空間角度広がり推定方法および受信装置
【課題】アレーアンテナを構成する複数のアンテナ素子の配置の仕方に影響されることなく、空間角度広がりの推定精度を良好に保つことを図る。
【解決手段】アレーアンテナによって受信されたＮ個の受信信号についての相関をそれぞれ求めて、Ｎ２個の要素を持つ相関行列を算出する相関行列算出回路１２１と、該相関行列を固有値分解して、アレーアンテナ素子数（Ｎ個）の固有値と、その各固有値に対応する固有ベクトルを算出する固有値分解回路１３１と、該固有値及び固有ベクトルから到来方向を算出する到来方向推定部１４１と、該固有値及び到来方向に基づき、所定の空間角度広がり関数から空間角度広がりを算出する空間角度広がり推定部１５１と、を備え、該空間角度広がり関数は、アレーアンテナの受信信号に係る相関行列の固有値に基づく値と、到来方向とを変数にもち、空間角度広がりを与える関数であることを特徴とする。
【解決手段】アレーアンテナによって受信されたＮ個の受信信号についての相関をそれぞれ求めて、Ｎ２個の要素を持つ相関行列を算出する相関行列算出回路１２１と、該相関行列を固有値分解して、アレーアンテナ素子数（Ｎ個）の固有値と、その各固有値に対応する固有ベクトルを算出する固有値分解回路１３１と、該固有値及び固有ベクトルから到来方向を算出する到来方向推定部１４１と、該固有値及び到来方向に基づき、所定の空間角度広がり関数から空間角度広がりを算出する空間角度広がり推定部１５１と、を備え、該空間角度広がり関数は、アレーアンテナの受信信号に係る相関行列の固有値に基づく値と、到来方向とを変数にもち、空間角度広がりを与える関数であることを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電波伝搬路の空間角度広がりを推定する方法および受信装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、複数のアンテナ素子から構成されるアレーアンテナを用いて適応的にビームパターンを制御するアダプティブアレーアンテナ技術が、無線通信技術に適用されている。その適用においては、無線通信局間の電波伝搬路（以下、単に「伝搬路」と称する）の空間特性が重要となる。陸上移動通信の場合、基地局のアンテナ高は、カバレッジエリアを広く確保することを目的に周辺の建物より高い場所に設置されるため、基地局から送信された電波は移動局周辺の建物等で反射および回折して移動局で受信される。そのため、伝搬路の空間特性は、移動局方向を中心として空間的に広がりをもち、統計的な中心到来方向（平均）および空間角度広がり（分散）で定義される。
【０００３】
伝搬路の空間特性のうち、到来方向の推定方法に関しては、アレーアンテナを用いたビームフォーマ法、MUSIC法およびESPRIT法などが知られている。また、空間角度広がりの推定方法については、例えば特許文献１に記載される方法が知られている。特許文献１に記載される空間角度広がりの推定方法では、アレーアンテナの各アンテナ素子で受信した信号間の相関値を行列にした相関行列を用い、固有値分解して得られる固有値から空間角度広がりの推定を行っている。
【特許文献１】特開２００４−８０６０４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、上述した従来の空間角度広がりの推定方法では、全方向に対して一様なビームパターンを形成することが可能なアレーアンテナを使用する場合には特に問題はないが、全方向に対して一様なビームパターンを形成することができないアレーアンテナを使用する場合には、推定精度が劣化するという問題がある。例えば、複数のアンテナ素子が同一円周上に配置される円形アレーアンテナのように、各方向に対してアンテナ素子の配置関係が一定である場合には、一様なビームパターンを形成することが可能である。しかしながら、複数のアンテナ素子が線形配置される線形アレーアンテナのように、各方向に対してアンテナ素子の配置関係が一定ではない場合には、一様なビームパターンを形成することはできない。
【０００５】
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、アレーアンテナを構成する複数のアンテナ素子の配置の仕方に影響されることなく、空間角度広がりの推定精度を良好に保つことのできる空間角度広がり推定方法および受信装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記の課題を解決するために、本発明に係る受信装置は、複数（Ｎ個）のアンテナ素子を有するアレーアンテナと、前記アレーアンテナによって受信されたＮ個の受信信号についての相関をそれぞれ求めて、Ｎ２個の要素を持つ相関行列を算出する相関行列算出手段と、前記相関行列を固有値分解して、アレーアンテナ素子数（Ｎ個）の固有値と、その各固有値に対応する固有ベクトルを算出する固有値分解手段と、前記固有値及び固有ベクトルから、到来方向を算出する到来方向推定手段と、前記固有値及び到来方向に基づき、所定の空間角度広がり関数から空間角度広がりを算出する空間角度広がり推定手段と、を備え、前記空間角度広がり関数は、前記アレーアンテナの受信信号に係る相関行列の固有値に基づく値と、到来方向とを変数にもち、空間角度広がりを与える関数であることを特徴とする。
【０００７】
本発明に係る受信装置においては、前記空間角度広がり関数に関し、前記アレーアンテナのアンテナ素子間の相対振幅及び相対位相と、到来方向及び空間角度広がりを変数とする任意な空間伝搬路の確率密度関数とに基づいて、空間角度広がり及び到来方向を変数にもつアレー受信信号ベクトル関数を算出し、前記アレー受信信号ベクトル関数から、空間角度広がり及び到来方向を変数にもち且つＮ２個の要素を持つ相関行列関数を算出し、前記相関行列関数から、固有値分解により、空間角度広がり及び到来方向を変数にもち且つアレーアンテナ素子数（Ｎ個）の固有値を要素にもつ固有値ベクトル関数を算出し、前記固有値ベクトル関数から、空間角度広がり及び到来方向を変数にもち該変数から前記固有値に基づく値を与える関数を算出し、前記固有値に基づく値を与える関数から、前記空間角度広がり関数が求められることを特徴とする。
【０００８】
本発明に係る受信装置においては、前記固有値に基づく値は、前記アレーアンテナ素子数（Ｎ個）の固有値のうち、最大の固有値と２番目に大きい固有値との比であることを特徴とする。
【０００９】
本発明に係る受信装置においては、前記固有値に基づく値は、前記アレーアンテナ素子数（Ｎ個）の固有値のうち、最大の固有値から最小固有値を減じた値と、２番目に大きい固有値から最小固有値を減じた値との比であることを特徴とする。
【００１０】
本発明に係る空間角度広がり推定方法は、複数（Ｎ個）のアンテナ素子を有するアレーアンテナの受信信号に係る相関行列の固有値に基づく値と、到来方向とを変数にもち、空間角度広がりを与える関数を算出する第１の過程と、前記アレーアンテナによって受信されたＮ個の受信信号についての相関をそれぞれ求めて、Ｎ２個の要素を持つ相関行列を算出する第２の過程と、前記相関行列を固有値分解して、アレーアンテナ素子数（Ｎ個）の固有値と、その各固有値に対応する固有ベクトルを算出する第３の過程と、前記固有値及び固有ベクトルから、到来方向を算出する第４の過程と、前記固有値及び到来方向に基づき、前記空間角度広がり関数から空間角度広がりを算出する第５の過程とを含むことを特徴とする。
【００１１】
本発明に係る空間角度広がり推定方法においては、前記第１の過程において、前記アレーアンテナのアンテナ素子間の相対振幅及び相対位相と、到来方向及び空間角度広がりを変数とする任意な空間伝搬路の確率密度関数とに基づいて、空間角度広がり及び到来方向を変数にもつアレー受信信号ベクトル関数を算出し、前記アレー受信信号ベクトル関数から、空間角度広がり及び到来方向を変数にもち且つＮ２個の要素を持つ相関行列関数を算出し、前記相関行列関数から、固有値分解により、空間角度広がり及び到来方向を変数にもち且つアレーアンテナ素子数（Ｎ個）の固有値を要素にもつ固有値ベクトル関数を算出し、前記固有値ベクトル関数から、空間角度広がり及び到来方向を変数にもち該変数から前記固有値に基づく値を与える関数を算出し、前記固有値に基づく値を与える関数から、前記空間角度広がり関数を求めることを特徴とする。
【００１２】
本発明に係る空間角度広がり推定方法においては、前記固有値に基づく値は、前記アレーアンテナ素子数（Ｎ個）の固有値のうち、最大の固有値と２番目に大きい固有値との比であることを特徴とする。
【００１３】
本発明に係る空間角度広がり推定方法においては、前記固有値に基づく値は、前記アレーアンテナ素子数（Ｎ個）の固有値のうち、最大の固有値から最小固有値を減じた値と、２番目に大きい固有値から最小固有値を減じた値との比であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、アレーアンテナを構成する複数のアンテナ素子の配置の仕方に影響されることなく、空間角度広がりの推定精度を良好に保つことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、図面を参照し、本発明の一実施形態について説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る空間角度広がり推定用受信装置１００の構成を示すブロック図である。
図１において、空間角度広がり推定用受信装置１００は、Ｎ個のアンテナ素子１０１から構成されるＮ素子アレーアンテナと、アンテナ素子１０１の各々に対応して設けられる直交復調器１１１と、相関行列算出回路１２１と、固有値分解回路１３１と、到来方向推定部１４１と、空間角度広がり推定部１５１とを備える。
【００１６】
各アンテナ素子１０１によって受信された信号は、それぞれ直交復調器１１１に入力され、直交復調された後に、複素信号として出力される。ここでは、その出力複素信号をまとめて、アレー受信信号ベクトルｙとする。
ｙ＝（ｙ1, ｙ2, ..., ｙN）
【００１７】
アレー受信信号ベクトルｙは、相関行列算出回路１２１に入力され、Ｎ２個の要素を持つ相関行列Ｒが算出される。相関行列Ｒのｉ行ｊ列目の要素ｒｉｊは、次式で求められる。但し、＊は、複素共役を表す。
ｒｉｊ ＝ ｙｉ ×ｙｊ＊
【００１８】
また、雑音電力の影響を軽減するため、最大パスと最小（雑音）パスの相関行列［ＭＤ］と［ＭＮ］を用いて、次式により実測相関行列ＲTrialを求めることもできる。この実測相関行列ＲTrialを以降の処理で相関行列Ｒとして使用してもよい。
ＲTrial＝（［ＭＤ］−［ＭＮ］）
【００１９】
相関行列算出回路１２１で算出された相関行列Ｒは、固有値分解回路１３１に入力され、固有値分解によりアレーアンテナ素子数（Ｎ個）の固有値を要素にもつ固有値ベクトルｅと、その各固有値に対応する固有ベクトル要素から成る固有ベクトル群ｖが算出される。
ｅ＝｛ｅ1, ｅ2, ..., ｅＮ｝
ｖ＝｛ｖ1, ｖ2, ..., ｖＮ｝
【００２０】
相関行列Ｒの固有値分解は、受信信号を空間的に分割する。その固有値の大きさは、それぞれ対応する固有ベクトルでビーム形成をした場合に取り込まれる受信信号成分の電力に対応する。基地局で受信される信号は、移動局方向を中心とした空間角度広がりを伴う伝搬路となる。
【００２１】
固有値分解回路１３１で算出された固有値ベクトルｅ及び固有ベクトル群ｖは、到来方向推定部１４１に入力され、到来方向推定値φが算出される。
【００２２】
また、固有値分解回路１３１で算出された固有値ベクトルｅと、到来方向推定部１４１で算出された到来方向推定値φとは、空間角度広がり推定部１５１に入力され、空間角度広がりが推定される。
【００２３】
以上において、Ｎ個のアレーアンテナ素子１０１の配置は、任意に設定させることができる。また、各アレーアンテナ素子１０１の出力から、相関行列算出回路１２１までの電気長は、等しくなるように調節されている必要がある。
【００２４】
図２は、図１に示す空間角度広がり推定部１５１の構成を示すブロック図である。
図２において、空間角度広がり推定部１５１は、第１・２固有値比算出回路２０１と、空間角度広がり推定値読出し回路２１１と、空間角度広がり関数ＡＳ（ＲＥＶ12，φ）記憶部２２１とを有する。
【００２５】
まず、固有値分解回路１３１から出力された固有値ベクトルｅは、第１・２固有値比算出回路２０１に入力される。第１・２固有値比算出回路２０１は、入力された固有値ベクトルｅから、最大固有値ｅ1st（以下「第１固有値」という）と２番目に大きい固有値ｅ2nd（以下「第２固有値」という）を抽出し、次式で与えられる第１・２固有値比ＲＥＶ12を算出する。
ＲＥＶ12 ＝ ｅ1st／ｅ2nd
【００２６】
また、ＲＥＶ12は、雑音電力の影響を取り除くため、最小固有値ｅminを用いて次のように算出することもできる。
ＲＥＶ12 ＝ （ｅ1st−ｅmin）／（ｅ2nd−ｅmin）
【００２７】
第１・２固有値比算出回路２０１で算出された第１・２固有値比ＲＥＶ12は、空間角度広がり推定値読出し回路２２１に入力される。また、到来方向推定部１４１から出力された到来方向推定値φは、空間角度広がり推定値読出し回路２２１に入力される。空間角度広がり推定値読出し回路２２１は、それら入力値（第１・２固有値比ＲＥＶ12及び到来方向推定値φ）に対応する空間角度広がり推定値を、空間角度広がり関数ＡＳ（ＲＥＶ12，φ）記憶部２２１から読み出す。到来方向推定値φ及び第１・２固有値比ＲＥＶ12を変数とする空間角度広がり関数ＡＳ（ＲＥＶ12，φ）は予め用意される。空間角度広がり関数ＡＳ（ＲＥＶ12，φ）記憶部２２１には、空間角度広がり関数ＡＳ（ＲＥＶ12，φ）が例えば関数表として予め記憶される。
【００２８】
これにより、相関行列Ｒから求めた第１固有値ｅ1stと第２固有値ｅ2ndの比ＲＥＶ12及び到来方向推定値φと、空間角度広がりとの関係を表す空間角度広がり関数ＡＳ（ＲＥＶ12，φ）から、空間角度広がり推定値を求めることができる。なお、第１固有値ｅ1stの固有ベクトルで形成されるビームパターンは、移動局方向にビームを形成する。また、第２固有値ｅ2ndの固有ベクトルでは、第１固有値ｅ1stに含まれない受信信号成分を受信するようにビーム形成するため、移動局方向にヌルを形成し、その周辺にビームを形成する。
【００２９】
次に、図３を参照して、空間角度広がり関数ＡＳ（ＲＥＶ12，φ）を求める方法を説明する。図３は、本実施形態に係る空間角度広がり関数ＡＳ（ＲＥＶ12，φ）を求める手順を示すフローチャートである。
【００３０】
ステップＳ３０１−１〜３；空間伝搬路確率密度関数は、送信点方向を中心として、空間角度広がり推定用受信装置１００の位置を中心とした到来方向θおよび空間角度広がりσを変数にもつ、任意な空間伝搬路の確率密度関数ａ(θ, σ，φ)を設定する。この確率密度関数ａ(θ, σ，φ)は空間角度広がりモデルを表す。また、φは空間角度広がりモデルの分布の平均方向であり、到来方向推定値に対応する。
【００３１】
ステップＳ３１１；ここで、到来方向θを変数にもつ受信周波数におけるＮ個のアンテナ素子１０１の放射特性関数をベクトルとした、アレーアンテナ放射特性関数ベクトルＤ（θ）を用いる。アレーアンテナ放射特性関数ベクトルＤ（θ）は、アンテナ素子単体の放射特性データをベクトル化した、到来方向θに対する関数である。アレーアンテナ放射特性関数ベクトルＤ（θ）は、アンテナ素子間の相対振幅及び相対位相の情報を有する。
Ｄ（θ）＝（ｄ1（θ），ｄ2（θ），...，ｄＮ（θ））
【００３２】
ステップＳ３２１；アレーアンテナ放射特性関数ベクトルＤ（θ）を用いて、空間角度広がりσ及び到来方向φを変数にもつアレー受信信号ベクトル関数ｙ’（σ，φ）を算出する。
ｙ’（σ，φ）＝（ｙ’1（σ，φ）,ｙ’2（σ，φ）, ... ,ｙ’Ｎ（σ，φ））
アレー受信信号ベクトル関数ｙ’（σ，φ）のｎ番目の要素ｙ’n（σ，φ）は、次式で求められる。
ｙ’n（σ，φ）＝∫θａn（θ, σ，φ）・ｄn（θ）ｄθ
【００３３】
ステップＳ３３１；次いで、その算出されたアレー受信信号ベクトル関数ｙ’（σ，φ）より、空間角度広がりσ及び到来方向φを変数にもち、且つＮ２個の要素を持つ相関行列関数Ｒ’（σ，φ）を算出する。相関行列関数Ｒ’（σ，φ）のｉ行ｊ列目の要素ｒ’ｉｊ（σ，φ）は、次式で求められる。
ｒ’ｉｊ（σ，φ） ＝ ｙ’ｉ（σ，φ）×ｙ’ｊ＊（σ，φ）
例えば、相関行列関数Ｒ’（σ，φ）は次式により与えられる。
【００３４】
【数１】
【００３５】
但し、Ａ（θ, σ，φ）は、空間特性の平均電力密度関数であり、移動局方向φを中心として正規分布型に広がるモデルを仮定する。また、Ｖ（θ）はアンテナ素子放射特性ベクトル関数である。
【００３６】
【数２】
【００３７】
但し、φは到来信号の中心方向を表す。
図４には、空間広がりモデルの例が示されている。図４において、空間広がりモデルは正規分布として表される。φは空間角度広がりモデルの分布の平均方向であり、到来方向推定値に対応する。アレーアンテナの特性が方向によって異なると、分布の平均（中心）方向φに対して空間角度広がり関数ＡＳが変わってくる。このことから、数２ではφを変数として持たせている。
【００３８】
ステップＳ３４１；その算出された相関行列関数Ｒ’（σ，φ）から、固有値分解により、空間角度広がりσ及び到来方向φを変数にもち且つアレーアンテナ素子数（Ｎ個）の固有値を要素にもつ固有値ベクトル関数ｅ’（σ，φ）を算出する。
ｅ’（σ，φ）＝（ｅ’1（σ，φ）,ｅ’2（σ，φ）, ... ,ｅ’Ｎ（σ，φ））
【００３９】
ステップＳ３５１；次いで、その算出された固有値ベクトル関数ｅ’（σ，φ）から、第１固有値関数ｅ’1st（σ，φ）と第２固有値関数ｅ’2nd（σ，φ）を抽出し、次式で与えられる空間角度広がりσ及び到来方向φを変数にもつ第１・２固有値比関数ＲＥＶ12’（σ，φ）を算出する。
ＲＥＶ12’（σ，φ） ＝ ｅ’1st（σ，φ）／ｅ’2nd（σ，φ）
【００４０】
ステップＳ３６１−１〜３；その算出した第１・２固有値比関数ＲＥＶ12’（σ，φ）は、空間角度広がりσ及び到来方向φを変数としている。これにより、第１・２固有値比関数ＲＥＶ12’（σ，φ）から、第１・２固有値比ＲＥＶ12を変数とすることにより、空間角度広がり関数ＡＳ（ＲＥＶ12，φ）を求めることができる。
【００４１】
次に、本実施形態に係る実験結果を説明する。
【００４２】
本実験では、１２個のアンテナ素子を水平面内に円形配置した１２素子水平面円形配置アレーアンテナ（円形アレー）と、３個のアンテナ素子を水平面内に線形配置した３素子水平面線形配置アレーアンテナ（線形アレー）とを試作した。そして、円形アレーと線形アレーのそれぞれについて、実測によりアンテナ素子放射特性ベクトル関数を求め、ビームパターン及び空間角度広がり関数を求めた。
【００４３】
図５には円形アレーのビームパターン形成例が示され、図６には線形アレーのビームパターン形成例が示されている。図５及び図６において、横軸が方向を示し、縦軸が最大ピークを基準とした相対利得を示す。図５及び図６には、到来方向が−４５度、−３０度、−１５度、０度の各場合の結果が示されている。
【００４４】
図５に示される円形アレーの場合には、到来方向によらず、ほぼ一定のビームパターンが形成されている。これに対して、図６に示される線形アレーの場合には、到来方向によってビームパターンのサイドローブが大きく変化している。
【００４５】
図７には円形アレーを用いた場合の空間角度広がり関数が示され、図８には線形アレーを用いた場合の空間角度広がり関数が示されている。図７及び図８において、横軸が空間角度広がりを示し、縦軸が第１・２固有値比ＲＥＶ12を示す。図７及び図８には、到来方向が−４５度、−３０度、−１５度、０度の各場合の結果が示されている。
【００４６】
図７に示されるように、円形アレーの場合には、到来方向によらず、空間角度広がりと第１・２固有値比ＲＥＶ12の関係は同一の関数で表される。これに対して、図８に示される線形アレーの場合には、到来方向によって空間角度広がりと第１・２固有値比ＲＥＶ12の関係が大きく変化している。つまり、線形アレーを用いる場合、図８の例では、到来方向０度に対応する空間角度広がり関数を代表して使用すると、例えば−４５度方向においては、実際には空間角度広がりが７度であるが４度と推定されることになり、誤差が生じる。
【００４７】
しかしながら、本実施形態によれば、到来方向に応じた空間角度広がり関数を予め用意し、到来方向及び第１・２固有値比を変数として空間角度広がり推定値を求めるので、線形アレーのように方向に対してビーム形成が不均一となるアンテナを用いる場合においても、空間角度広がりを高精度に推定することができる。
【００４８】
上述したように本実施形態によれば、到来方向に応じた空間角度広がり関数を用いることによって、線形アレーのように方向に対してビーム形成が不均一となるアンテナを用いる場合においても、空間角度広がりを高精度に推定することができる。これにより、アレーアンテナを構成する複数のアンテナ素子の配置の仕方に影響されることなく、空間角度広がりの推定精度を良好に保つことができ、空間角度広がり推定値を用いたアレーアンテナ指向性制御の精度向上に寄与することが可能になる。
【００４９】
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、本発明はセルラー基地局に適用することで、時間および周波数とは独立した空間（ビームパターン）を用いた多元接続（空間分割多元接続）を実現することが可能となり、周波数利用効率が改善されるという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】本発明の一実施形態に係る空間角度広がり推定用受信装置１００の構成を示すブロック図である。
【図２】図１に示す空間角度広がり推定部１５１の構成を示すブロック図である。
【図３】本発明の一実施形態に係る空間角度広がり関数ＡＳ（ＲＥＶ12，φ）を求める手順を示すフローチャートである。
【図４】本発明の一実施形態に係る空間広がりモデルの例を示すグラフ図である。
【図５】本発明の一実施形態に係る実験結果を示すグラフ図である。
【図６】本発明の一実施形態に係る実験結果を示すグラフ図である。
【図７】本発明の一実施形態に係る実験結果を示すグラフ図である。
【図８】本発明の一実施形態に係る実験結果を示すグラフ図である。
【符号の説明】
【００５１】
１００…空間角度広がり推定用受信装置、１０１…アンテナ素子、１１１…直交復調器、１２１…相関行列算出回路、１３１…固有値分解回路、１４１…到来方向推定部、１５１…空間角度広がり推定部、２０１…第１・２固有値比算出回路、２１１…空間角度広がり推定値読出し回路、２２１…空間角度広がり関数ＡＳ（ＲＥＶ12，φ）記憶部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電波伝搬路の空間角度広がりを推定する方法および受信装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、複数のアンテナ素子から構成されるアレーアンテナを用いて適応的にビームパターンを制御するアダプティブアレーアンテナ技術が、無線通信技術に適用されている。その適用においては、無線通信局間の電波伝搬路（以下、単に「伝搬路」と称する）の空間特性が重要となる。陸上移動通信の場合、基地局のアンテナ高は、カバレッジエリアを広く確保することを目的に周辺の建物より高い場所に設置されるため、基地局から送信された電波は移動局周辺の建物等で反射および回折して移動局で受信される。そのため、伝搬路の空間特性は、移動局方向を中心として空間的に広がりをもち、統計的な中心到来方向（平均）および空間角度広がり（分散）で定義される。
【０００３】
伝搬路の空間特性のうち、到来方向の推定方法に関しては、アレーアンテナを用いたビームフォーマ法、MUSIC法およびESPRIT法などが知られている。また、空間角度広がりの推定方法については、例えば特許文献１に記載される方法が知られている。特許文献１に記載される空間角度広がりの推定方法では、アレーアンテナの各アンテナ素子で受信した信号間の相関値を行列にした相関行列を用い、固有値分解して得られる固有値から空間角度広がりの推定を行っている。
【特許文献１】特開２００４−８０６０４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、上述した従来の空間角度広がりの推定方法では、全方向に対して一様なビームパターンを形成することが可能なアレーアンテナを使用する場合には特に問題はないが、全方向に対して一様なビームパターンを形成することができないアレーアンテナを使用する場合には、推定精度が劣化するという問題がある。例えば、複数のアンテナ素子が同一円周上に配置される円形アレーアンテナのように、各方向に対してアンテナ素子の配置関係が一定である場合には、一様なビームパターンを形成することが可能である。しかしながら、複数のアンテナ素子が線形配置される線形アレーアンテナのように、各方向に対してアンテナ素子の配置関係が一定ではない場合には、一様なビームパターンを形成することはできない。
【０００５】
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、アレーアンテナを構成する複数のアンテナ素子の配置の仕方に影響されることなく、空間角度広がりの推定精度を良好に保つことのできる空間角度広がり推定方法および受信装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記の課題を解決するために、本発明に係る受信装置は、複数（Ｎ個）のアンテナ素子を有するアレーアンテナと、前記アレーアンテナによって受信されたＮ個の受信信号についての相関をそれぞれ求めて、Ｎ２個の要素を持つ相関行列を算出する相関行列算出手段と、前記相関行列を固有値分解して、アレーアンテナ素子数（Ｎ個）の固有値と、その各固有値に対応する固有ベクトルを算出する固有値分解手段と、前記固有値及び固有ベクトルから、到来方向を算出する到来方向推定手段と、前記固有値及び到来方向に基づき、所定の空間角度広がり関数から空間角度広がりを算出する空間角度広がり推定手段と、を備え、前記空間角度広がり関数は、前記アレーアンテナの受信信号に係る相関行列の固有値に基づく値と、到来方向とを変数にもち、空間角度広がりを与える関数であることを特徴とする。
【０００７】
本発明に係る受信装置においては、前記空間角度広がり関数に関し、前記アレーアンテナのアンテナ素子間の相対振幅及び相対位相と、到来方向及び空間角度広がりを変数とする任意な空間伝搬路の確率密度関数とに基づいて、空間角度広がり及び到来方向を変数にもつアレー受信信号ベクトル関数を算出し、前記アレー受信信号ベクトル関数から、空間角度広がり及び到来方向を変数にもち且つＮ２個の要素を持つ相関行列関数を算出し、前記相関行列関数から、固有値分解により、空間角度広がり及び到来方向を変数にもち且つアレーアンテナ素子数（Ｎ個）の固有値を要素にもつ固有値ベクトル関数を算出し、前記固有値ベクトル関数から、空間角度広がり及び到来方向を変数にもち該変数から前記固有値に基づく値を与える関数を算出し、前記固有値に基づく値を与える関数から、前記空間角度広がり関数が求められることを特徴とする。
【０００８】
本発明に係る受信装置においては、前記固有値に基づく値は、前記アレーアンテナ素子数（Ｎ個）の固有値のうち、最大の固有値と２番目に大きい固有値との比であることを特徴とする。
【０００９】
本発明に係る受信装置においては、前記固有値に基づく値は、前記アレーアンテナ素子数（Ｎ個）の固有値のうち、最大の固有値から最小固有値を減じた値と、２番目に大きい固有値から最小固有値を減じた値との比であることを特徴とする。
【００１０】
本発明に係る空間角度広がり推定方法は、複数（Ｎ個）のアンテナ素子を有するアレーアンテナの受信信号に係る相関行列の固有値に基づく値と、到来方向とを変数にもち、空間角度広がりを与える関数を算出する第１の過程と、前記アレーアンテナによって受信されたＮ個の受信信号についての相関をそれぞれ求めて、Ｎ２個の要素を持つ相関行列を算出する第２の過程と、前記相関行列を固有値分解して、アレーアンテナ素子数（Ｎ個）の固有値と、その各固有値に対応する固有ベクトルを算出する第３の過程と、前記固有値及び固有ベクトルから、到来方向を算出する第４の過程と、前記固有値及び到来方向に基づき、前記空間角度広がり関数から空間角度広がりを算出する第５の過程とを含むことを特徴とする。
【００１１】
本発明に係る空間角度広がり推定方法においては、前記第１の過程において、前記アレーアンテナのアンテナ素子間の相対振幅及び相対位相と、到来方向及び空間角度広がりを変数とする任意な空間伝搬路の確率密度関数とに基づいて、空間角度広がり及び到来方向を変数にもつアレー受信信号ベクトル関数を算出し、前記アレー受信信号ベクトル関数から、空間角度広がり及び到来方向を変数にもち且つＮ２個の要素を持つ相関行列関数を算出し、前記相関行列関数から、固有値分解により、空間角度広がり及び到来方向を変数にもち且つアレーアンテナ素子数（Ｎ個）の固有値を要素にもつ固有値ベクトル関数を算出し、前記固有値ベクトル関数から、空間角度広がり及び到来方向を変数にもち該変数から前記固有値に基づく値を与える関数を算出し、前記固有値に基づく値を与える関数から、前記空間角度広がり関数を求めることを特徴とする。
【００１２】
本発明に係る空間角度広がり推定方法においては、前記固有値に基づく値は、前記アレーアンテナ素子数（Ｎ個）の固有値のうち、最大の固有値と２番目に大きい固有値との比であることを特徴とする。
【００１３】
本発明に係る空間角度広がり推定方法においては、前記固有値に基づく値は、前記アレーアンテナ素子数（Ｎ個）の固有値のうち、最大の固有値から最小固有値を減じた値と、２番目に大きい固有値から最小固有値を減じた値との比であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、アレーアンテナを構成する複数のアンテナ素子の配置の仕方に影響されることなく、空間角度広がりの推定精度を良好に保つことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、図面を参照し、本発明の一実施形態について説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る空間角度広がり推定用受信装置１００の構成を示すブロック図である。
図１において、空間角度広がり推定用受信装置１００は、Ｎ個のアンテナ素子１０１から構成されるＮ素子アレーアンテナと、アンテナ素子１０１の各々に対応して設けられる直交復調器１１１と、相関行列算出回路１２１と、固有値分解回路１３１と、到来方向推定部１４１と、空間角度広がり推定部１５１とを備える。
【００１６】
各アンテナ素子１０１によって受信された信号は、それぞれ直交復調器１１１に入力され、直交復調された後に、複素信号として出力される。ここでは、その出力複素信号をまとめて、アレー受信信号ベクトルｙとする。
ｙ＝（ｙ1, ｙ2, ..., ｙN）
【００１７】
アレー受信信号ベクトルｙは、相関行列算出回路１２１に入力され、Ｎ２個の要素を持つ相関行列Ｒが算出される。相関行列Ｒのｉ行ｊ列目の要素ｒｉｊは、次式で求められる。但し、＊は、複素共役を表す。
ｒｉｊ ＝ ｙｉ ×ｙｊ＊
【００１８】
また、雑音電力の影響を軽減するため、最大パスと最小（雑音）パスの相関行列［ＭＤ］と［ＭＮ］を用いて、次式により実測相関行列ＲTrialを求めることもできる。この実測相関行列ＲTrialを以降の処理で相関行列Ｒとして使用してもよい。
ＲTrial＝（［ＭＤ］−［ＭＮ］）
【００１９】
相関行列算出回路１２１で算出された相関行列Ｒは、固有値分解回路１３１に入力され、固有値分解によりアレーアンテナ素子数（Ｎ個）の固有値を要素にもつ固有値ベクトルｅと、その各固有値に対応する固有ベクトル要素から成る固有ベクトル群ｖが算出される。
ｅ＝｛ｅ1, ｅ2, ..., ｅＮ｝
ｖ＝｛ｖ1, ｖ2, ..., ｖＮ｝
【００２０】
相関行列Ｒの固有値分解は、受信信号を空間的に分割する。その固有値の大きさは、それぞれ対応する固有ベクトルでビーム形成をした場合に取り込まれる受信信号成分の電力に対応する。基地局で受信される信号は、移動局方向を中心とした空間角度広がりを伴う伝搬路となる。
【００２１】
固有値分解回路１３１で算出された固有値ベクトルｅ及び固有ベクトル群ｖは、到来方向推定部１４１に入力され、到来方向推定値φが算出される。
【００２２】
また、固有値分解回路１３１で算出された固有値ベクトルｅと、到来方向推定部１４１で算出された到来方向推定値φとは、空間角度広がり推定部１５１に入力され、空間角度広がりが推定される。
【００２３】
以上において、Ｎ個のアレーアンテナ素子１０１の配置は、任意に設定させることができる。また、各アレーアンテナ素子１０１の出力から、相関行列算出回路１２１までの電気長は、等しくなるように調節されている必要がある。
【００２４】
図２は、図１に示す空間角度広がり推定部１５１の構成を示すブロック図である。
図２において、空間角度広がり推定部１５１は、第１・２固有値比算出回路２０１と、空間角度広がり推定値読出し回路２１１と、空間角度広がり関数ＡＳ（ＲＥＶ12，φ）記憶部２２１とを有する。
【００２５】
まず、固有値分解回路１３１から出力された固有値ベクトルｅは、第１・２固有値比算出回路２０１に入力される。第１・２固有値比算出回路２０１は、入力された固有値ベクトルｅから、最大固有値ｅ1st（以下「第１固有値」という）と２番目に大きい固有値ｅ2nd（以下「第２固有値」という）を抽出し、次式で与えられる第１・２固有値比ＲＥＶ12を算出する。
ＲＥＶ12 ＝ ｅ1st／ｅ2nd
【００２６】
また、ＲＥＶ12は、雑音電力の影響を取り除くため、最小固有値ｅminを用いて次のように算出することもできる。
ＲＥＶ12 ＝ （ｅ1st−ｅmin）／（ｅ2nd−ｅmin）
【００２７】
第１・２固有値比算出回路２０１で算出された第１・２固有値比ＲＥＶ12は、空間角度広がり推定値読出し回路２２１に入力される。また、到来方向推定部１４１から出力された到来方向推定値φは、空間角度広がり推定値読出し回路２２１に入力される。空間角度広がり推定値読出し回路２２１は、それら入力値（第１・２固有値比ＲＥＶ12及び到来方向推定値φ）に対応する空間角度広がり推定値を、空間角度広がり関数ＡＳ（ＲＥＶ12，φ）記憶部２２１から読み出す。到来方向推定値φ及び第１・２固有値比ＲＥＶ12を変数とする空間角度広がり関数ＡＳ（ＲＥＶ12，φ）は予め用意される。空間角度広がり関数ＡＳ（ＲＥＶ12，φ）記憶部２２１には、空間角度広がり関数ＡＳ（ＲＥＶ12，φ）が例えば関数表として予め記憶される。
【００２８】
これにより、相関行列Ｒから求めた第１固有値ｅ1stと第２固有値ｅ2ndの比ＲＥＶ12及び到来方向推定値φと、空間角度広がりとの関係を表す空間角度広がり関数ＡＳ（ＲＥＶ12，φ）から、空間角度広がり推定値を求めることができる。なお、第１固有値ｅ1stの固有ベクトルで形成されるビームパターンは、移動局方向にビームを形成する。また、第２固有値ｅ2ndの固有ベクトルでは、第１固有値ｅ1stに含まれない受信信号成分を受信するようにビーム形成するため、移動局方向にヌルを形成し、その周辺にビームを形成する。
【００２９】
次に、図３を参照して、空間角度広がり関数ＡＳ（ＲＥＶ12，φ）を求める方法を説明する。図３は、本実施形態に係る空間角度広がり関数ＡＳ（ＲＥＶ12，φ）を求める手順を示すフローチャートである。
【００３０】
ステップＳ３０１−１〜３；空間伝搬路確率密度関数は、送信点方向を中心として、空間角度広がり推定用受信装置１００の位置を中心とした到来方向θおよび空間角度広がりσを変数にもつ、任意な空間伝搬路の確率密度関数ａ(θ, σ，φ)を設定する。この確率密度関数ａ(θ, σ，φ)は空間角度広がりモデルを表す。また、φは空間角度広がりモデルの分布の平均方向であり、到来方向推定値に対応する。
【００３１】
ステップＳ３１１；ここで、到来方向θを変数にもつ受信周波数におけるＮ個のアンテナ素子１０１の放射特性関数をベクトルとした、アレーアンテナ放射特性関数ベクトルＤ（θ）を用いる。アレーアンテナ放射特性関数ベクトルＤ（θ）は、アンテナ素子単体の放射特性データをベクトル化した、到来方向θに対する関数である。アレーアンテナ放射特性関数ベクトルＤ（θ）は、アンテナ素子間の相対振幅及び相対位相の情報を有する。
Ｄ（θ）＝（ｄ1（θ），ｄ2（θ），...，ｄＮ（θ））
【００３２】
ステップＳ３２１；アレーアンテナ放射特性関数ベクトルＤ（θ）を用いて、空間角度広がりσ及び到来方向φを変数にもつアレー受信信号ベクトル関数ｙ’（σ，φ）を算出する。
ｙ’（σ，φ）＝（ｙ’1（σ，φ）,ｙ’2（σ，φ）, ... ,ｙ’Ｎ（σ，φ））
アレー受信信号ベクトル関数ｙ’（σ，φ）のｎ番目の要素ｙ’n（σ，φ）は、次式で求められる。
ｙ’n（σ，φ）＝∫θａn（θ, σ，φ）・ｄn（θ）ｄθ
【００３３】
ステップＳ３３１；次いで、その算出されたアレー受信信号ベクトル関数ｙ’（σ，φ）より、空間角度広がりσ及び到来方向φを変数にもち、且つＮ２個の要素を持つ相関行列関数Ｒ’（σ，φ）を算出する。相関行列関数Ｒ’（σ，φ）のｉ行ｊ列目の要素ｒ’ｉｊ（σ，φ）は、次式で求められる。
ｒ’ｉｊ（σ，φ） ＝ ｙ’ｉ（σ，φ）×ｙ’ｊ＊（σ，φ）
例えば、相関行列関数Ｒ’（σ，φ）は次式により与えられる。
【００３４】
【数１】
【００３５】
但し、Ａ（θ, σ，φ）は、空間特性の平均電力密度関数であり、移動局方向φを中心として正規分布型に広がるモデルを仮定する。また、Ｖ（θ）はアンテナ素子放射特性ベクトル関数である。
【００３６】
【数２】
【００３７】
但し、φは到来信号の中心方向を表す。
図４には、空間広がりモデルの例が示されている。図４において、空間広がりモデルは正規分布として表される。φは空間角度広がりモデルの分布の平均方向であり、到来方向推定値に対応する。アレーアンテナの特性が方向によって異なると、分布の平均（中心）方向φに対して空間角度広がり関数ＡＳが変わってくる。このことから、数２ではφを変数として持たせている。
【００３８】
ステップＳ３４１；その算出された相関行列関数Ｒ’（σ，φ）から、固有値分解により、空間角度広がりσ及び到来方向φを変数にもち且つアレーアンテナ素子数（Ｎ個）の固有値を要素にもつ固有値ベクトル関数ｅ’（σ，φ）を算出する。
ｅ’（σ，φ）＝（ｅ’1（σ，φ）,ｅ’2（σ，φ）, ... ,ｅ’Ｎ（σ，φ））
【００３９】
ステップＳ３５１；次いで、その算出された固有値ベクトル関数ｅ’（σ，φ）から、第１固有値関数ｅ’1st（σ，φ）と第２固有値関数ｅ’2nd（σ，φ）を抽出し、次式で与えられる空間角度広がりσ及び到来方向φを変数にもつ第１・２固有値比関数ＲＥＶ12’（σ，φ）を算出する。
ＲＥＶ12’（σ，φ） ＝ ｅ’1st（σ，φ）／ｅ’2nd（σ，φ）
【００４０】
ステップＳ３６１−１〜３；その算出した第１・２固有値比関数ＲＥＶ12’（σ，φ）は、空間角度広がりσ及び到来方向φを変数としている。これにより、第１・２固有値比関数ＲＥＶ12’（σ，φ）から、第１・２固有値比ＲＥＶ12を変数とすることにより、空間角度広がり関数ＡＳ（ＲＥＶ12，φ）を求めることができる。
【００４１】
次に、本実施形態に係る実験結果を説明する。
【００４２】
本実験では、１２個のアンテナ素子を水平面内に円形配置した１２素子水平面円形配置アレーアンテナ（円形アレー）と、３個のアンテナ素子を水平面内に線形配置した３素子水平面線形配置アレーアンテナ（線形アレー）とを試作した。そして、円形アレーと線形アレーのそれぞれについて、実測によりアンテナ素子放射特性ベクトル関数を求め、ビームパターン及び空間角度広がり関数を求めた。
【００４３】
図５には円形アレーのビームパターン形成例が示され、図６には線形アレーのビームパターン形成例が示されている。図５及び図６において、横軸が方向を示し、縦軸が最大ピークを基準とした相対利得を示す。図５及び図６には、到来方向が−４５度、−３０度、−１５度、０度の各場合の結果が示されている。
【００４４】
図５に示される円形アレーの場合には、到来方向によらず、ほぼ一定のビームパターンが形成されている。これに対して、図６に示される線形アレーの場合には、到来方向によってビームパターンのサイドローブが大きく変化している。
【００４５】
図７には円形アレーを用いた場合の空間角度広がり関数が示され、図８には線形アレーを用いた場合の空間角度広がり関数が示されている。図７及び図８において、横軸が空間角度広がりを示し、縦軸が第１・２固有値比ＲＥＶ12を示す。図７及び図８には、到来方向が−４５度、−３０度、−１５度、０度の各場合の結果が示されている。
【００４６】
図７に示されるように、円形アレーの場合には、到来方向によらず、空間角度広がりと第１・２固有値比ＲＥＶ12の関係は同一の関数で表される。これに対して、図８に示される線形アレーの場合には、到来方向によって空間角度広がりと第１・２固有値比ＲＥＶ12の関係が大きく変化している。つまり、線形アレーを用いる場合、図８の例では、到来方向０度に対応する空間角度広がり関数を代表して使用すると、例えば−４５度方向においては、実際には空間角度広がりが７度であるが４度と推定されることになり、誤差が生じる。
【００４７】
しかしながら、本実施形態によれば、到来方向に応じた空間角度広がり関数を予め用意し、到来方向及び第１・２固有値比を変数として空間角度広がり推定値を求めるので、線形アレーのように方向に対してビーム形成が不均一となるアンテナを用いる場合においても、空間角度広がりを高精度に推定することができる。
【００４８】
上述したように本実施形態によれば、到来方向に応じた空間角度広がり関数を用いることによって、線形アレーのように方向に対してビーム形成が不均一となるアンテナを用いる場合においても、空間角度広がりを高精度に推定することができる。これにより、アレーアンテナを構成する複数のアンテナ素子の配置の仕方に影響されることなく、空間角度広がりの推定精度を良好に保つことができ、空間角度広がり推定値を用いたアレーアンテナ指向性制御の精度向上に寄与することが可能になる。
【００４９】
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、本発明はセルラー基地局に適用することで、時間および周波数とは独立した空間（ビームパターン）を用いた多元接続（空間分割多元接続）を実現することが可能となり、周波数利用効率が改善されるという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】本発明の一実施形態に係る空間角度広がり推定用受信装置１００の構成を示すブロック図である。
【図２】図１に示す空間角度広がり推定部１５１の構成を示すブロック図である。
【図３】本発明の一実施形態に係る空間角度広がり関数ＡＳ（ＲＥＶ12，φ）を求める手順を示すフローチャートである。
【図４】本発明の一実施形態に係る空間広がりモデルの例を示すグラフ図である。
【図５】本発明の一実施形態に係る実験結果を示すグラフ図である。
【図６】本発明の一実施形態に係る実験結果を示すグラフ図である。
【図７】本発明の一実施形態に係る実験結果を示すグラフ図である。
【図８】本発明の一実施形態に係る実験結果を示すグラフ図である。
【符号の説明】
【００５１】
１００…空間角度広がり推定用受信装置、１０１…アンテナ素子、１１１…直交復調器、１２１…相関行列算出回路、１３１…固有値分解回路、１４１…到来方向推定部、１５１…空間角度広がり推定部、２０１…第１・２固有値比算出回路、２１１…空間角度広がり推定値読出し回路、２２１…空間角度広がり関数ＡＳ（ＲＥＶ12，φ）記憶部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数（Ｎ個）のアンテナ素子を有するアレーアンテナと、
前記アレーアンテナによって受信されたＮ個の受信信号についての相関をそれぞれ求めて、Ｎ２個の要素を持つ相関行列を算出する相関行列算出手段と、
前記相関行列を固有値分解して、アレーアンテナ素子数（Ｎ個）の固有値と、その各固有値に対応する固有ベクトルを算出する固有値分解手段と、
前記固有値及び固有ベクトルから、到来方向を算出する到来方向推定手段と、
前記固有値及び到来方向に基づき、所定の空間角度広がり関数から空間角度広がりを算出する空間角度広がり推定手段と、を備え、
前記空間角度広がり関数は、
前記アレーアンテナの受信信号に係る相関行列の固有値に基づく値と、到来方向とを変数にもち、空間角度広がりを与える関数である、
ことを特徴とする受信装置。
【請求項２】
前記空間角度広がり関数に関し、
前記アレーアンテナのアンテナ素子間の相対振幅及び相対位相と、到来方向及び空間角度広がりを変数とする任意な空間伝搬路の確率密度関数とに基づいて、空間角度広がり及び到来方向を変数にもつアレー受信信号ベクトル関数を算出し、
前記アレー受信信号ベクトル関数から、空間角度広がり及び到来方向を変数にもち且つＮ２個の要素を持つ相関行列関数を算出し、
前記相関行列関数から、固有値分解により、空間角度広がり及び到来方向を変数にもち且つアレーアンテナ素子数（Ｎ個）の固有値を要素にもつ固有値ベクトル関数を算出し、
前記固有値ベクトル関数から、空間角度広がり及び到来方向を変数にもち該変数から前記固有値に基づく値を与える関数を算出し、
前記固有値に基づく値を与える関数から、前記空間角度広がり関数が求められる、
ことを特徴とする請求項１に記載の受信装置。
【請求項３】
前記固有値に基づく値は、前記アレーアンテナ素子数（Ｎ個）の固有値のうち、最大の固有値と２番目に大きい固有値との比であることを特徴とする請求項１又は２に記載の受信装置。
【請求項４】
前記固有値に基づく値は、前記アレーアンテナ素子数（Ｎ個）の固有値のうち、最大の固有値から最小固有値を減じた値と、２番目に大きい固有値から最小固有値を減じた値との比であることを特徴とする請求項１又は２に記載の受信装置。
【請求項５】
複数（Ｎ個）のアンテナ素子を有するアレーアンテナの受信信号に係る相関行列の固有値に基づく値と、到来方向とを変数にもち、空間角度広がりを与える関数を算出する第１の過程と、
前記アレーアンテナによって受信されたＮ個の受信信号についての相関をそれぞれ求めて、Ｎ２個の要素を持つ相関行列を算出する第２の過程と、
前記相関行列を固有値分解して、アレーアンテナ素子数（Ｎ個）の固有値と、その各固有値に対応する固有ベクトルを算出する第３の過程と、
前記固有値及び固有ベクトルから、到来方向を算出する第４の過程と、
前記固有値及び到来方向に基づき、前記空間角度広がり関数から空間角度広がりを算出する第５の過程と、
を含むことを特徴とする空間角度広がり推定方法。
【請求項６】
前記第１の過程において、
前記アレーアンテナのアンテナ素子間の相対振幅及び相対位相と、到来方向及び空間角度広がりを変数とする任意な空間伝搬路の確率密度関数とに基づいて、空間角度広がり及び到来方向を変数にもつアレー受信信号ベクトル関数を算出し、
前記アレー受信信号ベクトル関数から、空間角度広がり及び到来方向を変数にもち且つＮ２個の要素を持つ相関行列関数を算出し、
前記相関行列関数から、固有値分解により、空間角度広がり及び到来方向を変数にもち且つアレーアンテナ素子数（Ｎ個）の固有値を要素にもつ固有値ベクトル関数を算出し、
前記固有値ベクトル関数から、空間角度広がり及び到来方向を変数にもち該変数から前記固有値に基づく値を与える関数を算出し、
前記固有値に基づく値を与える関数から、前記空間角度広がり関数を求める、
ことを特徴とする請求項５に記載の空間角度広がり推定方法。
【請求項７】
前記固有値に基づく値は、前記アレーアンテナ素子数（Ｎ個）の固有値のうち、最大の固有値と２番目に大きい固有値との比であることを特徴とする請求項５又は６に記載の空間角度広がり推定方法。
【請求項８】
前記固有値に基づく値は、前記アレーアンテナ素子数（Ｎ個）の固有値のうち、最大の固有値から最小固有値を減じた値と、２番目に大きい固有値から最小固有値を減じた値との比であることを特徴とする請求項５又は６に記載の空間角度広がり推定方法。
【請求項１】
複数（Ｎ個）のアンテナ素子を有するアレーアンテナと、
前記アレーアンテナによって受信されたＮ個の受信信号についての相関をそれぞれ求めて、Ｎ２個の要素を持つ相関行列を算出する相関行列算出手段と、
前記相関行列を固有値分解して、アレーアンテナ素子数（Ｎ個）の固有値と、その各固有値に対応する固有ベクトルを算出する固有値分解手段と、
前記固有値及び固有ベクトルから、到来方向を算出する到来方向推定手段と、
前記固有値及び到来方向に基づき、所定の空間角度広がり関数から空間角度広がりを算出する空間角度広がり推定手段と、を備え、
前記空間角度広がり関数は、
前記アレーアンテナの受信信号に係る相関行列の固有値に基づく値と、到来方向とを変数にもち、空間角度広がりを与える関数である、
ことを特徴とする受信装置。
【請求項２】
前記空間角度広がり関数に関し、
前記アレーアンテナのアンテナ素子間の相対振幅及び相対位相と、到来方向及び空間角度広がりを変数とする任意な空間伝搬路の確率密度関数とに基づいて、空間角度広がり及び到来方向を変数にもつアレー受信信号ベクトル関数を算出し、
前記アレー受信信号ベクトル関数から、空間角度広がり及び到来方向を変数にもち且つＮ２個の要素を持つ相関行列関数を算出し、
前記相関行列関数から、固有値分解により、空間角度広がり及び到来方向を変数にもち且つアレーアンテナ素子数（Ｎ個）の固有値を要素にもつ固有値ベクトル関数を算出し、
前記固有値ベクトル関数から、空間角度広がり及び到来方向を変数にもち該変数から前記固有値に基づく値を与える関数を算出し、
前記固有値に基づく値を与える関数から、前記空間角度広がり関数が求められる、
ことを特徴とする請求項１に記載の受信装置。
【請求項３】
前記固有値に基づく値は、前記アレーアンテナ素子数（Ｎ個）の固有値のうち、最大の固有値と２番目に大きい固有値との比であることを特徴とする請求項１又は２に記載の受信装置。
【請求項４】
前記固有値に基づく値は、前記アレーアンテナ素子数（Ｎ個）の固有値のうち、最大の固有値から最小固有値を減じた値と、２番目に大きい固有値から最小固有値を減じた値との比であることを特徴とする請求項１又は２に記載の受信装置。
【請求項５】
複数（Ｎ個）のアンテナ素子を有するアレーアンテナの受信信号に係る相関行列の固有値に基づく値と、到来方向とを変数にもち、空間角度広がりを与える関数を算出する第１の過程と、
前記アレーアンテナによって受信されたＮ個の受信信号についての相関をそれぞれ求めて、Ｎ２個の要素を持つ相関行列を算出する第２の過程と、
前記相関行列を固有値分解して、アレーアンテナ素子数（Ｎ個）の固有値と、その各固有値に対応する固有ベクトルを算出する第３の過程と、
前記固有値及び固有ベクトルから、到来方向を算出する第４の過程と、
前記固有値及び到来方向に基づき、前記空間角度広がり関数から空間角度広がりを算出する第５の過程と、
を含むことを特徴とする空間角度広がり推定方法。
【請求項６】
前記第１の過程において、
前記アレーアンテナのアンテナ素子間の相対振幅及び相対位相と、到来方向及び空間角度広がりを変数とする任意な空間伝搬路の確率密度関数とに基づいて、空間角度広がり及び到来方向を変数にもつアレー受信信号ベクトル関数を算出し、
前記アレー受信信号ベクトル関数から、空間角度広がり及び到来方向を変数にもち且つＮ２個の要素を持つ相関行列関数を算出し、
前記相関行列関数から、固有値分解により、空間角度広がり及び到来方向を変数にもち且つアレーアンテナ素子数（Ｎ個）の固有値を要素にもつ固有値ベクトル関数を算出し、
前記固有値ベクトル関数から、空間角度広がり及び到来方向を変数にもち該変数から前記固有値に基づく値を与える関数を算出し、
前記固有値に基づく値を与える関数から、前記空間角度広がり関数を求める、
ことを特徴とする請求項５に記載の空間角度広がり推定方法。
【請求項７】
前記固有値に基づく値は、前記アレーアンテナ素子数（Ｎ個）の固有値のうち、最大の固有値と２番目に大きい固有値との比であることを特徴とする請求項５又は６に記載の空間角度広がり推定方法。
【請求項８】
前記固有値に基づく値は、前記アレーアンテナ素子数（Ｎ個）の固有値のうち、最大の固有値から最小固有値を減じた値と、２番目に大きい固有値から最小固有値を減じた値との比であることを特徴とする請求項５又は６に記載の空間角度広がり推定方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２００７−２７４２５０（Ｐ２００７−２７４２５０Ａ）
【公開日】平成１９年１０月１８日（２００７．１０．１８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−９６２３３（Ｐ２００６−９６２３３）
【出願日】平成１８年３月３１日（２００６．３．３１）
【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）平成１７年度、独立行政法人 情報通信研究機構、「移動通信システムにおける高度無線信号処理技術の研究開発」委託研究、産業活力再生特別措置法第３０条の適用を受ける特許出願
【出願人】（０００２０８８９１）ＫＤＤＩ株式会社 (2,700)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年１０月１８日（２００７．１０．１８）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年３月３１日（２００６．３．３１）
【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）平成１７年度、独立行政法人 情報通信研究機構、「移動通信システムにおける高度無線信号処理技術の研究開発」委託研究、産業活力再生特別措置法第３０条の適用を受ける特許出願
【出願人】（０００２０８８９１）ＫＤＤＩ株式会社 (2,700)
【Ｆターム（参考）】
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