JP6166641B2

JP6166641B2 - 重み係数算出装置、アダプティブアレー受信装置、及び、重み係数算出方法

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Publication number: JP6166641B2
Application number: JP2013220559A
Authority: JP
Inventors: 一輝丸田; 淳増野; 杉山　隆利; 隆利杉山
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 2013-10-23
Filing date: 2013-10-23
Publication date: 2017-07-19
Anticipated expiration: 2033-10-23
Also published as: JP2015082773A

Description

本発明は、重み係数算出装置、アダプティブアレー受信装置、及び、重み係数算出方法に関する。

近年の光アクセス等の普及に伴った様々な大容量サービスに対応するため、無線通信の伝送速度の向上が要求されている。占有する周波数帯域と伝送速度とは比例するため、周波数帯域を拡大することにより、これを実現することができる。しかし、実際の周波数資源は有限であるため、周波数帯域の拡大には限界がある。また、ＷｉＦｉ（登録商標）をはじめ、ＷｉＭＡＸ（登録商標）やＬＴＥ（登録商標）のような様々な無線アクセスシステムが普及しており、特にこれらのシステムに割り当てられているマイクロ波帯の周波数資源は逼迫している状況にある。

そこで、限られた周波数資源環境下において伝送容量を向上するためには、送受信局に複数のアンテナを具備し、ＭＩＭＯ（Ｍｕｔｉｐｌｅ−ＩｎｐｕｔＭｕｌｔｉｐｌｅ−Ｏｕｔｐｕｔ）又はマルチユーザＭＩＭＯ（ＭＵ−ＭＩＭＯ）技術の適用による空間分割多重伝送が有効である。この手法を拡張し、複数の基地局間における伝搬路（チャネル）情報、送信信号及び受信信号を共有又は一括で扱う集中制御局を配置し、（ＭＵ−）ＭＩＭＯ技術を適用することにより、隣接する基地局間の干渉を除去可能とする基地局連携も有効である。これらの技術は、通信を行う全てのアンテナ間（干渉源も含む）のチャネル情報を事前に把握することにより、同一チャネル干渉を抑圧する重み係数（ウェイト）を直接的に算出することを可能とする。しかし、当該チャネル情報を推定するためには、送受信間で互いに既知である参照信号（トレーニング信号）が必要であり、一般に、アンテナ数に比例して参照信号によるオーバーヘッドが増大する。

一方、受信された干渉信号に関する事前情報を必要とせず干渉抑圧を可能とする技術として、アダプティブアレーアンテナが有効である（非特許文献１及び非特許文献２を参照）。重み係数を算出するアルゴリズムとしてはさまざま存在するが、中でも、パワー・インバージョン・アダプティブ・アレー（ＰＩＡＡ：ＰｏｗｅｒＩｎｖｅｒｓｉｏｎＡｄａｐｔｉｖｅＡｒｒａｙ）、固有ビームスペース・アダプティブ・アレー（ＥＢＡＡ：Ｅｉｇｅｎ‐ｖｅｃｔｏｒＢｅａｍｓｐａｃｅＡｄａｐｔｉｖｅＡｒｒａｙ）、及び、定包絡線アルゴリズム（ＣＭＡ：ＣｏｎｓｔａｎｔＭｏｄｕｌｕｓＡｌｇｏｒｉｔｈｍ）は、参照信号のような事前情報を必要とせずに、干渉抑圧を可能とするブラインド型の重み係数算出アルゴリズムである。

アダプティブアレーアンテナを用いた空間分割多重伝送において、ブラインド型の重み係数算出アルゴリズムは、参照信号のような事前情報によるオーバーヘッドがないため、アンテナ数が増大するほど有効である。パワー・インバージョン・アダプティブ・アレー（ＰＩＡＡ）、及び、固有ビームスペース・アダプティブ・アレー（ＥＢＡＡ）は、比較的簡単な演算で実装可能であり、繰り返し処理を伴わずに、受信信号の相関行列から直接的に重み係数を算出可能である。一方、定包絡線アルゴリズム（ＣＭＡ）は、繰り返し処理を伴い、最も大きい受信信号を捕捉して、それ以外の受信信号を十分に抑圧することが可能である。

菊間信良、「アダプティブアンテナ技術」、オーム社、２００３年１０月畑中，唐沢，"突発的に発生する強い干渉波に耐性を有するソフトウェアアンテナ−アレーアンテナ相関行列第2固有値のパワーインバージョン特性を利用した−，"電子情報通信学会論文誌. B, 通信 J85-B(7), 1086-1094, 2002-07-01

しかしながら、パワー・インバージョン・アダプティブ・アレー（ＰＩＡＡ）、及び、固有ビームスペース・アダプティブ・アレー（ＥＢＡＡ）において最小固有値に対応する固有ベクトルを用いた方式は、信号対干渉比（ＳＩＲ：Ｓｉｇｎａｌ−ｔｏ−ＩｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅＲａｔｉｏ）が正値である場合、所望信号と干渉信号との電力比（受信信号の電力比）が小さいほど、受信された所望信号が抑圧されてしまうので、干渉抑圧効果が限定的となる。一方、定包絡線アルゴリズム（ＣＭＡ）は、信号対干渉比が負値である場合（所望信号よりも干渉信号の電力が大きい場合）、受信された所望信号が抑圧されてしまうので、干渉抑圧効果が得られない。このように、重み係数算出装置は、大きな干渉抑圧効果を得ることができない、という問題がある。

本発明は、上記の点に鑑みてなされたものであり、大きな干渉抑圧効果を得ることができる重み係数算出装置、アダプティブアレー受信装置、及び、重み係数算出方法を提供することを目的とする。

本発明の一態様は、受信された所望信号及び干渉信号を含む受信信号に基づいて第１重み係数を算出する第１重み係数算出部と、前記第１重み係数を初期値として、前記受信信号に適用する第２重み係数を算出する第２重み係数算出部と、を備えることを特徴とする重み係数算出装置である。

本発明の一態様は、前記第１重み係数算出部が、第１アルゴリズムにより、前記第１重み係数を算出し、前記第２重み係数算出部が、第２アルゴリズムにより、前記第２重み係数を算出することを特徴とする重み係数算出装置である。

本発明の一態様は、前記第１重み係数算出部が、前記第１アルゴリズムとしてのパワー・インバージョン・アダプティブ・アレー又は固有ビームスペース・アダプティブ・アレーにより、前記第１重み係数を算出し、前記第２重み係数算出部が、前記第２アルゴリズムとしての定包絡線アルゴリズムにより、前記第２重み係数を算出することを特徴とする重み係数算出装置である。

本発明の一態様は、前記第１重み係数算出部が、前記固有ビームスペース・アダプティブ・アレーにより前記第１重み係数を算出する場合、前記受信信号の受信品質に基づいて、前記第１重み係数として固有ベクトルを選択することを特徴とする重み係数算出装置である。

本発明の一態様は、前記第１重み係数算出部が、前記受信信号の受信品質が予め定められた条件を満たすか否かを判定し、前記受信信号の受信品質が前記予め定められた条件を満たさない場合、前記第１重み係数を算出する処理を停止することを特徴とする重み係数算出装置である。

本発明の一態様は、前記第１重み係数算出部が、前記受信信号の受信品質が予め定められた条件を満たすか否かを判定し、前記受信信号の受信品質が前記予め定められた条件を満たす場合、前記第１重み係数を前記初期値として前記第２重み係数算出部に出力し、前記受信信号の受信品質が前記予め定められた条件を満たさない場合、予め定められた係数を前記初期値として前記第２重み係数算出部に出力することを特徴とする重み係数算出装置である。

本発明の一態様は、受信された所望信号及び干渉信号を含む無線周波数信号に受信処理を施し、前記所望信号及び前記干渉信号を含む受信信号を生成する無線部と、前記受信信号に基づいて第１重み係数を算出する第１重み係数算出部と、前記第１重み係数を初期値として、前記受信信号に適用する第２重み係数を算出する第２重み係数算出部と、前記受信信号に前記第２重み係数を乗算する乗算器と、前記第２重み係数の乗算された前記受信信号を、全ての前記無線部について加算する加算器と、加算された前記受信信号に復調処理を施す復調部と、を備えることを特徴とするアダプティブアレー受信装置である。

本発明の一態様は、重み係数算出装置における重み係数算出方法であって、第１重み係数算出部が、受信された所望信号及び干渉信号を含む受信信号に基づいて第１重み係数を算出するステップと、第２重み係数算出部が、前記第１重み係数を初期値として、前記受信信号に適用する第２重み係数を算出するステップと、を有することを特徴とする重み係数算出方法である。

本発明によれば、第１重み係数算出部は、受信された所望信号及び干渉信号を含む受信信号に基づいて第１重み係数を算出する。第２重み係数算出部は、第１重み係数を初期値として、受信信号に適用する第２重み係数を算出する。これにより、重み係数算出装置、アダプティブアレー受信装置、及び、重み係数算出方法は、大きな干渉抑圧効果を得ることができる。

本発明の第１実施形態における、アダプティブアレー受信装置の構成例を示すブロック図である。本発明の第１実施形態における、アダプティブアレー受信装置の動作手順の例を示すフローチャートである。本発明の第１実施形態における、指向性パターンの例を示す図である。本発明の第１実施形態における、評価関数の収束速度の例を示す図である。本発明の第２実施形態における、アダプティブアレー受信装置の動作手順の例を示すフローチャートである。本発明の第３実施形態における、アダプティブアレー受信装置の動作手順の例を示すフローチャートである。

［第１実施形態］
本発明の第１実施形態について図面を参照して詳細に説明する。図１には、アダプティブアレー受信装置の構成例が、ブロック図により示されている。アダプティブアレー受信装置１００は、アンテナ１１０と、無線部１２０と、重み係数算出装置１３０と、乗算器１４０と、加算器１５０と、復調部１６０とを備える。

アダプティブアレー受信装置１００は、アンテナ１１０‐１〜１１０‐Ｋ（Ｋは１以上の整数）を備える。つまり、アンテナ１１０は、複数でもよい。以下、アンテナ１１０‐１〜１１０‐Ｋに共通する事項については、符号を省略して、「アンテナ１１０」と表記する。アンテナ１１０は、第１チャネルを経由した所望信号と、第２チャネルを経由した干渉信号と、を含む無線周波数（ＲＦ：ＲａｄｉｏＦｒｅｑｕｅｎｃｙ）信号を受信する。

無線部１２０は、アンテナ１１０毎に備えられる。すなわち、アダプティブアレー受信装置１００は、無線部１２０‐１〜１２０‐Ｋを備える。以下、無線部１２０‐１〜１２０‐Ｋに共通する事項については、符号を省略して、「無線部１２０」と表記する。

無線部１２０‐ｋ（ｋは、符号１〜Ｋのいずれか）は、アンテナ１１０‐ｋに受信された無線周波数信号に受信処理を施すことにより、無線周波数信号を受信信号（ベースバンド信号）に変換する。ここで、受信処理は、例えば、帯域外の周波数成分を除去するためのフィルタ処理、アナログ／デジタル（Ａ／Ｄ）変換処理等を含む。無線部１２０は、無線周波数信号から変換された受信信号を、重み係数算出装置１３０に出力する。

重み係数算出装置１３０は、第１重み係数算出部１３１と、第２重み係数算出部１３２とを備える。第１重み係数算出部１３１は、第１重み係数を算出する。第１重み係数は、無線周波数信号から変換された受信信号に適用される第２重み係数を算出する際の初期値とされる重み係数である。

第１重み係数算出部１３１には、所望信号及び干渉信号を含む受信信号ベクトルＸが、無線部１２０‐１〜１２０‐Ｋから入力される。受信信号ベクトルＸから得られる自己相関行列Ｒ_ｘｘは、式（１）により表される。

第１重み係数算出部１３１は、繰り返しを伴わない算出処理の一例として、パワー・インバージョン・アダプティブ・アレー（ＰＩＡＡ）により、第１重み係数を算出してもよい。パワー・インバージョン・アダプティブ・アレー（ＰＩＡＡ）により算出される第１重み係数Ｗ_ＰＩＡＡは、Ｒ_ｘｘを用いて、式（２）及び式（３）により表される。

ここで、Ｓは、ステアリングベクトルを表す。パワー・インバージョン・アダプティブ・アレーは、所望信号及び干渉信号の電力比を反転（パワー・インバージョン）させる性質を持っているため、所望信号が干渉信号よりも小さい場合に有効なアルゴリズムである。

第１重み係数算出部１３１は、繰り返しを伴わない算出処理の一例として、固有ビームスペース・アダプティブ・アレー（ＥＢＡＡ）により、第１重み係数を算出してもよい。固有ビームスペース・アダプティブ・アレーは、自己相関行列Ｒ_ｘｘの固有ベクトルｖ_ｋ（ｋ＝１，…，Ｋ）を求め、その固有ベクトルｖ_ｋのいずれかを、第１重み係数Ｗ_ＥＢＡＡとして選択するアルゴリズムである。自己相関行列Ｒ_ｘｘは、式（４）により表される。固有値Λは、式（５）により表される。固有ベクトルＶは、式（６）により表される。ここで、式（７）に表される関係が成り立つ。

アンテナ数Ｋが到来波数Ｌよりも多い（Ｋ＞Ｌ）場合、すなわち、アンテナの自由度に余裕がある場合、第１重み係数として有効なのは、固有ベクトルｖ_１〜ｖ_Ｌである。また、電力レベルの大きい順に到来波が並べられた場合に、ｋ番目に大きい電力レベルの所望信号を得るための第１重み係数Ｗ_ＥＢＡＡは、式（８）に表されるように、ｋ番目の固有ベクトルｖ_ｋとなる。

第１重み係数算出部１３１は、所望信号が干渉信号よりも大きい場合（信号対干渉比が正値である場合）、第１重み係数として固有ベクトルｖ_１を選択することにより、所望信号にビームを向け、最大比合成（ＭＲＣ：ＭａｘｉｍａｌＲａｔｉｏＣｏｍｂｉｎｉｎｇ）と同様の効果を得る第１重み係数を得ることができる。一方、第１重み係数算出部１３１は、所望信号が干渉信号よりも小さい場合（信号対干渉比が負値である場合）、第１重み係数として固有ベクトルｖ_Ｌを選択することにより、所望信号と干渉信号との電力比をパワー・インバージョン・アダプティブ・アレーと同様に反転する性質を有する第１重み係数を、得ることができる。第１重み係数算出部１３１は、算出した第１重み係数を、第２重み係数算出部１３２に出力する。

第２重み係数算出部１３２には、所望信号及び干渉信号を含む受信信号ベクトルＸと、第１重み係数とが、第１重み係数算出部１３１から入力される。第２重み係数算出部１３２は、無線周波数信号から変換された受信信号に適用する第２重み係数を、繰り返しを伴う算出処理の一例として、定包絡線アルゴリズム（ＣＭＡ）により算出する。ここで、第２重み係数算出部１３２は、第１重み係数算出部１３１により算出された第１重み係数を初期値として、第２重み係数を算出する。第２重み係数を最適化するための評価関数Ｑ（Ｗ_ＣＭＡ（ｍ））は、式（９）及び式（１０）により表される。

ここで、Ｗ_ＣＭＡ（ｍ）は、受信信号ベクトルＸに適用（乗算）する第２重み係数を表す。ｍは、繰り返し回数を表す。ｙは、乗算器１４０からの出力（アレーの出力）を表す。σは、所望の包絡線値を表す。Ｅは、期待値を表す。Ｈは、行列の複素共役転置を表す。ｐ及びｑは、それぞれ１又は２の値である。

定包絡線アルゴリズム（ＣＭＡ）は、所望信号が定包絡線性を有している場合、その特性を利用して評価関数Ｑ（Ｗ_ＣＭＡ（ｍ））を最小化するように、第２重み係数を繰り返し更新する。ＣＭＡによる重み係数を最適化するためのアルゴリズムはいくつか存在するが、ここでは、一例として、ＬＳ（Ｌｅａｓｔ−Ｓｑｕａｒｅｓ）‐ＣＭＡにより最適化する例を説明する。

第２重み係数は、ｐ＝１、ｑ＝２である場合、式（１１）〜（１３）に基づいて更新される。ここで、＊は、複素共役を表す。ｉ（ｉ＝１，…，ｎ）は、各信号のサンプル番号を示すインデックスを表す。

第２重み係数算出部１３２は、ある時刻においてサンプル数ｎ個の受信信号を保持しておき、式（１１）〜（１３）に基づく更新を、予め定められた繰り返し回数ｍ回だけ繰り返すことにより、最適化された第２重み係数Ｗ_ＣＭＡ（ｍ）を算出する。ここで、第２重み係数Ｗ_ＣＭＡ（ｍ）を算出する際の初期値Ｗ_ＣＭＡ（１）は、第１重み係数算出部１３１により算出された第１重み係数である。なお、第１重み係数が算出されていない場合には、第２重み係数Ｗ_ＣＭＡ（ｍ）を算出する際の初期値Ｗ_ＣＭＡ（１）は、予め定められた値、例えば、式（１４）により表される値でもよい。

乗算器１４０は、アンテナ１１０毎に備えられる。すなわち、アダプティブアレー受信装置１００は、乗算器１４０‐１〜１４０‐Ｋを備える。以下、乗算器１４０‐１〜１４０‐Ｋに共通する事項については、符号を省略して、「乗算器１４０」と表記する。

乗算器１４０には、最適化された第２重み係数が、第２重み係数算出部１３２から入力される。乗算器１４０‐ｋは、無線部１２０‐ｋから出力される所望信号及び干渉信号を含む受信信号に、第２重み係数を乗算し、第２重み係数を乗算した受信信号を、加算器１５０に出力する。

加算器１５０は、第２重み係数を乗算した受信信号を、無線部１２０‐１〜１２０Ｋについて加算し（アレー信号処理）、加算した受信信号を復調部１６０に出力する。
復調部１６０は、加算器１５０により加算された受信信号に、復調処理を施す。ここで、復調部１６０は、加算した受信信号に直交復調処理を施すことにより、デマッピングされたシンボルを、加算された受信信号から取り出してもよい。復調部１６０は、取り出したシンボルに誤り訂正復号処理等を施すことにより、最終的なデータ系列を出力する。

なお、第１重み係数及び第２重み係数を算出する処理は、所定周期で実行されてもよい。最適な第２重み係数を得るために要する時間は、受信信号のサンプル数ｎと、定包絡線アルゴリズムによる繰り返し回数ｍとに依存する。また、受信信号の信号対雑音比（ＳＮＲ：Ｓｉｇｎａｌ−ｔｏ−ＮｏｉｓｅＲａｔｉｏ）が所定値よりも低い場合、又は、多くの多値数を取る変調方式（１６ＱＡＭなど）では、所要のサンプル数ｎ及び繰り返し回数ｍは、相対的に多くなる。

図２は、アダプティブアレー受信装置の動作手順の例を示すフローチャートである。
（ステップＳ１）無線部１２０は、アンテナ１１０に受信された所望信号及び干渉信号を含む無線周波数信号に受信処理を施し、所望信号及び干渉信号を含む受信信号を生成する。ここで、無線部１２０‐ｋは、アンテナ１１０‐ｋに受信された所望信号及び干渉信号を含む無線周波数信号に受信処理を施す。

（ステップＳ２）第１重み係数算出部１３１は、第１重み係数を算出（例えば、パワー・インバージョン・アダプティブ・アレー、又は、固有ビームスペース・アダプティブ・アレーにより算出）する。
（ステップＳ３）第２重み係数算出部１３２は、第１重み係数を、第２重み係数を算出する際の初期値とする。
（ステップＳ４）第２重み係数算出部１３２は、第２重み係数を算出（例えば、定包絡線アルゴリズムにより算出）する。

（ステップＳ５）乗算器１４０は、無線部１２０により生成された受信信号に、第２重み係数を乗算する。ここで、乗算器１４０‐ｋは、無線部１２０‐ｋにより生成された受信信号に、第２重み係数を乗算する。
（ステップＳ６）加算器１５０は、第２重み係数の乗算された所望信号及び干渉信号を、無線部１２０‐１〜１２０‐Ｋについて加算する（アレー信号処理）。
（ステップＳ７）復調部１６０は、加算された受信信号に、復調処理を施す。

図３には、指向性パターンの例が示されている。横軸は、角度[°]を示す。縦軸は、出力ＳＩＮＲ（Ｓｉｇｎａｌ−ｔｏ−ＩｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅＮｏｉｓｅＲａｔｉｏ）[ｄＢ]（＝出力信号対干渉雑音比）を示す。図３では、第１重み係数算出部１３１がパワー・インバージョン・アダプティブ・アレーを実行し、第２重み係数算出部１３２が定包絡線アルゴリズムを実行する場合が、「ＰＩＡＡｗ／ＣＭＡ」と表記されている。また、第１重み係数算出部１３１が固有ビームスペース・アダプティブ・アレー（第１固有ベクトル）を実行し、第２重み係数算出部１３２が定包絡線アルゴリズムを実行する場合が、「ＥＢＡＡｗ／ＣＭＡ」と表記されている。

図３では、第２重み係数算出部１３２が定包絡線アルゴリズムの繰り返し回数（イタレーション回数）は、一例として、５回である。また、信号対雑音比（ＳＮＲ）は、一例として、２０［ｄＢ］である。また、第１波の電力レベルを第２波の電力レベルで除算した値（＝第１波／第２波）を示す電力比（受信信号の電力比）は、一例として、３［ｄＢ］である。

第１波の電力レベルを第２波の電力レベルで除算した値を示す電力比（受信信号の電力比）が３［ｄＢ］であるとき、パワー・インバージョン・アダプティブ・アレーのみによる出力ＳＩＮＲは、第１波の角度０[°]方向においておよそ−３[ｄＢ]となっている。このように、第１波の電力レベルと第２波の電力レベルとの差が少ないため、干渉抑圧効果は限定的である。また、第１固有ベクトルを用いた固有ビームスペース・アダプティブ・アレーにおいては、最大比合成の効果により第１波の出力ＳＩＮＲを向上させているが、第２波の干渉波に対しては出力ＳＩＮＲを小さくする（ヌルを向ける）効果はなく、干渉抑圧効果としては同様に限定的である。

定包絡線アルゴリズムのみによる干渉抑圧効果は、繰り返し回数（イタレーション回数）が少ないほど限定的である。これは、抑圧対象である第２波（定包絡線アルゴリズムでの干渉波）に向けるヌルと、捕捉対象である第１波（定包絡線アルゴリズムでの所望波）の利得とが、それぞれ不十分だからである。

一方、「ＰＩＡＡｗ／ＣＭＡ」に示されているように、重み係数算出装置１３０は、抑圧対象である第１波（ＰＩＡＡｗ／ＣＭＡでの干渉波）に、より深いヌルを向けることができる。また、「ＥＢＡＡｗ／ＣＭＡ」に示されているように、重み係数算出装置１３０は、抑圧対象である第２波（ＥＢＡＡｗ／ＣＭＡでの干渉波）に、より深いヌルを向け、捕捉対象である第１波（ＥＢＡＡｗ／ＣＭＡでの所望波）の利得を大きく得ることができる。

図４には、評価関数の収束速度の例が示されている。横軸は、繰り返し回数（イタレーション回数）を示す。縦軸は、式（９）により表される評価関数Ｑの値を示す。図４では、第１重み係数算出部１３１がパワー・インバージョン・アダプティブ・アレーを実行し、第２重み係数算出部１３２が定包絡線アルゴリズムを実行する場合が、「ＰＩＡＡｗ／ＣＭＡ」と表記されている。また、第１重み係数算出部１３１が固有ビームスペース・アダプティブ・アレーを実行し、第２重み係数算出部１３２が定包絡線アルゴリズムを実行する場合が、「ＥＢＡＡｗ／ＣＭＡ」と表記されている。図４では、信号対雑音比（ＳＮＲ）は、一例として、２０［ｄＢ］である。また、第１波の電力レベルを第２波の電力レベルで除算した値を示す電力比（＝第１波／第２波）は、一例として、３［ｄＢ］である。

第１重み係数算出部１３１は、準最適化した第１重み係数を、第２重み係数を算出する際の初期値とさせるため、「ＰＩＡＡｗ／ＣＭＡ」及び「ＥＢＡＡｗ／ＣＭＡ」にそれぞれ示されているように、定包絡線アルゴリズムのみと比較して評価関数Ｑの収束を速くすることができる。このことから、第１重み係数算出部１３１は、定包絡線アルゴリズムの繰り返し回数（イタレーション回数）を少なく設定でき、演算負荷及び処理遅延の低減という効果が得られる。

以上のように、本実施形態に係る重み係数算出装置１３０は、受信された所望信号及び干渉信号を含む受信信号に基づいて第１重み係数を算出する第１重み係数算出部１３１と、第１重み係数を初期値として、受信信号に適用する第２重み係数を算出する第２重み係数算出部１３２と、を備える。

本実施形態に係るアダプティブアレー受信装置１００は、受信された所望信号及び干渉信号を含む無線周波数信号に受信処理を施し、所望信号及び干渉信号を含む受信信号を生成する無線部１２０‐１〜１２０‐Ｋと、受信信号に基づいて第１重み係数を算出する第１重み係数算出部１３１と、第１重み係数を初期値として、受信信号に適用する第２重み係数を算出する第２重み係数算出部１３２と、受信信号に第２重み係数を乗算する乗算器１４０‐１〜１４０‐Ｋと、第２重み係数の乗算された受信信号を、全ての無線部１２０（無線部１２０‐１〜１２０‐Ｋ）について加算する加算器１５０と、加算された受信信号に復調処理を施す復調部１６０と、を備える。

本実施形態に係る重み係数算出方法は、重み係数算出装置１３０における重み係数算出方法であって、第１重み係数算出部１３１が、受信された所望信号及び干渉信号を含む受信信号に基づいて第１重み係数を算出し、算出した第１重み係数に基づいて初期重み係数を定めるステップと、第２重み係数算出部１３２が、初期重み係数を初期値として、受信信号に適用する第２重み係数を算出するステップと、を有する。

この構成により、第１重み係数算出部１３１は、受信された所望信号及び干渉信号に基づいて第１重み係数を算出する。第２重み係数算出部１３２は、第１重み係数を初期値として、受信信号に適用する第２重み係数を算出する。

換言すれば、無線周波数信号を受信した際に実行するアダプティブアレーの重み係数算出処理において、重み係数算出装置１３０は、準最適化された第１重み係数を算出し、この第１重み係数を初期値とすることにより、最適化された第２重み係数を算出する。例えば、重み係数算出装置１３０は、繰り返し処理を伴わないブラインド型の重み係数算出アルゴリズム（例えば、パワー・インバージョン・アダプティブ・アレー、又は、固有ビームスペース・アダプティブ・アレー）で得られた第１重み係数を、繰り返し処理を伴う重み係数算出アルゴリズム（例えば、定包絡線アルゴリズム）により第２重み係数を算出する際の初期値とする。

これにより、重み係数算出装置１３０、アダプティブアレー受信装置１００、及び、重み係数算出方法は、大きな干渉抑圧効果を得ることができる。また、重み係数算出装置１３０、アダプティブアレー受信装置１００、及び、重み係数算出方法は、所望信号と干渉信号との電力比（受信信号の電力比）にかかわらず、例えば、所望信号と干渉信号との電力比が小さい場合でも、大きな干渉抑圧効果を得ることができる。

また、重み係数算出装置１３０、アダプティブアレー受信装置１００、及び、重み係数算出方法は、定包絡線アルゴリズムにより第２重み係数を算出する際の繰り返し回数（イタレーション回数）を抑えることができるため（例えば、図４を参照）、必要な演算量を低減することができる。

第１重み係数算出部１３１は、第１アルゴリズムにより、第１重み係数を算出してもよい。第２重み係数算出部１３２は、第２アルゴリズムにより、第２重み係数を算出してもよい。
第１重み係数算出部１３１は、第１アルゴリズムとしてのパワー・インバージョン・アダプティブ・アレー（ＰＩＡＡ）又は固有ビームスペース・アダプティブ・アレー（ＥＢＡＡ）により、第１重み係数を算出してもよい。第２重み係数算出部１３２は、第２アルゴリズムとしての定包絡線アルゴリズム（ＣＭＡ）により、第２重み係数を算出してもよい。

［第２実施形態］
第２実施形態では、第２重み係数を算出する際の初期値となる第１重み係数を、受信信号の受信品質に基づいて定める点が、第１実施形態と相違する。第２実施形態では、第１実施形態との相違点についてのみ説明する。

図５は、アダプティブアレー受信装置の動作手順の例を示すフローチャートである。ステップＳａ１〜ステップＳａ７は、図２に示すステップＳ１〜ステップＳ７と同様である。
（ステップＳａ８）第１重み係数算出部１３１は、第１重み係数を算出する処理を終了させるか否かを判定する。

第１重み係数を算出する処理を終了させる場合（ステップＳａ８：Ｙｅｓ）、第１重み係数算出部１３１は、第１重み係数を算出する処理を終了させる。また、第２重み係数算出部１３２は、第２重み係数を算出する処理を終了させる。例えば、第１重み係数算出部１３１は、図５に示す動作手順を予め定められた回数だけ繰り返し実行した場合、第１重み係数を算出する処理を終了させてもよい。一方、第１重み係数を算出する処理を終了させない場合（ステップＳａ８：Ｎｏ）、第１重み係数算出部１３１及び第２重み係数算出部１３２は、ステップＳａ２に処理を戻す。

（ステップＳａ９）第１重み係数算出部１３１は、受信信号の受信品質を測定する。ここで、第１重み係数算出部１３１は、例えば、復調部１６０による復調処理の結果に基づいて、受信信号号の受信品質を測定してもよい。

（ステップＳａ１０）第１重み係数算出部１３１は、受信信号の受信品質が予め定められた条件を満たしているか否か（例えば、予め定められた閾値以上であるか否か）を判定する。受信信号の受信品質が予め定められた条件を満たしている場合（ステップＳａ１０：Ｙｅｓ）、第１重み係数算出部１３１及び第２重み係数算出部１３２は、ステップＳａ２に処理を戻す。一方、受信信号の受信品質が予め定められた条件を満たしていない場合（ステップＳａ１０：Ｎｏ）、第１重み係数算出部１３１及び第２重み係数算出部１３２は、ステップＳａ１１に処理を進める。

（ステップＳａ１１）第１重み係数算出部１３１は、初期値となる第１重み係数を、予め定められた値（例えば、[１，０]^Ｔ）に更新する。第１重み係数算出部１３１及び第２重み係数算出部１３２は、ステップＳａ４に処理を戻す。したがって、ステップＳａ１１において更新された第１重み係数は、ステップＳａ４において、第２重み係数を算出する際の初期値として用いられることになる。

以上のように、第１重み係数算出部１３１は、受信信号の受信品質が予め定められた条件を満たすか否かを判定し、受信信号の受信品質が予め定められた条件を満たさない場合、第１重み係数を算出する処理を停止してもよい。

第１重み係数算出部１３１は、受信信号の受信品質が予め定められた条件を満たすか否かを判定し、受信信号の受信品質が予め定められた条件を満たす場合、第１重み係数を初期値として第２重み係数算出部１３２に出力し、受信信号の受信品質が予め定められた条件を満たさない場合、予め定められた係数を初期値として第２重み係数算出部１３２に出力してもよい。

換言すれば、第１重み係数算出部１３１は、第２重み係数を適用した後に受信信号の受信品質を測定し、予め定められた条件を受信信号の受信品質が満たさない場合には、第１重み係数を更新してから、第２重み係数に最適化処理を施す。
これにより、重み係数算出装置１３０、アダプティブアレー受信装置１００、及び、重み係数算出方法は、チャネルの時変動に対する追従性を向上させることができる。より具体的には、重み係数算出装置１３０、アダプティブアレー受信装置１００、及び、重み係数算出方法は、チャネルの時変動により所望信号と干渉信号との電力比（受信信号の電力比）が逆転しても、これに追従することができる。

［第３実施形態］
第３実施形態では、一例として、固有ビームスペース・アダプティブ・アレーにより第１重み係数を算出する場合、受信信号の受信品質に基づいて、第１重み係数算出部１３１が固有ベクトルを選択する点が、第１実施形態及び第２実施形態と相違する。第３実施形態では、第１実施形態及び第２実施形態との相違点についてのみ説明する。

図６は、アダプティブアレー受信装置の動作手順の例を示すフローチャートである。ステップＳｂ１は、図２に示すステップＳ１と同様である。
（ステップＳｂ２）第１重み係数算出部１３１は、ブラインド型の重み係数算出アルゴリズムにより、第１重み係数を算出する。ここで、ブラインド型の重み係数算出アルゴリズムは、一例として、固有ビームスペース・アダプティブ・アレーであるものとして説明を続ける。

（ステップＳｂ３）第１重み係数算出部１３１は、予め定められた条件を受信信号の受信品質が満たすように、受信信号の受信品質に基づいて、第１重み係数として固有ベクトルを選択する。例えば、予め定められた条件を満たす最適な第１重み係数として選択すべき固有ベクトルがどの固有ベクトルであるかは、固有ビームスペース・アダプティブ・アレーによる第１重み係数を算出する処理からは直接判定できない。このため、第１重み係数算出部１３１は、例えば、予め定められた条件を受信品質が満たさなければ他の固有ベクトルを選択する、という総当たり的な選択処理を実行してもよい。

ステップＳｂ４〜ステップＳｂ８は、図２に示すステップＳ３〜ステップＳ７と同様である。ステップＳｂ９は、図５に示すステップＳａ８と同様である。
（ステップＳｂ１０）第１重み係数算出部１３１は、受信信号の受信品質を測定する。第１重み係数算出部１３１は、ステップＳｂ３に処理を戻す。

以上のように、第１重み係数算出部１３１は、固有ビームスペース・アダプティブ・アレー（ＥＢＡＡ）により第１重み係数を算出する場合、受信信号の受信品質に基づいて、第１重み係数として固有ベクトルを選択してもよい。

これにより、重み係数算出装置１３０、アダプティブアレー受信装置１００、及び、重み係数算出方法は、チャネルの時変動に対する追従性を向上させることができる。より具体的には、重み係数算出装置１３０、アダプティブアレー受信装置１００、及び、重み係数算出方法は、チャネルの時変動により所望信号と干渉信号との電力比（受信信号の電力比）が変動しても、これに追従することができる。

以上、この発明の実施形態について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、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計等も含まれる。

例えば、第１重み係数算出部１３１が実行する算出アルゴリズムは、パワー・インバージョン・アダプティブ・アレー（ＰＩＡＡ）、固有ビームスペース・アダプティブ・アレー（ＥＢＡＡ）に限定されなくてもよい。また、例えば、第２重み係数算出部１３２が実行する算出アルゴリズムは、定包絡線アルゴリズム（ＣＭＡ）に限定されなくてもよい。例えば、最大比合成（ＭＲＣ）や、最小平均二乗誤差（ＭＭＳＥ）法など、その他いかなるアルゴリズムであってもよい。

例えば、アレー信号処理は、無線周波数信号から変換された受信信号（ベースバンド信号）に対して施される代わりに、フィルタを通過した無線周波数信号から変換された中心周波数（ＩＦ：ＩｎｔｅｒｍｅｄｉａｔｅＦｒｅｑｕｅｎｃｙ）帯の信号に対して施されてもよい。すなわち、第２重み係数算出部１３２（図１を参照）は、無線周波数信号から変換された受信信号（ベースバンド信号）に適用する第２重み係数を算出する代わりに、例えば、フィルタを通過した無線周波数信号から変換された中心周波数（ＩＦ）帯の信号に適用する第２重み係数を算出してもよい。この場合、無線周波数信号を受信信号（ベースバンド信号）に変換する処理は、復調部１６０より実行されてもよい。

上述した実施形態における重み係数算出装置及びアダプティブアレー受信装置をコンピュータで実現するようにしてもよい。その場合、この機能を実現するためのプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することによって実現してもよい。なお、ここでいう「コンピュータシステム」とは、ＯＳや周辺機器等のハードウェアを含むものとする。また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭ、ＣＤ−ＲＯＭ等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。さらに「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムを送信する場合の通信線のように、短時間の間、動的にプログラムを保持するもの、その場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリのように、一定時間プログラムを保持しているものも含んでもよい。また上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであってもよく、さらに前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるものであってもよく、ＰＬＤ（ＰｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅＬｏｇｉｃＤｅｖｉｃｅ）やＦＰＧＡ（ＦｉｅｌｄＰｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅＧａｔｅＡｒｒａｙ）等のプログラマブルロジックデバイスを用いて実現されるものであってもよい。

１００…アダプティブアレー受信装置、１１１…アンテナ、１２０…無線部、１３０…重み係数算出装置、１３１…第１重み係数、１３２…第２重み係数、１４０…乗算器、１５０…加算器、１６０…復調器

Claims

受信された所望信号及び干渉信号を含む受信信号に基づいて第１重み係数を算出する第１重み係数算出部と、
前記第１重み係数を初期値として、前記受信信号に適用する第２重み係数を算出する第２重み係数算出部と、
を備え、
前記第１重み係数算出部は、前記第２重み係数を適用した後の前記受信信号の受信品質が予め定められた条件を満たすか否かを判定し、前記受信信号の受信品質が前記予め定められた条件を満たさない場合、前記第１重み係数を算出する処理を停止することを特徴とする重み係数算出装置。
前記第１重み係数算出部は、第１アルゴリズムにより、前記第１重み係数を算出し、
前記第２重み係数算出部は、第２アルゴリズムにより、前記第２重み係数を算出することを特徴とする請求項１に記載の重み係数算出装置。
前記第１重み係数算出部は、前記第１アルゴリズムとしてのパワー・インバージョン・アダプティブ・アレー又は固有ビームスペース・アダプティブ・アレーにより、前記第１重み係数を算出し、
前記第２重み係数算出部は、前記第２アルゴリズムとしての定包絡線アルゴリズムにより、前記第２重み係数を算出することを特徴とする請求項２に記載の重み係数算出装置。
前記第１重み係数算出部は、前記固有ビームスペース・アダプティブ・アレーにより前記第１重み係数を算出する場合、前記受信信号の受信品質に基づいて、前記第１重み係数として固有ベクトルを選択することを特徴とする請求項３に記載の重み係数算出装置。
前記第１重み係数算出部は、前記第２重み係数を適用した後の前記受信信号の受信品質が予め定められた条件を満たすか否かを判定し、前記受信信号の受信品質が前記予め定められた条件を満たす場合、前記第１重み係数を前記初期値として前記第２重み係数算出部に出力し、前記受信信号の受信品質が前記予め定められた条件を満たさない場合、予め定められた係数を前記初期値として前記第２重み係数算出部に出力することを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の重み係数算出装置。
受信された所望信号及び干渉信号を含む無線周波数信号に受信処理を施し、前記所望信号及び前記干渉信号を含む受信信号を生成する無線部と、
前記受信信号に基づいて第１重み係数を算出する第１重み係数算出部と、
前記第１重み係数を初期値として、前記受信信号に適用する第２重み係数を算出する第２重み係数算出部と、
前記受信信号に前記第２重み係数を乗算する乗算器と、
前記第２重み係数の乗算された前記受信信号を、全ての前記無線部について加算する加算器と、
加算された前記受信信号に復調処理を施す復調部と、
を備え、
前記第１重み係数算出部は、前記第２重み係数を適用した後の前記受信信号の受信品質が予め定められた条件を満たすか否かを判定し、前記受信信号の受信品質が前記予め定められた条件を満たさない場合、前記第１重み係数を算出する処理を停止することを特徴とするアダプティブアレー受信装置。
重み係数算出装置における重み係数算出方法であって、
第１重み係数算出部が、受信された所望信号及び干渉信号を含む受信信号に基づいて第１重み係数を算出するステップと、
第２重み係数算出部が、前記第１重み係数を初期値として、前記受信信号に適用する第２重み係数を算出するステップと、
を有し、
前記第１重み係数を算出するステップでは、前記第１重み係数算出部は、前記第２重み係数を適用した後の前記受信信号の受信品質が予め定められた条件を満たすか否かを判定し、前記受信信号の受信品質が前記予め定められた条件を満たさない場合、前記第１重み係数を算出する処理を停止することを特徴とする重み係数算出方法。