JP5230766B2 - 到来方向推定装置及び到来方向推定方法 - Google Patents
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Description
本発明の到来方向推定装置は、高周波信号を受信する複数のアンテナ素子で構成されるアレーアンテナと、前記アンテナ素子毎に受信された前記高周波信号を分波して複数の周波数成分の信号を生成する分波器と、前記複数の周波数成分の信号をNd個(Ndは2以上の自然数)の分割帯域に分割し、前記Nd個の分割帯域のうちの少なくとも一つの分割帯域について、該分割帯域に属する2個以上の周波数成分の信号を用いて電波の到来方向推定を行う方向推定部とを具備する。
また、上記到来方向推定装置において、前記方向推定部は、前記2個以上の周波数成分の信号の各々に埋め込まれた既知のパイロット信号を用いて、入力された各周波数成分の信号とのパイロット信号相関値を算出し、異なるアンテナ素子で受信された前記高周波信号に含まれる前記2個以上の周波数成分の信号の各々からパイロット信号相関値を算出し、算出された複数のパイロット信号相関値を基に、到来方向推定を行う。
また、上記到来方向推定装置において、前記方向推定部は、前記2個以上の周波数成分の信号の各々に埋め込まれた既知のパイロット信号を用いて、入力された各周波数成分の信号とのパイロット信号相関値を算出し、異なるアンテナ素子で受信された前記高周波信号に含まれる前記2個以上の周波数成分の信号の各々からパイロット信号相関値を算出し、算出された複数のパイロット信号相関値から相関行列を生成して、到来方向推定を行う。
また、上記到来方向推定装置において、前記分割帯域の各々にはL個(Lは2以上の自然数)の周波数成分の信号が属し、前記方向推定部は、各分割帯域について、列ベクトルVkの第m番目の要素を、第k番目(kはL以下の自然数)の周波数成分の信号における第m番目のアンテナ素子でのパイロット信号相関値とし、Hを複素共役転置演算子とした場合、R=V1V1 H+V2V2 H+・・・+VLVL Hとして表せる相関行列Rを用いて到来方向推定を行う。
また、上記到来方向推定装置において、前記分割帯域の各々にはL個(Lは2以上の自然数)の周波数成分の信号が属し、前記方向推定部は、各分割帯域について、第k番目(kはL以下の自然数)の周波数成分の信号における第m番目のアンテナ素子でのパイロット信号相関値を第m番目の要素にもつ列ベクトルをVk、Vkxを列ベクトルVkの第x番目の要素(ただし、xはアンテナ素子数以下の自然数)とし、*を複素共役転置演算子とした場合、z=V1x *V1+V2x *V2+・・・+VLx *VNとして表せる相関ベクトルzを用いて到来方向推定を行う。
また、上記到来方向推定装置において、前記方向推定部は、前記2個以上の周波数成分の信号の各々に埋め込まれた既知のパイロット信号を用いて、入力された各周波数成分の信号との相互相関演算を行うことで遅延プロファイルを算出し、前記遅延プロファイルから複数のパス到来タイミングを検出し、前記到来パスタイミング毎に、異なるアンテナ素子で受信された周波数成分の信号の各々から算出された複数のパイロット信号相関値を基に到来方向推定を行う。
また、上記到来方向推定装置において、前記分割帯域の各々にはL個(Lは2以上の自然数)の周波数成分の信号が属し、前記方向推定部は、各分割帯域について、第k番目(kはL以下の自然数)の周波数成分の信号における第p番目の到来パス(全到来パス数はS)の第m番目のアンテナ素子でのパイロット信号相関値をm番目の要素にもつ列ベクトルをVk(p)、Hを複素共役転置演算子とした場合、
また、上記到来方向推定装置において、前記分割帯域の各々にはL個(Lは2以上の自然数)の周波数成分の信号が属し、前記方向推定部は、各分割帯域について、第k番目(kはL以下の自然数)の周波数成分の信号における第p番目の到来パス(全到来パス数はS)の第m番目のアンテナ素子でのパイロット信号相関値をm番目の要素にもつ列ベクトルをVk(p)、Vkx(p)を列ベクトルVk(p)のx番目の要素(ただし、xはアンテナ素子数以下の自然数)とし、*を複素共役転置演算子とした場合、
また、上記到来方向推定装置において、前記方向推定部は、相関行列Rを用いて、MUSIC法、ESPRIT法、CAPON法、あるいはフーリエ法のいずれかの手法を用いて到来方向推定を行う。
また、上記到来方向推定装置において、前記方向推定部は、相関行列Rに空間スムージング処理を適用後に、MUSIC法、ESPRIT法、CAPON法、あるいはフーリエ法のいずれかの手法を用いて到来方向推定を行う。
また、上記到来方向推定装置において、前記方向推定部は、相関行列Rにユニタリ変換処理を適用後に、MUSIC法、ESPRIT法、CAPON法、あるいはフーリエ法のいずれかの手法を用いて到来方向推定を行う。
また、上記到来方向推定装置において、前記分波器は、フーリエ変換を用いて高周波信号を複数の周波数成分の信号に分波する。
本発明の到来方向推定方法は、高周波信号を複数のアンテナ素子で構成されるアレーアンテナを用いて受信し、前記アンテナ素子毎に、受信された前記高周波信号を分波して複数の周波数成分の信号を生成し、前記複数の周波数成分の信号の一部である周波数方向に連続した2個以上の周波数成分の信号を用いて電波の到来方向推定を行う。
また、本発明の到来方向推定方法は、高周波信号を複数のアンテナ素子で構成されるアレーアンテナを用いて受信し、前記アンテナ素子毎に、受信された前記高周波信号を分波して複数の周波数成分の信号を生成し、前記複数の周波数成分の信号をNd個(Ndは2以上の自然数)の分割帯域に分割し、前記Nd個の分割帯域のうちの少なくとも一つの分割帯域について、該分割帯域に属する2個以上の周波数成分の信号を用いて電波の到来方向推定を行う。
また、上記到来方向推定方法において、前記2個以上の周波数成分の信号の各々に埋め込まれた既知のパイロット信号を用いて、入力された各周波数成分の信号とのパイロット信号相関値を算出し、異なるアンテナ素子で受信された前記高周波信号に含まれる前記2個以上の周波数成分の信号の各々からパイロット信号相関値を算出し、算出された複数のパイロット信号相関値を基に、前記到来方向推定を行う。
また、上記到来方向推定方法において、前記2個以上の周波数成分の信号の各々に埋め込まれた既知のパイロット信号を用いて、入力された各周波数成分の信号とのパイロット信号相関値を算出し、異なるアンテナ素子で受信された前記高周波信号に含まれる前記2個以上の周波数成分の信号の各々からパイロット信号相関値を算出し、算出された複数のパイロット信号相関値から相関行列を生成して、前記到来方向推定を行う。
また、上記到来方向推定方法において、前記2個以上の周波数成分の信号の各々に埋め込まれた既知のパイロット信号を用いて、入力された各周波数成分の信号との相互相関演算を行うことで遅延プロファイルを算出し、前記遅延プロファイルから複数のパス到来タイミングを検出し、前記到来パスタイミング毎に、異なるアンテナ素子で受信された周波数成分の信号の各々から算出された複数のパイロット信号相関値を基に前記到来方向推定を行う。
また、上記到来方向推定方法において、前記分波器は、フーリエ変換を用いて高周波信号を複数の周波数成分の信号に分波する。
図1は、本発明の実施の形態1に係る適応アンテナ無線通信装置の構成を示すブロック図である。図1に示す適応アンテナ無線通信装置は、複数Na個のアンテナ素子1−1〜Naから構成されるアレーアンテナ1、第k番目のアンテナ素子1−kで受信された高周波信号s1−kを周波数変換後に、複数Ns個のサブキャリア信号f1−kからfNs−kに分波する分波器2―k(ただし、k=1〜Na)、通信帯域をNd個に分割した分割帯域のうち、第m番目の分割帯域3−mに属するサブキャリア信号群を用いて到来方向推定を行う分割帯域方向推定部4−m、第m番目の分割帯域方向推定部4−mでの方向推定結果を基にアレー重みを生成する分割帯域アレー重み生成部5−m、分割帯域アレー重み生成部5−mによるアレー重みを用いて、第m番目の分割帯域3−mに属するサブキャリア信号群に対し指向性形成するサブキャリア指向性形成部6−m、指向性受信された各サブキャリア信号を用いてデータ復調を行う復調部7から構成されている。ただし、m=1、...、Ndである。なお、図1ではアンテナ素子数Na=2、サブキャリア数Ns=4、分割帯域数Nd=2の場合の構成例を示している。
図5は、本発明の実施の形態2に係る適応アンテナ無線通信装置の構成を示すブロック図であり、実施の形態1で説明した図1の構成での、各分割帯域方向推定部4の方向推定結果を基にサブキャリア毎に送信指向性を形成する動作を行う。なお、分割帯域方向推定部4の方向推定結果が得られるまでのブロック図は実施の形態1と同様であり、省略している。図5における適応アンテナ無線通信装置は、分割帯域方向推定部4の推定結果を基に送信アレー重みを生成するサブキャリア送信重み生成部40、送信サブキャリア信号を送信アレー素子数分だけ複製したそれぞれの信号に、送信アレー重みを乗算するサブキャリア送信指向性形成部41、重み付けされたサブキャリア信号を混合する混合器42、混合器42の出力を無線周波数に周波数変換する無線送信部43から構成される。なお、図5ではアンテナ素子数Na=2、サブキャリア数Ns=2、分割帯域数Nd=2の場合の構成例を示している。以下、図5を用いてその動作の説明を行う。
図6は、本発明の実施の形態3に係る適応アンテナ無線通信装置の構成を示すブロック図であり、実施の形態1で説明した図1に示す構成に、アレーアンテナ1で受信された全てのサブキャリア信号を用いることで全通信帯域での方向推定を行う全帯域方向推定部50と、分割帯域方向推定部4または、全帯域方向推定部50で算出される空間プロファイルを用いることで角度広がり検出し、どちらかの方向推定結果を選択して出力する方向推定結果選択部51とを追加した構成である。なお、分割帯域方向推定部4の方向推定結果が得られるまでのブロック図は実施の形態1と同様であり、省略している。以下、図6を用いて実施の形態1と異なる部分を主に説明を行う。なお、図6ではアンテナ素子数Na=2、サブキャリア数Ns=2、分割帯域数Nd=2の場合の構成例を示している。
図7は、本発明の実施の形態4に係る適応アンテナ無線通信装置の構成を示すブロック図であり、実施の形態2で説明した図5に示す構成に、アレーアンテナ1で受信された全てのサブキャリア信号を用いることで全帯域での方向推定を行う全帯域方向推定部50と、分割帯域方向推定部4または、全帯域方向推定部50で算出される空間プロファイルを用いることで角度広がり検出し、どちらかの方向推定結果を選択して出力する方向推定結果選択部51とを追加した構成である。なお、分割帯域方向推定部4の方向推定結果が得られるまでのブロック図は実施の形態1と同様であり、省略している。以下、図7を用いて実施の形態1と異なる部分を主に説明を行う。なお、図7ではアンテナ素子数Na=2、サブキャリア数Ns=2、分割帯域数Nd=2の場合の構成例を示している。
1―1〜Na アンテナ素子
2―1〜Na 分波器
3―1〜Nd 分割帯域
4―1〜Nd 分割帯域方向推定部
5―1〜Nd 分割帯域アレー重み生成部
6―1〜Nd サブキャリア指向性形成部
7 復調部
Claims (17)
- 高周波信号を受信する複数のアンテナ素子で構成されるアレーアンテナと、
前記アンテナ素子毎に受信された前記高周波信号を分波して複数の周波数成分の信号を生成する分波器と、
前記複数の周波数成分の信号をNd個(Ndは2以上の自然数)の分割帯域に分割し、前記Nd個の分割帯域のうちの少なくとも一つの分割帯域について、該分割帯域に属する2個以上の周波数成分の信号を用いて電波の到来方向推定を行う方向推定部と
を具備する到来方向推定装置。 - 前記方向推定部は、前記2個以上の周波数成分の信号の各々に埋め込まれた既知のパイロット信号を用いて、入力された各周波数成分の信号とのパイロット信号相関値を算出し、異なるアンテナ素子で受信された前記高周波信号に含まれる前記2個以上の周波数成分の信号の各々からパイロット信号相関値を算出し、算出された複数のパイロット信号相関値を基に、到来方向推定を行うことを特徴とする請求項1記載の到来方向推定装置。
- 前記方向推定部は、前記2個以上の周波数成分の信号の各々に埋め込まれた既知のパイロット信号を用いて、入力された各周波数成分の信号とのパイロット信号相関値を算出し、異なるアンテナ素子で受信された前記高周波信号に含まれる前記2個以上の周波数成分の信号の各々からパイロット信号相関値を算出し、算出された複数のパイロット信号相関値から相関行列を生成して、到来方向推定を行うことを特徴とする請求項1記載の到来方向推定装置。
- 前記分割帯域の各々にはL個(Lは2以上の自然数)の周波数成分の信号が属し、
前記方向推定部は、各分割帯域について、列ベクトルVkの第m番目の要素を、第k番目(kはL以下の自然数)の周波数成分の信号における第m番目のアンテナ素子でのパイロット信号相関値とし、Hを複素共役転置演算子とした場合、R=V1V1 H+V2V2 H+・・・+VLVL Hとして表せる相関行列Rを用いて到来方向推定を行うことを特徴とする請求項3記載の到来方向推定装置。 - 前記分割帯域の各々にはL個(Lは2以上の自然数)の周波数成分の信号が属し、
前記方向推定部は、各分割帯域について、第k番目(kはL以下の自然数)の周波数成分の信号における第m番目のアンテナ素子でのパイロット信号相関値を第m番目の要素にもつ列ベクトルをVk、Vkxを列ベクトルVkの第x番目の要素(ただし、xはアンテナ素子数以下の自然数)とし、*を複素共役転置演算子とした場合、z=V1x *V1+V2x *V2+・・・+VLx *VNとして表せる相関ベクトルzを用いて到来方向推定を行うことを特徴とする請求項3記載の到来方向推定装置。 - 前記方向推定部は、前記2個以上の周波数成分の信号の各々に埋め込まれた既知のパイロット信号を用いて、入力された各周波数成分の信号との相互相関演算を行うことで遅延プロファイルを算出し、前記遅延プロファイルから複数のパス到来タイミングを検出し、前記到来パスタイミング毎に、異なるアンテナ素子で受信された周波数成分の信号の各々から算出された複数のパイロット信号相関値を基に到来方向推定を行うことを特徴とする請求項1記載の到来方向推定装置。
- 前記方向推定部は、相関行列Rを用いて、MUSIC法、ESPRIT法、CAPON法、あるいはフーリエ法のいずれかの手法を用いて到来方向推定を行うことを特徴とする請求項4乃至請求項8いずれか一項に記載の到来方向推定装置。
- 前記方向推定部は、相関行列Rに空間スムージング処理を適用後に、MUSIC法、ESPRIT法、CAPON法、あるいはフーリエ法のいずれかの手法を用いて到来方向推定を行うことを特徴とする請求項4乃至請求項8いずれか一項に記載の到来方向推定装置。
- 前記方向推定部は、相関行列Rにユニタリ変換処理を適用後に、MUSIC法、ESPRIT法、CAPON法、あるいはフーリエ法のいずれかの手法を用いて到来方向推定を行うことを特徴とする請求項4乃至請求項8いずれか一項に記載の到来方向推定装置。
- 前記分波器は、フーリエ変換を用いて高周波信号を複数の周波数成分の信号に分波することを特徴とする請求項1乃至請求項11いずれか一項に記載の到来方向推定装置。
- 高周波信号を複数のアンテナ素子で構成されるアレーアンテナを用いて受信し、
前記アンテナ素子毎に、受信された前記高周波信号を分波して複数の周波数成分の信号を生成し、
前記複数の周波数成分の信号をNd個(Ndは2以上の自然数)の分割帯域に分割し、前記Nd個の分割帯域のうちの少なくとも一つの分割帯域について、該分割帯域に属する2個以上の周波数成分の信号を用いて電波の到来方向推定を行う
到来方向推定方法。 - 前記2個以上の周波数成分の信号の各々に埋め込まれた既知のパイロット信号を用いて、入力された各周波数成分の信号とのパイロット信号相関値を算出し、異なるアンテナ素子で受信された前記高周波信号に含まれる前記2個以上の周波数成分の信号の各々からパイロット信号相関値を算出し、算出された複数のパイロット信号相関値を基に、前記到来方向推定を行うことを特徴とする請求項13記載の到来方向推定方法。
- 前記2個以上の周波数成分の信号の各々に埋め込まれた既知のパイロット信号を用いて、入力された各周波数成分の信号とのパイロット信号相関値を算出し、異なるアンテナ素子で受信された前記高周波信号に含まれる前記2個以上の周波数成分の信号の各々からパイロット信号相関値を算出し、算出された複数のパイロット信号相関値から相関行列を生成して、前記到来方向推定を行うことを特徴とする請求項13記載の到来方向推定方法。
- 前記2個以上の周波数成分の信号の各々に埋め込まれた既知のパイロット信号を用いて、入力された各周波数成分の信号との相互相関演算を行うことで遅延プロファイルを算出し、前記遅延プロファイルから複数のパス到来タイミングを検出し、前記到来パスタイミング毎に、異なるアンテナ素子で受信された周波数成分の信号の各々から算出された複数のパイロット信号相関値を基に前記到来方向推定を行うことを特徴とする請求項13記載の到来方向推定方法。
- 前記分波器は、フーリエ変換を用いて高周波信号を複数の周波数成分の信号に分波することを特徴とする請求項13乃至請求項16記載のいずれか一項に記載の到来方向推定方法。
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