JP5267900B2 - 到来方向推定装置およびそれを備えた無線通信装置 - Google Patents

Description

この発明は、到来波の到来方向を推定する到来方向推定装置およびそれを備えた無線通信装置に関するものである。

近年、無線通信システムにおいて、加入者容量の更なる増大および伝送速度の更なる高速化を図るために、ＡＡＡ（Ａｄａｐｔｉｖｅ Ａｎｔｅｎｎａ Ａｒｒａｙ）およびＭＩＭＯ（Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ｉｎｐｕｔ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ｏｕｔｐｕｔ）に代表される時間領域と空間領域とを利用した時空間信号処理技術の適用が検討されている。

そして、これらの技術を精度良く評価するために、到来する電波の時間方向と到来方向とを同時に扱える時空間パスモデルが必須とされている。このモデルを提案するためには、まず、実環境における時空間マルチパス伝搬路の詳細な解析を行う必要がある。

このように、素波の到来角度を高分解能で推定する超分解能到来方向推定法と呼ばれるものにＭＵＳＩＣ（Ｍｕｌｔｉｐｌｅ ＳＩｇｎａｌ Ｃｌａｓｓｉｆｉｃａｔｉｏｎ）（非特許文献１)およびＥＳＰＲＩＴ（Ｅｓｔｉｍａｔｉｏｎ ｏｆ Ｓｉｇｎａｌ Ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ｖｉａ Ｒｏｔａｔｉｏｎａｌ Ｉｎｖａｒｉａｎｃｅ Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ） （非特許文献２)と言うアルゴリズムがある。

しかし、これらのアルゴリズムは、スナップショット数が少ない場合やコヒーレントな波が到来してきた場合、低ＳＮＲ（Ｓｉｇｎａｌ ｔｏ Ｎｏｉｓｅ Ｒａｔｉｏ）のような環境で精度が劣化してしまう。また、これらのアルゴリズムでは、アレーの形状にも制約があるため、最近では、アレーの形状によらずパラメータの多次元化が容易であることから、最尤推定に基づいたＳＡＧＥ（Ｓｐａｃｅ Ａｌｔｅｒｎａｔｉｎｇ Ｇｅｎｅｒａｌｉｚｅｄ Ｅｍ ａｌｇｏｒｉｔｈｍ）アルゴリズムが用いられている（非特許文献３）。
R.O.Schmidt "Multiple Emitter Location and Signal Parameter Estimation," IEEE Trans., vol.AP-34, No.3, pp.276-280(Mar. 1986). R.Roy and T.Kailath "Estimatio of Signal Parameters via Rotational Invariance Techniques," IEEE Trans., vol.ASSP-37, pp.984-995(July 1989). Bernard H. Fleury, Patrik Jourdan, Andreas Stucki "High-Resolution Channel Parameter Estimation for MIMO Applications Using the SAGE Algorithm".

しかし、ＳＡＧＥアルゴリズムは、角度走査により逐次的に到来波を検出するので、到来角度の推定における限界分解能は、アレー応答ベクトルに依存する。そして、ＳＡＧＥアルゴリズムを実際の装置で使用することを考慮すると、アレー応答ベクトルは、様々な誤差要因によって変化する。例えば、受信機の各ポートのアナログ回路部の利得・位相のばらつきによる誤差や、各素子の位置に誤差がある場合や、アレー素子長など素子形状の製作誤差が考えられる。

この為、誤差要因を推定／測定し、その影響を取り除くことにより、誤差の影響を補償したアレー応答ベクトルが得られる。これは、アレーアンテナを用いた到来方向システムのアレーキャリブレーションと呼ばれるが、上記誤差要因を補償するために、電波暗室などでアレー応答ベクトルを直接測定するという方法がある。これによって、ある一定の角度ステップごとにデータを取得してアンテナパターンテーブルとして保持し、対応する角度の推定時に参照する。

しかし、高分解能な到来方向推定を行う場合、角度ステップが小さく、全ての探索範囲を網羅したアンテナパターンテーブルを作成する必要があるが、これはアレー素子が多い場合に測定が困難であるという問題がある。

また、実機に、この膨大なアンテナパターンテーブルを保持させる場合、メモリ容量も増大してしまうという問題がある。

そこで、この発明は、かかる問題を解決するためになされたものであり、その目的は、アンテナパターンテーブルの精度よりも高い精度で到来波の到来方向を推定可能な到来方向推定装置を提供することである。

また、この発明の別の目的は、アンテナパターンテーブルの精度よりも高い精度で到来波の到来方向を推定可能な到来方向推定装置を備える無線通信装置を提供することである。

この発明によれば、到来方向推定装置は、アレーアンテナと、受信手段と、第１および第２の推定手段とを備える。アレーアンテナは、複数のアンテナ素子からなり、到来波を受信する。受信手段は、アレーアンテナが到来波を受信したときの受信信号を生成する。第１の推定手段は、受信手段によって生成された受信信号とアレーアンテナが到来波を受信したときの複数のアンテナ素子の応答ベクトルであるアンテナパターンテーブルとを用いて、到来波が伝搬するときの伝搬パラメータを第１の分解能で推定する第１の推定処理を実行する。第２の推定手段は、第１の推定手段によって推定された伝搬パラメータを用いて第１の分解能よりも高い第２の分解能で到来波の到来方向を推定する第２の推定処理を実行する。

好ましくは、第１の推定手段は、伝搬パラメータの初期値を用いて第１の推定処理を開始し、伝搬パラメータが収束するまで第１の推定処理を繰り返し実行して伝搬パラメータを推定する。第２の推定手段は、収束した伝搬パラメータを用いて第２の推定処理を実行して到来波の到来方向を推定する。

好ましくは、第１の推定手段は、伝搬パラメータの初期値を用いて第１の推定処理を開始し、伝搬パラメータが収束するまで第１の推定処理を繰り返し実行して伝搬パラメータを推定する。第２の推定手段は、第１の推定処理が実行されるごとに第２の推定処理を実行し、伝搬パラメータが収束するまで第１の推定手段によって推定された伝搬パラメータを用いて到来波の到来方向を推定する。

好ましくは、アンテナパターンテーブルは、第１の分解能と同じ角度ステップに対して作成されている。

好ましくは、アンテナパターンテーブルは、第１の分解能と同じ角度ステップに対して作成されたアンテナパターンテーブルを補間したパターンテーブルからなる。

好ましくは、伝搬パラメータの初期値は、予め任意に設定されたパラメータからなる。

好ましくは、伝搬パラメータの初期値は、送信信号が受信信号に近づくように検出された伝搬パラメータからなる。

好ましくは、伝搬パラメータの初期値は、受信信号と送信信号との相関値に基づいて検出された伝搬パラメータからなる。

また、この発明によれば、無線通信装置は、到来方向推定装置と、送信手段とを備える。到来方向推定装置は、請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の到来方向推定装置からなる。送信手段は、到来方向推定装置によって推定された到来方向にビームを形成して信号を送信する。

この発明による到来方向推定装置においては、第１の推定手段は、アンテナパターンテーブルを用いて第１の分解能で伝搬パラメータを推定し、第２の推定手段は、第１の推定手段によって推定された伝搬パラメータを用いて第２の分解能で到来方向を推定する。

従って、この発明によれば、アンテナパターンテーブルの角度ステップよりも高分解能で到来方向を推定できる。

その結果、膨大なデータ量からなるアンテナパターンテーブルを実装する必要がなく、メモリ容量の増大を抑制できる。

本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰返さない。

［実施の形態１］
図１は、この発明の実施の形態１による到来方向推定装置の構成を示す概略ブロック図である。実施の形態１による到来方向推定装置１００は、アンテナ１０１と、受信部１０２と、既知信号発生部１０３と、伝搬パラメータ初期値発生部１０４と、レプリカ信号作成部１０５と、伝搬パラメータ推定部１０６と、収束判定部１０７と、角度高分解能処理部１０８と、伝搬パラメータ記憶部１０９とを備える。

アレーアンテナ１０１は、Ｋ（Ｋは２以上の整数）本のアンテナ素子１０１−１〜１０１−Ｋからなる。そして、アレーアンテナ１０１は、Ｌ（Ｌは正の整数）個のパスから到来する到来波をＫ本のアンテナ素子１０１−１〜１０１−Ｋによって受信し、その受信した到来波の受信信号を受信部１０２へ出力する。

受信部１０２は、Ｋ本のアンテナ素子１０１−１〜１０１−Ｋから受けた受信信号に基づいて、Ｋ本のアンテナ素子１０１−１〜１０１−Ｋに対応したＫ個のベースバンド信号ｙ_ｋ（ｔ）（ｋ＝１〜Ｋ）を生成し、その生成したＫ個のベースバンド信号ｙ_ｋ（ｔ）をレプリカ信号作成部１０５へ出力する。

既知信号発生部１０３は、送信信号からなる既知信号ｓ（ｔ）を発生し、その発生した既知信号ｓ（ｔ）をレプリカ信号作成部１０５へ出力する。伝搬パラメータ初期値発生部１０４は、１番目〜Ｌ番目のパスによって到来する到来波の遅延時間τ_１〜τ_Ｌの初期値τ_１０〜τ_Ｌ０、１番目〜Ｌ番目のパスによって到来する到来波の到来角（方位角θ_１〜θ_Ｌおよび仰角ψ_１〜ψ_Ｌからなる）の初期値θ_１０〜θ_Ｌ０，ψ_１０〜ψ_Ｌ０、および１番目〜Ｌ番目のパスによって到来する到来波の複素振幅減衰α_１〜α_Ｌの初期値α_１０〜α_Ｌ０を保持し、到来波の遅延時間、到来角および複素振幅減衰からなる伝搬パラメータの推定が開始されると、その保持した遅延時間τ_１〜τ_Ｌの初期値τ_１０〜τ_Ｌ０、到来角の初期値θ_１０〜θ_Ｌ０，ψ_１０〜ψ_Ｌ０、および複素振幅減衰α_１〜α_Ｌの初期値α_１０〜α_Ｌ０をレプリカ信号作成部１０５へ出力する。

レプリカ信号作成部１０５は、到来波を受信したときのＫ本のアンテナ素子１０１−１〜１０１−Ｋの応答ベクトルであるアンテナパターンテーブルＶ_ｋ（ψ_ｌ，θ_ｌ）（ｋ＝１〜Ｋ，ｌ＝１〜Ｌ）を保持し、受信部１０２からＫ個のベースバンド信号ｙ_ｋ（ｔ）を受け、既知信号発生部１０３から既知信号ｓ（ｔ）を受け、伝搬パラメータ初期値発生部１０４から遅延時間τ_１〜τ_Ｌの初期値τ_１０〜τ_Ｌ０、到来角の初期値θ_１０〜θ_Ｌ０，ψ_１０〜ψ_Ｌ０、および複素振幅減衰α_１〜α_Ｌの初期値α_１０〜α_Ｌ０を受ける。そして、レプリカ信号作成部１０５は、遅延時間τ_１〜τ_Ｌの初期値τ_１０〜τ_Ｌ０、到来角の初期値θ_１０〜θ_Ｌ０，ψ_１０〜ψ_Ｌ０、および複素振幅減衰α_１〜α_Ｌの初期値α_１０〜α_Ｌ０を初期値［τ_１０，θ_１０，ψ_１０，α_１０］，［τ_２０，θ_２０，ψ_２０，α_２０］，・・・，［τ_ｌ０，θ_ｌ０，ψ_ｌ０，α_ｌ０］，・・・，［τ_Ｌ０，θ_Ｌ０，ψ_Ｌ０，α_Ｌ０］の形式で保持する。

また、レプリカ信号作成部１０５は、Ｋ個のベースバンド信号ｙ_ｋ（ｔ）、アンテナパターンテーブルＶ_ｋ（ψ_ｌ，θ_ｌ）、既知信号ｓ（ｔ）および遅延時間τ_１〜τ_Ｌの初期値τ_１０〜τ_Ｌ０、到来角の初期値θ_１０〜θ_Ｌ０，ψ_１０〜ψ_Ｌ０、および複素振幅減衰α_１〜α_Ｌの初期値α_１０〜α_Ｌ０に基づいて、後述する方法によって、ｋ番目のアンテナ素子１０１−ｋにおけるｌ番目のパスのレプリカ信号ｘ_ｋ，ｌ（ｔ）（ｌ＝１〜Ｌ）を作成する。

そうすると、レプリカ信号作成部１０５は、その作成したレプリカ信号ｘ_ｋ，ｌ（ｔ）と、既知信号ｓ（ｔ）と、伝搬パラメータ［τ_ｌｎ，θ_ｌｎ，ψ_ｌｎ，α_ｌｎ］（ｎは、正の整数からなり、推定回数を表す）とを伝搬パラメータ推定部１０６へ出力する。

更に、レプリカ信号作成部１０５は、伝搬パラメータ推定部１０６から推定されたｌ番目のパスの伝搬パラメータ［τ_ｌｎ，θ_ｌｎ，ψ_ｌｎ，α_ｌｎ］を受けると、その受けた伝搬パラメータ［τ_ｌｎ，θ_ｌｎ，ψ_ｌｎ，α_ｌｎ］によってｌ番目のパスの伝搬パラメータを更新する。

なお、レプリカ信号作成部１０５は、伝搬パラメータの推定を停止するための停止信号ＳＴＰを収束判定部１０７から受けると、レプリカ信号ｘ_ｋ，ｌ（ｔ）の作成を停止し、伝搬パラメータ推定部１０６へ何も出力しない。これによって、伝搬パラメータ推定部１０６における伝搬パラメータの推定動作は、停止される。

伝搬パラメータ推定部１０６は、アンテナパターンテーブルＶ_ｋ（ψ_ｌ，θ_ｌ）（ｋ＝１〜Ｋ，ｌ＝１〜Ｌ）を保持し、レプリカ信号作成部１０５からレプリカ信号ｘ_ｋ，ｌ（ｔ）（ｌ＝１〜Ｌ）と、既知信号ｓ（ｔ）と、伝搬パラメータの初期値［τ_ｌ０，θ_ｌ０，ψ_ｌ０，α_ｌ０］とを受ける。そして、伝搬パラメータ推定部１０６は、レプリカ信号ｘ_ｋ，ｌ（ｔ）（ｌ＝１〜Ｌ）、既知信号ｓ（ｔ）および伝搬パラメータ［τ_ｌｎ，θ_ｌｎ，ψ_ｌｎ，α_ｌｎ］に基づいて、後述する方法によって、遅延時間τ_ｌ、到来角θ_ｌ，ψ_ｌおよび複素振幅減衰α_ｌを推定するとともに、伝搬パラメータの推定回数ｎをカウントする。また、伝搬パラメータ推定部１０６は、その推定した遅延時間τ_ｌ、到来角θ_ｌ，ψ_ｌおよび複素振幅減衰α_ｌからなる伝搬パラメータ［τ_ｌｎ，θ_ｌｎ，ψ_ｌｎ，α_ｌｎ］をレプリカ信号作成部１０５へ出力し、伝搬パラメータ［τ_ｌｎ，θ_ｌｎ，ψ_ｌｎ，α_ｌｎ］および推定回数ｎを収束判定部１０７へ出力する。

収束判定部１０７は、伝搬パラメータ推定部１０６から伝搬パラメータ［τ_ｌｎ，θ_ｌｎ，ψ_ｌｎ，α_ｌｎ］および推定回数ｎを受け、後述する方法によって、伝搬パラメータ［τ_ｌｎ，θ_ｌｎ，ψ_ｌｎ，α_ｌｎ］が収束したか否かを判定する。そして、収束判定部１０７は、伝搬パラメータが収束したと判定したとき、伝搬パラメータ推定部１０６から最後に受けた伝搬パラメータ［τ_ｌｎ，θ_ｌｎ，ψ_ｌｎ，α_ｌｎ］を角度高分解能処理部１０８へ出力するとともに、伝搬パラメータの推定を停止するための停止信号ＳＴＰをレプリカ信号作成部１０５へ出力する。

角度高分解能処理部１０８は、収束判定部１０７から受けた伝搬パラメータ［τ_ｌｎ，θ_ｌｎ，ψ_ｌｎ，α_ｌｎ］に基づいて、後述する方法によって、到来波の到来方向（方位角θおよび仰角ψからなる）を推定し、その推定した到来波の到来方向（方位角θおよび仰角ψからなる）を伝搬パラメータ記憶部１０９へ出力する。

伝搬パラメータ記憶部１０９は、角度高分解能処理部１０８から受けた到来波の到来方向（方位角θおよび仰角ψからなる）を記憶する。

伝搬パラメータの詳細について説明する。図２は、図１に示すレプリカ信号作成部１０５が保持する伝搬パラメータテーブルの概念図である。伝搬パラメータの推定が開始されると、レプリカ信号作成部１０５は、既知信号ｓ（ｔ）、伝搬パラメータの初期値［θ_１０，ψ_１０，α_１０］、および１番目のアンテナ素子１０１−１におけるベースバンドｙ_１（ｔ）を次式に代入して、１番目のアンテナ素子における１番目のパスのレプリカ信号ｘ_１，１（ｔ）を作成する。

なお、式（１）におけるｌ’は、ｌ番目のパス以外のパスによる成分を表し、式（１）の第２項は、ｌ番目のパスの伝搬パラメータを推定するときに、ｌ番目のパス以外のパスによる成分を除去することを意味する。

そして、レプリカ信号作成部１０５は、レプリカ信号ｘ_１，１（ｔ）を作成すると、その作成したレプリカ信号ｘ_１，１（ｔ）と、既知信号ｓ（ｔ）と、伝搬パラメータの初期値［τ_１０，θ_１０，ψ_１０，α_１０］とを伝搬パラメータ推定部１０６へ出力する。

伝搬パラメータ推定部１０６は、レプリカ信号作成部１０５からレプリカ信号ｘ_１，１（ｔ）、既知信号ｓ（ｔ）および伝搬パラメータの初期値［τ_１０，θ_１０，ψ_１０，α_１０］を受け、その受けたレプリカ信号ｘ_１，１（ｔ）、既知信号ｓ（ｔ）および伝搬パラメータの初期値［θ_１０，ψ_１０，α_１０］を次式に代入して遅延時間τの評価関数Ｚ（τ）を演算する。

即ち、伝搬パラメータ推定部１０６は、レプリカ信号ｘ_１，１（ｔ）と既知信号ｓ（ｔ）との相互相関をとることによって評価関数Ｚ（τ）を演算する。

そして、伝搬パラメータ推定部１０６は、次式によって、評価関数Ｚ（τ）が最大となるときの遅延時間τを探索することによって遅延時間τを推定する。

これによって、伝搬パラメータ推定部１０６は、遅延時間τの推定値τ_１１を得る。

その後、伝搬パラメータ推定部１０６は、レプリカ信号ｘ_１，１（ｔ）、既知信号ｓ（ｔ）および伝搬パラメータの初期値［τ_１１，θ_１０，α_１０］を次式に代入して方位角θの評価関数Ｚ（θ）を演算する。

即ち、伝搬パラメータ推定部１０６は、式（２），（３）によって推定された遅延時間の推定値τ_１１を用いて、レプリカ信号ｘ_１，１（ｔ）と、遅延時間の推定値τ_１１だけシフトさせた既知信号ｓ（ｔ−τ_１１）と、仰角ψを初期値ψ_１０に固定したアンテナパターンテーブルＶ_ｋ（ψ_１０，θ）との相互相関を取ることによって評価関数Ｚ（θ）を演算する。

そして、伝搬パラメータ推定部１０６は、次式によって、評価関数Ｚ（θ）が最大となるときの方位角θを探索することによって方位角θを推定する。

これによって、伝搬パラメータ推定部１０６は、方位角θの推定値θ_１１を得る。

引き続き、伝搬パラメータ推定部１０６は、レプリカ信号ｘ_１，１（ｔ）、既知信号ｓ（ｔ）および伝搬パラメータの初期値［τ_１１，ψ_１０，α_１０］を次式に代入して仰角ψの評価関数Ｚ（ψ）を演算する。

即ち、伝搬パラメータ推定部１０６は、式（２），（３）によって推定された遅延時間の推定値τ_１１を用いて、レプリカ信号ｘ_１，１（ｔ）と、遅延時間の推定値τ_１１だけシフトさせた既知信号ｓ（ｔ−τ_１１）と、方位角θを初期値θ_１０に固定したアンテナパターンテーブルＶ_ｋ（ψ，θ_１０）との相互相関を取ることによって評価関数Ｚ（ψ）を演算する。

そして、伝搬パラメータ推定部１０６は、次式によって、評価関数Ｚ（ψ）が最大となるときの仰角ψを探索することによって仰角ψを推定する。

これによって、伝搬パラメータ推定部１０６は、仰角ψの推定値ψ_１１を得る。

更に、その後、伝搬パラメータ推定部１０６は、レプリカ信号ｘ_１，１（ｔ）、既知信号ｓ（ｔ）および伝搬パラメータ［τ_１０，θ_１１，ψ_１１］を次式に代入して複素振幅減衰αの推定値α_１１を演算する。

即ち、伝搬パラメータ推定部１０６は、式（４）〜（７）によって推定された仰角ψの推定値ψ_１１および方位角θの推定値θ_１１を用いたアンテナパターンテーブルＶ_ｋ（ψ_１１，θ_１１）の成分と、既知信号ｓ（ｔ）の成分とをレプリカ信号ｘ_１，１（ｔ）から除去することによって複素振幅減衰αの推定値α_１１を演算する。

そうすると、伝搬パラメータ推定部１０６は、伝搬パラメータの推定回数を“１”とカウントし、そのカウントした推定回数“１”を収束判定部１０７へ出力するとともに、伝搬パラメータの推定値［τ_１１，θ_１１，ψ_１１，α_１１］をレプリカ信号作成部１０５へ出力する。

レプリカ信号作成部１０５は、当初、伝搬パラメータテーブルＰＴＢ１（図２参照）を保持しており、伝搬パラメータ推定部１０６から伝搬パラメータの推定値［τ_１１，θ_１１，ψ_１１，α_１１］を受けると、その受けた伝搬パラメータの推定値［τ_１１，θ_１１，ψ_１１，α_１１］によって伝搬パラメータテーブルＰＴＢ１の初期値［τ_１０，θ_１０，ψ_１０，α_１０］を更新し、伝搬パラメータテーブルＰＴＢ１を伝搬パラメータテーブルＰＴＢ２に更新する（図２参照）。

その後、レプリカ信号作成部１０５は、既知信号ｓ（ｔ）、伝搬パラメータの初期値［τ_２０，θ_２０，ψ_２０，α_２０］、および１番目のアンテナ素子１０１−１におけるベースバンドｙ_１（ｔ）を式（１）に代入して、１番目のアンテナ素子における２番目のパスのレプリカ信号ｘ_１，２（ｔ）を作成する。

その後、上述した動作が繰り返され、２番目のパスの伝搬パラメータの推定値［τ_２１，θ_２１，ψ_２１，α_２１］が得られる。そして、伝搬パラメータ推定部１０６は、伝搬パラメータの推定値［τ_２１，θ_２１，ψ_２１，α_２１］をレプリカ信号作成部１０５へ出力し、レプリカ信号作成部１０５は、伝搬パラメータ推定部１０６から受けた伝搬パラメータの推定値［τ_２１，θ_２１，ψ_２１，α_２１］によって伝搬パラメータテーブルＰＴＢ２の初期値［τ_２０，θ_２０，ψ_２０，α_２０］を更新し、伝搬パラメータテーブルＰＴＢ２を伝搬パラメータテーブルＰＴＢ３に更新する（図２参照）。

以後、上述した動作が繰り返し実行され、伝搬パラメータ推定部１０６は、１番目のアンテナ素子１０１−１における３番目〜Ｌ番目のパスの伝搬パラメータの推定値［τ_３０，θ_３０，ψ_３０，α_３０］〜［τ_Ｌ０，θ_Ｌ０，ψ_Ｌ０，α_Ｌ０］をレプリカ信号作成部１０５へ出力し、レプリカ信号作成部１０５は、伝搬パラメータテーブルＰＴＢ３を伝搬パラメータテーブルＰＴＢＬに更新する（図２参照）。

更に、その後、上述した動作が繰り返し実行され、１番目〜Ｋ番目のアンテナ素子１０１−１〜１０１−Ｋにおける１番目〜Ｌ番目のパスの伝搬パラメータのｎ回目の推定値が得られる。そして、レプリカ信号作成部１０５は、最終的に、伝搬パラメータテーブルＰＴＢＬを伝搬パラメータテーブルＰＴＢＬｎに更新する（図２参照）。

このように、伝搬パラメータは、初期値［τ_１０，θ_１０，ψ_１０，α_１０］から出発して逐次的に推定され、かつ、更新される。

そして、伝搬パラメータ推定部１０６は、伝搬パラメータのｎ回目の推定値［τ_１ｎ，θ_１ｎ，ψ_１ｎ，α_１ｎ］〜［τ_Ｌｎ，θ_Ｌｎ，ψ_Ｌｎ，α_Ｌｎ］を収束判定部１０７へ出力し、収束判定部１０７は、伝搬パラメータのｎ回目の推定値［τ_１ｎ，θ_１ｎ，ψ_１ｎ，α_１ｎ］〜［τ_Ｌｎ，θ_Ｌｎ，ψ_Ｌｎ，α_Ｌｎ］および推定回数ｎに基づいて、伝搬パラメータが収束したか否かを判定する。この場合、収束判定部１０７は、推定回数ｎが所定回数に達したか否かによって伝搬パラメータが収束したか否かを判定する。また、収束判定部１０７は、ｎ−１回の推定によって推定された伝搬パラメータの推定値［τ_１ｎ−１，θ_１ｎ−１，ψ_１ｎ−１，α_１ｎ−１］〜［τ_１ｎ−１，θ_１ｎ−１，ψ_１ｎ−１，α_１ｎ−１］と、伝搬パラメータのｎ回目の推定値［τ_１ｎ，θ_１ｎ，ψ_１ｎ，α_１ｎ］〜［τ_Ｌｎ，θ_Ｌｎ，ψ_Ｌｎ，α_Ｌｎ］との差分が閾値よりも小さいか否かによって伝搬パラメータが収束したか否かを判定する。

そして、収束判定部１０７は、伝搬パラメータが収束したと判定すると、伝搬パラメータのｎ回目の推定値［τ_１ｎ，θ_１ｎ，ψ_１ｎ，α_１ｎ］〜［τ_Ｌｎ，θ_Ｌｎ，ψ_Ｌｎ，α_Ｌｎ］を角度高分解能処理部１０８へ出力する。

図３は、図１に示す伝搬パラメータ推定部１０６における推定動作を説明するためのフローチャートである。一連の動作が開始されると、受信部１０２は、ベースバンド信号ｙ_１（ｔ）〜ｙ_Ｋ（ｔ）を生成してレプリカ信号作成部１０５へ出力し、既知信号発生部１０３は、既知信号ｓ（ｔ）を発生してレプリカ信号作成部１０５へ出力し、伝搬パラメータ初期値発生部１０４は、保持している伝搬パラメータの初期値をレプリカ信号作成部１０５へ出力する。そして、レプリカ信号作成部１０５は、ベースバンド信号ｙ_１（ｔ）〜ｙ_Ｋ（ｔ）、既知信号ｓ（ｔ）および伝搬パラメータの初期値に基づいて、上述した方法によって、レプリカ信号ｘ_ｋ，ｌ（ｔ）を作成し（ステップＳ１）、その作成したレプリカ信号ｘ_ｋ，ｌ（ｔ）と、既知信号ｓ（ｔ）と、伝搬パラメータの初期値とを伝搬パラメータ推定部１０６へ出力する。

伝搬パラメータ推定部１０６は、レプリカ信号ｘ_ｋ，ｌ（ｔ）、既知信号ｓ（ｔ）、および伝搬パラメータの初期値をレプリカ信号作成部１０５から受ける。そして、伝搬パラメータ推定部１０６は、伝搬パラメータの推定回数ｎを“１”に設定し（ステップＳ２）、パス数ｌを“１”に設定する（ステップＳ３）。

そうすると、伝搬パラメータ推定部１０６は、レプリカ信号作成部１０５から受けたレプリカ信号ｘ_ｋ，ｌ（ｔ）、既知信号ｓ（ｔ）、および伝搬パラメータの初期値に基づいて、ｌ番目のパスのレプリカ信号ｘ_ｋ，ｌ（ｔ）を再生する（ステップＳ４）。

そして、伝搬パラメータ推定部１０６は、上述した方法によって、ｌ番目のパスの伝搬パラメータ［τ_ｋｌ，ψ_ｋｌ，θ_ｋｌ，α_ｋｌ］を遅延時間τ、到来角（方位角θ）、到来角（仰角ψ）、および複素振幅減衰αの順で推定し、その推定したｌ番目のパスの伝搬パラメータの推定値［τ_ｋｌ，ψ_ｋｌ，θ_ｋｌ，α_ｋｌ］をレプリカ信号作成部１０５へ出力する。

レプリカ信号作成部１０５は、ｌ番目のパスの伝搬パラメータの推定値［τ_ｋｌ，ψ_ｋｌ，θ_ｋｌ，α_ｋｌ］を伝搬パラメータ推定部１０６から受け、その受けたｌ番目のパスの伝搬パラメータの推定値［τ_ｋｌ，ψ_ｋｌ，θ_ｋｌ，α_ｋｌ］によって伝搬パラメータを更新する（ステップＳ５）。

その後、レプリカ信号作成部１０５は、更新した伝搬パラメータを用いてレプリカ信号を生成し（ステップＳ６）、ｌをｌ＋１に設定し（ステップＳ７）、ｌがＬよりも大きいか否かを判定する（ステップＳ８）。

ステップＳ８において、ｌがＬよりも大きくないと判定されると、一連の動作は、ステップＳ４へ戻り、ステップＳ８において、ｌがＬよりも大きいと判定されるまで、上述したステップＳ４〜ステップＳ８が繰り返し実行される。

そして、ステップＳ８において、ｌがＬよりも大きいと判定されると、伝搬パラメータ推定部１０６は、ｎ＝ｎ＋１を設定し（ステップＳ９）、ｎがＮに等しいか否かを判定する（ステップＳ１０）。

ステップＳ１０において、ｎがＮに等しくないと判定されたとき、一連の動作は、ステップＳ３へ戻り、ステップＳ１０において、ｎがＮに等しいと判定されるまで、上述したステップＳ３〜ステップＳ１０が繰り返し実行される。そして、ステップＳ１０において、ｎがＮに等しいと判定されると、一連の動作は終了する。

次に、角度高分解能処理部１０８における到来方向の推定方法について説明する。角度高分解能処理部１０８は、アンテナパターンテーブルＶ_ｋ（ψ，θ）を保持するとともに、収束判定部１０７から伝搬パラメータのｎ回目の推定値［τ_１ｎ，θ_１ｎ，ψ_１ｎ，α_１ｎ］〜［τ_Ｌｎ，θ_Ｌｎ，ψ_Ｌｎ，α_Ｌｎ］を受ける。そして、角度高分解能処理部１０８は、伝搬パラメータのｎ回目の推定値［τ_１ｎ，θ_１ｎ，ψ_１ｎ，α_１ｎ］〜［τ_Ｌｎ，θ_Ｌｎ，ψ_Ｌｎ，α_Ｌｎ］を上述した式（４），（６）に代入して、それぞれ、評価関数Ｚ（ψ）および評価関数Ｚ（θ）を演算する。

図４は、図１に示す角度高分解能処理部１０８における到来方向の推定方法を説明するための図である。図４の（ａ）は、方位角θの評価関数Ｚ（θ）を示す。図４の（ａ）において、縦軸は、評価関数値を表し、横軸は、方位角θを表す。

また、図４の（ｂ）は、図４の（ａ）に示す評価関数Ｚ（θ）のサンプル値をフーリエ変換したものを示す。図４の（ｂ）において、縦軸は、評価関数値のフーリエ変換の値を表し、横軸は、サンプル数を表す。更に、図４の（ｃ）は、図４の（ｂ）に示すスペクトルの高周波成分を除去したものを逆フーリエ変換したものを示す。図４の（ｃ）において、縦軸は、評価関数値を表し、横軸は、方位角θを表す。更に、図４の（ｄ）は、従来の方法による到来方向の推定結果を示す。図４の（ｄ）において、縦軸は、評価関数値を表し、横軸は、方位角θを表す。なお、方位角θの所望値は、−１．２度である。

角度高分解能処理部１０８は、評価関数Ｚ（θ）を演算すると、その演算した評価関数Ｚ（θ）をアンテナパターンテーブルＶ_ｋ（ψ，θ）の角度ステップよりも小さいサンプル幅でサンプリングする（図４の（ａ）参照）。角度高分解能処理部１０８は、例えば、０．５度のサンプル幅で評価関数Ｚ（θ）をサンプリングする。

そして、角度高分解能処理部１０８は、サンプリングした評価関数値をフーリエ変換する。これによって、曲線ｋ１によって表されるスペクトルが得られる（図４の（ｂ）参照）。

そうすると、角度高分解能処理部１０８は、スペクトルｋ１の高周波成分を除去し、その高周波成分を除去したスペクトルｋ１を逆フーリエ変換する。これによって、図４の（ｃ）に示す０．５度間隔の評価関数値が得られる。そして、角度高分解能処理部１０８は、図４の（ｃ）に示す評価関数値が最大になる方位角θ（＝−１．５度）を到来方向の方位角θ_ｏｐｔと推定する（図４の（ｃ）参照）。

このように、角度高分解能処理部１０８は、評価関数Ｚ（θ）をアンテナパターンテーブルＶ_ｋ（ψ，θ）の角度ステップよりも小さいサンプル幅でサンプリングして到来方向の方位角θ_ｏｐｔを推定する。

図４の（ｄ）に示す評価関数値は、評価関数Ｚ（θ）をアンテナパターンテーブルＶ_ｋ（ψ，θ）の角度ステップと同じサンプル幅でサンプリングした場合の評価関数値である。その結果、従来の方法によって推定した方位角θは、−２度であった（図４の（ｄ）参照）。

従って、方位角θの所望値（＝−１．２度）に対して、この発明による推定方法を用いると、−１．５度の方位角θが到来方向の方位角θ_ｏｐｔと推定され、従来の推定方法による推定値（＝−２度）よりも精度が高い。

角度高分解能処理部１０８は、同様にして、評価関数Ｚ（ψ）をアンテナパターンテーブルＶ_ｋ（ψ，θ）の角度ステップよりも小さいサンプル幅でサンプリングして到来方向の仰角ψ_ｏｐｔを推定する。

角度高分解能処理部１０８は、上述した方法によって、到来方向の方位角θ_ｏｐｔおよび仰角ψ_ｏｐｔを推定すると、その推定した方位角θ_ｏｐｔおよび仰角ψ_ｏｐｔを伝搬パラメータ記憶部１０９に格納する。そして、伝搬パラメータ記憶部１０９は、方位角θ_ｏｐｔおよび仰角ψ_ｏｐｔを記憶する。

図５は、実施の形態１における到来方向の推定動作を説明するためのフローチャートである。一連の動作が開始されると、図３に示すフローチャートに従って、伝搬パラメータ初期値発生部１０４に予め設定された伝搬パラメータの初期値を用いてアンテナパターンテーブルＶ_ｋ（ψ，θ）の角度ステップと同じ分解能で伝搬パラメータが収束するまで推定される（ステップＳ１１）。

そして、収束した伝搬パラメータを用いてアンテナパターンテーブルＶ_ｋ（ψ，θ）の角度ステップよりも高い分解能で到来方向が推定される（ステップＳ１２）。これによって、到来方向を推定する動作が終了する。

上述したように、実施の形態１によれば、伝搬パラメータ推定部１０６は、伝搬パラメータが収束するまでアンテナパターンテーブルＶ_ｋ（ψ，θ）を用いて伝搬パラメータを推定し、角度高分解能処理部１０８は、伝搬パラメータ推定部１０６によって推定された伝搬パラメータを用いて到来方向の方位角θおよび仰角ψの評価関数をアンテナパターンテーブルＶ_ｋ（ψ，θ）の角度ステップよりも高い分解能でサンプリグして方位角θおよび仰角ψを推定する。つまり、伝搬パラメータ推定部１０６は、伝搬パラメータが収束するまでアンテナパターンテーブルＶ_ｋ（ψ，θ）の角度ステップと同じ分解能で伝搬パラメータを推定し、角度高分解能処理部１０８は、伝搬パラメータが収束すると、その収束した伝搬パラメータを用いて到来方向の方位角θおよび仰角ψの評価関数をアンテナパターンテーブルＶ_ｋ（ψ，θ）の角度ステップよりも高い分解能でサンプリグして方位角θおよび仰角ψを推定する。

従って、この発明によれば、従来と同様の粗い角度ステップに対して作成されたアンテナパターンテーブルを用いて従来の推定方法よりも高い精度で到来方向を推定できる。

なお、伝搬パラメータ推定部１０６は、「第１の推定手段」を構成し、角度高分解能処理部１０８は、「第２の推定手段」を構成する。

また、伝搬パラメータ推定部１０６による推定処理は、「第１の推定処理」を構成し、角度高分解能処理部１０８による推定処理は、「第２の推定処理」を構成する。

［実施の形態２］
図６は、実施の形態２による到来方向推定装置の構成を示す概略ブロック図である。実施の形態２による到来方向推定装置２００は、図１に示す到来方向推定装置１００の伝搬パラメータ初期値発生部１０４を相関値算出部１１１および角度スペクトラム算出部１１２に代えたものであり、その他は、到来方向推定装置１００と同じである。

なお、到来方向推定装置２００においては、受信部１０２は、ベースバンド信号ｙ_１（ｔ）〜ｙ_Ｋ（ｔ）を相関値算出部１１１へ出力し、既知信号発生部１０３は、既知信号ｓ（ｔ）をレプリカ信号作成部１０５および相関値算出部１１１へ出力する。

相関値算出部１１１は、既知信号発生部１０３から受けた既知信号ｓ（ｔ）と、受信部１０２から受けたベースバンド信号ｙ_１（ｔ）〜ｙ_Ｋ（ｔ）の各々との相互相関を演算し、その演算したＫ個の相互相関を合成した合成波形を生成する。

図７は、図６に示す相関値算出部１１１によって合成された合成波形を示す図である。図７において、縦軸は、相関値を表し、横軸は、遅延時間を表す。そして、合成波形ｋ２は、ピークＰ１〜Ｐ７を有する。

相関値算出部１１１は、図７に示す合成波形を生成すると、その生成した合成波形ｋ２の相関値が最大となるピークから順番にピークサーチを行ない、パスを抽出する。この場合、相関値算出部１１１は、予め設定したパス数分のパスを抽出するという規則、ピークから何［ｄＢ］までのパスを抽出するという規則、およびノイズフロアから何［ｄＢ］以上のパスを抽出するという規則のいずれかの規則によってパスを抽出する。

その結果、相関値算出部１１１は、例えば、ピークＰ１〜Ｐ７をそれぞれ第１パス〜第７パスとして抽出する。そして、相関値算出部１１１は、その抽出した第１パス〜第７パス（＝ピークＰ１〜Ｐ７）の遅延時間τ_１〜τ_７を検出し、その検出した遅延時間τ_１〜τ_７と、ベースバンド信号ｙ_１（ｔ）〜ｙ_Ｋ（ｔ）とをレプリカ信号作成部１０５へ出力する。

また、相関値算出部１１１は、ベースバンド信号ｙ_１（ｔ）〜ｙ_Ｋ（ｔ）と、既知信号ｓ（ｔ）と、各パスの遅延時間τ_１〜τ_７と、合成波形ｋ２とを角度スペクトラム算出部１１２へ出力する。

図８は、図６に示す角度スペクトラム算出部１１２によって算出される角度スペクトラムを示す図である。なお、図８の各角度スペクトラムは、方位角に対する角度スペクトラムである。

図８において、縦軸は、強度を表し、横軸は、角度を表す。また、曲線ｋ３は、ピークＰ１における角度スペクトラムを示し、曲線ｋ４は、ピークＰ７における角度スペクトラムを示す。

角度スペクトラム算出部１１２は、アンテナパターンテーブルＶ_ｋ（ψ，θ）を保持しており、ベースバンド信号ｙ_１（ｔ）〜ｙ_Ｋ（ｔ）、既知信号ｓ（ｔ）、各パスの遅延時間τ_１〜τ_７および合成波形ｋ２を相関値算出部１１１から受ける。

そして、角度スペクトラム算出部１１２は、相関値算出部１１１から各パスの遅延時間τ_１〜τ_７および合成波形ｋ２を受けると、その受けた遅延時間τ_１〜τ_７および合成波形ｋ２に基づいて、各遅延時間τ_１〜τ_７ごとに方位角θに対する角度スペクトラムｋ３，ｋ４を算出する。

そして、角度スペクトラム算出部１１２は、その算出した角度スペクトラムｋ３，ｋ４の各角度スペクトラムごとにピークサーチを行ない、ピークとなる到来角度を方位角θ_１〜θ_７として検出する。

また、角度スペクトラム算出部１１２は、同様にして、遅延時間τ_１〜τ_７および合成波形ｋ２に基づいて、各遅延時間τ_１〜τ_７ごとに仰角ψに対する角度スペクトラムを算出し、その算出した角度スペクトラムのピークサーチを行ない、ピークとなる到来角度を仰角ψ_１〜ψ_７として検出する。

更に、角度スペクトラム算出部１１２は、既知信号ｓ（ｔ）、ベースバンド信号ｙ_１（ｔ）〜ｙ_Ｋ（ｔ）、アンテナパターンテーブルＶ_ｋ（ψ，θ）、遅延時間τ_１〜τ_７および検出した到来角度（＝方位角θ_１〜θ_７および仰角ψ_１〜ψ_７）を次式に代入して複素振幅減衰α_１〜α_Ｋを算出する。

そうすると、角度スペクトラム算出部１１２は、到来角度（＝方位角θ_１〜θ_７および仰角ψ_１〜ψ_７）および複素振幅減衰α_１〜α_Ｋをレプリカ信号作成部１０５へ出力する。

到来方向推定装置２００においては、レプリカ信号作成部１０５は、既知信号発生部１０３から既知信号ｓ（ｔ）を受け、相関値算出部１１１から遅延時間τ_１〜τ_７およびベースバンド信号ｙ_１（ｔ）〜ｙ_Ｋ（ｔ）を受け、角度スペクトラム算出部１１２から到来角度（＝方位角θ_１〜θ_７および仰角ψ_１〜ψ_７）および複素振幅減衰α_１〜α_Ｋを受ける。

そして、レプリカ信号作成部１０５は、遅延時間τ_１〜τ_７、到来角度（＝方位角θ_１〜θ_７および仰角ψ_１〜ψ_７）および複素振幅減衰α_１〜α_Ｋを伝搬パラメータの初期値として用い、既知信号ｓ（ｔ）およびベースバンド信号ｙ_１（ｔ）〜ｙ_Ｋ（ｔ）に基づいて、実施の形態１と同様にしてレプリカ信号ｘ_ｋ，ｌ（ｔ）を作成して伝搬パラメータ推定部１０６へ出力するとともに、伝搬パラメータ推定部１０６から受けた伝搬パラメータによって伝搬パラメータを更新する。

その後、伝搬パラメータ推定部１０６は、実施の形態１と同様にして伝搬パラメータを収束するまで推定し、角度高分解能処理部１０８は、実施の形態１と同様にして、収束した伝搬パラメータを用いて到来方向を推定する。

上述したように、実施の形態２においては、相関値算出部１１１は、ベースバンド信号ｙ_１（ｔ）〜ｙ_Ｋ（ｔ）と既知信号ｓ（ｔ）との相関値を演算して遅延時間τ_１〜τ_７を検出し、その検出した遅延時間τ_１〜τ_７をレプリカ信号作成部１０５へ出力する。また、角度スペクトラム算出部１１２は、ベースバンド信号ｙ_１（ｔ）〜ｙ_Ｋ（ｔ）と既知信号ｓ（ｔ）との相関値から得られた合成波形ｋ２と遅延時間τ_１〜τ_７とに基づいて、到来角度（＝方位角θ_１〜θ_７および仰角ψ_１〜ψ_７）を検出し、遅延時間τ_１〜τ_７および到来角度（＝方位角θ_１〜θ_７および仰角ψ_１〜ψ_７）に基づいて、複素振幅減衰α_１〜α_Ｋを検出する。そして、角度スペクトラム算出部１１２は、到来角度（＝方位角θ_１〜θ_７および仰角ψ_１〜ψ_７）および複素振幅減衰α_１〜α_Ｋをレプリカ信号作成部１０５へ出力する。

そして、レプリカ信号作成部１０５は、相関値算出部１１１から受けた遅延時間τ_１〜τ_７と、角度スペクトラム算出部１１２から受けた到来角度（＝方位角θ_１〜θ_７および仰角ψ_１〜ψ_７）および複素振幅減衰α_１〜α_Ｋとを伝搬パラメータの初期値として用いてレプリカ信号ｘ_ｋ，ｌ（ｔ）を作成する。

従って、実施の形態２においては、既知信号ｓ（ｔ）がアレーアンテナ１０１によって実際に受信された受信信号（＝ベースバンド信号ｙ_１（ｔ）〜ｙ_Ｋ（ｔ））に近づくように伝搬パラメータの初期値が検出され、その検出された伝搬パラメータの初期値を用いて到来波の到来方向が推定される。

図９は、実施の形態２における到来方向の推定動作を説明するためのフローチャートである。一連の動作が開始されると、相関値算出部１１１および角度スペクトラム算出部１１２は、既知信号ｓ（ｔ）およびベースバンド信号ｙ_１（ｔ）〜ｙ_Ｋ（ｔ）に基づいて、ベースバンド信号ｙ_１（ｔ）〜ｙ_Ｋ（ｔ）が既知信号ｓ（ｔ）に近づくように伝搬パラメータの初期値を検出し（ステップＳ２１）、その検出した伝搬パラメータの初期値をレプリカ信号作成部１０５へ出力する。

そして、レプリカ信号作成部１０５および伝搬パラメータ推定部１０６は、相関値算出部１１１および角度スペクトラム算出部１１２から受けた伝搬パラメータの初期値を用いてアンテナパターンテーブルＶ_ｋ，ｌ（ｔ）の角度ステップと同じ分解能で伝搬パラメータを収束するまで推定する（ステップＳ２２）。

その後、角度高分解能処理部１０８は、収束した伝搬パラメータを用いてアンテナパターンテーブルＶ_ｋ（ψ_ｌ，θ_ｌ）の角度ステップよりも高い分解能で到来方向を推定する（ステップＳ２３）。これによって、一連の動作が終了する。

このように、実施の形態２においては、既知信号ｓ（ｔ）が実際に受信された受信信号（＝ベースバンド信号ｙ_１（ｔ）〜ｙ_Ｋ（ｔ））に近づくように伝搬パラメータの初期値が検出され、その検出された伝搬パラメータの初期値を用いて到来波の到来方向が推定される。

従って、この発明によれば、実施の形態１に比べ、より速く到来方向を推定できる。

その他は、実施の形態１と同じである。

［実施の形態３］
図１０は、実施の形態３による到来方向推定装置の構成を示す概略ブロック図である。実施の形態３による到来方向推定装置３００は、図１に示す到来方向推定装置１００の伝搬パラメータ推定部１０６を伝搬パラメータ推定部１０６Ａに代え、角度高分解能処理部１０８を伝搬パラメータ推定部１０６Ａ内へ移動したものであり、その他は、到来方向推定装置１００と同じである。

伝搬パラメータ推定部１０６は、伝搬パラメータ推定部１０６と、角度高分解能処理部１０８とからなる。

実施の形態３においては、伝搬パラメータ推定部１０６は、上述した方法によって、伝搬パラメータを１回推定すると、その推定結果を角度高分解能処理部１０８へ出力する。また、角度高分解能処理部１０８は、伝搬パラメータ推定部１０６から受けた伝搬パラメータを用いて上述した方法によってアンテナパターンテーブルＶ_ｋ（ψ_ｌ，θ_ｌ）の角度ステップよりも高い分解能で到来方向を推定する。そして、角度高分解能処理部１０８は、収束判定部１０７から停止信号を受けると、最終的に推定した到来方向（＝方位角θおよび仰角ψからなる）を収束判定部１０７へ出力する。

なお、実施の形態３においては、収束判定部１０７は、角度高分解能処理部１０８から到来方向（＝方位角θおよび仰角ψからなる）を受けると、その受けた到来方向（＝方位角θおよび仰角ψからなる）を伝搬パラメータ記憶部１０９に格納する。

図１１は、実施の形態３における到来方向の推定動作を説明するためのフローチャートである。一連の動作が開始されると、受信部１０２は、ベースバンド信号ｙ_１（ｔ）〜ｙ_Ｋ（ｔ）を生成してレプリカ信号作成部１０５へ出力し、既知信号発生部１０３は、既知信号ｓ（ｔ）を発生してレプリカ信号作成部１０５へ出力し、伝搬パラメータ初期値発生部１０４は、保持している伝搬パラメータの初期値をレプリカ信号作成部１０５へ出力する。

そして、レプリカ信号作成部１０５および伝搬パラメータ推定部１０６は、ｎ＝１を設定し（ステップＳ３１）、引き続いてｌ＝１を設定する（ステップＳ３２）。

その後、レプリカ信号作成部１０５および伝搬パラメータ推定部１０６は、伝搬パラメータの初期値を用いて伝搬パラメータ［τ_ｌｎ，ψ_ｌｎ，θ_ｌｎ，α_ｌｎ］を上述した方法によって推定する（ステップＳ３３）。

引き続いて、角度高分解能処理部１０８は、推定された伝搬パラメータ［τ_ｌｎ，ψ_ｌｎ，θ_ｌｎ，α_ｌｎ］を用いてアンテナパターンテーブルＶ_ｋ（ψ_ｌ，θ_ｌ）の角度ステップよりも高分解能で上述した方法によって到来方向を推定する（ステップＳ３４）。

その後、レプリカ信号作成部１０５および伝搬パラメータ推定部１０６は、ｌ＝Ｌであるか否かを判定する（ステップＳ３５）。ステップＳ３５において、ｌ＝Ｌでないと判定されたとき、レプリカ信号作成部１０５および伝搬パラメータ推定部１０６は、ｌ＝ｌ＋１を設定する（ステップＳ３６）。そして、一連の動作は、ステップＳ３３へ戻り、ステップＳ３５において、ｌ＝Ｌであると判定されるまで、上述したステップＳ３３〜ステップＳ３６が繰り返し実行される。

その後、ステップＳ３５において、ｌ＝Ｌであると判定されると、レプリカ信号作成部１０５および伝搬パラメータ推定部１０６は、ｎ＝Ｎであるか否かを更に判定し（ステップＳ３７）、ｎ＝Ｎでないとき、ｎ＝ｎ＋１を設定する（ステップＳ３８）。そして、一連の動作は、ステップＳ３３へ戻り、ステップＳ３７において、ｎ＝Ｎであると判定されるまで、上述したステップＳ３３〜ステップＳ３８が繰り返し実行される。

その後、ステップＳ３７において、ｎ＝Ｎであると判定されると、一連の動作は終了する。

このように、実施の形態３においては、伝搬パラメータ推定部１０６がアンテナパターンテーブルＶ_ｋ（ψ_ｌ，θ_ｌ）の角度ステップと同じ分解能で伝搬パラメータを１回推定するごとに、角度高分解能処理部１０８が推定された伝搬パラメータを用いてアンテナパターンテーブルＶ_ｋ（ψ_ｌ，θ_ｌ）の角度ステップよりも高い分解能で到来方向を推定する（ステップＳ３３，Ｓ３４参照）。

そして、実施の形態３においては、伝搬パラメータ推定部１０６および角度高分解能処理部１０８は、一体として実装されるので、コンパクトな到来方向推定装置を実現できる。

なお、実施の形態３による到来方向推定装置は、図６に示す到来方向推定装置２００の伝搬パラメータ推定部１０６を伝搬パラメータ推定部１０６Ａに代え、角度高分解能処理部１０８を伝搬パラメータ推定部１０６Ａ内へ移動した到来方向推定装置であってもよい。これにより、コンパクト、かつ、高速に到来方向を推定可能な到来方向推定装置を実現できる。

その他は、実施の形態１，２と同じである。

［実施の形態４］
図１２は、実施の形態４による到来方向推定装置の構成を示す概略ブロック図である。実施の形態４による到来方向推定装置４００は、図１に示す到来方向推定装置１００のレプリカ信号作成部１０５、伝搬パラメータ推定部１０６および角度高分解能処理部１０８をそれぞれレプリカ信号作成部１０５Ａ、伝搬パラメータ推定部１０６Ｂおよび角度高分解能処理部１０８Ａに代えたものであり、その他は、到来方向推定装置１００と同じである。

レプリカ信号作成部１０５Ａ、伝搬パラメータ推定部１０６Ｂおよび角度高分解能処理部１０８Ａの各々は、上述したアンテナパターンテーブルＶ_ｋ（ψ_ｌ，θ_ｌ）に代えてアンテナパターンテーブルＶ^＊ _ｋ（ψ_ｌ，θ_ｌ）を保持する。

そして、レプリカ信号作成部１０５Ａは、アンテナパターンテーブルＶ^＊ _ｋ（ψ_ｌ，θ_ｌ）を用いて上述した方法によってレプリカ信号ｘ_ｋ，ｌ（ｔ）を作成する。また、伝搬パラメータ推定部１０６Ｂは、アンテナパターンテーブルＶ^＊ _ｋ（ψ_ｌ，θ_ｌ）を用いて後述する方法によって評価関数Ｚ（ψ），Ｚ（θ）を演算して仰角ψおよび方位角θを推定するとともに、アンテナパターンテーブルＶ^＊ _ｋ（ψ_ｌ，θ_ｌ）を用いて式（８）によって複素振幅減衰αを推定する。

更に、角度高分解能処理部１０８Ａは、アンテナパターンテーブルＶ^＊ _ｋ（ψ_ｌ，θ_ｌ）を用いて後述する方法によって評価関数Ｚ（ψ），Ｚ（θ）を演算して到来方向（＝仰角ψおよび方位角θ）をアンテナパターンテーブルＶ^＊ _ｋ（ψ_ｌ，θ_ｌ）の角度ステップよりも高い分解能で推定する。

図１３は、元の角度ステップで作成されたアンテナパターンテーブルＶ_ｋ（ψ_ｌ，θ_ｌ）の概念図である。図１３において、縦軸は、アンテナパターン値を表し、横軸は、角度を表す。また、曲線ｋ５は、Ｉ成分のアンテナパターン値を示し、曲線ｋ６は、Ｑ成分のアンテナパターン値を示す。

図１４は、元の角度ステップよりも小さい角度ステップで作成されたアンテナパターンテーブルＶ^＊ _ｋ（ψ_ｌ，θ_ｌ）の概念図である。図１４において、縦軸は、アンテナパターン値を表し、横軸は、角度を表す。また、曲線ｋ７は、Ｉ成分のアンテナパターン値を示し、曲線ｋ８は、Ｑ成分のアンテナパターン値を示す。

曲線ｋ５によって示されたＩ成分のアンテナパターン値を元の間隔よりも小さい間隔でサンプリングし、そのサンプリングしたＩ成分のサンプリング値をフーリエ変換して高周波成分を除去する。そして、その高周波成分を除去したフーリエ変換後のＩ成分のサンプリング値を逆フーリエ変換してＩ成分のアンテナパターン値（＝曲線ｋ７）を作成する。

同様に、曲線ｋ６によって示されたＱ成分のアンテナパターン値を元の間隔よりも小さい間隔でサンプリングし、そのサンプリングしたＱ成分のサンプリング値をフーリエ変換して高周波成分を除去する。そして、その高周波成分を除去したフーリエ変換後のＱ成分のサンプリング値を逆フーリエ変換してＱ成分のアンテナパターン値（＝曲線ｋ８）を作成する。

そして、Ｉ成分のアンテナパターン値（＝曲線ｋ７）およびＱ成分のアンテナパターン値（＝曲線ｋ８）からなるアンテナパターンテーブルＶ^＊ _ｋ（ψ_ｌ，θ_ｌ）をレプリカ信号作成部１０５Ａ、伝搬パラメータ推定部１０６Ｂおよび角度高分解能処理部１０８Ａの各々に設定する。

伝搬パターン推定部１０６Ｂは、上述したアンテナパターンテーブルＶ^＊ _ｋ（ψ_ｌ，θ_ｌ）を用いて次の３つの方法のいずれかの方法を用いて評価関数を作成し、伝搬パラメータを推定する。

ＭＴＨ１）実施の形態１における式（４），（６）によってそれぞれ評価関数Ｚ（ψ）
，Ｚ（θ）を演算して伝搬パラメータを推定
ＭＴＨ２）式（１０）を用いてＩ成分およびＱ成分の各々で評価関数Ｚ_Ｉ（ψ），Ｚ_Ｉ
（θ）；Ｚ_Ｑ（ψ），Ｚ_Ｑ（θ）を演算して伝搬パラメータを推定
ＭＴＨ３）式（１１）を用いて評価関数Ｚ（ψ），Ｚ（θ）を演算して伝搬パラメー
タを推定

また、角度高分解能処理部１０８Ａは、上述したアンテナパターンテーブルＶ^＊ _ｋ（ψ_ｌ，θ_ｌ）を用いて次の３つの方法のいずれかの方法を用いて評価関数を作成し、到来方向を推定する。

ＭＴＨ４）実施の形態１における式（４），（６）によってそれぞれ評価関数Ｚ（ψ）
，Ｚ（θ）を演算して到来方向を推定
ＭＴＨ５）式（１０）を用いてＩ成分およびＱ成分の各々で評価関数Ｚ_Ｉ（ψ），Ｚ_Ｉ
（θ）；Ｚ_Ｑ（ψ），Ｚ_Ｑ（θ）を演算して到来方向を推定
ＭＴＨ６）式（１１）を用いて評価関数Ｚ（ψ），Ｚ（θ）を演算して到来方向を推定
なお、実施の形態４による到来方向推定装置は、図６に示す到来方向推定装置２００の角度スペクトラム算出部１１２、レプリカ信号作成部１０５、伝搬パラメータ推定部１０６および角度高分解能処理部１０８の各々がアンテナパターンテーブルＶ^＊ _ｋ（ψ_ｌ，θ_ｌ）を保持し、角度スペクトラム算出部１１２がアンテナパターンテーブルＶ^＊ _ｋ（ψ_ｌ，θ_ｌ）を用いて到来角度（方位角θおよび仰角ψからなる）および複素振幅減衰αを算出し、レプリカ信号作成部１０５がアンテナパターンテーブルＶ^＊ _ｋ（ψ_ｌ，θ_ｌ）を用いてレプリカ信号ｘ_ｋ，ｌ（ｔ）を作成し、伝搬パラメータ推定部１０６がアンテナパターンテーブルＶ^＊ _ｋ（ψ_ｌ，θ_ｌ）を用いて伝搬パラメータを推定し、角度高分解能処理部１０８がアンテナパターンテーブルＶ^＊ _ｋ（ψ_ｌ，θ_ｌ）を用いて到来方向を推定するようにした到来方向推定装置であってもよい。

この場合、伝搬パラメータ推定部１０６は、上述した３つの方法ＭＴＨ１，ＭＴＨ２，ＭＴＨ３のいずれかの方法を用いて伝搬パラメータを推定し、角度高分解能処理部１０８は、上述した３つの方法ＭＴＨ４，ＭＴＨ５，ＭＴＨ６のいずれかの方法を用いて到来方向を推定する。

また、実施の形態４による到来方向推定装置は、図１２に示す到来方向推定装置４００に実施の形態３を適用したものであってもよい。つまり、実施の形態４による到来方向推定装置は、伝搬パラメータ推定部１０６Ｂと角度高分解能処理部１０８とを一体化したものであってもよい。

上述したように、実施の形態４によれば、元の間隔よりも小さい間隔で作成されたアンテナパターンテーブルＶ^＊ _ｋ（ψ_ｌ，θ_ｌ）を用いて到来方向を推定するので、到来方向の精度をより高くできる。

その他は、実施の形態１〜実施の形態３と同じである。

［応用例］
図１５は、図１に示す到来方向推定装置１００を用いた無線通信装置の構成を示す概略ブロック図である。無線通信装置５００は、到来方向推定装置１００と、送信ビーム設定部１１０と、変調部１２０と、アレー送信部１３０とを備える。

送信ビーム設定部１１０は、到来方向推定装置１００の伝搬パラメータ記憶部１０９から到来方向（方位角θ_ｏｐｔおよび仰角ψ_ｏｐｔ）を受け、その受けた到来方向（方位角θ_ｏｐｔおよび仰角ψ_ｏｐｔ）にビームを設定するための設定信号を生成してアレー送信部１３０へ出力する。

変調部１２０は、送信データを外部から受け、その受けた送信データを所定の方式によって変調してアレー送信部１３０へ出力する。

アレー送信部１３０は、到来方向（方位角θ_ｏｐｔおよび仰角ψ_ｏｐｔ）にビームを設定するための設定信号に変調部１２０から受けた変調信号を重畳してアンテナ素子１０１−１〜１０１−Ｋへ出力する。

これによって、アレーアンテナ１０１は、到来方向（方位角θ_ｏｐｔおよび仰角ψ_ｏｐｔ）にビームを設定して送信データを送信する。

なお、無線通信装置５００は、到来方向推定装置１００に代えて到来方向推定装置２００，３００，４００のいずれかを備えていてもよい。

また、この発明においては、送信ビーム設定部１１０、変調部１２０およびアレー送信部１３０は、到来方向推定装置１００によって推定された到来方向にビームを形成して信号を送信する「送信手段」を構成する。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施の形態の説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

この発明は、アンテナパターンテーブルの精度よりも高い精度で到来波の到来方向を推定可能な到来方向推定装置に適用される。また、この発明は、アンテナパターンテーブルの精度よりも高い精度で到来波の到来方向を推定可能な到来方向推定装置を備える無線通信装置に適用される。

この発明の実施の形態１による到来方向推定装置の構成を示す概略ブロック図である。 図１に示すレプリカ信号作成部が保持する伝搬パラメータテーブルの概念図である。 図１に示す伝搬パラメータ推定部における推定動作を説明するためのフローチャートである。 図１に示す角度高分解能処理部における到来方向の推定方法を説明するための図である。 実施の形態１における到来方向の推定動作を説明するためのフローチャートである。 実施の形態２による到来方向推定装置の構成を示す概略ブロック図である。 図６に示す相関値算出部によって合成された合成波形を示す図である。 図６に示す角度スペクトラム算出部によって算出される角度スペクトラムを示す図である。 実施の形態２における到来方向の推定動作を説明するためのフローチャートである。 実施の形態３による到来方向推定装置の構成を示す概略ブロック図である。 実施の形態３における到来方向の推定動作を説明するためのフローチャートである。 実施の形態４による到来方向推定装置の構成を示す概略ブロック図である。 元の角度ステップで作成されたアンテナパターンテーブルの概念図である。 元の角度ステップよりも小さい角度ステップで作成されたアンテナパターンテーブルの概念図である。 図１に示す到来方向推定装置を用いた無線通信装置の構成を示す概略ブロック図である。

符号の説明

１００，２００，３００，４００ 到来方向推定装置、１０１ アレーアンテナ、１０１−１〜１０１−Ｋ アンテナ素子、１０２ 受信部、１０３ 既知信号発生部、１０４ 伝搬パラメータ初期値発生部、１０５，１０５Ａ レプリカ信号作成部、１０６，１０６Ａ，１０６Ｂ 伝搬パラメータ推定部、１０７ 収束判定部、１０８，１０８Ａ 角度高分解能処理部、１０９ 伝搬パラメータ記憶部、１１１ 相関値算出部、１１２ 角度スペクトラム算出部、１１０ 送信ビーム設定部、１２０ 変調部、１３０ アレー送信部、５００ 無線通信装置。

Claims (8)

1. 複数のアンテナ素子からなり、到来波を受信するアレーアンテナと、
   前記アレーアンテナが前記到来波を受信したときの受信信号を生成する受信手段と、
   前記受信手段によって生成された受信信号と前記アレーアンテナが前記到来波を受信したときの前記複数のアンテナ素子の応答ベクトルであり、かつ、第１の角度ステップで作成された第１のアンテナパターンテーブルとを用いて、前記到来波が伝搬するときの前記到来波の遅延時間、到来角および複素振幅減衰からなる伝搬パラメータを前記第１のアンテナパターンテーブルの前記第１の角度ステップと同じ分解能で推定する第１の推定処理を実行する第１の推定手段と、
   前記第１の推定手段によって推定された伝搬パラメータと前記第１のアンテナパターンテーブルとを用いて演算した到来方向の評価関数を前記第１のアンテナパターンテーブルの前記第１の角度ステップよりも小さいサンプル幅でサンプリングして前記到来波の到来方向を推定する第２の推定処理を実行する第２の推定手段とを備える到来方向推定装置。
2. 前記第１の推定手段は、前記第１の推定処理に代えて、前記第１のアンテナパターンテーブルに基づいて前記第１の角度ステップよりも小さい第２の角度ステップで作成された第２のアンテナパターンテーブルと前記受信信号とを用いて、前記伝搬パラメータを前記第２のアンテナパターンテーブルの前記第２の角度ステップと同じ分解能で推定する第３の推定処理を実行し、
   前記第２の推定手段は、前記第２の推定処理に代えて、前記第１の推定手段によって推定された伝搬パラメータと前記第２のアンテナパターンテーブルとを用いて演算した到来方向の評価関数を前記第２のアンテナパターンテーブルの前記第２の角度ステップよりも小さいサンプル幅でサンプリングして前記到来波の到来方向を推定する第４の推定処理を実行する、請求項１に記載の到来方向推定装置。
3. 前記第１の推定手段は、前記伝搬パラメータの初期値を用いて前記第１の推定処理または前記第３の推定処理を開始し、前記伝搬パラメータが収束するまで前記第１の推定処理または前記第３の推定処理を繰り返し実行して前記伝搬パラメータを推定し、
   前記第２の推定手段は、前記収束した伝搬パラメータを用いて前記第２の推定処理または前記第４の推定処理を実行して前記到来波の到来方向を推定する、請求項１または請求項２に記載の到来方向推定装置。
4. 前記第１の推定手段は、前記伝搬パラメータの初期値を用いて前記第１の推定処理または前記第３の推定処理を開始し、前記伝搬パラメータが収束するまで前記第１の推定処理または前記第３の推定処理を繰り返し実行して前記伝搬パラメータを推定し、
   前記第２の推定手段は、前記第１の推定処理または前記第３の推定処理が実行されるごとに前記第２の推定処理または前記第４の推定処理を実行し、前記伝搬パラメータが収束するまで前記第１の推定手段によって推定された伝搬パラメータを用いて前記到来波の到来方向を推定する、請求項１または請求項２に記載の到来方向推定装置。
5. 前記伝搬パラメータの初期値は、予め任意に設定されたパラメータからなる、請求項３または請求項４に記載の到来方向推定装置。
6. 前記伝搬パラメータの初期値は、前記送信信号が前記受信信号に近づくように検出された前記到来波の遅延時間、到来角および複素振幅減衰からなる、請求項３または請求項４に記載の到来方向推定装置。
7. 前記伝搬パラメータの初期値は、前記受信信号と送信信号との相関値に基づいて検出された前記到来波の遅延時間、到来角および複素振幅減衰からなる、請求項６に記載の到来方向推定装置。
8. 請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の到来方向推定装置と、
   前記到来方向推定装置によって推定された到来方向にビームを形成して信号を送信する送信手段とを備える無線通信装置。

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