アダプティブアレーアンテナシステム、無線装置および重み係数算出方法
【課題】参照されるトレーニング信号がバースト受信となる場合において、ウエイト（重み係数）を算出するための適応信号処理を常時連続して実行することにより、通信品質の向上を図る。
【解決手段】複数のアンテナ素子１−１〜Ｎからなるアレーアンテナにより受信された受信信号に含まれるトレーニング信号から重み係数を算出する適応信号処理部３と、受信信号に含まれるトレーニング信号を記憶するトレーニング信号保存部５と、該保存されているトレーニング信号を使用して適応信号処理部３で使用されるトレーニング信号を連続的に供給するトレーニング信号供給部６と、適応信号処理部３で使用されるトレーニング信号に対応する参照信号を生成する参照信号生成部７とを備える。
【解決手段】複数のアンテナ素子１−１〜Ｎからなるアレーアンテナにより受信された受信信号に含まれるトレーニング信号から重み係数を算出する適応信号処理部３と、受信信号に含まれるトレーニング信号を記憶するトレーニング信号保存部５と、該保存されているトレーニング信号を使用して適応信号処理部３で使用されるトレーニング信号を連続的に供給するトレーニング信号供給部６と、適応信号処理部３で使用されるトレーニング信号に対応する参照信号を生成する参照信号生成部７とを備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アダプティブアレーアンテナシステム、無線装置および重み係数算出方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、無線通信では、建物などの障害物により電波の反射、回析、散乱が起こる。このため、無線伝搬路は多重伝搬路となるために、多重波によるマルチパスフェージングが発生し、通信品質が悪化する。そこで、これらの悪影響を軽減するために、アダプティブアレーアンテナシステムが無線装置、例えば無線基地局や移動局に備えられている。
【０００３】
アダプティブアレーアンテナシステムでは、複数のアンテナ素子を配置したアレーアンテナを備え、このアレーアンテナで受信した信号を適応信号処理により指向性パターンを形成し受信している。これにより、所望波の到来方向に受信指向性パターンを形成し、且つ遅延波などの干渉波の到来方向には指向性パターンのヌルを形成して干渉波を抑圧することができ、この結果として通信品質が改善されている。また、送信時に上記した指向性パターンを適用すれば、送信相手以外の無線装置に対する干渉を低減でき、且つ送信電力の軽減を図ることができるなどの利点がある。
【０００４】
上記したアダプティブアレーアンテナシステムの適応信号処理には、ＭＭＳＥ（Minimum Mean Square Error：最小２乗誤差法）などに基づく適応アルゴリズムが使用される。ＭＭＳＥベースの適応アルゴリズムとしては、例えばＬＭＳ（Least Mean Square）やＲＬＳ（Recursive Least-Squares）などが知られている。このＭＭＳＥベースの適応アルゴリズムによる適応信号処理では、無線装置内部で生成したローカルの参照信号と受信信号中のトレーニング信号との差から平均２乗誤差を求め、この誤差の値を最小にするように受信信号の位相と振幅を制御するためのウエイト（重み係数）を計算する（例えば、非特許文献１参照）。
【非特許文献１】菊間信良著、「アレーアンテナによる適応信号処理」、株式会社科学技術出版、１９９８年１１月、ｐ．３５−６４
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、上述した従来の技術では、以下に示す問題がある。
トレーニング信号がバースト的に送信される無線通信方式として、ＴＤＭＡ（Time Division Multiple Access）方式や、「cdma2000 lxEV-DO」と呼ばれるＣＤＭＡ方式等で採用されているＨＲＰＤ（High Rate Packet Data）方式が知られている。これらの無線通信方式において、ＭＭＳＥベース等の適応アルゴリズムによる適応信号処理が適用されると、参照されるトレーニング信号がバースト受信となるので、該適応信号処理はトレーニング信号受信毎にバースト的に実行されることとなる。したがって、ウエイトを算出するための適応信号処理においては、トレーニング信号受信区間以外の区間ではその処理は停止し、連続してウエイト算出演算を実行することができない。このため、一つのトレーニング信号受信区間内に最適なウエイトへと適応信号処理が収束することが望ましい。
【０００６】
しかしながら、適応アルゴリズムの種別や受信電波環境等により適応信号処理の収束速度は異なるので、一つのトレーニング信号受信区間内に収束せず、最適なウエイトが得られない場合がある。例えば、ＬＭＳアルゴリズムとＲＬＳアルゴリズムとを比較すると、ＬＭＳアルゴリズムの方が収束速度が遅い。したがって、ＬＭＳアルゴリズムでは、一つのトレーニング信号受信区間内に最適なウエイトが得られない可能性が高く、通信品質が劣化する虞がある。このために、ＲＬＳアルゴリズムに比べて演算負荷が軽く、回路構成が簡単であるという利点があるにもかかわらず、ＬＭＳアルゴリズムの採用が見送られることがある。
【０００７】
本発明は、このような事情を考慮してなされたもので、その目的は、参照されるトレーニング信号がバースト受信となる場合において、ウエイト（重み係数）を算出するための適応信号処理を常時連続して実行することにより、通信品質の向上を図ることができるアダプティブアレーアンテナシステムおよび重み係数算出方法を提供することにある。
【０００８】
また、本発明の他の目的は、そのアダプティブアレーアンテナシステムを備えた無線装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の課題を解決するために、請求項１に記載のアダプティブアレーアンテナシステムは、複数のアンテナ素子からなるアレーアンテナにより無線信号を受信し、この受信信号を前記アレーアンテナの指向性パターンを形成するための重み係数により重み付けするアダプティブアレーアンテナシステムにおいて、前記受信信号に含まれるトレーニング信号を記憶する信号保存手段と、適応信号処理により、前記受信信号に含まれるトレーニング信号から重み係数を算出する重み係数算出手段とを備え、前記重み係数算出手段は、前記受信信号にトレーニング信号が含まれていない全期間において、前記信号保存手段で保存されているトレーニング信号を使用して重み係数の算出を行うことを特徴としている。
【００１０】
請求項２に記載のアダプティブアレーアンテナシステムにおいては、前記信号保存手段で保存されているトレーニング信号を前記重み係数算出手段に供給する信号供給手段と、適応信号処理で使用されるトレーニング信号に対応する参照信号を生成する参照信号生成手段とを備えることを特徴とする。
【００１１】
請求項３に記載のアダプティブアレーアンテナシステムにおいては、前記重み係数算出手段で算出された重み係数を保存する保存手段と、最適な重み係数を選択する重み係数選択手段と、前記重み係数選択手段で選択された重み係数により前記受信信号を重み付けしてアレー出力信号を生成する信号生成手段とを備えることを特徴とする。
【００１２】
請求項４に記載のアダプティブアレーアンテナシステムにおいては、前記重み係数選択手段は、同じトレーニング信号による適応信号処理区間における最終的な重み係数を最適な重み係数として選択することを特徴とする。
【００１３】
請求項５に記載のアダプティブアレーアンテナシステムにおいては、前記重み係数選択手段は、同じトレーニング信号による適応信号処理区間毎に、最終的な重み係数を最適な重み係数として選択することを特徴とする。
【００１４】
請求項６に記載のアダプティブアレーアンテナシステムにおいては、前記重み係数選択手段は、前記重み係数算出手段で算出された重み係数の中から、該重み係数の精度に基づいて最適な重み係数を選択することを特徴とする。
【００１５】
請求項７に記載のアダプティブアレーアンテナシステムにおいては、前記アレー出力信号から受信品質特性を測定する受信品質特性測定手段を備え、前記重み係数選択手段は、前記受信品質特性測定手段の測定結果に基づいて最適な重み係数を選択することを特徴とする。
【００１６】
請求項８に記載の無線装置は、請求項１乃至請求項７のいずれかの項に記載のアダプティブアレーアンテナシステムを備え、前記アダプティブアレーアンテナシステムにより無線通信することを特徴としている。
【００１７】
請求項９に記載の重み係数算出方法は、複数のアンテナ素子からなるアレーアンテナにより受信された信号の重み係数を算出する重み係数算出方法であって、前記受信信号に含まれるトレーニング信号を記憶する信号保存過程と、適応信号処理により、前記受信されたトレーニング信号から前記アレーアンテナの指向性パターンを形成するための重み係数を算出する第１の重み係数算出過程と、前記受信信号にトレーニング信号が含まれていない全期間において、前記記憶されているトレーニング信号を使用して、適応信号処理により、前記第１の重み係数算出過程に引き続き重み係数の算出を行う第２の重み係数算出過程とを含むことを特徴としている。
【００１８】
請求項１０に記載の重み係数算出方法においては、前記第１の重み係数算出過程または前記第２の重み係数算出過程で算出された重み係数の内、最適な重み係数をアレー出力信号の生成用に選択する重み係数選択過程を含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、参照されるトレーニング信号がバースト受信となる場合において、重み係数（ウエイト）を算出するための適応信号処理を常時連続して実行することができ、この結果として、収束するまで適応信号処理が実行される可能性が高くなるので、より適切なウエイトを得ることができ、通信品質が向上する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、図面を参照し、本発明の実施形態を説明する。
図１は、本発明の第１の実施形態によるアダプティブアレーアンテナシステムの構成を示すブロック図である。図１に示すアダプティブアレーアンテナシステムは、無線通信システムにおいて、例えば無線基地局に具備されるものであり、移動局から送信された無線信号を複数のアンテナ素子１−１〜Ｎからなるアレーアンテナを用いて受信し、この受信信号ｘ1〜ｘNをアレーアンテナの指向性パターンを形成するためのウエイトｗ1〜ｗN（重み係数）で重み付けして合成し、アレー出力信号ｙを生成するものである。
【００２１】
図１において、無線送受信部２は、アンテナ素子１−１〜Ｎにより送信と受信を行う。なお、図１においては送信機能に係る他のブロックは省略している。無線送受信部２は、アンテナ素子１−１〜ＮからのＮ個の受信信号を、増幅してベースバンド信号へ変換後、デジタル信号に変換し、受信信号ｘ1〜ｘNとして出力する。これら受信信号ｘ1〜ｘNはアンテナ素子１−１〜Ｎにそれぞれ対応している。
【００２２】
適応信号処理部３は、ＭＭＳＥベースなどの適応アルゴリズム、例えばＬＭＳアルゴリズムを用いて適応信号処理を行うものであり、アレーアンテナの最適な指向性パターンを形成するためのウエイトｗ1〜ｗNを算出する。信号合成部４は、アンテナ素子１−１〜Ｎに各々対応して設けられているＮ個の乗算器１１と１個の加算器１２から構成される。信号合成部４には、受信信号ｘ1〜ｘNとウエイトｗ1〜ｗNとが入力される。信号合成部４において、受信信号ｘ1〜ｘNは、各乗算器１１によってそれぞれ対応するウエイトｗ1〜ｗNが乗じられて重み付けされた後、加算器１２によって加算されて合成される。この合成後の信号はアレー出力信号ｙとして出力される。
【００２３】
適応信号処理部３では、トレーニング信号供給部６から供給されるトレーニング信号と、参照信号生成部７から供給される参照信号と、アレー出力信号ｙとから、（１）式によりウエイトベクトルＷが算出される。参照信号生成部７から供給される参照信号は、トレーニング信号に対応する所定の信号である。
Ｗ（ｍ）＝Ｗ（ｍ−１）−μ・Ｚ（ｍ−１）・ｅ*（ｍ−１）
＝Ｗ（ｍ−１）
−μ・Ｚ（ｍ−１）
・｛ｒ（ｍ−１）−Ｗ（ｍ−１）Ｈ・Ｚ（ｍ−１）｝* ・・・（１）
但し、ウエイトベクトルＷ＝［ｗ1，…，ｗN］Ｔ、Ｚはトレーニング信号であり、Ｚ＝［ｚ1，…，ｚN］Ｔ、ｒはトレーニング信号に対応する所定の参照信号、ｅは参照信号ｒとアレー出力信号ｙの差である誤差信号、ｍは適応信号処理の更新回数、μはウエイト更新の割合を調整するためのステップサイズ、Ｔは転置の表記、Ｈは複素共役転置の表記、*は複素共役の表記、である。
【００２４】
また、上記アレー出力信号ｙは（２）式で表される。
ｙ＝ＷＨ・Ｘ ・・・（２）但し、受信信号ベクトルＸ＝［ｘ1，…，ｘN］］Ｔである。
上記（２）式で表されるように、アレー出力信号ｙはウエイトベクトルＷにより受信信号ベクトルＸが重み付けされて生成される。これにより、アレー出力信号ｙは、ウエイトｗ1〜ｗNによって形成されたアレーアンテナの指向性パターンに基づく受信信号となる。
【００２５】
トレーニング信号保存部５は、受信信号ｘ1〜ｘNに含まれるトレーニング信号を抽出して記憶する。
トレーニング信号供給部６は、適応信号処理部３へのトレーニング信号の供給を行う。トレーニング信号供給部６は、受信信号ｘ1〜ｘNの中から任意の一つを用いてトレーニング信号受信区間を検出する。そして、トレーニング信号受信区間には、受信したトレーニング信号を適応信号処理部３に供給する。一方、トレーニング信号受信区間以外の区間には、トレーニング信号保存部５からトレーニング信号を読み出し、この読み出したトレーニング信号を使用して複製したトレーニング信号を適応信号処理部３へ供給する。この複製トレーニング信号の供給は、次のトレーニング信号の受信まで繰返し行われる。
【００２６】
図２は、このトレーニング信号の供給方法を説明するための概念図である。図２の例では、受信信号のトレーニング信号間（ｐ回目のレーニング信号と（ｐ＋１）回目のトレーニング信号の間）にデータ信号が含まれている。トレーニング信号の信号長はＮｔであり、データ信号の信号長はＮｄである。図２に示されるように、適応信号処理部３には、受信されたｐ回目のトレーニング信号に引き続き連続して複製トレーニング信号が、（ｐ＋１）回目のトレーニング信号の受信まで繰返し供給される。この繰返し回数は、最大「Ｎｄ／Ｎｔ」である。なお、ＮｄがＮｔの整数倍ではない場合には、トレーニング信号の所定の信号長単位で複製するようにしてもよい。
【００２７】
また、トレーニング信号供給部６は、参照信号生成部７へ参照信号の生成を指示する。この参照信号生成指示は、適応信号処理部３へのトレーニング信号供給の都度、行われる。この参照信号生成指示に従って、参照信号生成部７は、トレーニング信号に対応する所定の参照信号を生成する。
【００２８】
これにより、適応信号処理部３には、トレーニング信号供給部６から供給されるトレーニング信号とともに、該トレーニング信号に対応する参照信号が連続して供給される。この結果、上記図２の例では、ｐ回目と（ｐ＋１）回目のトレーニング信号間にはデータ信号が含まれており、トレーニング信号がバースト受信となるが、ｐ回目のトレーニング信号の受信から（ｐ＋１）回目のトレーニング信号の受信までの区間Ｔ(p)_allにおいて、適応信号処理部３にはトレーニング信号と該トレーニング信号に対応する参照信号が連続して供給されるので、ウエイト算出のための適応信号処理が連続して実行される。
【００２９】
上述したように本実施形態によれば、適応信号処理部３には、常時、トレーニング信号と該トレーニング信号に対応する参照信号が供給される。これにより、参照されるトレーニング信号がバースト受信となる場合において、ウエイトを算出するための適応信号処理を常時連続して実行することができる。この結果として、収束するまで適応信号処理が実行される可能性が高くなるので、より適切なウエイトを得ることができ、通信品質が向上する。
【００３０】
また、ＲＬＳアルゴリズムに比べて収束速度は遅いが、演算負荷が軽く、回路構成が簡単となるＬＭＳアルゴリズムが採用しやすくなり、該ＬＭＳアルゴリズムの使用により装置構成の簡略化や省電力化を図ることができる。
【００３１】
なお、上述した第１の実施形態では、アレー出力信号ｙの生成に使用されるウエイトｗ1〜ｗNは、適応信号処理部３によるウエイト更新毎に更新される。また、適応信号処理のウエイト初期値には、直前のトレーニング信号に基づく適応信号処理の区間で最終的に算出されたウエイトｗ1〜ｗNを使用するようにしてもよい。例えば、（ｐ＋１）回目のトレーニング信号に基づく適応信号処理の区間Ｔ(p＋１)_allにおいては、適応信号処理のウエイト初期値として、ｐ回目のトレーニング信号に基づく適応信号処理の区間Ｔ(p)_allでの最終的なウエイトｗ1〜ｗNを使用する。これにより、現在の無線伝搬環境により合致したウエイト初期値から適応信号処理が開始されるので、収束時間の短縮を図ることができる。
【００３２】
次に、第２の実施形態を説明する。図３は、本発明の第２の実施形態によるアダプティブアレーアンテナシステムの構成を示すブロック図である。この図３において図１の各部に対応する部分には同一の符号を付け、その説明を省略する。
図３に示すアダプティブアレーアンテナシステムでは、図１の構成において、ウエイト保存部２１と信号合成部２２とをさらに設けている。なお、図３においては、信号合成部４は、適応信号処理で使用されるフィードバック信号ｙａを生成して適応信号処理部３へ出力するものとなっている。
【００３３】
図３において、ウエイト保存部２１は、適応信号処理部３で算出されたウエイトｗ1〜ｗNの中から、アレー出力信号ｙの生成に使用されるウエイトｗｓ1〜ｗｓNを選択し保存する。信号合成部２２には、ウエイト保存部２１で保存されているウエイトｗｓ1〜ｗｓNが入力される。そして、信号合成部２２は、受信信号ｘ1〜ｘNを該ウエイトｗｓ1〜ｗｓNにより重み付けした後に合成して、アレー出力信号ｙを生成する。
【００３４】
図３の構成では、アレー出力信号ｙの生成に使用されるウエイトｗｓ1〜ｗｓNが選択されて保存される。このウエイト選択方法としては各種の方法が考えられるが、その例を挙げて以下に説明する。
【００３５】
第１のウエイト選択方法；
図４は、第１のウエイト選択方法を説明するための概念図である。ウエイト保存部２１は、図４において、受信信号のトレーニング信号により適応信号処理が実行される区間で最終的に算出されたウエイトｗ1〜ｗNをウエイトｗｓ1〜ｗｓNとして記憶する。そして、ウエイト保存部２１は、該受信信号のトレーニング信号に引き続き受信されたデータ信号に対して該記憶しているウエイトｗｓ1〜ｗｓNで重み付けがなされるように、信号合成部２２へ記憶しているウエイトｗｓ1〜ｗｓNを設定する。例えば、区間Ｔ(p)_１で最終的に算出されたウエイトｗ1〜ｗNを記憶し、この記憶したウエイトｗ1〜ｗNをｐ回目のトレーニング信号に続くデータ信号に適用する。
【００３６】
第２のウエイト選択方法；
図５は、第２のウエイト選択方法を説明するための概念図である。ウエイト保存部２１は、図５において、適応信号処理部３へ供給されるトレーニング信号の供給区間毎に、該適応信号処理で最終的に算出されたウエイトｗ1〜ｗNをウエイトｗｓ1〜ｗｓNとして記憶する。そして、ウエイト保存部２１は、次のトレーニング信号の供給区間に対応する区間で受信されたデータ信号に対して、該記憶しているウエイトｗｓ1〜ｗｓNで重み付けがなされるように、信号合成部２２へ記憶しているウエイトｗｓ1〜ｗｓNを設定する。
【００３７】
例えば、区間Ｔ(p)_１で最終的に算出されたウエイトｗ1〜ｗNを記憶し、この記憶したウエイトｗ1〜ｗNを、ｐ回目のトレーニング信号に続く区間Ｔ(p)_２に対応する受信信号のデータ信号に適用する。次いで、区間Ｔ(p)_２で最終的に算出されたウエイトｗ1〜ｗNを記憶し、この記憶したウエイトｗ1〜ｗNを、区間Ｔ(p)_３に対応する受信信号のデータ信号に適用する。このようにして、直前のトレーニング信号の供給区間で算出されたウエイトｗ1〜ｗNが、次の供給区間に対応する受信信号のデータ信号に対して適用される。そして、最後のトレーニング信号の供給区間Ｔ(p)_ｎに対応する受信信号のデータ信号に対して、区間Ｔ(p)_ｎ−１で算出されたウエイトｗ1〜ｗNが適用される。
【００３８】
なお、上記した図３に示す第２の実施形態においては、上記した第１の実施形態と同様に、適応信号処理のウエイト初期値には、直前のトレーニング信号に基づく適応信号処理の区間で最終的に算出されたウエイトｗ1〜ｗNを使用することが望ましい。
【００３９】
次に、第３の実施形態を説明する。図６は、本発明の第３の実施形態によるアダプティブアレーアンテナシステムの構成を示すブロック図である。この図６において図１の各部に対応する部分には同一の符号を付け、その説明を省略する。
図６に示すアダプティブアレーアンテナシステムでは、図１の構成において、ウエイト／２乗誤差保存部３１とウエイト選択部３２と信号合成部２２とをさらに設けている。なお、図６においては、信号合成部４は、適応信号処理で使用されるフィードバック信号ｙａを生成して適応信号処理部３へ出力するものとなっている。また、適応信号処理部３は、（３）式により、ウエイトｗ1〜ｗNの精度を表す２乗誤差ｅを算出する。この２乗誤差は瞬時値又はある期間の平均値でもよい。
ｅ＝｜ｒ−ＷＨ・Ｚ|２ ・・・（３）
【００４０】
図６において、ウエイト／２乗誤差保存部３１には、適応信号処理部３で算出されたウエイトｗ1〜ｗNとこのウエイトの２乗誤差ｅとが入力される。そして、ウエイト／２乗誤差保存部３１は、適応信号処理部３で過去に算出されたウエイトｗ1〜ｗNの内、最適なウエイトを２乗誤差ｅに基づいて選択し、ウエイトｗｍ1〜ｗｍNとして保存するとともに、該選択されたウエイトｗ1〜ｗNの２乗誤差ｅを２乗誤差ｅｍとして保存する。
【００４１】
ウエイト選択部３２には、ウエイト／２乗誤差保存部３１で保存されているウエイトｗｍ1〜ｗｍNと２乗誤差ｅｍと、適応信号処理部３で算出されたウエイトｗ1〜ｗNとこのウエイトの２乗誤差ｅとが入力される。ウエイト選択部３２は、ウエイト／２乗誤差保存部３１で保存されていたウエイトｗｍ1〜ｗｍNまたは適応信号処理部３で算出された最新のウエイトｗ1〜ｗNの内、いずれか最適なウエイトを２乗誤差ｅ，ｅｍに基づいて選択する。この選択されたウエイトは、ウエイトｗｓ1〜ｗｓNとして信号合成部２２に入力される。そして、信号合成部２２は、受信信号ｘ1〜ｘNを該ウエイトｗｓ1〜ｗｓNにより重み付けした後に合成して、アレー出力信号ｙを生成する。
【００４２】
図６の構成により、アレー出力信号ｙの生成に使用されるウエイトｗｓ1〜ｗｓNが、２乗誤差ｅに基づいて適宜選択される。このウエイト選択方法としては各種の方法が考えられるが、その例を挙げて以下に説明する。なお、ウエイトベクトルＷｍ＝［ｗｍ1，…，ｗｍN］Ｔであり、ウエイトベクトルＷｓ＝［ｗｓ1，…，ｗｓN］Ｔである。
【００４３】
第３のウエイト選択方法；
図７は、第３のウエイト選択方法の手順を示すフローチャートである。この図７に示すように、第３のウエイト選択方法では、適応信号処理部３による適応信号処理によりウエイトｗ1〜ｗNと２乗誤差ｅが更新されると（ステップＳ１）、ウエイト選択部３２は、２乗誤差ｅと２乗誤差の閾値ｅｓを比較する（ステップＳ２）。そして、２乗誤差ｅが閾値ｅｓより大きければウエイトｗｍ1〜ｗｍNをウエイトｗｓ1〜ｗｓNとして選択する（ステップＳ３）。
【００４４】
一方、２乗誤差ｅが閾値ｅｓより大きくなければウエイトｗ1〜ｗNをウエイトｗｓ1〜ｗｓNとして選択する（ステップＳ４）。そして、ウエイト／２乗誤差保存部３１が、該選択されたウエイトｗ1〜ｗNをウエイトｗｍ1〜ｗｍNとして保存し（ステップＳ５）、さらに、該選択されたウエイトｗ1〜ｗNの２乗誤差ｅを２乗誤差ｅｍとして保存する（ステップＳ６）。
なお、２乗誤差の閾値ｅｓは、予め定めてもよく、あるいは、適宜、受信信号に対応した値を設定するようにしてもよい。
【００４５】
第４のウエイト選択方法；
図８は、第４のウエイト選択方法の手順を示すフローチャートである。この図８に示すように、第４のウエイト選択方法では、適応信号処理部３による適応信号処理によりウエイトｗ1〜ｗNと２乗誤差ｅが更新されると（ステップＳ１１）、ウエイト選択部３２は、２乗誤差ｅと２乗誤差ｅｍを比較する（ステップＳ１２）。そして、２乗誤差ｅが２乗誤差ｅｍより大きければウエイトｗｍ1〜ｗｍNをウエイトｗｓ1〜ｗｓNとして選択する（ステップＳ１３）。
【００４６】
一方、２乗誤差ｅが２乗誤差ｅｍより大きくなければウエイトｗ1〜ｗNをウエイトｗｓ1〜ｗｓNとして選択する（ステップＳ１４）。そして、ウエイト／２乗誤差保存部３１が、該選択されたウエイトｗ1〜ｗNをウエイトｗｍ1〜ｗｍNとして保存し（ステップＳ１５）、さらに、該選択されたウエイトｗ1〜ｗNの２乗誤差ｅを２乗誤差ｅｍとして保存する（ステップＳ１６）。
【００４７】
なお、上記した図６に示す第３の実施形態においては、適応信号処理のウエイト初期値として、上記した第１の実施形態と同様に直前のトレーニング信号に基づく適応信号処理の区間で最終的に算出されたウエイトｗ1〜ｗNを使用するようにしてもよく、あるいは、ウエイト選択部３２でウエイトｗｓ1〜ｗｓNとして選択されたウエイトｗ1〜ｗNを使用するようにしてもよい。
【００４８】
次に、第４の実施形態を説明する。図９は、本発明の第４の実施形態によるアダプティブアレーアンテナシステムの構成を示すブロック図である。この図９において図６の各部に対応する部分には同一の符号を付け、その説明を省略する。
図９のアダプティブアレーアンテナシステムでは、上記図６のシステムの構成に受信品質特性測定部４１がさらに設けられている。
【００４９】
受信品質特性測定部４１は、アレー出力信号ｙに基づいて受信品質特性を測定する。受信品質特性としては、例えば、ＣＩＲ（Carrier to Interference power Ratio）やＳＩＮＲ（Signal to Interference and Noise power Ratio）、ＢＥＲ（Bit Error Rate）、ＦＥＲ（Frame Error Rate）などがある。
【００５０】
受信品質特性測定部４１で測定された受信品質特性データはウエイト選択部３２に入力される。ウエイト選択部３２は、該受信品質特性データを加味してウエイトの選択を行う。図１０は、この第５のウエイト選択方法の手順を示すフローチャートである。この図１０に示す方法では、受信品質特性としてＳＩＮＲを使用し、上記図８の第４の選択方法と組み合わせている。
【００５１】
図１０において、先ず、受信品質特性（ＳＩＮＲ）が測定される（ステップＳ２１）。次いで、ウエイト選択部３２は、測定結果のＳＩＮＲと所定の閾値Ｔｈを比較し（ステップＳ２２）、ＳＩＮＲが閾値Ｔｈより小さければ、ウエイトｗｍ1〜ｗｍNをウエイトｗｓ1〜ｗｓNとして選択する（ステップＳ２３）。一方、ＳＩＮＲが閾値Ｔｈより小さくなければ、２乗誤差ｅと２乗誤差ｅｍを比較する（ステップＳ２４）。そして、２乗誤差ｅが２乗誤差ｅｍより大きければウエイトｗｍ1〜ｗｍNをウエイトｗｓ1〜ｗｓNとして選択する（ステップＳ２３）。
【００５２】
一方、２乗誤差ｅが２乗誤差ｅｍより大きくなければウエイトｗ1〜ｗNをウエイトｗｓ1〜ｗｓNとして選択する（ステップＳ２５）。そして、ウエイト／２乗誤差保存部３１が、該選択されたウエイトｗ1〜ｗNをウエイトｗｍ1〜ｗｍNとして保存し（ステップＳ２６）、さらに、該選択されたウエイトｗ1〜ｗNの２乗誤差ｅを２乗誤差ｅｍとして保存する（ステップＳ２７）。
【００５３】
なお、上記した図９に示す第４の実施形態においては、上記した第３の実施形態と同様に、適応信号処理のウエイト初期値として、直前のトレーニング信号に基づく適応信号処理の区間で最終的に算出されたウエイトｗ1〜ｗNを使用するようにしてもよく、あるいは、ウエイト選択部３２でウエイトｗｓ1〜ｗｓNとして選択されたウエイトｗ1〜ｗNを使用するようにしてもよい。
【００５４】
以上、本発明の実施形態を図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。例えば、受信処理に使用された最適なウエイトを送信用の指向性パターンの形成に用いるようにしてもよい。
【００５５】
本実施形態によれば、以下に示される様々な効果が得られる。
本実施形態によれば、回路の構成が簡単であり、また、ＭＭＳＥベースの各種の適応アルゴリズムに対して適用できるとともに、通信品質の改善効果が期待でき、且つ既に実際の装置に備わる回路構成との流用が可能である。
【００５６】
また、適応信号処理のウエイト初期値として、最適なウエイト、例えば、直前のトレーニング信号に基づく適応信号処理の区間で最終的に算出されたウエイトｗ1〜ｗN、あるいは、ウエイト選択部３２でウエイトｗｓ1〜ｗｓNとして選択されたウエイトｗ1〜ｗNが使用できるので、最適値に収束するまでに多くの更新回数を要するＬＭＳアルゴリズムであってもその収束速度が速められるので、ＲＬＳアルゴリズムなど他のＭＭＳＥベースの適応アルゴリズムに比べて回路構成が簡単で、且つ演算負荷も少ないというＬＭＳアルゴリズムの利点を活用しつつ、受信品質特性の向上を図ることができる。
【００５７】
また、受信電力の変動により収束が遅くなる適応アルゴリズム、例えばＬＭＳアルゴリズムでは、移動通信のように受信電力が変動する無線伝播環境において、その収束速度が遅くなるが、バースト受信のトレーニング信号間にも適応信号処理が続行されるので、最適なウエイトに収束する可能性が高くなり、受信品質特性が早期に改善されるという効果が得られる。
【００５８】
また、複製トレーニング信号による適用信号処理の過程で算出されたウエイトをデータ信号に随時適用することができるので、受信品質特性がさらに改善されるという効果が得られる。
【００５９】
また、回路構成上、適応信号処理の演算速度が低速となる場合であっても、連続して適応信号処理が実行可能であるので、最適なウエイトに収束する可能性が高くなる。
【００６０】
なお、本発明のアダプティブアレーアンテナシステムは、無線基地局や移動局などの無線装置に適用することができる。これにより、無線装置において、適切な指向性パターンによる無線信号の受信または送信が可能となり、通信品質が向上する。移動局としては、携帯電話機等の携帯型の無線端末や、自動車電話機等の移動物体に搭載される無線端末などがある。また、トレーニング信号がバースト的に送信される各種の無線通信方式、例えばＴＤＭＡ（Time Division Multiple Access）方式や、「cdma2000 lxEV-DO」と呼ばれるＣＤＭＡ方式等で採用されているＨＲＰＤ（High Rate Packet Data）方式などに適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】本発明の第１の実施形態によるアダプティブアレーアンテナシステムの構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の実施形態に係るトレーニング信号の供給方法を説明するための概念図である。
【図３】本発明の第２の実施形態によるアダプティブアレーアンテナシステムの構成を示すブロック図である。
【図４】本発明の第２の実施形態に係るウエイト選択方法を説明するための概念図である。
【図５】本発明の第２の実施形態に係るウエイト選択方法を説明するための概念図である。
【図６】本発明の第３の実施形態によるアダプティブアレーアンテナシステムの構成を示すブロック図である。
【図７】本発明の第３の実施形態に係るウエイト選択方法の手順を示すフローチャートである。
【図８】本発明の第３の実施形態に係るウエイト選択方法の手順を示すフローチャートである。
【図９】本発明の第４の実施形態によるアダプティブアレーアンテナシステムの構成を示すブロック図である。
【図１０】本発明の第３の実施形態に係るウエイト選択方法の手順を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００６２】
１−１〜Ｎ…アンテナ素子、２…無線送受信部、３…適応信号処理部、４，２２…信号合成部、５…トレーニング信号保存部、６…トレーニング信号供給部、７…参照信号生成部、２１…ウエイト保存部、３１…ウエイト／２乗誤差保存部、３２…ウエイト選択部、４１…受信品質特性測定部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アダプティブアレーアンテナシステム、無線装置および重み係数算出方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、無線通信では、建物などの障害物により電波の反射、回析、散乱が起こる。このため、無線伝搬路は多重伝搬路となるために、多重波によるマルチパスフェージングが発生し、通信品質が悪化する。そこで、これらの悪影響を軽減するために、アダプティブアレーアンテナシステムが無線装置、例えば無線基地局や移動局に備えられている。
【０００３】
アダプティブアレーアンテナシステムでは、複数のアンテナ素子を配置したアレーアンテナを備え、このアレーアンテナで受信した信号を適応信号処理により指向性パターンを形成し受信している。これにより、所望波の到来方向に受信指向性パターンを形成し、且つ遅延波などの干渉波の到来方向には指向性パターンのヌルを形成して干渉波を抑圧することができ、この結果として通信品質が改善されている。また、送信時に上記した指向性パターンを適用すれば、送信相手以外の無線装置に対する干渉を低減でき、且つ送信電力の軽減を図ることができるなどの利点がある。
【０００４】
上記したアダプティブアレーアンテナシステムの適応信号処理には、ＭＭＳＥ（Minimum Mean Square Error：最小２乗誤差法）などに基づく適応アルゴリズムが使用される。ＭＭＳＥベースの適応アルゴリズムとしては、例えばＬＭＳ（Least Mean Square）やＲＬＳ（Recursive Least-Squares）などが知られている。このＭＭＳＥベースの適応アルゴリズムによる適応信号処理では、無線装置内部で生成したローカルの参照信号と受信信号中のトレーニング信号との差から平均２乗誤差を求め、この誤差の値を最小にするように受信信号の位相と振幅を制御するためのウエイト（重み係数）を計算する（例えば、非特許文献１参照）。
【非特許文献１】菊間信良著、「アレーアンテナによる適応信号処理」、株式会社科学技術出版、１９９８年１１月、ｐ．３５−６４
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、上述した従来の技術では、以下に示す問題がある。
トレーニング信号がバースト的に送信される無線通信方式として、ＴＤＭＡ（Time Division Multiple Access）方式や、「cdma2000 lxEV-DO」と呼ばれるＣＤＭＡ方式等で採用されているＨＲＰＤ（High Rate Packet Data）方式が知られている。これらの無線通信方式において、ＭＭＳＥベース等の適応アルゴリズムによる適応信号処理が適用されると、参照されるトレーニング信号がバースト受信となるので、該適応信号処理はトレーニング信号受信毎にバースト的に実行されることとなる。したがって、ウエイトを算出するための適応信号処理においては、トレーニング信号受信区間以外の区間ではその処理は停止し、連続してウエイト算出演算を実行することができない。このため、一つのトレーニング信号受信区間内に最適なウエイトへと適応信号処理が収束することが望ましい。
【０００６】
しかしながら、適応アルゴリズムの種別や受信電波環境等により適応信号処理の収束速度は異なるので、一つのトレーニング信号受信区間内に収束せず、最適なウエイトが得られない場合がある。例えば、ＬＭＳアルゴリズムとＲＬＳアルゴリズムとを比較すると、ＬＭＳアルゴリズムの方が収束速度が遅い。したがって、ＬＭＳアルゴリズムでは、一つのトレーニング信号受信区間内に最適なウエイトが得られない可能性が高く、通信品質が劣化する虞がある。このために、ＲＬＳアルゴリズムに比べて演算負荷が軽く、回路構成が簡単であるという利点があるにもかかわらず、ＬＭＳアルゴリズムの採用が見送られることがある。
【０００７】
本発明は、このような事情を考慮してなされたもので、その目的は、参照されるトレーニング信号がバースト受信となる場合において、ウエイト（重み係数）を算出するための適応信号処理を常時連続して実行することにより、通信品質の向上を図ることができるアダプティブアレーアンテナシステムおよび重み係数算出方法を提供することにある。
【０００８】
また、本発明の他の目的は、そのアダプティブアレーアンテナシステムを備えた無線装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の課題を解決するために、請求項１に記載のアダプティブアレーアンテナシステムは、複数のアンテナ素子からなるアレーアンテナにより無線信号を受信し、この受信信号を前記アレーアンテナの指向性パターンを形成するための重み係数により重み付けするアダプティブアレーアンテナシステムにおいて、前記受信信号に含まれるトレーニング信号を記憶する信号保存手段と、適応信号処理により、前記受信信号に含まれるトレーニング信号から重み係数を算出する重み係数算出手段とを備え、前記重み係数算出手段は、前記受信信号にトレーニング信号が含まれていない全期間において、前記信号保存手段で保存されているトレーニング信号を使用して重み係数の算出を行うことを特徴としている。
【００１０】
請求項２に記載のアダプティブアレーアンテナシステムにおいては、前記信号保存手段で保存されているトレーニング信号を前記重み係数算出手段に供給する信号供給手段と、適応信号処理で使用されるトレーニング信号に対応する参照信号を生成する参照信号生成手段とを備えることを特徴とする。
【００１１】
請求項３に記載のアダプティブアレーアンテナシステムにおいては、前記重み係数算出手段で算出された重み係数を保存する保存手段と、最適な重み係数を選択する重み係数選択手段と、前記重み係数選択手段で選択された重み係数により前記受信信号を重み付けしてアレー出力信号を生成する信号生成手段とを備えることを特徴とする。
【００１２】
請求項４に記載のアダプティブアレーアンテナシステムにおいては、前記重み係数選択手段は、同じトレーニング信号による適応信号処理区間における最終的な重み係数を最適な重み係数として選択することを特徴とする。
【００１３】
請求項５に記載のアダプティブアレーアンテナシステムにおいては、前記重み係数選択手段は、同じトレーニング信号による適応信号処理区間毎に、最終的な重み係数を最適な重み係数として選択することを特徴とする。
【００１４】
請求項６に記載のアダプティブアレーアンテナシステムにおいては、前記重み係数選択手段は、前記重み係数算出手段で算出された重み係数の中から、該重み係数の精度に基づいて最適な重み係数を選択することを特徴とする。
【００１５】
請求項７に記載のアダプティブアレーアンテナシステムにおいては、前記アレー出力信号から受信品質特性を測定する受信品質特性測定手段を備え、前記重み係数選択手段は、前記受信品質特性測定手段の測定結果に基づいて最適な重み係数を選択することを特徴とする。
【００１６】
請求項８に記載の無線装置は、請求項１乃至請求項７のいずれかの項に記載のアダプティブアレーアンテナシステムを備え、前記アダプティブアレーアンテナシステムにより無線通信することを特徴としている。
【００１７】
請求項９に記載の重み係数算出方法は、複数のアンテナ素子からなるアレーアンテナにより受信された信号の重み係数を算出する重み係数算出方法であって、前記受信信号に含まれるトレーニング信号を記憶する信号保存過程と、適応信号処理により、前記受信されたトレーニング信号から前記アレーアンテナの指向性パターンを形成するための重み係数を算出する第１の重み係数算出過程と、前記受信信号にトレーニング信号が含まれていない全期間において、前記記憶されているトレーニング信号を使用して、適応信号処理により、前記第１の重み係数算出過程に引き続き重み係数の算出を行う第２の重み係数算出過程とを含むことを特徴としている。
【００１８】
請求項１０に記載の重み係数算出方法においては、前記第１の重み係数算出過程または前記第２の重み係数算出過程で算出された重み係数の内、最適な重み係数をアレー出力信号の生成用に選択する重み係数選択過程を含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、参照されるトレーニング信号がバースト受信となる場合において、重み係数（ウエイト）を算出するための適応信号処理を常時連続して実行することができ、この結果として、収束するまで適応信号処理が実行される可能性が高くなるので、より適切なウエイトを得ることができ、通信品質が向上する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、図面を参照し、本発明の実施形態を説明する。
図１は、本発明の第１の実施形態によるアダプティブアレーアンテナシステムの構成を示すブロック図である。図１に示すアダプティブアレーアンテナシステムは、無線通信システムにおいて、例えば無線基地局に具備されるものであり、移動局から送信された無線信号を複数のアンテナ素子１−１〜Ｎからなるアレーアンテナを用いて受信し、この受信信号ｘ1〜ｘNをアレーアンテナの指向性パターンを形成するためのウエイトｗ1〜ｗN（重み係数）で重み付けして合成し、アレー出力信号ｙを生成するものである。
【００２１】
図１において、無線送受信部２は、アンテナ素子１−１〜Ｎにより送信と受信を行う。なお、図１においては送信機能に係る他のブロックは省略している。無線送受信部２は、アンテナ素子１−１〜ＮからのＮ個の受信信号を、増幅してベースバンド信号へ変換後、デジタル信号に変換し、受信信号ｘ1〜ｘNとして出力する。これら受信信号ｘ1〜ｘNはアンテナ素子１−１〜Ｎにそれぞれ対応している。
【００２２】
適応信号処理部３は、ＭＭＳＥベースなどの適応アルゴリズム、例えばＬＭＳアルゴリズムを用いて適応信号処理を行うものであり、アレーアンテナの最適な指向性パターンを形成するためのウエイトｗ1〜ｗNを算出する。信号合成部４は、アンテナ素子１−１〜Ｎに各々対応して設けられているＮ個の乗算器１１と１個の加算器１２から構成される。信号合成部４には、受信信号ｘ1〜ｘNとウエイトｗ1〜ｗNとが入力される。信号合成部４において、受信信号ｘ1〜ｘNは、各乗算器１１によってそれぞれ対応するウエイトｗ1〜ｗNが乗じられて重み付けされた後、加算器１２によって加算されて合成される。この合成後の信号はアレー出力信号ｙとして出力される。
【００２３】
適応信号処理部３では、トレーニング信号供給部６から供給されるトレーニング信号と、参照信号生成部７から供給される参照信号と、アレー出力信号ｙとから、（１）式によりウエイトベクトルＷが算出される。参照信号生成部７から供給される参照信号は、トレーニング信号に対応する所定の信号である。
Ｗ（ｍ）＝Ｗ（ｍ−１）−μ・Ｚ（ｍ−１）・ｅ*（ｍ−１）
＝Ｗ（ｍ−１）
−μ・Ｚ（ｍ−１）
・｛ｒ（ｍ−１）−Ｗ（ｍ−１）Ｈ・Ｚ（ｍ−１）｝* ・・・（１）
但し、ウエイトベクトルＷ＝［ｗ1，…，ｗN］Ｔ、Ｚはトレーニング信号であり、Ｚ＝［ｚ1，…，ｚN］Ｔ、ｒはトレーニング信号に対応する所定の参照信号、ｅは参照信号ｒとアレー出力信号ｙの差である誤差信号、ｍは適応信号処理の更新回数、μはウエイト更新の割合を調整するためのステップサイズ、Ｔは転置の表記、Ｈは複素共役転置の表記、*は複素共役の表記、である。
【００２４】
また、上記アレー出力信号ｙは（２）式で表される。
ｙ＝ＷＨ・Ｘ ・・・（２）但し、受信信号ベクトルＸ＝［ｘ1，…，ｘN］］Ｔである。
上記（２）式で表されるように、アレー出力信号ｙはウエイトベクトルＷにより受信信号ベクトルＸが重み付けされて生成される。これにより、アレー出力信号ｙは、ウエイトｗ1〜ｗNによって形成されたアレーアンテナの指向性パターンに基づく受信信号となる。
【００２５】
トレーニング信号保存部５は、受信信号ｘ1〜ｘNに含まれるトレーニング信号を抽出して記憶する。
トレーニング信号供給部６は、適応信号処理部３へのトレーニング信号の供給を行う。トレーニング信号供給部６は、受信信号ｘ1〜ｘNの中から任意の一つを用いてトレーニング信号受信区間を検出する。そして、トレーニング信号受信区間には、受信したトレーニング信号を適応信号処理部３に供給する。一方、トレーニング信号受信区間以外の区間には、トレーニング信号保存部５からトレーニング信号を読み出し、この読み出したトレーニング信号を使用して複製したトレーニング信号を適応信号処理部３へ供給する。この複製トレーニング信号の供給は、次のトレーニング信号の受信まで繰返し行われる。
【００２６】
図２は、このトレーニング信号の供給方法を説明するための概念図である。図２の例では、受信信号のトレーニング信号間（ｐ回目のレーニング信号と（ｐ＋１）回目のトレーニング信号の間）にデータ信号が含まれている。トレーニング信号の信号長はＮｔであり、データ信号の信号長はＮｄである。図２に示されるように、適応信号処理部３には、受信されたｐ回目のトレーニング信号に引き続き連続して複製トレーニング信号が、（ｐ＋１）回目のトレーニング信号の受信まで繰返し供給される。この繰返し回数は、最大「Ｎｄ／Ｎｔ」である。なお、ＮｄがＮｔの整数倍ではない場合には、トレーニング信号の所定の信号長単位で複製するようにしてもよい。
【００２７】
また、トレーニング信号供給部６は、参照信号生成部７へ参照信号の生成を指示する。この参照信号生成指示は、適応信号処理部３へのトレーニング信号供給の都度、行われる。この参照信号生成指示に従って、参照信号生成部７は、トレーニング信号に対応する所定の参照信号を生成する。
【００２８】
これにより、適応信号処理部３には、トレーニング信号供給部６から供給されるトレーニング信号とともに、該トレーニング信号に対応する参照信号が連続して供給される。この結果、上記図２の例では、ｐ回目と（ｐ＋１）回目のトレーニング信号間にはデータ信号が含まれており、トレーニング信号がバースト受信となるが、ｐ回目のトレーニング信号の受信から（ｐ＋１）回目のトレーニング信号の受信までの区間Ｔ(p)_allにおいて、適応信号処理部３にはトレーニング信号と該トレーニング信号に対応する参照信号が連続して供給されるので、ウエイト算出のための適応信号処理が連続して実行される。
【００２９】
上述したように本実施形態によれば、適応信号処理部３には、常時、トレーニング信号と該トレーニング信号に対応する参照信号が供給される。これにより、参照されるトレーニング信号がバースト受信となる場合において、ウエイトを算出するための適応信号処理を常時連続して実行することができる。この結果として、収束するまで適応信号処理が実行される可能性が高くなるので、より適切なウエイトを得ることができ、通信品質が向上する。
【００３０】
また、ＲＬＳアルゴリズムに比べて収束速度は遅いが、演算負荷が軽く、回路構成が簡単となるＬＭＳアルゴリズムが採用しやすくなり、該ＬＭＳアルゴリズムの使用により装置構成の簡略化や省電力化を図ることができる。
【００３１】
なお、上述した第１の実施形態では、アレー出力信号ｙの生成に使用されるウエイトｗ1〜ｗNは、適応信号処理部３によるウエイト更新毎に更新される。また、適応信号処理のウエイト初期値には、直前のトレーニング信号に基づく適応信号処理の区間で最終的に算出されたウエイトｗ1〜ｗNを使用するようにしてもよい。例えば、（ｐ＋１）回目のトレーニング信号に基づく適応信号処理の区間Ｔ(p＋１)_allにおいては、適応信号処理のウエイト初期値として、ｐ回目のトレーニング信号に基づく適応信号処理の区間Ｔ(p)_allでの最終的なウエイトｗ1〜ｗNを使用する。これにより、現在の無線伝搬環境により合致したウエイト初期値から適応信号処理が開始されるので、収束時間の短縮を図ることができる。
【００３２】
次に、第２の実施形態を説明する。図３は、本発明の第２の実施形態によるアダプティブアレーアンテナシステムの構成を示すブロック図である。この図３において図１の各部に対応する部分には同一の符号を付け、その説明を省略する。
図３に示すアダプティブアレーアンテナシステムでは、図１の構成において、ウエイト保存部２１と信号合成部２２とをさらに設けている。なお、図３においては、信号合成部４は、適応信号処理で使用されるフィードバック信号ｙａを生成して適応信号処理部３へ出力するものとなっている。
【００３３】
図３において、ウエイト保存部２１は、適応信号処理部３で算出されたウエイトｗ1〜ｗNの中から、アレー出力信号ｙの生成に使用されるウエイトｗｓ1〜ｗｓNを選択し保存する。信号合成部２２には、ウエイト保存部２１で保存されているウエイトｗｓ1〜ｗｓNが入力される。そして、信号合成部２２は、受信信号ｘ1〜ｘNを該ウエイトｗｓ1〜ｗｓNにより重み付けした後に合成して、アレー出力信号ｙを生成する。
【００３４】
図３の構成では、アレー出力信号ｙの生成に使用されるウエイトｗｓ1〜ｗｓNが選択されて保存される。このウエイト選択方法としては各種の方法が考えられるが、その例を挙げて以下に説明する。
【００３５】
第１のウエイト選択方法；
図４は、第１のウエイト選択方法を説明するための概念図である。ウエイト保存部２１は、図４において、受信信号のトレーニング信号により適応信号処理が実行される区間で最終的に算出されたウエイトｗ1〜ｗNをウエイトｗｓ1〜ｗｓNとして記憶する。そして、ウエイト保存部２１は、該受信信号のトレーニング信号に引き続き受信されたデータ信号に対して該記憶しているウエイトｗｓ1〜ｗｓNで重み付けがなされるように、信号合成部２２へ記憶しているウエイトｗｓ1〜ｗｓNを設定する。例えば、区間Ｔ(p)_１で最終的に算出されたウエイトｗ1〜ｗNを記憶し、この記憶したウエイトｗ1〜ｗNをｐ回目のトレーニング信号に続くデータ信号に適用する。
【００３６】
第２のウエイト選択方法；
図５は、第２のウエイト選択方法を説明するための概念図である。ウエイト保存部２１は、図５において、適応信号処理部３へ供給されるトレーニング信号の供給区間毎に、該適応信号処理で最終的に算出されたウエイトｗ1〜ｗNをウエイトｗｓ1〜ｗｓNとして記憶する。そして、ウエイト保存部２１は、次のトレーニング信号の供給区間に対応する区間で受信されたデータ信号に対して、該記憶しているウエイトｗｓ1〜ｗｓNで重み付けがなされるように、信号合成部２２へ記憶しているウエイトｗｓ1〜ｗｓNを設定する。
【００３７】
例えば、区間Ｔ(p)_１で最終的に算出されたウエイトｗ1〜ｗNを記憶し、この記憶したウエイトｗ1〜ｗNを、ｐ回目のトレーニング信号に続く区間Ｔ(p)_２に対応する受信信号のデータ信号に適用する。次いで、区間Ｔ(p)_２で最終的に算出されたウエイトｗ1〜ｗNを記憶し、この記憶したウエイトｗ1〜ｗNを、区間Ｔ(p)_３に対応する受信信号のデータ信号に適用する。このようにして、直前のトレーニング信号の供給区間で算出されたウエイトｗ1〜ｗNが、次の供給区間に対応する受信信号のデータ信号に対して適用される。そして、最後のトレーニング信号の供給区間Ｔ(p)_ｎに対応する受信信号のデータ信号に対して、区間Ｔ(p)_ｎ−１で算出されたウエイトｗ1〜ｗNが適用される。
【００３８】
なお、上記した図３に示す第２の実施形態においては、上記した第１の実施形態と同様に、適応信号処理のウエイト初期値には、直前のトレーニング信号に基づく適応信号処理の区間で最終的に算出されたウエイトｗ1〜ｗNを使用することが望ましい。
【００３９】
次に、第３の実施形態を説明する。図６は、本発明の第３の実施形態によるアダプティブアレーアンテナシステムの構成を示すブロック図である。この図６において図１の各部に対応する部分には同一の符号を付け、その説明を省略する。
図６に示すアダプティブアレーアンテナシステムでは、図１の構成において、ウエイト／２乗誤差保存部３１とウエイト選択部３２と信号合成部２２とをさらに設けている。なお、図６においては、信号合成部４は、適応信号処理で使用されるフィードバック信号ｙａを生成して適応信号処理部３へ出力するものとなっている。また、適応信号処理部３は、（３）式により、ウエイトｗ1〜ｗNの精度を表す２乗誤差ｅを算出する。この２乗誤差は瞬時値又はある期間の平均値でもよい。
ｅ＝｜ｒ−ＷＨ・Ｚ|２ ・・・（３）
【００４０】
図６において、ウエイト／２乗誤差保存部３１には、適応信号処理部３で算出されたウエイトｗ1〜ｗNとこのウエイトの２乗誤差ｅとが入力される。そして、ウエイト／２乗誤差保存部３１は、適応信号処理部３で過去に算出されたウエイトｗ1〜ｗNの内、最適なウエイトを２乗誤差ｅに基づいて選択し、ウエイトｗｍ1〜ｗｍNとして保存するとともに、該選択されたウエイトｗ1〜ｗNの２乗誤差ｅを２乗誤差ｅｍとして保存する。
【００４１】
ウエイト選択部３２には、ウエイト／２乗誤差保存部３１で保存されているウエイトｗｍ1〜ｗｍNと２乗誤差ｅｍと、適応信号処理部３で算出されたウエイトｗ1〜ｗNとこのウエイトの２乗誤差ｅとが入力される。ウエイト選択部３２は、ウエイト／２乗誤差保存部３１で保存されていたウエイトｗｍ1〜ｗｍNまたは適応信号処理部３で算出された最新のウエイトｗ1〜ｗNの内、いずれか最適なウエイトを２乗誤差ｅ，ｅｍに基づいて選択する。この選択されたウエイトは、ウエイトｗｓ1〜ｗｓNとして信号合成部２２に入力される。そして、信号合成部２２は、受信信号ｘ1〜ｘNを該ウエイトｗｓ1〜ｗｓNにより重み付けした後に合成して、アレー出力信号ｙを生成する。
【００４２】
図６の構成により、アレー出力信号ｙの生成に使用されるウエイトｗｓ1〜ｗｓNが、２乗誤差ｅに基づいて適宜選択される。このウエイト選択方法としては各種の方法が考えられるが、その例を挙げて以下に説明する。なお、ウエイトベクトルＷｍ＝［ｗｍ1，…，ｗｍN］Ｔであり、ウエイトベクトルＷｓ＝［ｗｓ1，…，ｗｓN］Ｔである。
【００４３】
第３のウエイト選択方法；
図７は、第３のウエイト選択方法の手順を示すフローチャートである。この図７に示すように、第３のウエイト選択方法では、適応信号処理部３による適応信号処理によりウエイトｗ1〜ｗNと２乗誤差ｅが更新されると（ステップＳ１）、ウエイト選択部３２は、２乗誤差ｅと２乗誤差の閾値ｅｓを比較する（ステップＳ２）。そして、２乗誤差ｅが閾値ｅｓより大きければウエイトｗｍ1〜ｗｍNをウエイトｗｓ1〜ｗｓNとして選択する（ステップＳ３）。
【００４４】
一方、２乗誤差ｅが閾値ｅｓより大きくなければウエイトｗ1〜ｗNをウエイトｗｓ1〜ｗｓNとして選択する（ステップＳ４）。そして、ウエイト／２乗誤差保存部３１が、該選択されたウエイトｗ1〜ｗNをウエイトｗｍ1〜ｗｍNとして保存し（ステップＳ５）、さらに、該選択されたウエイトｗ1〜ｗNの２乗誤差ｅを２乗誤差ｅｍとして保存する（ステップＳ６）。
なお、２乗誤差の閾値ｅｓは、予め定めてもよく、あるいは、適宜、受信信号に対応した値を設定するようにしてもよい。
【００４５】
第４のウエイト選択方法；
図８は、第４のウエイト選択方法の手順を示すフローチャートである。この図８に示すように、第４のウエイト選択方法では、適応信号処理部３による適応信号処理によりウエイトｗ1〜ｗNと２乗誤差ｅが更新されると（ステップＳ１１）、ウエイト選択部３２は、２乗誤差ｅと２乗誤差ｅｍを比較する（ステップＳ１２）。そして、２乗誤差ｅが２乗誤差ｅｍより大きければウエイトｗｍ1〜ｗｍNをウエイトｗｓ1〜ｗｓNとして選択する（ステップＳ１３）。
【００４６】
一方、２乗誤差ｅが２乗誤差ｅｍより大きくなければウエイトｗ1〜ｗNをウエイトｗｓ1〜ｗｓNとして選択する（ステップＳ１４）。そして、ウエイト／２乗誤差保存部３１が、該選択されたウエイトｗ1〜ｗNをウエイトｗｍ1〜ｗｍNとして保存し（ステップＳ１５）、さらに、該選択されたウエイトｗ1〜ｗNの２乗誤差ｅを２乗誤差ｅｍとして保存する（ステップＳ１６）。
【００４７】
なお、上記した図６に示す第３の実施形態においては、適応信号処理のウエイト初期値として、上記した第１の実施形態と同様に直前のトレーニング信号に基づく適応信号処理の区間で最終的に算出されたウエイトｗ1〜ｗNを使用するようにしてもよく、あるいは、ウエイト選択部３２でウエイトｗｓ1〜ｗｓNとして選択されたウエイトｗ1〜ｗNを使用するようにしてもよい。
【００４８】
次に、第４の実施形態を説明する。図９は、本発明の第４の実施形態によるアダプティブアレーアンテナシステムの構成を示すブロック図である。この図９において図６の各部に対応する部分には同一の符号を付け、その説明を省略する。
図９のアダプティブアレーアンテナシステムでは、上記図６のシステムの構成に受信品質特性測定部４１がさらに設けられている。
【００４９】
受信品質特性測定部４１は、アレー出力信号ｙに基づいて受信品質特性を測定する。受信品質特性としては、例えば、ＣＩＲ（Carrier to Interference power Ratio）やＳＩＮＲ（Signal to Interference and Noise power Ratio）、ＢＥＲ（Bit Error Rate）、ＦＥＲ（Frame Error Rate）などがある。
【００５０】
受信品質特性測定部４１で測定された受信品質特性データはウエイト選択部３２に入力される。ウエイト選択部３２は、該受信品質特性データを加味してウエイトの選択を行う。図１０は、この第５のウエイト選択方法の手順を示すフローチャートである。この図１０に示す方法では、受信品質特性としてＳＩＮＲを使用し、上記図８の第４の選択方法と組み合わせている。
【００５１】
図１０において、先ず、受信品質特性（ＳＩＮＲ）が測定される（ステップＳ２１）。次いで、ウエイト選択部３２は、測定結果のＳＩＮＲと所定の閾値Ｔｈを比較し（ステップＳ２２）、ＳＩＮＲが閾値Ｔｈより小さければ、ウエイトｗｍ1〜ｗｍNをウエイトｗｓ1〜ｗｓNとして選択する（ステップＳ２３）。一方、ＳＩＮＲが閾値Ｔｈより小さくなければ、２乗誤差ｅと２乗誤差ｅｍを比較する（ステップＳ２４）。そして、２乗誤差ｅが２乗誤差ｅｍより大きければウエイトｗｍ1〜ｗｍNをウエイトｗｓ1〜ｗｓNとして選択する（ステップＳ２３）。
【００５２】
一方、２乗誤差ｅが２乗誤差ｅｍより大きくなければウエイトｗ1〜ｗNをウエイトｗｓ1〜ｗｓNとして選択する（ステップＳ２５）。そして、ウエイト／２乗誤差保存部３１が、該選択されたウエイトｗ1〜ｗNをウエイトｗｍ1〜ｗｍNとして保存し（ステップＳ２６）、さらに、該選択されたウエイトｗ1〜ｗNの２乗誤差ｅを２乗誤差ｅｍとして保存する（ステップＳ２７）。
【００５３】
なお、上記した図９に示す第４の実施形態においては、上記した第３の実施形態と同様に、適応信号処理のウエイト初期値として、直前のトレーニング信号に基づく適応信号処理の区間で最終的に算出されたウエイトｗ1〜ｗNを使用するようにしてもよく、あるいは、ウエイト選択部３２でウエイトｗｓ1〜ｗｓNとして選択されたウエイトｗ1〜ｗNを使用するようにしてもよい。
【００５４】
以上、本発明の実施形態を図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。例えば、受信処理に使用された最適なウエイトを送信用の指向性パターンの形成に用いるようにしてもよい。
【００５５】
本実施形態によれば、以下に示される様々な効果が得られる。
本実施形態によれば、回路の構成が簡単であり、また、ＭＭＳＥベースの各種の適応アルゴリズムに対して適用できるとともに、通信品質の改善効果が期待でき、且つ既に実際の装置に備わる回路構成との流用が可能である。
【００５６】
また、適応信号処理のウエイト初期値として、最適なウエイト、例えば、直前のトレーニング信号に基づく適応信号処理の区間で最終的に算出されたウエイトｗ1〜ｗN、あるいは、ウエイト選択部３２でウエイトｗｓ1〜ｗｓNとして選択されたウエイトｗ1〜ｗNが使用できるので、最適値に収束するまでに多くの更新回数を要するＬＭＳアルゴリズムであってもその収束速度が速められるので、ＲＬＳアルゴリズムなど他のＭＭＳＥベースの適応アルゴリズムに比べて回路構成が簡単で、且つ演算負荷も少ないというＬＭＳアルゴリズムの利点を活用しつつ、受信品質特性の向上を図ることができる。
【００５７】
また、受信電力の変動により収束が遅くなる適応アルゴリズム、例えばＬＭＳアルゴリズムでは、移動通信のように受信電力が変動する無線伝播環境において、その収束速度が遅くなるが、バースト受信のトレーニング信号間にも適応信号処理が続行されるので、最適なウエイトに収束する可能性が高くなり、受信品質特性が早期に改善されるという効果が得られる。
【００５８】
また、複製トレーニング信号による適用信号処理の過程で算出されたウエイトをデータ信号に随時適用することができるので、受信品質特性がさらに改善されるという効果が得られる。
【００５９】
また、回路構成上、適応信号処理の演算速度が低速となる場合であっても、連続して適応信号処理が実行可能であるので、最適なウエイトに収束する可能性が高くなる。
【００６０】
なお、本発明のアダプティブアレーアンテナシステムは、無線基地局や移動局などの無線装置に適用することができる。これにより、無線装置において、適切な指向性パターンによる無線信号の受信または送信が可能となり、通信品質が向上する。移動局としては、携帯電話機等の携帯型の無線端末や、自動車電話機等の移動物体に搭載される無線端末などがある。また、トレーニング信号がバースト的に送信される各種の無線通信方式、例えばＴＤＭＡ（Time Division Multiple Access）方式や、「cdma2000 lxEV-DO」と呼ばれるＣＤＭＡ方式等で採用されているＨＲＰＤ（High Rate Packet Data）方式などに適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】本発明の第１の実施形態によるアダプティブアレーアンテナシステムの構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の実施形態に係るトレーニング信号の供給方法を説明するための概念図である。
【図３】本発明の第２の実施形態によるアダプティブアレーアンテナシステムの構成を示すブロック図である。
【図４】本発明の第２の実施形態に係るウエイト選択方法を説明するための概念図である。
【図５】本発明の第２の実施形態に係るウエイト選択方法を説明するための概念図である。
【図６】本発明の第３の実施形態によるアダプティブアレーアンテナシステムの構成を示すブロック図である。
【図７】本発明の第３の実施形態に係るウエイト選択方法の手順を示すフローチャートである。
【図８】本発明の第３の実施形態に係るウエイト選択方法の手順を示すフローチャートである。
【図９】本発明の第４の実施形態によるアダプティブアレーアンテナシステムの構成を示すブロック図である。
【図１０】本発明の第３の実施形態に係るウエイト選択方法の手順を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００６２】
１−１〜Ｎ…アンテナ素子、２…無線送受信部、３…適応信号処理部、４，２２…信号合成部、５…トレーニング信号保存部、６…トレーニング信号供給部、７…参照信号生成部、２１…ウエイト保存部、３１…ウエイト／２乗誤差保存部、３２…ウエイト選択部、４１…受信品質特性測定部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のアンテナ素子からなるアレーアンテナにより無線信号を受信し、この受信信号を前記アレーアンテナの指向性パターンを形成するための重み係数により重み付けするアダプティブアレーアンテナシステムにおいて、
前記受信信号に含まれるトレーニング信号を記憶する信号保存手段と、
適応信号処理により、前記受信信号に含まれるトレーニング信号から重み係数を算出する重み係数算出手段とを備え、
前記重み係数算出手段は、前記受信信号にトレーニング信号が含まれていない全期間において、前記信号保存手段で保存されているトレーニング信号を使用して重み係数の算出を行う
ことを特徴とするアダプティブアレーアンテナシステム。
【請求項２】
前記信号保存手段で保存されているトレーニング信号を前記重み係数算出手段に供給する信号供給手段と、
適応信号処理で使用されるトレーニング信号に対応する参照信号を生成する参照信号生成手段と、
を備えることを特徴とする請求項１に記載のアダプティブアレーアンテナシステム。
【請求項３】
前記重み係数算出手段で算出された重み係数を保存する保存手段と、
最適な重み係数を選択する重み係数選択手段と、
前記重み係数選択手段で選択された重み係数により前記受信信号を重み付けしてアレー
出力信号を生成する信号生成手段と、
を備えることを特徴とする請求項１に記載のアダプティブアレーアンテナシステム。
【請求項４】
前記重み係数選択手段は、同じトレーニング信号による適応信号処理区間における最終的な重み係数を最適な重み係数として選択することを特徴とする請求項３に記載のアダプティブアレーアンテナシステム。
【請求項５】
前記重み係数選択手段は、同じトレーニング信号による適応信号処理区間毎に、最終的な重み係数を最適な重み係数として選択することを特徴とする請求項３に記載のアダプティブアレーアンテナシステム。
【請求項６】
前記重み係数選択手段は、前記重み係数算出手段で算出された重み係数の中から、該重み係数の精度に基づいて最適な重み係数を選択することを特徴とする請求項３に記載のアダプティブアレーアンテナシステム。
【請求項７】
前記アレー出力信号から受信品質特性を測定する受信品質特性測定手段を備え、
前記重み係数選択手段は、前記受信品質特性測定手段の測定結果に基づいて最適な重み係数を選択することを特徴とする請求項３に記載のアダプティブアレーアンテナシステム。
【請求項８】
請求項１乃至請求項７のいずれかの項に記載のアダプティブアレーアンテナシステムを備え、前記アダプティブアレーアンテナシステムにより無線通信することを特徴とする無線装置。
【請求項９】
複数のアンテナ素子からなるアレーアンテナにより受信された信号の重み係数を算出する重み係数算出方法であって、
前記受信信号に含まれるトレーニング信号を記憶する信号保存過程と、
適応信号処理により、前記受信されたトレーニング信号から前記アレーアンテナの指向性パターンを形成するための重み係数を算出する第１の重み係数算出過程と、
前記受信信号にトレーニング信号が含まれていない全期間において、前記記憶されているトレーニング信号を使用して、適応信号処理により、前記第１の重み係数算出過程に引き続き重み係数の算出を行う第２の重み係数算出過程と、
を含むことを特徴とする重み係数算出方法。
【請求項１０】
前記第１の重み係数算出過程または前記第２の重み係数算出過程で算出された重み係数の内、最適な重み係数をアレー出力信号の生成用に選択する重み係数選択過程を含むことを特徴とする請求項９に記載の重み係数算出方法。
【請求項１】
複数のアンテナ素子からなるアレーアンテナにより無線信号を受信し、この受信信号を前記アレーアンテナの指向性パターンを形成するための重み係数により重み付けするアダプティブアレーアンテナシステムにおいて、
前記受信信号に含まれるトレーニング信号を記憶する信号保存手段と、
適応信号処理により、前記受信信号に含まれるトレーニング信号から重み係数を算出する重み係数算出手段とを備え、
前記重み係数算出手段は、前記受信信号にトレーニング信号が含まれていない全期間において、前記信号保存手段で保存されているトレーニング信号を使用して重み係数の算出を行う
ことを特徴とするアダプティブアレーアンテナシステム。
【請求項２】
前記信号保存手段で保存されているトレーニング信号を前記重み係数算出手段に供給する信号供給手段と、
適応信号処理で使用されるトレーニング信号に対応する参照信号を生成する参照信号生成手段と、
を備えることを特徴とする請求項１に記載のアダプティブアレーアンテナシステム。
【請求項３】
前記重み係数算出手段で算出された重み係数を保存する保存手段と、
最適な重み係数を選択する重み係数選択手段と、
前記重み係数選択手段で選択された重み係数により前記受信信号を重み付けしてアレー
出力信号を生成する信号生成手段と、
を備えることを特徴とする請求項１に記載のアダプティブアレーアンテナシステム。
【請求項４】
前記重み係数選択手段は、同じトレーニング信号による適応信号処理区間における最終的な重み係数を最適な重み係数として選択することを特徴とする請求項３に記載のアダプティブアレーアンテナシステム。
【請求項５】
前記重み係数選択手段は、同じトレーニング信号による適応信号処理区間毎に、最終的な重み係数を最適な重み係数として選択することを特徴とする請求項３に記載のアダプティブアレーアンテナシステム。
【請求項６】
前記重み係数選択手段は、前記重み係数算出手段で算出された重み係数の中から、該重み係数の精度に基づいて最適な重み係数を選択することを特徴とする請求項３に記載のアダプティブアレーアンテナシステム。
【請求項７】
前記アレー出力信号から受信品質特性を測定する受信品質特性測定手段を備え、
前記重み係数選択手段は、前記受信品質特性測定手段の測定結果に基づいて最適な重み係数を選択することを特徴とする請求項３に記載のアダプティブアレーアンテナシステム。
【請求項８】
請求項１乃至請求項７のいずれかの項に記載のアダプティブアレーアンテナシステムを備え、前記アダプティブアレーアンテナシステムにより無線通信することを特徴とする無線装置。
【請求項９】
複数のアンテナ素子からなるアレーアンテナにより受信された信号の重み係数を算出する重み係数算出方法であって、
前記受信信号に含まれるトレーニング信号を記憶する信号保存過程と、
適応信号処理により、前記受信されたトレーニング信号から前記アレーアンテナの指向性パターンを形成するための重み係数を算出する第１の重み係数算出過程と、
前記受信信号にトレーニング信号が含まれていない全期間において、前記記憶されているトレーニング信号を使用して、適応信号処理により、前記第１の重み係数算出過程に引き続き重み係数の算出を行う第２の重み係数算出過程と、
を含むことを特徴とする重み係数算出方法。
【請求項１０】
前記第１の重み係数算出過程または前記第２の重み係数算出過程で算出された重み係数の内、最適な重み係数をアレー出力信号の生成用に選択する重み係数選択過程を含むことを特徴とする請求項９に記載の重み係数算出方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２００７−２９５６２３（Ｐ２００７−２９５６２３Ａ）
【公開日】平成１９年１１月８日（２００７．１１．８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−１９０９６４（Ｐ２００７−１９０９６４）
【出願日】平成１９年７月２３日（２００７．７．２３）
【分割の表示】特願２００３−１１９８６６（Ｐ２００３−１１９８６６）の分割
【原出願日】平成１５年４月２４日（２００３．４．２４）
【出願人】（０００００６６３３）京セラ株式会社 (13,660)
【出願人】（０００２０８８９１）ＫＤＤＩ株式会社 (2,700)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年１１月８日（２００７．１１．８）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年７月２３日（２００７．７．２３）
【分割の表示】特願２００３−１１９８６６（Ｐ２００３−１１９８６６）の分割
【原出願日】平成１５年４月２４日（２００３．４．２４）
【出願人】（０００００６６３３）京セラ株式会社 (13,660)
【出願人】（０００２０８８９１）ＫＤＤＩ株式会社 (2,700)
【Ｆターム（参考）】
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