JP2007006219A

JP2007006219A - アダプティブアンテナ装置

Info

Publication number: JP2007006219A
Application number: JP2005184924A
Authority: JP
Inventors: Kazunari Kihira; 一成紀平; Kazufumi Hirata; 和史平田; Hiroaki Miyashita; 裕章宮下
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2005-06-24
Filing date: 2005-06-24
Publication date: 2007-01-11

Abstract

【課題】高速フーリエ変換を行う前に干渉除去を行うとともに、周波数ダイバーシチ利得を得るためにサブキャリア毎の所望信号の合成を実現するアダプティブアンテナ装置を得る。
【解決手段】アレーアンテナ１０の複数の受信信号に基づいて干渉信号成分を抽出する干渉抽出部２０と、複数の受信信号のそれぞれから干渉抽出部２０で抽出された干渉信号成分を取り除くことにより複数の受信信号に対応した複数の干渉除去信号を生成する干渉除去部３０と、干渉除去部３０で生成された複数の干渉除去信号を合成する合成部４０とを備える
【選択図】図１

Description

本発明は、アダプティブアンテナ装置、特にマルチキャリア通信方式に適用するアダプティブアンテナ装置に関するものである。

高速データ伝送方式としてマルチキャリア伝送がある。特に、各サブキャリアが直交する周波数間隔に配置されたＯＦＤＭ（Orthogonal Frequency Division Multiplexing：直交周波数分割多重方式）は、無線ＬＡＮや地上ディジタル放送など多くの無線システムに採用されている。

ＯＦＤＭをはじめとするマルチキャリア伝送では、ガードインターバルの挿入により遅延波による波形歪みを低減できることがよく知られているが、ガードインターバルを越えるような遅延波に対しては、特性が著しく劣化する。

そこで、アレーアンテナを用いて、空間的にこれらを除去するアダプティブアンテナの適用が検討されている。ＯＦＤＭ向けのアダプティブアンテナの実現方法として、主に、ＦＦＴ（Fast Fourier Transform：高速フーリエ変換）前に干渉除去を行う方式（例えば、特許文献１参照）と、ＦＦＴ後にサブキャリア毎に干渉除去を行う方式（例えば、非特許文献１参照）とがある。

特開平１１−３１２９９１号公報（第１頁、図１）今井、小川、大鐘、"ＯＦＤＭ通信系におけるアダプティブアレーに関する検討"信学技報AP2001-115、2001

しかしながら、従来技術には次のような課題がある。上述した従来の技術において、前者の方式は、ＦＦＴ前に各アンテナ素子の受信信号を合成するので、サブキャリア毎に周波数領域でのダイバーシチ合成ができないという課題があった。また、後者の方式は、サブキャリア毎の合成処理によりガードインターバル内の遅延波をうまく取り込めるものの、サブキャリア数の増加に比例して演算量が増加するという課題があった。

本発明は上述のような課題を解決するためになされたもので、ＦＦＴ前に干渉除去を行うとともに、周波数ダイバーシチ利得を得るためにサブキャリア毎の所望信号の合成を実現するアダプティブアンテナ装置を得ることを目的とする。

本発明におけるアダプティブアンテナ装置は、アレーアンテナの複数の受信信号に基づいて干渉信号成分を抽出する干渉抽出部と、複数の受信信号のそれぞれから干渉抽出部で抽出された干渉信号成分を取り除くことにより前記複数の受信信号に対応した複数の干渉除去信号を生成する干渉除去部と、干渉除去部で生成された複数の干渉除去信号を合成する合成部とを備えるものである。

本発明によれば、複数の受信信号に基づいて干渉信号成分を抽出し、それぞれの受信信号から干渉信号成分を取り除いた複数の干渉除去信号を生成し、複数の受信信号に対応した複数の干渉除去信号を合成処理可能とすることにより、ＦＦＴ前に干渉除去を行うとともに、周波数ダイバーシチ利得を得るためにサブキャリア毎の所望信号の合成を実現することができるアダプティブアンテナ装置を得ることができる。

以下、本発明のアダプティブアンテナ装置の好適な実施の形態につき図面を用いて説明する。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１におけるアダプティブアンテナ装置の構成図である。なお、各図中、同一符号は、同一または相当部分を示す。このアダプティブアンテナ装置は、アレーアンテナ１０、干渉抽出部２０、干渉除去部３０、および合成部４０で構成される。

図１は、４素子での構成を示しており、アレーアンテナ１０は、＃１から＃４の４つのアンテナ素子から構成される。なお、素子数についてはこの限りではなく、任意の素子数に対しても同様に適用可能である。

干渉抽出部２０は、アレーアンテナ１０の複数の受信信号に基づいて干渉信号成分を抽出する処理を行う。干渉除去部３０は、抽出した干渉信号成分を複数の受信信号のそれぞれから取り除く処理を行うことにより、複数の受信信号に対応した複数の干渉除去信号を生成する。さらに、合成部４０は、複数の干渉除去部３０で生成された複数の干渉除去信号を合成する。

次に、本実施の形態１におけるアダプティブアンテナ装置の動作について図面を参照しながら説明する。アレーアンテナ１０の各アンテナ素子の受信信号は、素子数分だけ分配されて、それぞれ干渉抽出部２０に入力される。図１は、Ｎ＝４個の受信信号を用いる場合を例示したものである。干渉抽出部２０は、受信信号に含まれる干渉信号成分のみを抽出する処理を行う。

図２は、本発明の実施の形態１における干渉抽出部２０の構成例を示した図であり、重み付け部２１と合成器２２から成る。重み付け部２１は、干渉抽出部２０に入力された受信信号に対して、振幅・位相を制御する複素の重み係数を乗算する機能を有する。その後、合成器２２により振幅・位相が調整された信号が合成される。重み係数の計算法については、例えば、パイロットシンボルなどの既知信号を用いてもよいし、ガードインターバルなどの周期的に送信信号に挿入された波形を利用してもよい。

また、干渉信号が広帯域である、あるいは到来する波数が多いなど、素子数分の自由度では十分な性能が得られない場合には、干渉抽出部２０の構成を、遅延線路フィルタに相当するタップ付遅延線路構成とすることが有効である。図３は、本発明の実施の形態１におけるタップ付遅延線路構成を備えた干渉抽出部２０の構成図である。

図３の干渉抽出部２０は、重み付け部２１、合成器２２、遅延器２３で構成される。ここで、重み付け部２１および合成器２２は、図２を用いて説明したものと同様の機能を有する。また、遅延器２３は、ある固定の時間遅延を与える遅延素子であり、図３の構成は、空間領域と時間領域における複合フィルタとして動作する。なお、遅延器２３の個数は、任意とすることができ、図の限りではない。

次に、干渉除去部３０は、干渉抽出部２０の出力である干渉信号成分を受信信号から取り除く処理を行い、複数の受信信号に対応した複数の干渉除去信号を生成する。図４は、本発明の実施の形態１における干渉除去部３０の構成例を示した図であり、重み付け部３１と減算器３２で構成される。干渉除去部３０への入力である各アンテナ素子の受信信号には、所望信号以外に干渉信号成分が含まれている。従って、このまま復調を行っても、元の情報を復元することが困難である。

そこで、干渉除去部３０は、干渉抽出部２０にて得た干渉信号成分の振幅・位相を重み付け部３１にて制御して、受信信号に含まれる干渉信号成分に一致させる。これにより、減算器３２にて両者の減算処理を行うことで、アンテナ素子の受信信号から干渉信号成分を除去した干渉除去信号を生成することが可能となる。干渉除去部３０は、Ｎ個のアンテナ素子の受信信号のそれぞれに対応して、Ｎ個の干渉除去信号を生成し、合成部４０へと出力する。

ここで、干渉抽出部２０から得た干渉信号成分の位相が、受信信号に含まれる干渉信号に対して１８０度異なる逆位相となるように、重み付け部３１の振幅・位相を制御した場合には、減算器３２を図２に示した合成器２２に置き換えることができる。

なお、干渉抽出部２０の説明で述べたように、広帯域信号などに対応するため、干渉除去部３０についても、遅延線路フィルタに相当するタップ付遅延線路構成とすることが可能である。図５は、本発明の実施の形態１におけるタップ付遅延線路構成を備えた干渉除去部３０の構成図である。また、図５では、受信信号側と干渉信号成分側の両方をタップ付遅延線路構成としているが、どちらか一方のみをタップ付遅延線路構成としてもよい。また、双方の遅延器３３の個数が異なっていてもよい。

次に、合成部４０は、干渉除去部３０からの複数の受信信号に対応した各干渉除去信号を合成し、ＳＮＲ（Signal to Noise Ratio）を改善する。図６は、本発明の実施の形態１における合成部４０の具体的な構成図である。この合成部４０は、直並列変換器４１、ＦＦＴ変換器４２、重み付け部４３、合成器４４、復調器４５、および並直列変換器４６で構成される。

マルチキャリア伝送であるＯＦＤＭは、周波数の異なるサブキャリア毎に異なるデータを割り当てることで高速伝送を可能にしている。従って、受信機は、サブキャリア毎に分離する分波器の機能が必要であり、図６においては、直並列変換器４１とＦＦＴ変換器４２によりこの機能を実現している。

直並列変換器４１は、一定の長さのデータを切り出す機能があり、ＦＦＴのウィンドウ制御を行う。次に、ＦＦＴ変換器４２は、切り出したデータに対してＦＦＴを施すことで周波数変換を行い、直交する周波数配置にある各サブキャリアデータを切り分ける。

なお、図６では、各ＦＦＴ変換器４２の出力は、４つの場合を示しているが、実際のシステムでは、数十から数千のサイズの出力となる。重み付け部４３は、これら各サブキャリアに対してそれぞれ重み係数を計算して、振幅・位相を制御し、さらに、合成器４４は、振幅・位相が制御された各サブキャリアデータを合成する。

このように、複数の受信信号に対応した複数の干渉除去信号に基づく合成処理を行うことで、合成部４０は、サブキャリアデータ毎に所望信号を最適合成することが可能となり、周波数領域でのダイバーシチ利得が得られる。その後、各サブキャリアデータは、復調器４５にて誤り訂正などを含む復調処理を行った後、並直列変換器４６により元の情報列が復元される。

合成部４０での重み付け部４３の動作としては、すでに干渉信号が除去された干渉除去信号の合成を行うため、単純に所望信号を最大比合成するダイバーシチ制御を行うだけでよい。従って、本実施の形態１にかかる受信機において、合成部４０は、既存のダイバーシチ受信機で代用可能であり、干渉抽出部２０および干渉除去部３０を新規に追加するだけの実用も可能である。

以上のように、本実施の形態１によれば、ＦＦＴ前に干渉除去のみを実施する構成とすることで、複数の受信信号に対応した干渉除去信号を得ることができ、干渉除去信号を用いてＦＦＴ後のサブキャリア毎のダイバーシチ合成を行うことが可能となる。また、上述のように、既存のダイバーシチ受信機との整合性もよい特徴がある。

実施の形態２．
図７は、本発明の実施の形態２におけるアダプティブアンテナ装置の構成図である。なお、各図中、同一符号は、同一または相当部分を示す。このアダプティブアンテナ装置は、実施の形態１における図１の構成と同様に、アレーアンテナ１０、干渉抽出部２０、干渉除去部３０、および合成部４０で構成される。

先の実施の形態１では、すべてのアンテナ素子の受信信号をそれぞれの干渉抽出部２０への入力としていたが、本実施の形態２では、干渉除去部３０への入力信号となるアンテナ素子の受信信号以外の信号をそれぞれの干渉抽出部２０への入力としている点が異なる。

具体的には、図７において、４個のアンテナ素子の受信信号に基づいて４個の干渉信号成分を生成する際に、４台の干渉抽出部２０のそれぞれは、第ｎ番目（ｎは１から４の整数）の受信信号以外の３個の受信信号を用いて、第ｎ番目の干渉信号成分を抽出する。

これに対して、４個の干渉除去部３０は、４個の干渉除去信号を生成する際に、第ｎ番目の受信信号から、それぞれの干渉抽出部２０で抽出された第ｎ番目の干渉信号成分を取り除くことにより第ｎ番目の干渉除去信号を生成する。

このような構成とすることで、干渉除去部３０は、異なるアンテナ素子の受信信号を元に生成された干渉信号成分を除去することにより干渉除去信号を生成することができ、その結果、所望信号を抑圧する可能性を低減でき、さらに合成部４０に取り込まれるそれぞれの干渉除去信号の相関を小さくできる。また、演算量も削減される。

実施の形態２によれば、自身の受信信号以外の受信信号から抽出した干渉除去成分を自身の受信信号から取り除いて干渉除去信号を生成することにより、複数の受信信号に対応して得られる干渉除去信号から所望信号が抑圧されてしまう可能性を低減し、かつ、それぞれの干渉除去信号の相関を小さくできる。

なお、上述の実施の形態では、すべてのアンテナ素子の受信信号に対して干渉除去部３０を用意しているが、受信状態の悪い（受信電力が低い、干渉レベルが高いなどの）アンテナ素子については、使用しない構成も可能である。また、干渉除去部３０への入力として、アンテナ素子の受信信号ではなく、前段にＢＦＮ（Beam forming Network：ビーム形成回路）などのビーム形成手段を配置して、ＳＮＲを改善した信号を用いてもよい。

本発明の実施の形態１におけるアダプティブアンテナ装置の構成図である。本発明の実施の形態１における干渉抽出部の構成例を示した図である。本発明の実施の形態１におけるタップ付遅延線路構成を備えた干渉抽出部の構成図である。本発明の実施の形態１における干渉除去部の構成例を示した図である。本発明の実施の形態１におけるタップ付遅延線路構成を備えた干渉除去部の構成図である。本発明の実施の形態１における合成器の具体的な構成図である。本発明の実施の形態２におけるアダプティブアンテナ装置の構成図である。

符号の説明

１０アレーアンテナ、２０干渉抽出部、２１重み付け部、２２合成器、２３遅延器、３０干渉除去部、３１重み付け部、３２減算器、３３遅延器、４０合成部、４１直並列変換器、４２変換器、４３重み付け部、４５復調器、４６並直列変換器。

Claims

アレーアンテナの複数の受信信号に基づいて干渉信号成分を抽出する干渉抽出部と、
前記複数の受信信号のそれぞれから前記干渉抽出部で抽出された前記干渉信号成分を取り除くことにより前記複数の受信信号に対応した複数の干渉除去信号を生成する干渉除去部と、
前記干渉除去部で生成された前記複数の干渉除去信号を合成する合成部と
を備えることを特徴とするアダプティブアンテナ装置。
請求項１に記載のアダプティブアンテナ装置において、
前記干渉抽出部は、前記アレーアンテナの複数の受信信号を合成することで前記干渉信号成分を抽出することを特徴とするアダプティブアンテナ装置。
請求項１または２に記載のアダプティブアンテナ装置において、
前記干渉除去部は、任意のアンテナ素子の受信信号から、前記干渉信号成分を取り除くことにより、前記任意のアンテナ素子の前記受信信号に対応する干渉除去信号を生成することを特徴とするアダプティブアンテナ装置。
請求項１ないし３のいずれか１項に記載のアダプティブアンテナ装置において、
前記干渉除去部は、すべてのアンテナ素子の受信信号のそれぞれから前記干渉信号成分を取り除くことにより、すべてのアンテナ素子の受信信号に対応する干渉除去信号を生成することを特徴とするアダプティブアンテナ装置。
請求項１ないし４のいずれか１項に記載のアダプティブアンテナ装置において、
前記干渉抽出部は、Ｎ個（Ｎは３以上の整数）のアンテナ素子の受信信号に基づいてＮ個の干渉信号成分を生成する際に、第ｎ番目（ｎは１からＮの整数）の受信信号以外のＮ−１個の受信信号を用いて第ｎ番目の干渉信号成分を抽出し、
前記干渉除去部は、Ｎ個の干渉除去信号を生成する際に、前記第ｎ番目の受信信号から前記第ｎ番目の干渉信号成分を取り除くことにより第ｎ番目の干渉除去信号を生成する
ことを特徴とするアダプティブアンテナ装置。
請求項１ないし４のいずれか１項に記載のアダプティブアンテナ装置において、
前記干渉抽出部は、Ｎ個（Ｎは３以上の整数）のアンテナ素子の受信信号を用いて１つの干渉信号成分を抽出し、
前記干渉除去部は、前記Ｎ個のアンテナ素子の受信信号のそれぞれから前記１つの干渉信号成分を取り除くことによりＮ個の干渉除去信号を生成する
ことを特徴とするアダプティブアンテナ装置。
請求項１ないし６のいずれか１項に記載のアダプティブアンテナ装置において、
前記干渉抽出部は、遅延線路フィルタを有し、前記遅延線路フィルタを通過後のそれぞれの受信信号に基づいて干渉信号成分を抽出することを特徴とするアダプティブアンテナ装置。
請求項１ないし７のいずれか１項に記載のアダプティブアンテナ装置において、
前記干渉除去部は、遅延線路フィルタを有し、前記遅延線路フィルタを通過後の受信信号のそれぞれから前記遅延線路フィルタを通過後の干渉信号成分を取り除くことにより複数の干渉除去信号を生成することを特徴とするアダプティブアンテナ装置。
請求項１ないし８のいずれか１項に記載のアダプティブアンテナ装置は、マルチキャリア伝送方式にて使用される無線受信機に適用されることを特徴とするアダプティブアンテナ装置。
請求項９に記載のアダプティブアンテナ装置において、
前記合成部は、前記干渉除去部で生成される複数の干渉除去信号をそれぞれフーリエ変換することで、周波数の異なるサブキャリアに分離し、サブキャリア毎に合成することを特徴とするアダプティブアンテナ装置。