform careful initialization. This value is compared with the previous two values to find the maximum decreasing slope for which an accurate detection value determination was made. Both minimization processes described above require initialization. The index for selecting the initial value for the first and second minimization processing will be described later.

【0038】上述の検出アルゴリズムをまとめると、以
下のようになる。 (1)daを所定の初期値に設定して、d=da−1と
d=da−2に対してそれぞれ、数21に示すコスト関
数V(θ,d)の最小値を初期化あるいは算定する。こ
こで、初期化選択をどのように行うかの方法についての
詳細は後述する。 (2)θ=[θ1 θ2 … θda]に関してコスト関数
V(da,θ)を最小化する操作を行う。これは数23
に示すように、コスト関数V(da,θ)の最小値を与
えるθ=[θ1,θ2,…,θda]を求める。このときの
であるコスト関数最小値をVmin(da,θ)とする。
The above detection algorithms are summarized as follows. (1) Setting da to a predetermined initial value, and initializing or calculating the minimum value of the cost function V (θ, d) shown in Expression 21 for d = da-1 and d = da-2, respectively. To do. Here, details of how to perform the initialization selection will be described later. (2) The operation of minimizing the cost function V (da, θ) is performed with respect to θ = [θ 1 θ 2 ... θ da ]. This is the number 23
, Θ = [θ 1 , θ 2 , ..., θ da ] that gives the minimum value of the cost function V (da, θ) is obtained. The minimum value of the cost function at this time is V min (da, θ).

【0039】[0039]

【数23】 (Equation 23)

【0040】(3)信号数dをdaであるというゼロ仮
説Hyp0をたてる。 ゼロ仮説Hyp0:d=da (4)Vmin(d,θ)>2Vmin(d−1,θ)−V
min(d−2,θ)を満足する場合はゼロ仮説Hyp0
受け入れて、すなわち信号数d=daとして終了し、満
足しない場合は、ゼロ仮説Hyp0を排除して、d=d
a+1にして(2)へ戻る。
(3) The zero hypothesis Hyp 0 that the number of signals d is da is established. Zero hypothesis Hyp 0 : d = da (4) V min (d, θ)> 2 V min (d-1, θ) -V
If min (d−2, θ) is satisfied, the zero hypothesis Hyp 0 is accepted, that is, the signal number ends as d = da, and if not satisfied, the zero hypothesis Hyp 0 is excluded and d = d.
Set a + 1 and return to (2).

【0041】ここで、信号の受信が連続的である信号が
繰り返される実際のアプリケーションにおいては、da
の初期値は任意の時刻において予測される現在の信号の
最小数とする。例えば、移動通信無線システムにおい
て、同じ周波数を使う隣接セルからのみ干渉が生じるよ
うに、1つのセル内の各移動体に1つの特定の周波数を
割当てる。通常のセル・アーキテクチュアでは隣接して
干渉を生じさせる6個のセルが存在するので、初期値を
da=7(1つの所望信号と6つの干渉信号とで7つで
ある。)とする。実際には、隣接していないセルからの
経路が加算されるため、実際の正しい数はずっと大きく
なる。しかし、信号の数の情報がない場合には、本アル
ゴリスムを始動させるにはda=1、da=2、da=
3の初期コスト関数値の粗い演算が必要となる。
Here, in an actual application in which a signal is continuously received, the signal is repeated.
The initial value of is the minimum number of current signals predicted at any time. For example, in a mobile communication radio system, one specific frequency is assigned to each mobile in one cell so that interference occurs only from neighboring cells that use the same frequency. In a normal cell architecture, there are 6 cells that cause interference adjacent to each other, so the initial value is da = 7 (7 for one desired signal and 6 interference signals). In reality, the actual correct number will be much larger because the paths from non-adjacent cells are added. However, if there is no information on the number of signals, da = 1, da = 2, da = to start the algorithm.
A rough calculation of the initial cost function value of 3 is required.

【0042】以上説明した最小化処理は、多次元の計算
を必要とするために、初期値の設定は、実際の値に近似
させることが好ましい。後述する実施例におけるシミュ
レーションでは、実際の値より10度も逸脱した入射角
θで初期値を設定した場合にでも、収束している。受信
者が干渉信号と所要信号の方向をほぼ確認できる適用例
においては、初期値の推測が可能である。例えば、移動
無線通信システムにおいて、地理的な状況による基地局
に対する干渉セルの位置により、干渉波の到来方向の間
隔がある程度、制約を受ける。また推定が不可能な場合
では、異なった初期値のパラメータによる最小化処理を
数回反復して、最小コスト関数の最低値をもつ出力を選
定できる。別の長所として、増加する信号数dに対して
探索動作が反復されるので、以前の最小化処理の出力値
を、演算する信号数dが増加するために追加の初期値を
必要とする今回の処理における初期値として利用可能で
ある。これは、従来技術文献1「I.Ziskind
and M.Wax,“Maximam Likeli
hood of Multiple Sources
by Alternating Projectio
n”,IEEE Transaction on Ac
oustic,Speech,SignalProce
ssing,Vol.ASSP−36,No.10,p
p.1553−1560,1988年10月」に詳細に
記述されている別の射影アルゴリスムの適用例である。
Since the minimization process described above requires multidimensional calculation, it is preferable to set the initial value to an actual value. In the simulation in the example described later, the convergence is achieved even when the initial value is set with the incident angle θ deviating by 10 degrees from the actual value. In an application in which the receiver can almost confirm the directions of the interference signal and the desired signal, the initial value can be estimated. For example, in a mobile radio communication system, the position of the interfering cell with respect to the base station due to the geographical situation limits the interval in the arrival direction of the interference wave to some extent. If the estimation is impossible, the minimization process with different initial value parameters can be repeated several times to select the output having the lowest value of the minimum cost function. As another advantage, since the search operation is repeated for the increasing number of signals d, the output value of the previous minimization process requires an additional initial value in order to increase the number of signals d to be calculated this time. Can be used as an initial value in the processing of. This is described in Prior Art Document 1 "I. Ziskind.
and M.D. Wax, "Maximim Likelili
Hood of Multiple Sources
by Alternating Projectio
n ”, IEEE Transaction on Ac
oustic, Speech, SignalProce
ssing, Vol. ASSP-36, No. 10, p
p. 1553-1560, October 1988 ”is an application example of another projective algorithm.

【0043】前述の検出方法では、固有値分解が行われ
ていないけれど、コスト関数V(θ,d)の大域的最小
値を見つけるため多次元探索処理が必要である。ここで
は、大域的最小値に十分近似するように初期化されたと
きに2次関数的に乗算数Ld2に比例するオーダーO
(Ld2)の計算量で収束するような修正された可変投
影アルゴリズムを用いた。ここで、修正された可変投影
アルゴリズムは、従来技術文献2「G.W.Stewa
rt,“An Updating Algolism
for Subspace Tracking”,IE
EE Transaction on Signal
Processing,Vol.40,No.6,19
92年6月」に詳細な説明がされている。これによる
と、最適化処理では下記の数式演算が必要となる。ま
ず、アレー応答行列AのQR分解は、次の数24で表す
ことができる。
Although the eigenvalue decomposition is not performed in the above-described detection method, multidimensional search processing is necessary to find the global minimum value of the cost function V (θ, d). Here, an order O proportional to the multiplication number Ld 2 in a quadratic function when initialized so as to sufficiently approximate the global minimum value.
A modified variable projection algorithm that converges with the amount of calculation of (Ld 2 ) was used. Here, the modified variable projection algorithm is described in Prior Art Document 2 “GW Stewa”.
rt, “An Updating Algolism”
for Subspace Tracking ”, IE
EE Transaction on Signal
Processing, Vol. 40, no. 6,19
June 1992 ”gives a detailed explanation. According to this, the following mathematical operation is required in the optimization process. First, the QR factorization of the array response matrix A can be expressed by the following equation 24.

【0044】[0044]

【数24】 (Equation 24)

【0045】次に、最適化処理中に勾配とヘッセの行列
を演算するため必要な中間変数Dを次の数25で定義す
る。
Next, the intermediate variable D necessary for calculating the gradient and the Hessian matrix during the optimization process is defined by the following equation 25.

【0046】[0046]

【数25】D=[∂a(θ1)/∂θ1 ∂a(θ2)/∂θ2
…… ∂a(θd)/∂θd
[Equation 25] D = [∂a (θ 1 ) / ∂θ 1 ∂a (θ 2 ) / ∂θ 2
…… ∂a (θ d ) / ∂θ d ]

【0047】ここで、アレー応答行列Aは計測するか又
は数学的なモデルを用いた演算をすることにより予め知
る必要があるので、中間変数Dと同じくQR分解の因子
分解は前もって行なうことができる。次に、関数Φと、
正しいパラメータ値でその出力が最小となるエラー関数
Ψと、演算された出力信号ベクトルΩとをそれぞれ、次
の数26,27,28で表す。
Here, since the array response matrix A needs to be known in advance by measuring or performing an operation using a mathematical model, the factorization of the QR factorization can be performed in advance as with the intermediate variable D. . Next, the function Φ and
The error function Ψ that minimizes the output with the correct parameter value and the calculated output signal vector Ω are represented by the following equations 26, 27, and 28, respectively.

【0048】[0048]

【数26】Φ=Q2†DΦ = Q 2 † D

【数27】Ψ=M†Q Ψ = M † Q 2

【数28】Ω=R −11†M[Equation 28] Ω = R 1 −1 Q 1 † M

【0049】ここで、数27、数28におけるMは、正
規化受信信号行列であり、M=[1/√{N(L−
d)}]・Xで表される。所定の数学的操作の結果、基
準関数V、勾配ベクトルV’、ヘッセ行列H、探索角度
の誤差Δθはそれぞれ、次の数29,数30,数31,
数32,数33で表すことができる。
Here, M in Equations 27 and 28 is a normalized reception signal matrix, and M = [1 / √ {N (L-
d)}] · X. As a result of the predetermined mathematical operation, the reference function V, the gradient vector V ′, the Hessian matrix H, and the error Δθ of the search angle are respectively the following Equation 29, Equation 30, Equation 31, and Equation 31,
It can be expressed by Equations 32 and 33.

【0050】[0050]

【数29】V=Trace{ΨΨ†}V = Trace {ΨΨ †}

【数30】V’=2Re{diag(ΩΨΦ)}V ′ = 2Re {diag (ΩΨΦ)}

【数31】H=2Re{(Φ†Φ)※(ΩΩ†)T[Equation 31] H = 2Re {(Φ † Φ) * (ΩΩ †) T }

【数32】Hii=Hii(1+μkH ii = H ii (1 + μ k )

【数33】Δθ=H-1V’[Expression 33] Δθ = H −1 V ′

【0051】そして、次の数34から更新された入射角
θk+1が計算される。
Then, the incident angle θ k + 1 updated from the following equation 34 is calculated.

【0052】[0052]

【数34】θk+1=θk−Δθ[Equation 34] θ k + 1 = θ k −Δθ

【0053】ここで、記号※はシュア積を表し、μ
kは、リベンバーグ/マーカルドのステップレングス法
により選定されるステップサイズパラメータである。そ
の方法は、それが最小値から離れている場合には最急降
下法として、最小値に近い場合には逆ヘッセ方法として
ふるまうようにステップサイズを選定するものである。
ここで、リベンバーグ/マーカルドのステップレングス
法については、従来技術文献3「W.H.Press
et al.,“Numerical recipes
in C”,Cambrige Universit
y Press,Sec.Edition,1992」
に詳細に説明されている。実際には、コスト関数が増加
するときはステップサイズパラメータμkを10倍し、
コスト関数が減少するときはステップサイズパラメータ
μkを1/10に減少させる。詳細については従来技術
文献3の第15章に詳細な説明がされている。
Here, the symbol * represents the Sure product, and μ
k is a step size parameter selected by the Rebenberg / Markald's step length method. The method selects the step size so that it behaves as a steepest descent method when it is far from the minimum value and as an inverse Hessian method when it is close to the minimum value.
Here, with respect to the Rebenberg / Markald's step length method, the related art document 3 “WH Press.
et al. , "Numerical receipts
in C ", Cambridge University
y Press, Sec. Edition, 1992 "
Is described in detail. In practice, when the cost function increases, the step size parameter μ k is multiplied by 10,
When the cost function decreases, the step size parameter μ k is decreased to 1/10. The details are described in Chapter 15 of Related Art Document 3.

【0054】初期化処理は、最適化問題への緩和最適化
原理(一度に1つのパラメータ)のアプリケーションで
ある交互投影アルゴリスムを使えば可能である。最適化
問題については、上述の従来技術文献2に詳細な説明が
されており、交互投影アルゴリスムについは、上述の従
来技術文献3に詳細に説明されている。本例では、da
の値を増加させて探索処理が反復されるので、前回の最
小化処理時の最小値を、信号数daの増加のために追加
の初期値を必要とする今回の処理における初期値として
そのまま適用することができる。
The initialization process is possible by using the alternating projection algorithm, which is an application of the relaxation optimization principle (one parameter at a time) to the optimization problem. The optimization problem is described in detail in the above-mentioned Prior Art Document 2, and the alternate projection algorithm is described in detail in the above-mentioned Prior Art Document 3. In this example, da
Since the search process is repeated by increasing the value of, the minimum value of the previous minimization process is directly applied as the initial value in this process that requires an additional initial value to increase the number of signals da. can do.

【0055】次に、信号源の位置が異なり、SNRが異
なる場合について、計算機シミュレーションにて調べ
た。その結果は、SNRがある閾値より大きく、信号の
入射角が互いにある程度離れている限りにおいては、満
足できる検出および推定値が得られる。これらの条件が
満足されず、特に2つの信号の入射角θが互いに非常に
近接している場合には、より正確な初期化処理が必要と
なる。移動体通信システムでは、信号源の位置が検出動
作間でそれほど遠く離れないため、前の入射角θの推定
値を次の初期値として利用することにより、より良好な
初期化が可能となる。入射角θが十分に離れているとき
には、本発明の方法のアルゴリスムにより、次の検出演
算のための初期値として十分に正確である推定値が作成
でき、入射角θの分解能の点で高い収束性が得られた。
Next, the case where the position of the signal source is different and the SNR is different was examined by computer simulation. The result is that as long as the SNR is above a certain threshold and the angles of incidence of the signals are some distance from each other, satisfactory detection and estimates are obtained. If these conditions are not satisfied, and especially if the incident angles θ of the two signals are very close to each other, more accurate initialization processing is required. In the mobile communication system, since the position of the signal source is not so far away between the detection operations, better initialization can be performed by using the estimated value of the previous incident angle θ as the next initial value. When the incident angle θ is sufficiently far apart, the algorithm of the method of the present invention makes it possible to create an estimated value that is sufficiently accurate as an initial value for the next detection calculation, and has a high convergence in terms of the resolution of the incident angle θ. Sex was obtained.

【0056】本方法の基本的な寄与はその性能をひどく
低下させることなく演算を簡略化させるので、簡単なビ
ーム形成方法が提供できる。数3と数24とから信号行
列Sを用いて次の数35の関係式が成り立ち、出力信号
ベクトルShは次の数36の近似式で表すことを提案す
る。すなわち、出力信号ベクトルShは、d×dの三角
行列R1の逆行列と、行列Q1の共役転置行列Q1†と、
受信信号行列Xとの積で表される。
Since the basic contribution of the method simplifies the computation without severely degrading its performance, a simple beamforming method can be provided. It is proposed that the relational expression of the following expression 35 is established from the expression 3 and the expression 24 using the signal matrix S, and the output signal vector Sh is represented by the approximate expression of the following expression 36. That is, the output signal vector Sh is the inverse matrix of the triangular matrix R 1 of d × d, and the conjugate transpose matrix Q 1 † matrix Q 1,
It is represented by the product with the received signal matrix X.

【0057】[0057]

【数35】R1 -11†X=S+R1 -11†N[Formula 35] R 1 -1 Q 1 † X = S + R 1 -1 Q 1 † N

【数36】Sh≒R1 -11†X[Formula 36] Sh≈R 1 -1 Q 1 † X

【0058】以上詳述した原理に基づいて、受信信号処
理装置5では、コスト関数V(θ,d)が最小になるよ
うに、信号数dと入射角ベクトルθとを演算して、当該
信号数dと入射角ベクトルθと出力信号ベクトルShと
を出力する。
Based on the principle described in detail above, in the reception signal processing device 5, the number of signals d and the incident angle vector θ are calculated so that the cost function V (θ, d) is minimized, and the signals concerned are calculated. It outputs the number d, the incident angle vector θ, and the output signal vector Sh.

【0059】次に、上述の原理に基づいて、受信信号処
理を実行する受信信号処理回路5について説明する。受
信信号処理回路5は、図2に示すように、CPU10と
ROM11とRAM12とインターフェース14とメモ
リ13とからなる。ここで、メモリ13は、正規化受信
信号行列メモリ21とコスト関数値メモリ22と出力信
号ベクトルメモリ23と入射角ベクトルメモリ24とア
レー応答行列メモリ25とQR分解行列メモリ26と勾
配ベクトルメモリ27とヘッセ行列ベクトルメモリ28
とに区分されている。
Next, the received signal processing circuit 5 which executes received signal processing based on the above-mentioned principle will be described. As shown in FIG. 2, the reception signal processing circuit 5 includes a CPU 10, a ROM 11, a RAM 12, an interface 14 and a memory 13. Here, the memory 13 includes a normalized received signal matrix memory 21, a cost function value memory 22, an output signal vector memory 23, an incident angle vector memory 24, an array response matrix memory 25, a QR decomposition matrix memory 26, and a gradient vector memory 27. Hessian matrix vector memory 28
It is divided into and.

【0060】受信信号処理回路5において、ROM11
には図3及び図4に示す受信信号処理プログラム及びそ
のプログラムを実行するために必要なデータが格納され
ていて、CPU10は、ROM11に格納された受信信
号処理プログラムに従って、必要なデータをメモリ4、
メモリ13及びワークエリアとして用いられるRAM1
2から読み出して、後述する受信信号処理を実行して、
CPU10と復調器6との間の信号変換などのインター
フェース処理を実行するインターフェース14を介し
て、出力信号ベクトルShを復調器6に出力する。
In the reception signal processing circuit 5, the ROM 11
3 stores a received signal processing program shown in FIGS. 3 and 4 and data necessary for executing the program, and the CPU 10 stores the required data in the memory 4 according to the received signal processing program stored in the ROM 11. ,
RAM 13 used as memory 13 and work area
2), execute the received signal processing described later,
The output signal vector Sh is output to the demodulator 6 via the interface 14 that executes interface processing such as signal conversion between the CPU 10 and the demodulator 6.

【0061】以下、図2、図3及び図4を参照して、受
信信号処理回路5について詳細に説明する。まず、図3
のフローチャートのステップS1において、CPU10
は、信号数パラメータdaとコスト関数値Vda-1,V
da-2とを所定の初期値に設定して、信号数パラメータd
aをRAM12に記憶させ、コスト関数値Vda-1,V
da-2をコスト関数値メモリ22に記憶させる。次に、ス
テップS2において、CPU10は、メモリ4から読み
出した受信信号行列Xと、RAM12から読み出した信
号数パラメータdaとを用いて正規化受信信号行列Mを
計算して、計算した正規化受信信号行列Mを正規化受信
信号行列メモリ21に記憶させる。
The received signal processing circuit 5 will be described in detail below with reference to FIGS. 2, 3 and 4. First, FIG.
In step S1 of the flowchart of FIG.
Is the signal number parameter da and the cost function values V da-1 , V
Set da-2 and a predetermined initial value, and set the signal number parameter d
a is stored in the RAM 12 and the cost function values V da-1 , V da
Store da-2 in the cost function value memory 22. Next, in step S2, the CPU 10 calculates the normalized reception signal matrix M using the reception signal matrix X read from the memory 4 and the signal number parameter da read from the RAM 12, and calculates the calculated normalized reception signal. The matrix M is stored in the normalized reception signal matrix memory 21.

【0062】次に、ステップ3において、以下のコスト
関数値Vdaの計算処理を実行して、計算されたコスト関
数値Vdaをコスト関数値メモリ22に記憶させる。すな
わち、サブルーチンのステップS3においては、図4に
示すように、ステップS31で、CPU10は、入射角
ベクトルθkを初期値θ0に設定して、ステップS32
で、入射角ベクトルθkに基づいて、アレー応答行列A
(θk)を計算して、計算したアレー応答行列A(θk
をアレー応答行列メモリ25に記憶させる。また、ステ
ップS33では、アレー応答行列メモリ25からよみだ
したアレー応答行列A(θk)をQR分解した変換式を
用いて、行列Q1,Q2,R1を計算して、行列Q1
2,R1をQR分解行列メモリ26に記憶させる。
Next, in step 3, the following cost function value V da calculation processing is executed to store the calculated cost function value V da in the cost function value memory 22. That is, in step S3 of the subroutine, as shown in FIG. 4, in step S31, the CPU 10 sets the incident angle vector θ k to the initial value θ 0 , and then in step S32.
And the array response matrix A based on the incident angle vector θ k
k ) is calculated, and the calculated array response matrix A (θ k )
Are stored in the array response matrix memory 25. Further, in step S33, the matrix Q 1 , Q 2 , R 1 is calculated using the conversion formula obtained by QR decomposition of the array response matrix A (θ k ) read out from the array response matrix memory 25, and the matrix Q 1
Q 2 and R 1 are stored in the QR decomposition matrix memory 26.

【0063】ステップS34では、CPU10は、正規
化受信信号行列メモリから読み出した正規化受信信号行
列Mと、QR分解行列メモリ26から読み出した行列Q
1,Q2,R1と数24乃至数30とを用いてコスト関数
値Vdaと勾配ベクトルV'daとヘッセ行列Hを計算し
て、コスト関数値Vdaをコスト関数値メモリ22に記憶
させ、勾配ベクトルV'da勾配ベクトルメモリ27に記
憶させ、ヘッセ行列Hをヘッセ行列メモリ28に記憶さ
せる。ステップS35では、CPU10は、勾配ベクト
ルメモリ27から読み出した勾配ベクトルV'daとヘッ
セ行列メモリ28から読み出したヘッセ行列Hと数32
とを用いて、探索角度の誤差Δθを計算して、当該誤差
ΔθをRAM12に記憶させる。ステップS36では、
CPU10は、RAM12から読み出した誤差Δθと予
め設定された基準誤差Δθaとを比較して、誤差Δθが
基準誤差Δθaより小さい場合には、メインプログラム
のステップS4に進み、それ以外の場合には、ステップ
S37に進む。ステップS37では、CPU10はθk
にθk−Δθを代入することによりθkを更新して、ステ
ップS32に進んで、ステップS32乃至ステップS3
6を繰り返し実行する。
In step S 34, the CPU 10 reads the normalized received signal matrix M read from the normalized received signal matrix memory and the matrix Q read from the QR decomposition matrix memory 26.
1, Q 2, with the R 1 and number 24 to number 30 by calculating the cost function value V da and gradient vector V 'da and Hessian matrix H, stores the cost function value V da cost function value memory 22 The gradient vector V ′ da is stored in the gradient vector memory 27, and the Hessian matrix H is stored in the Hessian matrix memory 28. In step S35, the CPU 10 calculates the gradient vector V ′ da read from the gradient vector memory 27, the Hessian matrix H read from the Hessian matrix memory 28, and the number 32.
The error Δθ of the search angle is calculated using and, and the error Δθ is stored in the RAM 12. In step S36,
The CPU 10 compares the error Δθ read from the RAM 12 with a preset reference error Δθ a, and if the error Δθ is smaller than the reference error Δθ a , the process proceeds to step S4 of the main program, and otherwise. Proceeds to step S37. In step S37, the CPU 10 sets θ k.
Θ k is updated by substituting θ k −Δθ into, and the process proceeds to step S32 and steps S32 to S3.
Repeat 6

【0064】図3のステップS4では、CPU10は、
コスト関数値メモリ22から読み出したコスト関数値V
da,Vda-1,Vda-2とに基づいて、Vda>2Vda-1−V
da-2であるか否かを判断して、Vda>2Vda-1−Vda-2
である場合には、ステップS6に進み、Vda>2Vda-1
−Vda-2でない場合には、ステップS5に進む。ステッ
プS5では、CPU10は、信号数パラメータdaにd
a+1を代入することにより信号パラメータdaを更新
し、信号パラメータda’に信号パラメータdaを代入
して信号パラメータda’を更新し、出力信号ベクトル
Ω’に出力信号ベクトルΩを代入することにより出力信
号ベクトルΩ’を設定してステップS2に進み、ステッ
プS2,S3,S4の処理を繰り返して実行する。
In step S4 of FIG. 3, the CPU 10
The cost function value V read from the cost function value memory 22
Based on da , V da-1 , V da-2 , V da > 2V da-1 −V
By determining whether or not da-2 , V da > 2V da-1 −V da-2
When it is, it progresses to step S6 and V da > 2V da-1
If not −V da-2 , the process proceeds to step S5. In step S5, the CPU 10 sets d in the signal number parameter da.
The signal parameter da is updated by substituting a + 1, the signal parameter da is substituted for the signal parameter da ′, the signal parameter da ′ is updated, and the output signal vector Ω is substituted for the output signal vector Ω ′. The vector Ω ′ is set, the process proceeds to step S2, and the processes of steps S2, S3, and S4 are repeatedly executed.

【0065】ステップS6では、到来信号の個数dと、
d個の到来信号のアレーアンテナ100への各到来方向
の角度とを検出して、出力信号ベクトルΩ’に√{N
(L−da’)}を乗じて出力信号ベクトルShを計算
して、ステップS7で復調器6に出力する。このよう
に、出力信号ベクトルShは、すでに演算されている出
力信号ベクトルΩ’に√{N(L−da’)}を乗じる
という比較的簡単な演算により求めることができるとい
うのもQR分解を用いた実施形態の方法の長所の1つで
ある。
In step S6, the number d of incoming signals and
The angle of each of the arrival directions of the d arrival signals to the array antenna 100 is detected, and √ {N
The output signal vector Sh is calculated by multiplying (L-da ′)} and output to the demodulator 6 in step S7. As described above, the output signal vector Sh can be obtained by a relatively simple calculation of multiplying the already calculated output signal vector Ω ′ by √ {N (L-da ′)}. It is one of the advantages of the method of the embodiment used.

【0066】以上のように構成された受信信号処理回路
5は、アレーアンテナ100から出力された複数L個の
受信信号に基づいて、複数d個の到来信号の信号成分が
最大となるようにアレー応答行列Aを演算して、当該ア
レー応答行列Aを(L×L)のユニタリー行列Qと、
(L×d)の行列Rとの積にQR分解して、ユニタリー
行列Qの1列目からd列目までの列からなる(L×d)
の行列Q1と、行列Rの1行目からd行目までの行から
なる(d×d)の三角行列R1と、複数L個の受信信号
とに基づいて、上記(d×d)の三角行列R1の逆行列
と、行列Q1の共役転置行列と、受信信号行列Xとの積
を演算することにより当該積である出力信号ベクトルS
hを復調器6に出力する。これによって、実施形態の受
信機は、複数d個の到来信号を検出して、受信データ信
号を復調器6から出力することができる。
The reception signal processing circuit 5 having the above-described configuration, based on the plurality of L reception signals output from the array antenna 100, makes the array so that the signal components of the plurality of d arrival signals are maximized. The response matrix A is calculated, and the array response matrix A is converted into an (L × L) unitary matrix Q,
QR decomposition into a product of (L × d) with the matrix R, and the columns from the first column to the d-th column of the unitary matrix Q (L × d)
Based on the matrix Q 1 and the (d × d) triangular matrix R 1 including the rows from the first row to the d-th row of the matrix R and a plurality of L received signals, the above (d × d) By calculating the product of the inverse matrix of the triangular matrix R 1 of the above, the conjugate transpose matrix of the matrix Q 1 and the received signal matrix X.
The h is output to the demodulator 6. Thereby, the receiver of the embodiment can detect a plurality of incoming signals and output the received data signal from the demodulator 6.

【0067】以上、詳述した実施形態の受信信号処理回
路5で実行する処理アルゴリズムは、異なる複数d個の
到来信号に対するアレー応答行列AをQR変換を用いて
演算して、d個の信号を出力している。この信号処理方
法は、必要とされる信号処理演算のほとんどが、QR分
解、行列の積と和、逆行列の計算、およびシュア積など
の簡単な行列のデータ演算なので、従来例に比較して演
算時間を短くでき、短い検出時間で信号の検出をするこ
とができる。
The processing algorithm executed by the received signal processing circuit 5 of the embodiment described in detail above calculates the array response matrix A for a plurality of different d incoming signals by using the QR transform to calculate d signals. It is outputting. In this signal processing method, most of the required signal processing operations are simple matrix data operations such as QR factorization, matrix product and sum, inverse matrix calculation, and Sure product. The calculation time can be shortened and the signal can be detected in a short detection time.

【0068】以上、詳述した実施形態の受信信号処理回
路5は、異なる複数d個の到来信号に対するアレー応答
行列AをQR分解を用いて演算して、狭帯域の信号ビー
ムの到来方向を高速で検出することができる。これによ
って、移動体通信や衛星通信などの、割り当てられる周
波数が急速に飽和状態となっている通信システムにおい
て、通信容量を増加させるために、狭帯域の信号ビーム
を利用しようとしている分野では特に有効である。ま
た、特にチャンネル切り替えが必要なセルラー電話シス
テムにおける空間的なローカル化に対しても有効であ
る。
The reception signal processing circuit 5 of the embodiment described in detail above calculates the array response matrix A for a plurality of different arrival signals by using QR decomposition, and makes the arrival direction of the narrow-band signal beam high speed. Can be detected with. As a result, it is particularly effective in a field where a narrow-band signal beam is used to increase the communication capacity in a communication system such as mobile communication and satellite communication in which the allocated frequency is saturated rapidly. Is. It is also effective for spatial localization in cellular telephone systems that require channel switching.

【0069】<変形例>以上の実施形態の受信機は、ア
レーアンテナ100を用いて、到来する無線信号を受信
する無線受信機であるが、本発明はこれに限らず、水中
を伝搬する振動波、地震波等の他の振動波の到来方向を
検出して出力するように構成してもよい。すなわち、所
定の振動を検出するセンサー素子が複数個配列されてな
るアレーセンサーによって検出される検出信号に基づい
て、上述した受信信号処理回路5で実行する信号処理ア
ルゴリズムを用いて、信号の到来方向を検出し、所望の
信号を出力する受信機を構成することができる。
<Modification> The receiver of the above embodiment is a radio receiver that receives an incoming radio signal by using the array antenna 100. However, the present invention is not limited to this, and the vibration propagating in water is used. The arrival directions of other vibration waves such as waves and seismic waves may be detected and output. That is, based on the detection signal detected by the array sensor in which a plurality of sensor elements for detecting a predetermined vibration are arranged, the signal processing algorithm executed by the reception signal processing circuit 5 described above is used to determine the arrival direction of the signal. Can be configured to output a desired signal.

【0070】[0070]

【実施例】本発明者らは、本発明の効果を確認するため
に種々のシミュレーションを行った。以下、各シミュレ
ーションの結果について説明する。ここで、各シミュレ
ーションにおいて、アレーアンテナ100は、8個のア
ンテナ素子1−1乃至1−8からなり、各アンテナ素子
が到来する信号の半波長の間隔で一直線上に配列された
リニアアレーアンテナを用い、同一の電力を有する4つ
の信号を互いに異なる方向から入力したと仮定した。入
力する各信号と雑音のベクトルは、異なる種の初期値と
して、正規乱数生成サブルーチンを使って、コンピュー
タ内で個別に作成した。各シミュレーションでのデータ
のベクトルサイズは、信号のスナップショットに対応さ
せて100に設定し、グラフに示した点は信号と雑音を
200回の測定値の平均で示している。コヒーレントな
信号の場合では、複数の対応するデータベクトルは、正
規乱数生成サブルーチンにおいて同じ種の初期値で初期
化されるので、同一の信号として仮定した。
EXAMPLES The present inventors conducted various simulations in order to confirm the effects of the present invention. The results of each simulation will be described below. Here, in each simulation, the array antenna 100 is composed of eight antenna elements 1-1 to 1-8, and a linear array antenna arranged in a straight line at intervals of half a wavelength of a signal coming from each antenna element is used. It was assumed that four signals having the same power were input from different directions. Each input signal and noise vector was individually created in the computer by using a normal random number generation subroutine as initial values of different species. The vector size of the data in each simulation was set to 100 corresponding to the snapshot of the signal, and the points shown in the graph represent the signal and noise as an average of 200 measurements. In the case of coherent signals, the corresponding data vectors are assumed to be the same signal because they are initialized with the same kind of initial value in the normal random number generation subroutine.

【0071】<実施例1>図5は、アレーアンテナ10
0に入力する4つの信号の入射角θをそれぞれ−30
゜,20゜,30゜,60゜に固定した場合の、受信信
号処理回路5の信号数dの検出処理の過程における、各
信号パラメータdaに対するコスト関数V(θ,da)
の値を示したグラフである。ここで、このシミュレーシ
ョンでは、アレーアンテナ100に入力する4つの信号
の入射角θをそれぞれ−30゜,20゜,30゜,60
゜に固定した。また、図5のグラフには、信号対雑音電
力比SNRを、−10dBから20dBの間で2dBス
テップで変化させて、各SNRの値について示してい
る。図5のグラフから明らかなように、信号対雑音電力
比SNR>8dBでは、検出すべき信号数da=4のと
きに、コスト関数V(θ,da)が最小値を示してい
る。すなわち、コスト関数V(θ,da)が最小値を検
出することにより、信号対雑音電力比SNR>8dBの
ときには、正しい信号数であるda=4を検出すること
ができることを示している。
Example 1 FIG. 5 shows an array antenna 10
The incident angles θ of the four signals input to 0 are -30
The cost function V (θ, da) for each signal parameter da in the process of detecting the number of signals d of the reception signal processing circuit 5 when fixed to ゜, 20 ゜, 30 ゜, 60 ゜
It is a graph showing the value of. Here, in this simulation, the incident angles θ of the four signals input to the array antenna 100 are −30 °, 20 °, 30 °, and 60, respectively.
It was fixed at °. In the graph of FIG. 5, the signal-to-noise power ratio SNR is changed in 2 dB steps from −10 dB to 20 dB, and is shown for each SNR value. As is clear from the graph of FIG. 5, when the signal-to-noise power ratio SNR> 8 dB, the cost function V (θ, da) shows the minimum value when the number of signals to be detected is da = 4. That is, it is shown that by detecting the minimum value of the cost function V (θ, da), it is possible to detect the correct signal number da = 4 when the signal-to-noise power ratio SNR> 8 dB.

【0072】また、上述した、連続した検出数daに対
するコスト関数V(θ,da)の勾配を利用する方法を
用いれば、信号対雑音電力比SNR>−6dB以下の場
合に信号数d=4を検出することができることがわかっ
た。すなわち、実施形態の受信信号処理回路5によれ
ば、信号対雑音電力比SNR>−6dBのときには、正
しい信号数である4を検出することができることを確認
した。
If the above-mentioned method of utilizing the slope of the cost function V (θ, da) with respect to the continuous detection number da is used, the number of signals d = 4 when the signal-to-noise power ratio SNR> -6 dB or less. It was found that can be detected. That is, according to the received signal processing circuit 5 of the embodiment, it was confirmed that when the signal-to-noise power ratio SNR> -6 dB, the correct number of signals, 4, can be detected.

【0073】さらに検討を重ねた結果、非コヒーレント
な信号およびコヒーレントな信号のどちらの信号に対し
ても、本発明の方法のアルゴリズムは効果的であること
がわかった。コヒーレントな信号を用いた場合では、入
射角θが20゜と30゜の信号は同じと判断された。
As a result of further studies, it was found that the algorithm of the method of the present invention is effective for both noncoherent signals and coherent signals. When the coherent signal was used, it was judged that the signals with incident angles θ of 20 ° and 30 ° were the same.

【0074】<実施例2>実施例2では、アレーアンテ
ナ100に入力する4つの信号の入射角θをそれぞれ−
30゜,20゜,30゜,60゜に固定した条件で、正
しい信号数4を検出したときの、検出された入射角θの
誤差の標準偏差を用いて検出する能力を評価した。図6
のグラフは、その結果を信号対雑音電力比SNRに対す
る入射角θの誤差の標準偏差で示している。ここで、図
6のグラフでは、4つの信号は非コヒーレントであると
して、入射角θ=30°に対する信号の検出された入射
角の誤差の標準偏差を示した。また、図6のグラフに
は、比較としてWSF法を用いて検出した場合について
も示している。ここで、WSF法は従来技術文献6
「M.Viberg et al.,“Detecti
on and Estimation in Sens
or Arrays Using WeightedS
ubspase Fitting”,IEEE Tra
nsactionon Signal Process
ing,Vol.39,No.11,1991年11
月」に詳細に記述されている。図6のグラフから明らか
なように、図示した信号対雑音電力比SNRの範囲で
は、実施形態の方法はWSF法と同等の検出精度を有す
ることがわかる。図7のグラフは、入力する4つの信号
がコヒーレント信号の場合について示している。図7の
グラフから明らかなように、入力する4つの信号がコヒ
ーレント信号の場合でも、実施形態の方法はWSF法と
同等の検出精度を有することがわかる。
<Embodiment 2> In Embodiment 2, the incident angles θ of the four signals input to the array antenna 100 are −.
Under the conditions fixed at 30 °, 20 °, 30 ° and 60 °, the standard deviation of the error of the detected incident angle θ when the correct number of signals 4 was detected was evaluated. FIG.
Graph shows the result as the standard deviation of the error of the incident angle θ with respect to the signal-to-noise power ratio SNR. Here, in the graph of FIG. 6, the standard deviation of the error of the detected incident angle of the signal with respect to the incident angle θ = 30 ° is shown assuming that the four signals are incoherent. Further, the graph of FIG. 6 also shows a case where the WSF method is used for comparison. Here, the WSF method is described in Related Art 6
"M. Viberg et al.," Detecti
on and Estimation in Sens
or Arrays Using WeightedS
"subspace Fitting", IEEE Tra
nsactionon Signal Process
ing, Vol. 39, no. 11, 1991 11
It is described in detail in "Month". As is clear from the graph of FIG. 6, it can be seen that the method of the embodiment has detection accuracy equivalent to that of the WSF method in the range of the signal-to-noise power ratio SNR shown in the figure. The graph of FIG. 7 shows a case where the four input signals are coherent signals. As is clear from the graph of FIG. 7, even when the four input signals are coherent signals, the method of the embodiment has detection accuracy equivalent to that of the WSF method.

【0075】<実施例3>実施例3では、入力される4
つの信号のうち入射角θ=20°に対応する信号の入射
角を20゜から26゜の間で、変化させて、信号対雑音
電力比SNRを−5dBと10dBの間の各信号対雑音
電力比SNR値に対する検出誤りの割合を測定した。こ
の実施例3では、4つの信号のうち入射角θ=20°以
外の3つの信号の入射角θは、それぞれ−30゜,30
゜,60゜に固定して行った。また、検出処理における
初期値は、実際に受信信号処理回路5が用いられる場合
には、入射角θの検出処理は連続的に行われ、かつ各検
出期間の間での入射角θの変動は小さいことを考慮し
て、1つ前の検出処理での入射角θの出力結果を、検出
処理における初期値として用いた。その結果、隣接する
信号の各入射角θの差が4゜以上であれば、信号対雑音
電力比SNRが−5dBと10dBの間における検出誤
りは10%以下になることが明らかになった。
<Third Embodiment> In the third embodiment, 4 is input.
Of the two signals, the incident angle of the signal corresponding to the incident angle θ = 20 ° is changed between 20 ° and 26 ° so that the signal-to-noise power ratio SNR is between -5 dB and 10 dB. The ratio of detection error to the specific SNR value was measured. In Example 3, the incident angles θ of three signals other than the incident angle θ = 20 ° of the four signals are −30 ° and 30, respectively.
The test was carried out by fixing at 60 °. The initial value in the detection process is such that when the reception signal processing circuit 5 is actually used, the detection process of the incident angle θ is continuously performed, and the variation of the incident angle θ during each detection period does not occur. Considering the smallness, the output result of the incident angle θ in the previous detection process was used as the initial value in the detection process. As a result, it has been clarified that the detection error between the signal-to-noise power ratio SNR between −5 dB and 10 dB is 10% or less when the difference between the incident angles θ of adjacent signals is 4 ° or more.

【0076】<実施例4>次に、受信信号処理回路5か
ら出力される出力信号に含まれる干渉信号電力及び雑音
電力の割合について評価をした結果について説明する。
ここでは、数37で表される、雑音電力と干渉信号電力
の加算値に対する出力信号電力の比{出力信号電力/
(雑音電力+干渉信号電力)}OSINRと、数38で
表される、雑音電力と干渉信号電力との加算値に対する
入力信号電力の比{入力信号電力/(雑音電力+干渉信
号電力)}ISINRとを用いて評価した。
<Embodiment 4> Next, the result of evaluating the ratio of the interference signal power and the noise power included in the output signal output from the reception signal processing circuit 5 will be described.
Here, the ratio of the output signal power to the added value of the noise power and the interference signal power, which is represented by Expression 37, {output signal power /
(Noise power + interference signal power)} OSINR and the ratio of the input signal power to the added value of the noise power and the interference signal power expressed by Equation 38 {input signal power / (noise power + interference signal power)} ISINR It evaluated using and.

【0077】[0077]

【数37】 (37)

【数38】 (38)

【0078】ここで、E(・)は統計的な期待値で、w
は対応する重み付けベクトルである。また、*は共役複
素数を表す。このOSINRとISINRの差は、適応
ビーム形成法を使用する信号処理での改善度を表してい
る。
Here, E (·) is a statistical expected value, and w
Are the corresponding weighting vectors. Also, * represents a conjugate complex number. The difference between OSINR and ISINR represents the degree of improvement in signal processing using the adaptive beam forming method.

【0079】実施例4では、信号対雑音電力比SNRや
入射角θを変化させて、それぞれの信号対雑音電力比S
NRにおける各入射角θについてシミュレーションを行
って出力信号のOSINRを算出し、LCMV(Lin
ear Constrained Minimum V
ariance)法や基準信号法を用いて算出した出力
信号のOSINRと比較した。ここで、LCMV法及び
基準信号法については、従来技術文献4「B.D.Va
n Veen et al.,“Beamformin
g:A Versatile Approach to
Spatial Filtering”,IEEE
ASSP Mag.,pp.4−24,1988年4
月」に詳細に説明されている。
In the fourth embodiment, the signal-to-noise power ratio SNR and the incident angle θ are changed to change the respective signal-to-noise power ratio S.
A simulation is performed for each incident angle θ in NR to calculate OSINR of the output signal, and LCMV (Lin
ear Constrained Minimum V
and the output signal OSINR calculated using the reference signal method. Here, the LCMV method and the reference signal method are described in the related art document 4 “BD Va”.
n Veen et al. , "Beamformin
g: A Versatile Approach to
Spatial Filtering ”, IEEE
ASSP Mag. Pp. 4-24, 1988 4
Moon ”for more details.

【0080】ここでは、まず最初に、信号対雑音電力比
SNRを0dBとして、上述の実施例3の場合と同様に
3つの信号の入射角θを−30゜,30゜,60゜に固
定し、他の1つ信号の入射角θを20゜から26゜ま
で、1°ステップで設定してそれぞれの入射角θにおけ
るOSNIRを求めて、図8のグラフに示した。図8の
グラフには、同様の条件のもとで、LCMV法と基準信
号法を用いて算出した結果を比較のために示している。
ここで、上述の条件下でのISNIRは約−6dBの一
定値となった。また、本発明方法とLCMV法におい
て、コヒーレント信号と非コヒーレント信号の双方につ
いて評価したが、コヒーレント信号と非コヒーレント信
号では同じ結果が得られた。当然ながら、コヒーレント
信号の場合には、基準信号法では検出することはできな
い。本実施例4でのアレーアンテナ100にて得られる
利得は14dBと7dBの間で変化した。
Here, first, the signal-to-noise power ratio SNR is set to 0 dB, and the incident angles θ of the three signals are fixed to -30 °, 30 °, and 60 ° as in the case of the above-described third embodiment. The incident angle θ of the other one signal is set in steps of 1 ° from 20 ° to 26 °, and the OSNIR at each incident angle θ is obtained, and shown in the graph of FIG. In the graph of FIG. 8, the results calculated using the LCMV method and the reference signal method under the same conditions are shown for comparison.
Here, the ISNIR under the above-mentioned conditions was a constant value of about -6 dB. Further, both the coherent signal and the non-coherent signal were evaluated by the method of the present invention and the LCMV method, but the same result was obtained for the coherent signal and the non-coherent signal. Of course, the coherent signal cannot be detected by the reference signal method. The gain obtained with the array antenna 100 in the present Example 4 varied between 14 dB and 7 dB.

【0081】図9は、信号対雑音電力比SNRを10d
Bに設定し、他の条件を図8のグラフを求めたときと同
様に設定して、シミュレーションをしてその結果を示し
たグラフである。この場合、ISNIR=−5dBとな
った。また、入射角θ=20°の場合、すなわち、隣接
する入射角θ=30°の信号との入射角の差が10゜の
ときに最大の利得は22dBであり、入射角θ=26°
の場合、すなわち、隣接する入射角θ=30゜の信号と
の入射角の差が4゜のときに最小の利得の16dBであ
った。
FIG. 9 shows the signal-to-noise power ratio SNR of 10d.
9 is a graph showing a result of simulation by setting B and setting other conditions as in the case of obtaining the graph of FIG. 8. In this case, ISNIR = -5 dB. Further, when the incident angle θ = 20 °, that is, when the difference between the incident angle and the signal of the adjacent incident angle θ = 30 ° is 10 °, the maximum gain is 22 dB, and the incident angle θ = 26 °.
In other words, that is, when the difference in the incident angle from the adjacent signal having the incident angle θ = 30 ° was 4 °, the minimum gain was 16 dB.

【0082】<実施例5>次に、実施形態における受信
信号処理方法の改善において、デジタル回路でリアルタ
イム処理をするために以下の2つの制約条件に注意して
試みた。1つは、パラレルのパイプライン構造によって
得られる演算速度であり、2番目は、確実に良好な状態
とされたアルゴリズムによって得られる数値結果の精度
である。連立1次方程式を数値的に解く場合に数値的に
不安定となる度合は、係数行列の条件数にて決定され
る。行列Yの条件数Cn(Y)は、行列Yの最大固有値
と最小固有値の比で表され、条件数Cn(Y)が大きい
ほど数値的に不安定となる。ここで、本アルゴリズムで
必要とする信号処理部(SPU)は、下記のの第1乃至
第3の部分から成る。
Example 5 Next, in the improvement of the received signal processing method in the embodiment, an attempt was made while paying attention to the following two constraint conditions for performing real-time processing by a digital circuit. One is the operation speed obtained by the parallel pipeline structure, and the second is the accuracy of the numerical result obtained by the algorithm which is surely brought into a good state. The degree of numerical instability when numerically solving simultaneous linear equations is determined by the condition number of the coefficient matrix. The condition number Cn (Y) of the matrix Y is represented by the ratio between the maximum eigenvalue and the minimum eigenvalue of the matrix Y, and the larger the condition number Cn (Y), the more unstable numerically. Here, the signal processing unit (SPU) required by the present algorithm includes the following first to third parts.

【0083】第1の部分は、アレーアンテナ100で受
信された後のデジタル信号処理のためにデータを準備す
る信号処理部である。ここでは、自己相関値Rxを演算
する代わりに次の数39で表されるデータ行列Cn
(X)を用いた。これによって、数値的に有利である。
The first part is a signal processor which prepares the data for digital signal processing after it is received by the array antenna 100. Here, instead of calculating the autocorrelation value R x , the data matrix Cn represented by the following equation 39
(X) was used. This is a numerical advantage.

【0084】[0084]

【数39】Cn(X)=√{Cn(R)}Cn (X) = √ {Cn (R x )}

【0085】第2の部分は、AをQR分解して、初期値
とは異なる入射角θや検出すべき信号数daに対する行
列Q1,Q2,R1及び逆行列R1 -1の値を得るための信号
処理部である。その変換を効率よく行うにはギブンズ公
式とハウスホルダー公式の2つのアルゴリズムが知られ
ており、それらはギブンズ公式とハウスホルダー公式
で、従来技術文献5「N.L.Owsly,“Syst
olic Arrey Adaptive Beamf
orming”,Naval Underwater
Sys.Center,Technical Repo
rt 7981,1987年9月」、従来技術文献6に
簡単に記述されている。ギブンズ回転法は1つの行列の
左(または右)に作用させて、次の数40に示すよう
に、注目する列(または行)の2つの行(または列)の
一方の要素を0にする。
The second part is QR decomposition of A to obtain values of the matrices Q 1 , Q 2 , R 1 and the inverse matrix R 1 -1 for the incident angle θ different from the initial value and the number of signals da to be detected. Is a signal processing unit for obtaining. Two algorithms, the Givens formula and the Householder formula, are known to efficiently perform the conversion. These algorithms are the Givens formula and the Householder formula, which are disclosed in the prior art document 5 “NL Ownsly,“ System ”.
olic Array Adaptive Beamf
orming ”, Naval Underwater
Sys. Center, Technical Repo
rt 7981, September 1987 ", prior art document 6. The Givens rotation method operates on the left (or right) of one matrix, and zeros one of the two rows (or columns) of the column (or row) of interest, as shown in the following Equation 40. .

【0086】[0086]

【数40】 (Equation 40)

【0087】ここで、回転係数cとsは、数41乃至数
43を満足するものである。
Here, the rotation coefficients c and s satisfy the equations 41 to 43.

【0088】[0088]

【数41】−sx+cy=0[Expression 41] -sx i + cy i = 0

【数42】s*s+c*c=1[Expression 42] s * s + c * c = 1

【数43】c*=c[Expression 43] c * = c

【0089】すなわち、(n×n)の行列Yを三角
化処理するために、上記のように消去をする方法が利用
可能である。もし、n>nの場合であれば、行列Y
の左側を処理して、連続して乗算することにより上から
下へ、左から右へ、Yの列をゼロにできる。その変換を
アレー応答行列AのQR分解に適用して、数6を得るた
めにはさらに{(2L−d−1)/2}・dの平面回転
が必要となる。ここで、当該平面回転を実行するため
に、乗数演算の必要のない効率的なアルゴリスムを用い
ることができる。当該アルゴリスムは、従来技術文献7
「J.M.Delosme,“Cordic Algo
rithms:Theory and Extensi
on”,SPIE Vol.1152 Adv.Alg
orithms and Architectures
for Signal Processing I
V,pp.131−145,1989年」において説明
されている。またさらに、処理効率を上げるため、上述
のパラレルのパイプライン構造にもギブンズ回転法のア
ルゴリスムが適用可能である。
That is, in order to triangulate the (n 1 × n 2 ) matrix Y, the erasing method as described above can be used. If n 1 > n 2 then matrix Y
The columns of Y can be zeroed from top to bottom, left to right by processing the left side of the and multiplying sequentially. Applying the transformation to the QR factorization of the array response matrix A to obtain the equation (6) requires a further plane rotation of {(2L-d-1) / 2} · d. Here, in order to execute the plane rotation, an efficient algorithm that does not require a multiplier operation can be used. The algorithm is described in Related Art 7
"JM Delosme," Cordic Algo
ritms: Theory and Extensi
on ”, SPIE Vol. 1152 Adv. Alg
orithms and Architectures
for Signal Processing I
V, pp. 131-145, 1989 ". Furthermore, in order to improve the processing efficiency, the Givens rotation method algorithm can be applied to the above parallel pipeline structure.

【0090】上述の第2のハウスホルダーのアルゴリズ
ムは、QR分解を実行するのに利用される。その変換式
はユニタリー対称行列Pが次の数44で表されるので、
u=x±‖x‖eのとき次の数45のように表すこと
ができる。
The second Householder algorithm described above is used to perform the QR decomposition. Since the unitary symmetric matrix P is represented by the following formula 44, the conversion formula is
When u = x ± ‖x‖e 1 , it can be expressed as in the following Expression 45.

【0091】[0091]

【数44】P=I−2・(uu†)/(u†u)P = I−2 · (uu †) / (u † u)

【数45】Px=‖x‖e [Expression 45] Px = ‖x‖e 1

【0092】それゆえ、全部の三角化処理が完了するま
で、所定の行以下の全要素に作用して、複数の列を同時
にゼロにする。ここで適用するパラレルのパイプライン
構造は、ハウスホルダー変換に比べて処理装置が簡略化
できるのでギブンズのアルゴリズムの方が好ましい。
Therefore, until all the triangulation processing is completed, all the elements below a predetermined row are acted on and a plurality of columns are made zero at the same time. The parallel pipeline structure applied here is preferable to the Givens algorithm because the processing device can be simplified as compared with the Householder transformation.

【0093】第3の部分は、数21乃至数32に示され
た最適化処理に必要な基本的な線形演算処理ユニットで
ある。ここでは、8つの行列の乗算を行なうが、最も演
算回数を要する演算はLd2に比例するオーダーO(L
)の複素数の演算であった。これは、かなりの演算
量を要するQR分解と同等である。また、2つの行列の
逆行列も演算しなければならない。1つはd3に比例す
るオーダーO(d)の演算を必要とする三角行列を逆
行列にする演算であり、もう1つはdの演算を必要と
するシュア積の演算である。
The third part is a basic linear arithmetic processing unit necessary for the optimization processing shown in the equations 21 to 32. Here, eight matrix for multiplying but the most the number of operations required computation is proportional to Ld 2 orders O (L
It was a complex number operation of d 2 ). This is equivalent to QR decomposition, which requires a considerable amount of calculation. Also, the inverse matrix of the two matrices must be calculated. One is an operation to reverse matrix triangular matrix which requires the calculation of the order O (d 3) which is proportional to d 3, the other is an operation of SURE product that requires calculation of d 2.

【0094】以上のような演算を実行して、その演算数
を従来例と比較した。ここで、アンテナ素子数L>信号
数dであるので、複雑な演算における信号処理のコスト
値は、従来の固有分解におけるL3に比例するオーダー
O(L)の演算と、本発明方法におけるLd2に比例
するオーダーO(Ld)の演算とを比較して表した。
さらに、説明を簡単にするため、図10と図11に示し
たコンピュータ処理の演算回数は、固有値分解の演算数
はLの3乗(L)で算出し、本発明のQR分解を用い
た演算数は、L×dで算出したもので示している。こ
こで、図10のグラフは、d=7に設定したときの、ア
ンテナ素子数Lに対する演算回数で示し、図11のグラ
フは、信号数d=L−2と設定したときの、アンテナ素
子数Lに対する演算回数で示している。その結果、図1
0と図11とから明らかなように、QR分解を用いた本
発明の信号処理方法は固有値分解を用いた従来の信号処
理方法に比較して演算回数を少なくできることがわか
る。また、図11から明らかなように、その効果は、ア
ンテナ素子数Lに比べてdが小さいほど顕著であること
がわかる。
The above calculation was executed and the number of calculations was compared with the conventional example. Here, since the number of antenna elements L> the number of signals d, the cost value of signal processing in a complicated operation is in the order O (L 3 ) operation which is proportional to L 3 in the conventional proper decomposition, and in the method of the present invention. expressed by comparing the calculation of the order O (ld 2) proportional to ld 2.
Further, to simplify the explanation, the number of operations of the computer processing shown in FIGS. 10 and 11 is calculated by the cube of L (L 3 ) as the number of operations of eigenvalue decomposition, and the QR decomposition of the present invention is used. The number of operations is shown by being calculated by L × d 2 . Here, the graph of FIG. 10 shows the number of calculations for the number of antenna elements L when d = 7 is set, and the graph of FIG. 11 is the number of antenna elements when the number of signals d = L−2 is set. The number of calculations for L is shown. As a result, FIG.
As can be seen from FIG. 0 and FIG. 11, the signal processing method of the present invention using QR decomposition can reduce the number of operations as compared with the conventional signal processing method using eigenvalue decomposition. Further, as is clear from FIG. 11, the effect is more remarkable as d is smaller than the number L of antenna elements.

【0095】QR分解において、行列の乗算あるいは逆
行列の演算処理では、ウェーブフロントアレーのような
並列処理アーキテクチャーを使えば、前記の演算コスト
は削減できる。また、QR分解や三角行列の逆行列の演
算では、シストリックアレーを別の可能な選択例として
利用できる。ここで、並列処理アーキテクチャーについ
ては、従来技術文献8「S.Y.Kung et a
l.,“Wavefront Array Proce
ssor:Language ,Archtectur
e ,and Application”,IEEE
Transaction on Computer,V
ol.C−31,1982年11月」において詳細に説
明されている。また、シストリックアレーについては、
上述の従来技術文献5に詳細に説明されている。
In the QR decomposition, in the matrix multiplication or the inverse matrix arithmetic processing, if the parallel processing architecture such as the wavefront array is used, the above arithmetic cost can be reduced. Further, in the QR decomposition and the calculation of the inverse matrix of the triangular matrix, the systolic array can be used as another possible selection example. Regarding the parallel processing architecture, the prior art document 8 “SY Kung et a.
l. , "Wavefront Array Proce
ssor: Language, Archectur
e, and Application ", IEEE
Transaction on Computer, V
ol. C-31, November 1982 ". For systolic arrays,
This is described in detail in the above-mentioned Prior Art Document 5.

【0096】以上の実施例1乃至5で説明した結果か
ら、実施形態の受信信号処理回路5で用いた受信信号処
理方法の特徴は、次のようにまとめることができる。 (1)従来例の基準信号法と比較すると、より正確に到
来する信号の入射角θを検出することができ、しかも互
いにコヒーレントな信号が入射した場合でも、到来する
各信号の入射角θを検出することができる。 (2)従来のLCMV法に比較すると、到来する信号の
入射角θを検出するための演算数を少なくできるので、
高速で到来する信号の入射角θを検出することができ
る。 すなわち、実施形態で説明した受信信号処理方法は、線
形制約最小分散(LCMV)法あるいは基準信号法など
のコンピュータ演算を用いた検出方法と同様に使用で
き、特に通話チャンネル切り替えがあるセルラー移動体
通信システムにおける、到来する信号の入射角θの検出
に有効である。
From the results described in Examples 1 to 5 above, the characteristics of the received signal processing method used in the received signal processing circuit 5 of the embodiment can be summarized as follows. (1) Compared with the reference signal method of the conventional example, the incident angle θ of the incoming signals can be detected more accurately, and even when the coherent signals are incident, the incident angles θ of the incoming signals can be calculated. Can be detected. (2) As compared with the conventional LCMV method, the number of operations for detecting the incident angle θ of the incoming signal can be reduced,
It is possible to detect the incident angle θ of a signal that arrives at high speed. That is, the received signal processing method described in the embodiments can be used in the same manner as a detection method using a computer operation such as a linear constraint minimum variance (LCMV) method or a reference signal method, and in particular, cellular mobile communication with call channel switching. It is effective for detecting the incident angle θ of the incoming signal in the system.

【0097】[0097]

【発明の効果】本発明に係る請求項1記載の受信信号処
理装置は、上記複数L個のセンサー素子によってそれぞ
れ受信された複数L個の受信信号に基づいて、上記複数
d個の到来信号の信号成分が最大となるように、上記到
来信号の個数dと、上記複数d個の到来信号の上記アレ
ーセンサーへの各到来方向の角度と、上記複数d個の到
来信号の各到来方向にそれぞれ対応し、上記複数L個の
センサー素子への入力信号に対する複数d個の出力信号
を表わすための(L×d)のアレー応答行列を演算し
て、上記複数d個の到来信号の各到来方向にそれぞれ対
応する(L×d)のアレー応答行列を、(L×L)のユ
ニタリー行列Qと、(L×d)の行列Rとの積にQR分
解して、上記ユニタリー行列Qの1列目からd列目まで
の列からなる(L×d)の行列Q1と、上記行列Rの1
行目からd行目までの行からなる(d×d)の三角行列
1と、上記複数L個の受信信号とに基づいて、上記
(d×d)の三角行列R1の逆行列と、上記(L×d)
の行列Q1の共役転置行列と、上記複数L個の受信信号
からなる受信信号行列Xとの積を演算することにより当
該積の行列を上記複数d個の到来信号として検出して出
力する。これによって、従来例に比較して、短い時間で
信号の検出をすることができるアレーセンサー用の受信
信号処理装置を提供することができる。
According to the first aspect of the present invention, the received signal processing device according to the first aspect of the present invention includes the plurality of L received signals respectively received by the plurality L of sensor elements, based on the plurality of L received signals. In order to maximize the signal component, the number d of the incoming signals, the angles of the incoming directions of the multiple d incoming signals to the array sensor, and the incoming directions of the multiple d incoming signals are respectively set. Correspondingly, an (L × d) array response matrix for representing a plurality of d output signals with respect to input signals to the plurality of L sensor elements is calculated, and each arrival direction of the plurality of d arrival signals is calculated. The (L × d) array response matrix corresponding to each of the above is QR decomposed into the product of the (L × L) unitary matrix Q and the (L × d) matrix R, and one column of the unitary matrix Q is obtained. Consists of rows from the eye to the d-th row (L × d) Matrix Q 1 and 1 of the above matrix R
A triangular matrix R 1 consisting of a row from row to d-th row (d × d), based on a plurality L received signals, and the inverse matrix of the triangular matrix R 1 of the above (d × d) , Above (L × d)
By calculating the product of the conjugate transposed matrix of the matrix Q 1 and the received signal matrix X composed of the plurality L of received signals, the matrix of the product is detected and output as the plurality d of incoming signals. As a result, it is possible to provide a received signal processing device for an array sensor that can detect signals in a shorter time than in the conventional example.

【0098】また、請求項2記載の受信信号処理装置
は、請求項1記載の受信信号処理装置において、上記各
センサー素子はアンテナ素子であり、上記アレーセンサ
ーはアレーアンテナである。これによって、上記アレー
アンテナに到来する電波である複数の信号を検出して出
力することができる。
According to a second aspect of the present invention, there is provided the received signal processing device according to the first aspect, wherein each of the sensor elements is an antenna element and the array sensor is an array antenna. As a result, it is possible to detect and output a plurality of signals which are radio waves arriving at the array antenna.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】 本発明に係る実施形態の受信機の構成を示す
ブロック図である。
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a receiver of an embodiment according to the present invention.

【図2】 図1の受信信号処理回路5の構成を示すブロ
ック図である。
FIG. 2 is a block diagram showing a configuration of a reception signal processing circuit 5 of FIG.

【図3】 図1の受信信号処理回路5で実行される受信
信号処理プログラムのフローチャートである。
3 is a flowchart of a received signal processing program executed by the received signal processing circuit 5 of FIG.

【図4】 図3の受信信号処理プログラムにおけるコス
ト関数値Vdaの計算処理のサブルーチンのフローチャー
トである。
4 is a flowchart of a subroutine of calculation processing of a cost function value V da in the reception signal processing program of FIG.

【図5】 図3のフローチャートで示された受信信号処
理における、信号数パラメータdaに対するコスト関数
値Vdaを示すグラフである。
5 is a graph showing the cost function value V da with respect to the signal number parameter da in the received signal processing shown in the flowchart of FIG.

【図6】 図1の受信信号処理回路5において、コヒー
レントな信号が入射したときの、入射信号の信号対雑音
電力比に対する検出した入射角θの誤差の標準偏差を示
すグラフである。
FIG. 6 is a graph showing the standard deviation of the error of the detected incident angle θ with respect to the signal-to-noise power ratio of the incident signal when a coherent signal is incident in the reception signal processing circuit 5 of FIG. 1.

【図7】 図1の受信信号処理回路5において、非コヒ
ーレントな信号が入射したときの、入射信号の信号対雑
音電力比に対する検出した入射角θの誤差の標準偏差を
示すグラフである。
7 is a graph showing the standard deviation of the error of the detected incident angle θ with respect to the signal-to-noise power ratio of the incident signal when a non-coherent signal is incident in the reception signal processing circuit 5 of FIG.

【図8】 図1の受信信号処理回路5における、入力信
号の信号対雑音電力比SNRが0dBの場合の、雑音電
力と干渉信号電力の加算値に対する出力信号電力の比を
示すグラフである。
8 is a graph showing the ratio of the output signal power to the added value of the noise power and the interference signal power when the signal-to-noise power ratio SNR of the input signal is 0 dB in the reception signal processing circuit 5 of FIG.

【図9】 図1の受信信号処理回路5における、入力信
号の信号対雑音電力比SNRが10dBの場合の、雑音
電力と干渉信号電力の加算値に対する出力信号電力の比
を示すグラフである。
9 is a graph showing the ratio of the output signal power to the added value of the noise power and the interference signal power when the signal-to-noise power ratio SNR of the input signal is 10 dB in the reception signal processing circuit 5 of FIG.

【図10】 図1の受信信号処理回路5において、入射
される信号の信号数dを7に設定したときの、アンテナ
素子数Lに対する1回の繰り返し当たりの演算回数を示
すグラフである。
10 is a graph showing the number of calculations per iteration with respect to the number L of antenna elements when the number d of incident signals is set to 7 in the received signal processing circuit 5 of FIG.

【図11】 図1の受信信号処理回路5において、入射
される信号の信号数dをL−2に設定したときの、アン
テナ素子数Lに対する1回の繰り返し当たりの演算回数
を示すグラフである。
11 is a graph showing the number of calculations per one iteration with respect to the number of antenna elements L when the number d of incident signals is set to L-2 in the reception signal processing circuit 5 of FIG. .

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1−1乃至1−L…アンテナ素子、 2−1乃至2−L…ダウンコンバータ、 3−1乃至3−L…A/D変換器、 4,13…メモリ、 5…受信信号処理回路、 6…復調器、 10…CPU、 11…ROM、 12…RAM、 14…インターフェース、 21…正規化受信信号行列メモリ、 22…コスト関数値メモリ、 23…出力信号メモリ、 24…入射角ベクトルメモリ、 25…アレー応答行列メモリ、 26…QR分解行列メモリ、 27…勾配ベクトルメモリ、 28…ヘッセ行列メモリ、 100…アレーアンテナ。 1-1 to 1-L ... Antenna element, 2-1 to 2-L ... Down converter, 3-1 to 3-L ... A / D converter, 4, 13 ... Memory, 5 ... Received signal processing circuit, 6 Demodulator, 10 ... CPU, 11 ... ROM, 12 ... RAM, 14 ... Interface, 21 ... Normalized reception signal matrix memory, 22 ... Cost function value memory, 23 ... Output signal memory, 24 ... Incident angle vector memory, 25 Array response matrix memory, 26 QR decomposition matrix memory, 27 gradient vector memory, 28 Hessian matrix memory, 100 array antenna.

─────────────────────────────────────────────────────
─────────────────────────────────────────────────── ───

【手続補正書】[Procedure amendment]

【提出日】平成8年5月13日[Submission date] May 13, 1996

【手続補正1】[Procedure amendment 1]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】0013[Correction target item name] 0013

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction contents]

【0013】ここで、τiは、平面波が基準点である原
点(ここで、原点は、例えばアンテナ素子1−1にあ
る。)からi番目のアンテナ素子1−iへ伝播するのに
要する時間である。また、数1の包絡線信号f(t)は
実数値であって、ゆっくりと変化する時間の関数であ
る。ni(t)はi番目のアンテナ素子1−iで受信さ
れる付加雑音である。本実施形態において、狭帯域と
は、平面波がアレーアンテナ100を通過する時間内に
おいて包絡線信号f(t)と位相φ(t)の値が変化し
ないと見なすことができる程度の狭い帯域のことをい
う。アンテナ素子1−iで受信された信号xi(t)
は、ダウンコンバータ2−iで周波数変換される。この
とき、正弦波sin(ω0t)とcos(ω0t)による
乗算を伴うので、低域ろ波後の信号の出力は、同相成分
f(t+τi)cos{ωoτi+φ(t+τi)}と直交
成分f(t+τi)sin{ωoτi+φ(t+τi)}と
からなる。ここで、到来する信号は、上述のように狭帯
域であるので、f(t+τi)=f(t)及びφ(t+
τi)=φ(t)が成り立つ。このようにd個の信号が
ある場合、遅延時間τiは、各平面波の到来方向とアン
テナ素子1−iの位置とに対応した値になるので、以
後、上記原点を基準とする各アンテナ素子1−iにおけ
る各平面波の遅延時間をτikと表す。ここで、i=1,
2,…,Lであり、k=1,2,…,dである。そし
て、L個のアンテナ素子1−iからなるアレーアンテナ
100の出力である複素数のL次元列ベクトルx(t)
は、次の数2で示すことができる。
Here, τ i is the time required for the plane wave to propagate from the origin (here, the origin is at the antenna element 1-1, for example), which is the reference point, to the i-th antenna element 1-i. Is. Also, the envelope signal f (t) of Equation 1 is a real value and is a function of slowly changing time. ni (t) is additional noise received by the i-th antenna element 1-i. In the present embodiment, the narrow band is a narrow band to the extent that it can be considered that the values of the envelope signal f (t) and the phase φ (t) do not change during the time when the plane wave passes through the array antenna 100. Say. Signal x i (t) received by antenna element 1-i
Is frequency-converted by the down converter 2-i. At this time, since the multiplication by the sine wave sin (ω 0 t) and cos (ω 0 t) is involved, the output of the signal after the low-pass filtering is the in-phase component f (t + τ i ) cos {ω o τ i + φ ( t + τ i )} and the orthogonal component f (t + τ i ) sin {ω o τ i + φ (t + τ i )}. Here, since the incoming signal has a narrow band as described above, f (t + τ i ) = f (t) and φ (t +
τ i ) = φ (t) holds. When there are d signals in this way, the delay time τ i has a value corresponding to the arrival direction of each plane wave and the position of the antenna element 1-i. The delay time of each plane wave in 1-i is represented by τ ik . Where i = 1,
2, ..., L, and k = 1, 2 ,. Then, a complex number L-dimensional column vector x (t) which is the output of the array antenna 100 including the L antenna elements 1-i.
Can be expressed by the following equation 2.

【手続補正2】[Procedure amendment 2]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】0024[Name of item to be corrected] 0024

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction contents]

【0024】ここで、ユニタリー行列Qを、数10に示
すユニタリー行列Qの1列目からd列目までの列からな
る(L×d)の行列Q1と、数11に示すユニタリー行
列Qの(d+1)列目からL列目までの列からなる{L
×(L−d)}の行列Q2とを用いて、Q=[Q12
と表す。また、数9の行列Rを、数12で表される(d
×d)の三角行列R1を用いて数13に示すように表
す。ここで、0は、成分がすべて0である{(L−d)
×d}のゼロ行列である。
Here, the unitary matrix Q is composed of the (L × d) matrix Q 1 consisting of the first column to the d-th column of the unitary matrix Q shown in Formula 10 and the unitary matrix Q shown in Formula 11. (D + 1) th to Lth columns {L
× (L−d)} matrix Q 2 and Q = [Q 1 Q 2 ]
It expresses. Further, the matrix R of the equation 9 is represented by the equation 12 (d
It is expressed as shown in Expression 13 using the triangular matrix R 1 of × d). Here, 0 means that all the components are 0 {(Ld)
Xd} is a zero matrix.

フロントページの続き (72)発明者 関口 高志 京都府相楽郡精華町大字乾谷小字三平谷5 番地 株式会社エイ・ティ・アール光電波 通信研究所内 (72)発明者 三浦 龍 京都府相楽郡精華町大字乾谷小字三平谷5 番地 株式会社エイ・ティ・アール光電波 通信研究所内Front page continued (72) Inventor Takashi Sekiguchi, Kyoto, Soraku-gun, Seika-cho, Osamu Osamu, Osamu Osamu, 5 Hiratani Sanriya, Inc. AT Optical Hikari Radio Communications Research Laboratory, Inc. (72) Inventor, Ryu Miura, Seiraku-cho, Soraku-gun, Kyoto Kenjiya, Mihiratani No.5, ATR Optical Co., Ltd.

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 複数L個のセンサー素子が所定の間隔で
配列されてなるアレーセンサーによって受信され、互い
に異なる各到来方向からそれぞれ到達する、上記複数L
より小さい数の複数d個の到来信号を検出して出力する
ための受信信号処理装置であって、 上記複数L個のセンサー素子によってそれぞれ受信され
た複数L個の受信信号に基づいて、上記複数d個の到来
信号の信号成分が最大となるように、上記到来信号の個
数dと、上記複数d個の到来信号の上記アレーセンサー
への各到来方向の角度と、上記複数d個の到来信号の各
到来方向にそれぞれ対応しかつ上記複数L個のセンサー
素子への入力信号に対する複数d個の出力信号を表わす
ための(L×d)のアレー応答行列を演算して、 上記複数d個の到来信号の各到来方向にそれぞれ対応す
る(L×d)のアレー応答行列を、(L×L)のユニタ
リー行列Qと、(L×d)の行列Rとの積にQR分解し
て、上記ユニタリー行列Qの1列目からd列目までの列
からなる(L×d)の行列Q1と、上記行列Rの1行目
からd行目までの行からなる(d×d)の三角行列R1
と、上記複数L個の受信信号とに基づいて、上記(d×
d)の三角行列R1の逆行列と、上記(L×d)の行列
1の共役転置行列と、上記複数L個の受信信号からな
る受信信号行列Xとの積を演算することにより当該積の
行列を上記複数d個の到来信号として検出して出力する
ことを特徴とする受信信号処理装置。
1. The plurality of L, which are received by an array sensor in which a plurality of L sensor elements are arranged at a predetermined interval and which respectively arrive from different arrival directions.
A received signal processing device for detecting and outputting a smaller number of a plurality of d incoming signals, the plurality of L based on the plurality of L received signals respectively received by the plurality of L sensor elements. The number d of the arriving signals, the angles of the arriving directions of the plurality of d arriving signals to the array sensor, and the plurality of d arriving signals so that the signal components of the d arriving signals are maximized. Of the array response matrix of (L × d) corresponding to the input signals to the plurality of L sensor elements and representing the plurality of d output signals corresponding to the input signals to the plurality of L sensor elements. The (L × d) array response matrix corresponding to each arrival direction of the incoming signal is QR decomposed into the product of the (L × L) unitary matrix Q and the (L × d) matrix R, and The 1st to dth columns of the unitary matrix Q (L × d) matrix Q 1 having columns up to and a (d × d) triangular matrix R 1 having rows from the first row to the d-th row of the above matrix R
Based on the plurality of L received signals and (d ×
d) the inverse matrix of the triangular matrix R 1 ; the conjugate transposed matrix of the (L × d) matrix Q 1 ; and the received signal matrix X composed of the plurality of L received signals. A received signal processing device, characterized by detecting and outputting a product matrix as the plurality of d incoming signals.
【請求項2】 上記各センサー素子はアンテナ素子であ
り、上記アレーセンサーはアレーアンテナであることを
特徴とする請求項1記載の受信信号処理装置。
2. The received signal processing device according to claim 1, wherein each of the sensor elements is an antenna element, and the array sensor is an array antenna.
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