JP2023111290A - 電波到来方向推定装置及び電波到来方向推定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】装置全体の構成が大規模になることを抑制することができ、パイロット信号のような既知信号を利用せずに受信信号の電波到来方向を推定することができる、電波到来方向推定装置及び電波到来方向推定方法を提供する。【解決手段】電波到来方向推定装置及び電波到来方向推定方法によれば、送信アンテナからの電波を複数の受信アンテナで受信して複数の信号を取得する。複数の信号に基づいて定められる一の複素信号ベクトルと複数の複素重み係数ベクトルの内積に各合成信号が対応付けられるように、複数の信号に基づいて相異なる複数の合成信号を生成し、複数の合成信号ごとの電力を取得する。そして、複数の合成信号ごとの電力と複数の複素重み係数ベクトルに基づいて、送信アンテナと複数の受信アンテナの間で定義されるチャネル相関行列を推定し、チャネル相関行列に基づいて電波の到来方向を推定する。【選択図】図１

Description

本発明は、電波到来方向推定装置及び電波到来方向推定方法に関する。

特許文献１に開示される技術によれば、複数のフェーズドアレイアンテナを構成する複数のアンテナ素子の内、各フェーズドアレイアンテナにおいて信号受信に使用する振幅分布を複数決定する。そして、決定された複数の振幅分布を信号受信毎に切り替え、異なるフェーズドアレイアンテナ間における受信信号の相関係数と、切り替えられる振幅分布とに基づき、受信信号の電波到来方向を推定する。

特開２０１８－５４３８６号公報

しかしながら、特許文献１に開示される技術によれば、複数のフェーズドアレイアンテナを複数用意する必要があり、さらには、フェーズドアレイアンテナ毎にＲＦ（Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）回路が必要である。そのため、装置全体の構成が大規模になるという問題がある。また、パイロット信号のような既知信号が利用できない場合、フェーズドアレイアンテナ間の相関係数を求めることができないという問題がある。

本発明は、このような従来技術が有する課題に鑑みてなされたものである。そして本発明の目的は、装置全体の構成が大規模になることを抑制することができ、パイロット信号のような既知信号を利用せずに受信信号の電波到来方向を推定することができる、電波到来方向推定装置及び電波到来方向推定方法を提供することにある。

本発明の態様に係る電波到来方向推定装置は、重み付き合成部と、電力測定部と、チャネル相関行列推定部と、到来方向推定部と、を備える。重み付き合成部には、送信アンテナからの電波を複数の受信アンテナで受信して得られる複数の信号が入力される。重み付き合成部は、複数の信号に基づいて定められる一の複素信号ベクトルと複数の複素重み係数ベクトルの内積に各合成信号が対応付けられるように、複数の信号に基づいて相異なる複数の合成信号を生成する。電力測定部は、複数の合成信号ごとの電力を取得する。チャネル相関行列推定部は、複数の合成信号ごとの電力と複数の複素重み係数ベクトルに基づいて、送信アンテナと複数の受信アンテナの間で定義されるチャネル相関行列を推定する。到来方向推定部は、チャネル相関行列に基づいて電波の到来方向を推定する。

本発明の態様に係る電波到来方向推定方法は、送信アンテナからの電波を複数の受信アンテナで受信して複数の信号を取得する。複数の信号に基づいて定められる一の複素信号ベクトルと複数の複素重み係数ベクトルの内積に各合成信号が対応付けられるように、複数の信号に基づいて相異なる複数の合成信号を生成し、複数の合成信号ごとの電力を取得する。そして、複数の合成信号ごとの電力と複数の複素重み係数ベクトルに基づいて、送信アンテナと複数の受信アンテナの間で定義されるチャネル相関行列を推定し、チャネル相関行列に基づいて電波の到来方向を推定する。

本発明によれば、装置全体の構成が大規模になることを抑制することができ、パイロット信号のような既知信号を利用せずに受信信号の電波到来方向を推定することができる、電波到来方向推定装置及び電波到来方向推定方法を提供することができる。

本実施形態に係る電波到来方向推定装置の構成を示すブロック図である。 第１変形例に係る電波到来方向推定装置の構成を示すブロック図である。 第２変形例に係る電波到来方向推定装置の構成を示すブロック図である。 第３変形例に係る電波到来方向推定装置の構成を示すブロック図である。 第４変形例に係る電波到来方向推定装置の構成を示すブロック図である。

以下、図面を用いて本実施形態に係る電波到来方向推定装置及び電波到来方向推定方法について詳細に説明する。なお、図面の寸法比率は説明の都合上誇張されており、実際の比率と異なる場合がある。また、以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。

［電波到来方向推定装置の構成例］
図１は、本実施形態に係る電波到来方向推定装置１００の構成を示すブロック図である。電波到来方向推定装置１００は、重み付き合成部３０、電力測定部４０、チャネル相関行列推定部５０、到来方向推定部６０、出力部７０を備える。

電波到来方向推定装置１００には、送信アンテナ１０からの電波を複数の受信アンテナ２０で受信して得られる複数の信号が入力される。図１では、複数の受信アンテナ２０として、受信アンテナ２０ａ，２０ｂ，２０ｃが示されている。図１では、３台の受信アンテナによって送信アンテナ１０からの電波を受信する例が示されているが、本実施形態はこれに限定されない。例えば、受信アンテナの個数は、２台以上の任意の数であってもよい。

以下では、受信アンテナ２０ａ，２０ｂ，２０ｃが等間隔に配置され、リニアアレーアンテナを構成するものとして説明するが、これに限定されない。また、送信アンテナ１０から送信される信号は、信号の振幅と位相の変化を表現するために複素数ｓで表すこととする。さらに、送信アンテナ１０と受信アンテナ２０ａ，２０ｂ，２０ｃのそれぞれの間で定義される伝搬チャネル係数を、ｈ_１、ｈ_２、ｈ_３で表すこととする。伝搬チャネル係数は、信号の振幅と位相の変化を表現するために複素数で表される。また、伝搬チャネル係数ベクトルを次の数１で表すこととする。なお、記号Ｔはベクトルあるいは行列の転置を表す。

重み付き合成部３０は、受信アンテナ２０で受信した信号の振幅と位相の調整を行って合成する合成器を有する。図１では、合成器として、６台の合成器３１ａ～３１ｆが示されているが、本実施形態はこれに限定されない。後に説明するように、重み付き合成部３０は、相異なる複数の合成信号を生成する機能を有していればよく、１台以上の合成器を有していればよい。

重み付き合成部３０には、複数の受信アンテナ２０からの複数の信号が入力される。重み付き合成部３０は、入力された複数の信号に基づいて、相異なる複数の合成信号を生成する。

信号の振幅と位相の調整は、複素数表示した信号と、複素数表示した重み係数との積によって表現することができる。そこで、ｋ番目の合成信号を生成するために用いる重み係数を成分に有するｋ番目の複素重み係数ベクトルを次の数２で表すこととする。

数１及び数２を用いて、重み付き合成部３０によって算出されるｋ番目の合成信号は、次の数３で表される。

数３は、複素ベクトル同士の内積と解釈することができ、複素数のスカラーであるため、対応する振幅（後述する「ｋ番目の合成信号の電力Ｐ_ｋ」の平方根）と偏角θ_ｋを用いて、次の数４で表すことができる。ただし、ｊは虚数単位である。

伝搬チャネル係数ベクトルに複素数ｓを乗算したベクトルは、複数の信号に基づいて定められる一の複素信号ベクトルであるといえる。また、複素重み係数ベクトルを１つ定めるごとに、対応する合成信号を１つ定めることができるといえる。よって、重み付き合成部３０は、複数の信号に基づいて定められる一の複素信号ベクトルと複数の複素重み係数ベクトルの内積に各合成信号が対応付けられるように、複数の信号に基づいて相異なる複数の合成信号を生成する。

電力測定部４０は、重み付き合成部３０が生成した相異なる複数の合成信号ごとの電力を取得する。電力測定部４０は、合成信号の電力を、パワーメータ、パワーセンサ、スペクトラム・アナライザ、検波気及び電圧計などの測定器を用いて取得する。

数４に示される合成信号の電力は、合成信号と合成信号の複素共役との積で評価することができる。そのため、ｋ番目の合成信号の電力Ｐ_ｋは、次の数５で表すことができる。

チャネル相関行列推定部５０は、電力測定部４０で取得した、複数の合成信号ごとの電力と、重み付き合成部３０で用いた複数の複素重み係数ベクトルに基づいて、チャネル相関行列を推定する。

推定したいチャネル相関行列Ｒ_ｘは、数１の伝搬チャネル係数ベクトルを用いて、次の数６で表すことができる。

ここで、１～３番目までの複素重み係数ベクトルを並べて得られる行列「Ｗ_１２３」および偏角差「θ_ｍｎ＝θ_ｍ－θ_ｎ」（ｍ，ｎは自然数）を用いると、数４に基づいて、次の数７で示される関係式が導かれる。

したがって、次の数８で示される関係式が導かれる。

したがって、未知数「θ_１２」および「θ_１３」を決定することができれば、定数倍「｜ｓ｜^２」を除いて、チャネル相関行列Ｒ_ｘを決定できることが分かる。

数８で示される関係式を導いたのと同様にして、４～６番目までの複素重み係数ベクトルを並べて得られる行列「Ｗ_４５６」を用いて、次の数９で示される関係式が導かれる。

数８及び数９を用いると、次の数１０で示される関係式が導かれる。

ここで、次の数１１及び数１２を定義する。

数１０で示される関係式の両辺の対角成分を比較し、数１１及び数１２を用いて書き直すと、次の数１３で示される関係式を得る。

数１３において、ｋ番目の合成信号の電力Ｐ_ｋは電力測定部４０によって取得されており、行列Φの成分は、重み付き合成部３０で用いた複素重み係数ベクトルに基づいて算出できる。したがって、数１３における未知数は「θ_１２」および「θ_１３」のみである。よって、数１３は、未知数「θ_１２」および「θ_１３」についての連立方程式となっている。よって、数１３を解くことにより、未知数「θ_１２」および「θ_１３」を決定することができる。

数１３を解く手法としては、ニュートン法、拡張ニュートン法などの方程式系を数値計算によって解くための反復法による求根アルゴリズムを用いることができる。例えば、拡張ニュートン法を用いる場合、次の数１４で示される関数を定義する。

ただし、数１５のように未知数ベクトルを定義している。

ここで、未知数ベクトルとして適当な初期値を設定し、次の数１６で示される反復公式によって未知数ベクトルを反復して更新することで解を求めることができる。

ただし、数１６に登場する「Ｊ^＋（θ）」は、数１７のように定義されたヤコビ行列の疑似逆行列である。ヤコビ行列及び疑似逆行列は、未知数「θ_１２」および「θ_１３」の関数として陽に表すことができる。

例えば、計算機イプシロン及び合成信号の電力の測定精度に基づいて微小な正の定数「ε_ｉ」を定めて、未知数ベクトルを反復して更新する際の終了条件を、次の数１８で示される条件とすることができる。

なお、数１６による更新量が十分に小さくなった時点で、数１８に示す終了条件が満たされてしまうため、誤った解（数１３の連立方程式を満たさない解）に未知数ベクトルが収束してしまう可能性が残る。そこで、数１８に示す終了条件が満たされた際に、併せて次の数１９で示される条件が成立するかどうかも確認する。

ここで、微小な正の定数「ε_ｔ」は、計算機イプシロン及び信号中の雑音レベルなどに基づいて定める。

上述のようにして、未知数「θ_１２」および「θ_１３」を決定する。その結果、数８に基づいて、チャネル相関行列Ｒ_ｘに数「｜ｓ｜^２」を乗算して得られる行列を決定することができる。

チャネル相関行列Ｒ_ｘに乗算される数「｜ｓ｜^２」は、絶対的な受信電力の推定には影響するが、受信アンテナ２０に対する送信アンテナ１０の方向による相対的な受信電力の変化を問題とする到来方向の推定には影響を与えない。したがって、チャネル相関行列推定部５０は、チャネル相関行列Ｒ_ｘに定数「｜ｓ｜^２」を乗算して得られる行列を、推定したチャネル相関行列として、到来方向推定部６０に出力する。

なお、上記の説明では、合成信号及び複素重み係数ベクトルの個数について特に言及しなかった。しかしながら、数１３を用いて未知数を決定し、チャネル相関行列Ｒ_ｘを決定するため、数１０で示される関係式の両辺の対角成分に未知数「θ_１２」および「θ_１３」に係る項が登場するよう、数１２に示す行列Φが選択される必要がある。そこで、複素重み係数ベクトルの数は、受信アンテナ２０の個数以上であってもよい。すなわち、複数の合成信号の個数は受信アンテナ２０の個数以上であってもよい。

また、数１３を用いることによって未知数を決定する際の数値計算において、誤った解が得られることを回避して真の解を得るため、なるべく多くの複素重み係数ベクトルを用いて相異なる合成信号を生成するものであってもよい。そのため、複素重み係数ベクトルの数は、受信アンテナ２０の個数の２倍以上であってもよい。すなわち、複数の合成信号の個数は受信アンテナ２０の個数の２倍以上であってもよい。

また、チャネル相関行列推定部５０は、所定時間ごとに繰り返しチャネル相関行列を推定するものであってもよい。例えば、送信アンテナ１０からの電波の到来方向を時間的に継続して推定する場合には、チャネル相関行列の推定を繰り返し実行するものであってもよい。

その他、チャネル相関行列推定部５０は、未知数「θ_１２」および「θ_１３」を決定する際に、ヤコビ行列の疑似逆行列を用いる拡張ニュートン法の代わりに、ヤコビ行列の任意の一行を削除して得られる正方行列の逆行列を用いるニュートン法を用いてもよい。

ニュートン法を用いる場合は、拡張ニュートン法に比べて電力の測定回数と計算負荷を減らせるものの、解に近い初期値から反復を開始しなければ解が収束しない恐れがある。しかしながら、チャネル相関行列が大きく変動せず、所定時間ごとに繰り返しチャネル相関行列を推定するような場合には、前回推定時の未知数「θ_１２」および「θ_１３」を初期値として採用することにより、解が収束しない場合を避けることができる。

その他、チャネル相関行列推定部５０は、数１３を反復法による求根アルゴリズムによって解く際、相異なる複素重み係数ベクトルの差が小さいほど、未知数「θ_１２」および「θ_１３」の初期値をゼロに近づけて設定するものであってもよい。または、相異なる複素重み係数ベクトルの差が所定値以下である場合に、未知数「θ_１２」および「θ_１３」の初期値をゼロに設定するものであってもよい。未知数「θ_１２」および「θ_１３」は、重み付け合成した合成信号の間の位相差であるため、相異なる複素重み係数ベクトルの差が小さい場合には、位相差も小さいと考えられる。したがって、「（θ_１２，θ_１３）」は、原点の近傍にあることが期待されることによる。

したがって、相異なる合成信号を生成する際に用いる複素重み係数ベクトルを設定する際に、複素重み係数ベクトル同士の差が小さく設定されるものであってもよい。

また、チャネル相関行列推定部５０は、所定時間ごとに繰り返しチャネル相関行列を推定する際に、初回の推定において用いる相異なる合成信号の数と比較して、２回目以降の推定において用いる相異なる合成信号の数を小さくするものであってもよい。

トラッキングのように連続的にチャネル相関行列が変化していく場合、チャネル相関行列の推定で登場する未知数「θ_１２」および「θ_１３」は、連続的に変化する。したがって、初回の推定時に、なるべく多くの合成信号を用いて未知数「θ_１２」および「θ_１３」を決定するものであってもよい。そして、２回目以降の推定時には、前回の推定で決定した未知数「θ_１２」および「θ_１３」を初期値として用いて、数１３を反復法による求根アルゴリズムによって解くものであってもよい。

到来方向推定部６０は、チャネル相関行列推定部５０によって推定したチャネル相関行列に基づいて、電波の到来方向を推定する。より具体的には、到来方向推定部６０は、ビームフォーマ法、線形予測法、ＭＵＳＩＣ法、ＥＳＰＲＩＴ法、Ｃａｐｏｎ法、最小ノルム法の少なくともいずれかを含む推定方法を用いて、チャネル相関行列に基づいて電波の到来方向を推定する。

なお、移動端末に電波到来方向推定装置１００が搭載される場合や、アンテナの周辺に移動体が存在し得る環境では、伝搬チャネルは時間とともに変動する。その場合、到来方向推定部６０は、電波の到来方向の推定を定期的に実行するものであってもよい。

出力部７０は、推定した電波の到来方向を出力する。

［電波到来方向推定装置の第１変形例］
図２は、第１変形例に係る電波到来方向推定装置１０１の構成を示すブロック図である。電波到来方向推定装置１００とは異なり、電波到来方向推定装置１０１の重み付き合成部３０は１台の合成器３１ａのみを有している。重み付き合成部３０は、相異なる複数の合成信号を生成する機能を有していればよく、単一の合成器によって、相異なる複数の合成信号を順番に生成するものであってもよい。これに伴い、電波到来方向推定装置１０１の電力測定部４０は１台の測定器４１ａのみを有し、相異なる複数の合成信号の電力を順番に取得するものであってもよい。

より具体的には、重み付き合成部３０は、ある複素重み係数ベクトルに基づいて合成信号を生成した後、別の複素重み係数ベクトルに基づいて合成信号を生成するものであってもよい。生成された合成信号の電力は、電力測定部４０によって順次取得され、図示しない記憶部等に記憶される。

相異なる複数の合成信号を生成する間、伝搬チャネル係数が変化しないと仮定することで、チャネル相関行列推定部５０によってチャネル相関行列を推定でき、到来方向推定部６０により電波の到来方向の推定を行うことができる。

［電波到来方向推定装置の第２変形例］
図３は、第２変形例に係る電波到来方向推定装置１０２の構成を示すブロック図である。電波到来方向推定装置１０２のように、電波の到来方向の推定を行う機能は、通信装置８０に付随して実装されてもよい。

受信アンテナ２０で受信した信号の振幅と位相の調整を行う重み付きの合成（上述した重み付き合成部３０の機能）は、無線通信システムにおいてビームフォーミングを実現するための、増幅器と位相器と合成器を持つ一般的な指向性制御部３５によって実現できる。指向性制御部３５によって合成された信号を分配器３７によって分岐し、一部を電力測定部４０へ、他方をＲＦ（Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）入力を持つモデムなどの通信装置８０に入力する。

通信装置８０は、指向性を変更するために、例えば、あらかじめ定められた各増幅器と位相器の設定と対応付けられた指向性番号などの指向性制御信号を指向性制御部３５に出力する。この場合、チャネル相関行列推定部５０は指向性制御信号を複素重み係数ベクトルに対応付ける機能を有する。チャネル相関行列推定部５０に入力される指向性制御信号が変わるたびに、対応する複素重み係数ベクトルと測定された電力を記録することで、チャネル相関行列推定部５０によってチャネル相関行列を推定できる。そして、到来方向推定部６０により電波の到来方向の推定を行うことができる。

推定した到来方向は通信装置８０に入力されるものであってもよい。通信装置８０は、受信電力が最大となる方向に指向性が向くように指向性を制御するものであってもよい。

［電波到来方向推定装置の第３変形例］
図４は、第３変形例に係る電波到来方向推定装置１０３の構成を示すブロック図である。電波到来方向推定装置１０３のように、電波の到来方向の推定を行う機能は、通信装置８０に付随して実装され、かつ、信号の電力を測定する機能は、通信装置８０で測定される受信信号強度によって代替されてもよい。

この場合、チャネル相関行列推定部５０は受信信号強度を電力として対応付ける機能を有する。さらに、チャネル相関行列推定部５０は指向性制御信号を複素重み係数ベクトルに対応付ける機能を有する。チャネル相関行列推定部５０に入力される指向性制御信号が変わるたびに、対応する複素重み係数ベクトルと測定された電力を記録する。これにより、チャネル相関行列推定部５０によってチャネル相関行列を推定でき、到来方向推定部６０により電波の到来方向の推定を行うことができる。

推定した到来方向は通信装置８０に入力されるものであってもよい。通信装置８０は、受信電力が最大となる方向に指向性が向くように指向性を制御するものであってもよい。

［電波到来方向推定装置の第４変形例］
図５は、第４変形例に係る電波到来方向推定装置１０４の構成を示すブロック図である。電波到来方向推定装置１０４のように、電波の到来方向の推定を行う機能は、例えば、電波不感地帯を解消するために電波を中継する、リピータやブースタと呼ばれるような電波の再放射システムに付随して実装されてもよい。

この場合、到来方向推定部６０が、指向性制御部３５の各増幅器と位相器の設定を行うための指向性制御信号を出力する機能を有する。さらに、チャネル相関行列推定部５０は指向性制御信号を複素重み係数ベクトルに対応付ける機能を有する。

［実施形態の効果］
以上詳細に説明したように、本実施形態に係る電波到来方向推定装置及び電波到来方向推定方法によれば、送信アンテナからの電波を複数の受信アンテナで受信して複数の信号を取得する。複数の信号に基づいて定められる一の複素信号ベクトルと複数の複素重み係数ベクトルの内積に各合成信号が対応付けられるように、複数の信号に基づいて相異なる複数の合成信号を生成し、複数の合成信号ごとの電力を取得する。そして、複数の合成信号ごとの電力と複数の複素重み係数ベクトルに基づいて、送信アンテナと複数の受信アンテナの間で定義されるチャネル相関行列を推定し、チャネル相関行列に基づいて電波の到来方向を推定する。

これにより、装置全体の構成が大規模になることを抑制しつつ、パイロット信号のような既知信号を利用せずに受信信号の電波到来方向を推定することができる。

また、フェーズドアレイアンテナなどの指向性制御部３５を利用し、アンテナ出力合成後の信号電力からチャネル相関行列を推定できる。その結果、ＲＦ回路を複雑化することなく、電波の到来方向を推定することができる。さらには、フェーズドアレイアンテナの指向性制御部３５の利得と位相を複数回変更し、合成信号の電力を測定することで、ＲＦ信号の位相を直接測定することなくチャネル相関行列を推定できる。これにより、ＲＦ回路を複雑化することなく電波の到来方向を推定することができる。

さらには、鋭いビームを持ったアンテナで細かく方位角を変えて受信電力をサンプリングする必要がない。アンテナ数の次数の行列であるチャネル相関行列を推定し、電波の到来方向を推定するため、アンテナサイズや測定時間を増やすことなく高い角度分解能を得ることができる。

チャネル相関行列の推定や電波の到来方向の推定は、アンテナ数の次数程度の行列の演算によって行われる。そのため、汎用のＣＰＵによって実現することが可能である。

また、本実施形態に係る電波到来方向推定装置及び電波到来方向推定方法によれば、チャネル相関行列の推定の際に解くべき連立方程式系のヤコビ行列やその疑似逆行列を、未知数の関数として陽に表すことができる。そのため、ＬＵＴ（ＬｏｏｋＵｐ Ｔａｂｌｅ）などを用いることにより、チャネル相関行列の推定のための計算を高速化することができる。

本実施形態に係る電波到来方向推定装置及び電波到来方向推定方法によれば、合成信号の電力のみからチャネル相関行列を推定するため、既知のパイロット信号を利用したり受信信号のデータを復調したりする必要がない。そのため、例えば、純粋な増幅と転送を行う非再生中継器でも到来方向推定と指向性制御を行うことができる。

また、各アンテナをハイブリッド回路によって合成するのではなく、指向性制御部３５で合成された合成信号の電力を測定することでチャネル相関行列を推定する。そのため、電波の到来方向を推定した後に指向性制御を行うことができる。これにより電波の送信元である基地局等にビームを向け、アンテナ利得を得ることができる。

さらに、各アンテナをハイブリッド回路によって合成するのではなく、複素重み係数ベクトルと対応付けられる利得と位相を変更できる指向性制御部によって合成する。そのため、指向性制御部の利得と位相の組み合わせを変更することで、容易に、４素子以上のアレーアンテナに対して適用することができる。

アンテナの指向性と対応する複素重み係数ベクトルは、数１２に示す行列Φを計算することができれば、任意に選択可能である。そのため、あらかじめ決められた指向性パターンを複数持つ無線通信システムに付随させて、本実施形態に係る電波到来方向推定装置及び電波到来方向推定方法を実装することができる。さらには、特定の方向に指向性を向けながら、わずかに指向性を変化させてビームトラッキングを行うことができる。

また、本実施形態に係る電波到来方向推定装置及び電波到来方向推定方法によれば、複数の合成信号の個数は、複数の受信アンテナの個数以上であってもよい。これにより、複数の受信アンテナの個数以上であってもよい。これにより、チャネル相関行列の推定を行って、電波の到来方向を推定することができる。

さらに、本実施形態に係る電波到来方向推定装置及び電波到来方向推定方法によれば、複数の合成信号の個数は、複数の受信アンテナの個数の２倍以上であってもよい。これにより、チャネル相関行列の推定の際に解くべき連立方程式系が一意の解を有することが保証される。また、チャネル相関行列の推定の際に解くべき連立方程式系を解く際に、反復法による求根アルゴリズムを用いる場合であっても、誤った解に収束する可能性を減らすことができる。その結果、正しいチャネル相関行列を推定することが容易になる。そして、電波の到来方向を精度よく推定することができる。

また、本実施形態に係る電波到来方向推定装置及び電波到来方向推定方法は、所定時間ごとに繰り返しチャネル相関行列を推定するものであってもよい。これにより、送信アンテナ１０からの電波の到来方向を時間的に継続して推定することができる。さらには、トラッキングのように連続的にチャネル相関行列が変化していく場合に、チャネル相関行列の推定の際に解くべき連立方程式系を解く際の計算コストを削減できる。

さらに、本実施形態に係る電波到来方向推定装置及び電波到来方向推定方法は、ビームフォーマ法、線形予測法、ＭＵＳＩＣ法、ＥＳＰＲＩＴ法、Ｃａｐｏｎ法、最小ノルム法の少なくともいずれかを含む推定方法を用いるものであってもよい。そして、これらの推定方法を用いて、チャネル相関行列に基づいて電波の到来方向を推定するものであってもよい。これにより、チャネル相関行列に基づいて電波の到来方向を推定する種々の手法を適用することができる。装置全体の構成が大規模になることを抑制しつつ、パイロット信号のような既知信号を利用せずに受信信号の電波到来方向を推定することができる。

上述の実施形態で示した各機能は、１又は複数の処理回路によって実装されうる。処理回路には、プログラムされたプロセッサや、電気回路などが含まれ、さらには、特定用途向けの集積回路（ＡＳＩＣ）のような装置や、記載された機能を実行するよう配置された回路構成要素なども含まれる。

以上、本実施形態を説明したが、本実施形態はこれらに限定されるものではなく、本実施形態の要旨の範囲内で種々の変形が可能である。

１０ 送信アンテナ
２０ 受信アンテナ
３０ 重み付き合成部
４０ 電力測定部
５０ チャネル相関行列推定部
６０ 到来方向推定部
１００，１０１，１０２，１０３，１０４ 電波到来方向推定装置

また、本実施形態に係る電波到来方向推定装置及び電波到来方向推定方法によれば、複数の合成信号の個数は、複数の受信アンテナの個数以上であってもよい。これにより、チャネル相関行列の推定を行って、電波の到来方向を推定することができる。

Claims (6)

1. 送信アンテナからの電波を複数の受信アンテナで受信して得られる複数の信号が入力され、前記複数の信号に基づいて定められる一の複素信号ベクトルと複数の複素重み係数ベクトルの内積に各合成信号が対応付けられるように、前記複数の信号に基づいて相異なる複数の合成信号を生成する重み付き合成部と、
   前記複数の合成信号ごとの電力を取得する電力測定部と、
   前記複数の合成信号ごとの電力と前記複数の複素重み係数ベクトルに基づいて、前記送信アンテナと前記複数の受信アンテナの間で定義されるチャネル相関行列を推定するチャネル相関行列推定部と、
   前記チャネル相関行列に基づいて前記電波の到来方向を推定する到来方向推定部と、
   を備える電波到来方向推定装置。
2. 前記複数の合成信号の個数は、前記複数の受信アンテナの個数以上である、請求項１に記載の電波到来方向推定装置。
3. 前記複数の合成信号の個数は、前記複数の受信アンテナの個数の２倍以上である、請求項１又は２に記載の電波到来方向推定装置。
4. 前記チャネル相関行列推定部は、所定時間ごとに繰り返し前記チャネル相関行列を推定する、請求項１から３のいずれか一項に記載の電波到来方向推定装置。
5. 前記到来方向推定部は、ビームフォーマ法、線形予測法、ＭＵＳＩＣ法、ＥＳＰＲＩＴ法、Ｃａｐｏｎ法、最小ノルム法の少なくともいずれかを含む推定方法を用いて、前記チャネル相関行列に基づいて前記電波の到来方向を推定する、請求項１から４のいずれか一項に記載の電波到来方向推定装置。
6. 送信アンテナからの電波を複数の受信アンテナで受信して複数の信号を取得し、
   前記複数の信号に基づいて定められる一の複素信号ベクトルと複数の複素重み係数ベクトルの内積に各合成信号が対応付けられるように、前記複数の信号に基づいて相異なる複数の合成信号を生成し、
   前記複数の合成信号ごとの電力を取得し、
   前記複数の合成信号ごとの電力と前記複数の複素重み係数ベクトルに基づいて、前記送信アンテナと前記複数の受信アンテナの間で定義されるチャネル相関行列を推定し、
   前記チャネル相関行列に基づいて前記電波の到来方向を推定する、電波到来方向推定方法。

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