JP4170100B2

JP4170100B2 - 適応アンテナを用いる通信機

Info

Publication number: JP4170100B2
Application number: JP2003004351A
Authority: JP
Inventors: 勇太中谷; 健戸田; 泰之大石; 晋介原
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 2003-01-10
Filing date: 2003-01-10
Publication date: 2008-10-22
Anticipated expiration: 2023-01-10
Also published as: DE602004003400D1; US7499727B2; EP1437845A2; JP2004221733A; EP1437845B1; EP1437845A3; DE602004003400T2; US20040139897A1

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は無線通信システムに係わり、更に詳しくは他のシステムによる通信が混在する環境で使用される無線通信システム、高速で高品質なデータ通信が求められる移動体通信システムにおける適応アンテナの制御方式に関する。
【０００２】
【従来の技術】
無線ＬＡＮシステムなどの無線通信システムにおいて、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈなどのように、多数の利用者が共通して利用可能な通信方式が用いられている。このような効率的な通信方式として多元接続方式がある。この多元接続方式は、移動体通信方式として広範に用いられている。
【０００３】
送信データ系列を複数のデータ系列に並列変換して、並列の複数のデータ系列をそれぞれ周波数の異なる複数の搬送波（キャリア）を用いて並列に無線伝送する無線通信システム、例えばＯＦＤＭ（直交周波数分割多重）システムでは、複数の搬送波を用いて異なる情報を送ることが可能である。また各サブキャリアでは伝送速度が低速とみなされるために周波数選択性フェージングを受けにくく、時間的に後にあるデータと同じデータとしてのガードインターバルを挿入することによって遅延に対する耐性が高くなるため、将来の無線システムとして好適である。しかしながらガードインターバルを超える波、他のシステムからの干渉波およびドプラー変動を受けた干渉波を受信すると、特性が極端に劣化するという問題点がある。
【０００４】
このような干渉波による特性の劣化を防止するための従来技術として次のような文献がある。
【０００５】
【特許文献１】
特開平８−３３１０２５号公報「適応干渉キャンセル受信機」
【非特許文献１】
Ｊ．ＣＨＥＮＧ他「Adaptive Beamforming of ESPAR Antenna Based on Steepest Gradient Algorithm,IEICE Trans.COMMUN.,E84-B,7,2001.」
【０００６】
特許文献１では、複数の受信アンテナに対応してそれぞれ設けられ、受信信号に対して重み付けを行う手段と、重み付けられた信号を合成する手段とを備える適応干渉キャンセル受信機が開示されている。
【０００７】
非特許文献１では、各アンテナ素子が可変の負荷リアクタンスを持つ適応アンテナにおいて、最急勾配アルゴリズムを用いる適応ビームフォーミングの技術が開示されている。
【０００８】
このような干渉波の受信を抑圧する干渉波抑圧方式の従来例について、図１２〜図１５を用いてさらに説明する。一般にアンテナの指向特性を変化させるためにはアンテナ素子の長さを調整することが有効であり、アンテナ素子の長さを調整して受信したい希望波が受信でき、また干渉波を受信しないようにアンテナ指向性を制御することができる。
【０００９】
しかしながら実際にアンテナ素子の長さを機械的に変化させることは困難であり、適応アンテナ方式では異なる方法を用いて指向特性を変化させ、干渉波に対してアンテナの指向性のヌルを向けるような制御が行われる。
【００１０】
図１２は複数のアンテナ素子からの信号に重み付けを行い、重み付けられた信号を合成する合成回路を設け、重み付けの値を変化させることによって指向特性を変化させる適応アンテナ方式であり、またこの重み付けがディジタル信号の領域で行われるディジタルビームフォーミングと呼ばれる適応制御方式を示す。
【００１１】
各アンテナ素子５１からの信号は、高周波フロントエンド（ＲＦＦ／Ｅ）５２例えばミキサやバンドパスフィルタを介してＡ／Ｄ変換器５３によってディジタル信号に変換され、重み付け部５４によって重み付けられた後、合成回路５５によって合成される。各重み付け部５４による重み付けの値は、重み付け制御回路５６によって制御される。重み付け制御回路５６によって合成回路５５の出力信号における干渉対雑音比（ＩＮＲ，インターフェアレンス・ツー・ノイズ・レイシオ）が小さくなるように重み付け値を制御することによって、アンテナ指向性のヌルを干渉波に向けることができる。
【００１２】
図１２の方式では、各アンテナ素子に対応して高周波フロントエンド５２やＡ／Ｄ変換器５３などが必要となり、回路規模が大きくなり、また消費電力も大きくなる。この問題点に対応して、回路の小型化や低消費電力化を図ることができるアンテナの適応制御方式が図１３である。図１３においては、アンテナ素子６１からの信号に対する重み付けを行う重み付け部６２が高周波領域側に設けられ、重み付けされた信号が加算回路６３によって加算された後に、高周波フロントエンド６５に与えられる。高周波フロントエンド６５の出力は、Ａ／Ｄ変換器６６によってディジタル信号に変換され、その信号を用いて重み付け制御部６４によって各重み付け部６２の重み付けの値が制御され、アンテナの適応制御が行われる。
【００１３】
図１４はアンテナ素子からの信号に対する重み付けの値を変化させる代わりに、アンテナ素子のうちで無給電アンテナ素子の負荷としての可変リアクタンスの値を変化させることによって適応制御を行う方式を示す。同図において給電アンテナ素子７１からの信号は、高周波フロントエンド７５を介してＡ／Ｄ変換器７６によってディジタル信号に変換される。
【００１４】
一方複数の無給電素子７２には、可変リアクタンス回路７３が負荷として接続されている。Ａ／Ｄ変換器７６の出力を用いて、可変リアクタンス制御部７４によって各可変リアクタンス回路７３の可変リアクタンスの値を変化させることによって、アンテナ全体としての指向特性を変化させることができる。
【００１５】
給電アンテナ素子７１の出力信号は、周囲に存在する無給電アンテナ素子７２による電磁界の相互結合によって影響を受け、可変リアクタンスの値の適応制御によって干渉波に対してアンテナの指向性のヌルを向けることができる。
【００１６】
例えば図１４の方式を用いて、ＯＦＤＭ無線通信システムにおいて適応アンテナの制御を行う場合には、多数の搬送波のうちでその時点で実際の通信に用いられていない搬送波、すなわちバーチャルサブキャリア成分を観測しながら、全ての無給電素子のリアクタンスの値を摂動させて、干渉対雑音比が小さくなるように可変リアクタンスの値を更新する動作を繰り返すことによって、アンテナの適応制御が行われる。
【００１７】
図１５はこのような適応制御における摂動方式の従来例の説明図である。同図においては、複数の無給電素子に対応する可変リアクタンスの値のうちで、まず最初の１シンボルで素子１に対する可変リアクタンスの値を摂動させ、次のシンボルで素子２に対する可変リアクタンスを摂動させ、３番目のシンボルで素子３に対する可変リアクタンスを摂動させるという動作を続行する。
【００１８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図１５の方式では、無給電アンテナ素子がＭ本ある場合には、それらを摂動させるためにＭシンボルの時間を必要とし、また摂動の評価のために摂動させない１シンボルのデータが必要となるため、全体としてアンテナの可変リアクタンスの値を更新するためにＭ＋１シンボルの時間が必要となり、適応制御におけるアルゴリズムの収束性が悪いという問題点があった。
【００１９】
本発明の課題は、１シンボル以内の時間で無給電素子に対する可変リアクタンスの値、またはアンテナ素子に対する重み付けの値を摂動させて、１シンボル内で可変リアクタンスの値、または重み付け値を更新することによって、適応アンテナの制御を高速化することである。
【００２０】
また本発明の課題は、アンテナの適応制御の高速化と共に、回路の小型・軽量化、低消費電力化、および低コスト化を同時に図ることである。
【００２１】
【課題を解決するための手段】
図１は本発明の適応アンテナを用いる通信機の原理構成ブロック図である。同図は給電アンテナ素子と、その給電アンテナ素子の近傍、すなわちフェージング相関が十分大きくなる距離にあり、それぞれ可変リアクタンスが接続された１つ以上の無給電アンテナ素子とで構成されるアンテナ部を高周波部に備えた通信機１の構成ブロック図である。通信機１は、干渉波成分抽出手段２と、適応制御手段３とを少なくとも備えている。
【００２２】
干渉波成分抽出手段２は、通信機１で用いられている１シンボルの時間内において、無給電アンテナ素子に接続された可変リアクタンスの値を摂動させた時に、アンテナ部からの信号のディジタル変換後の信号から通信機で受信すべき希望信号以外の干渉波の成分を抽出するものであり、適応制御手段３は抽出される干渉波成分を最小とするように可変リアクタンスの値を最急勾配法を用いて適応制御するものである。
【００２３】
また本発明の通信機１は、重み付け部をそれぞれ備える複数のアンテナ素子と重み付けされたそれぞれのアンテナ素子からの信号を合成する合成回路部とで構成されるアンテナ部を高周波部に備え、また図１と同様に干渉波成分抽出手段２と適応制御手段３とを備えている。
【００２４】
干渉波成分抽出手段２は、通信機１で用いられている１シンボルの時間内で複数のアンテナ素子にそれぞれ備えられた重み付け部の重み付け値を摂動させた時にアンテナ部からの信号のディジタル変換後の信号から希望信号以外の干渉波成分を抽出するものであり、適応制御手段３は抽出される干渉波成分を最小とするように重み付け値を適応制御するものである。
【００２５】
発明の実施の形態においては、通信機１は送信データの系列を並列のデータ系列に変換し、変換後のデータ系列のそれぞれを周波数の異なる複数の搬送波によって並列無線伝送するものであり、干渉波成分抽出手段２が複数の搬送波のうちでデータの送信に用いられていない搬送波としてのバーチャルサブキャリア成分を干渉波成分として抽出することもでき、この場合干渉波成分抽出手段２はフーリエ変換、またはウェーブレット変換を用いてバーチャルサブキャリア成分を抽出することもできる。
【００２６】
実施の形態においては、干渉波成分抽出手段２は２つのシンボルのうちで一方の１シンボルにおいて可変リアクタンス、または重み付け部の重み付け値をそれぞれ摂動させずに得られる受信データと、他方の１シンボルにおいて可変リアクタンス、または重み付け値を摂動させて得られる受信データとを用いて、干渉波成分を抽出することもでき、この場合他方の１シンボルにおいて複数のアンテナ素子に対する可変リアクタンス、または重み付け値を１サンプルずつ摂動させることを繰り返して得られる受信データを用いることも、また複数の可変リアクタンス、または重み付け値を順次複数サンプルずつ連続的に摂動させて得られる受信データを用いることもできる。
【００２７】
実施の形態においては、干渉波成分抽出手段２は１シンボルの時間内において、複数のアンテナ素子に対応する可変リアクタンス、または重み付け部の重み付け値をそれぞれ摂動させると共に、いずれの可変リアクタンス、または重み付け値を摂動させることのない期間を設けて得られる受信データを用いて干渉波成分を抽出することもできる。
【００２８】
また実施の形態においては、通信機１がアンテナ部とそれに対応する干渉波成分抽出手段および適応制御手段とをそれぞれ備える複数のダイバーシチブランチと、各ダイバーシチブランチに対する重み付け部と、重み付けされたそれぞれのダイバーシチブランチからの信号を合成する合成回路部とを備えることもでき、この場合各ダイバーシチブランチの適応制御手段はそれぞれ独立にアンテナ部に対する適応制御を行うことも、また連携して適応制御を行うこともできる。
【００２９】
更に実施の形態においては、複数のアンテナ素子のうち、特定の素子に対応する可変リアクタンス、または重み付け値の影響のみを制御するために、特定の素子以外の素子に対する可変リアクタンスの値を最大にすることも、また重み付け値を調整することもできる。
【００３０】
【発明の実施の形態】
以下図面を用いて本発明の実施形態について詳細に説明する。図２は本発明における干渉波抑圧方式の基本的な構成ブロック図である。ここでは無給電アンテナ素子に接続された可変リアクタンス回路部の可変リアクタンスを制御することによって、ディジタル変換後の信号の干渉対雑音比（ＩＮＲ）が小さくなるように、干渉波に対してアンテナの指向性のヌルを向ける空間ビームフォーミング方式について説明する。
【００３１】
図２において、給電アンテナ素子１０からの信号は高周波フロントエンド（ＲＦＦ／Ｅ）１４，ＡＤ変換器１５を介して、ディジタル変換後の信号としてフーリエ変換器１６に入力される。
【００３２】
複数の無給電アンテナ素子１１に対してはそれぞれ可変リアクタンス回路１２が接続され、その可変リアクタンスの値は可変リアクタンス制御部１３によって制御される。本発明においては、フーリエ変換器１６によって実際に通信に用いられていない搬送波、すなわちバーチャルサブキャリア成分１７が抽出され、その成分が可変リアクタンス制御部１３に与えられて、ＩＮＲが小さくなるように各可変リアクタンスの値が制御される。
【００３３】
図３には本発明を説明するためのサブキャリア配置例の説明図である。ここでは送信データ系列を複数のデータ系列に並列変換し、その複数のデータ系列をそれぞれ周波数が異なる複数の搬送波（キャリア）を用いて並列に無線伝送する無線通信周波数、例えばＯＦＤＭ（オルソゴナル・フリケンシ・ディビージョン・マルチプレックス）方式を対象として、例えばＩＥＥＥ８０２．１１ａに準拠したフレームフォーマットを用いるものとする。
【００３４】
図３おいて点線で示される搬送波は実際に通信用としては用いられない搬送波であり、その他の実線の矢印で示された搬送波が通信用に使用されるものとする。ここでは５２個の搬送波を用いて通信が行われる。
【００３５】
図４は本発明の第１の実施形態におけるリアクタンスの摂動方式、図５は第１の実施形態におけるリアクタンス制御処理のフローチャートである。本実施形態では、前述のように実際に通信に用いられていない搬送波の成分、すなわちバーチャルサブキャリア成分を最小とすることによって干渉波の抑圧が行われる。ここでは図２で示すように、高周波部においてアンテナ部の適応制御のためのリアクタンス制御が行われる空間ビームフォーミングにおける適応アンテナの無給電アンテナ素子の数は６つとして、実施形態を説明する。
【００３６】
図４においては、図２で説明した可変リアクタンス回路１２における可変リアクタンスの値を６個の無給電アンテナ素子＃１〜＃６の順序で１サンプルずつ一定量摂動させ、６サンプル毎にそれを繰り返すことによって、１シンボル内で６４サンプル分のデータが取得される。
【００３７】
図５において処理が開始されると、まずステップＳ１でＯＦＤＭ信号が受信され、同期が確立される。そしてステップＳ２で試行の回数（時間的に連続して受信信号に対する処理を行う場合にはシンボル数に一致する）ｎの値が１とされる。
【００３８】
続いてステップＳ３で、１シンボル分のデータｆ（ｔ，ｎ）が取得される。この１シンボル分のデータは、図４で説明したように可変リアクタンスの値を摂動させた時のデータではなく、可変リアクタンスの制御が行われない場合の受信データそのものである。時刻ｔは１シンボル内で１サンプル毎にインクリメントされて、データの取得が行われるものとする。
【００３９】
そしてステップＳ４で試行回数ｎがインクリメントされ、また１シンボル内でのサンプルの位置を示すｑの値が０に初期化される。またステップＳ５で無給電アンテナ素子の摂動の順番を示すｍの値が０とされる。
【００４０】
続いてステップＳ６〜Ｓ１１において、図４で説明したように各無給電アンテナ素子に対する可変リアクタンスの値を摂動させた場合のデータの取得が行われる。まずステップＳ６で無給電アンテナ素子の摂動順序を示すｍ、１シンボル内でのサンプルの位置を示すｑの値がインクリメントされ、またｍによって指定される無給電アンテナ素子に対応するリアクタンスの値ｘｍの値がΔｘだけ増加（摂動）され、ステップＳ７で時刻ｔの値がサンプリング間隔ΔＴだけインクリメントされる。
【００４１】
ステップＳ８でｑの値によって指定される１サンプル分のデータが取得される。このデータは１シンボル内でのサンプルの位置ｑΔＴと試行回数ｎとの関数となる。続いてステップＳ９で可変リアクタンスの値ｘｍの値が元に戻され、ステップＳ１０でサンプルの位置を示すｑがＴ／ΔＴ以上となったか否かが判定される。ここでＴは１シンボルの時間を示し、Ｔ／ΔＴは図４における６４、すなわち１シンボルの最後のサンプルの位置に相当する。ここでｑがまだこの値に達していないと判定されると、ステップＳ１１においてｍ、すなわち無給電アンテナ素子の摂動順序を示す変数がＭ、すなわち無給電アンテナ素子の総数以上であるか否かが判定され、ここではまだ図４の第１サンプルだけに対して処理が行われただけであるとすると、ステップＳ６以降の処理が繰り返される。
【００４２】
ステップＳ１１でｍの値がＭに達した、すなわち図４で６サンプル目までのデータが取得されたと判定されると、ステップＳ５に戻り、再びｍの値が０とされ、ステップＳ６以降の処理が繰り返される。
【００４３】
ステップＳ１０でｑの値がＴ／ΔＴを越えた、すなわち１シンボル分のデータｇがすでに取得されたと判定されると、ステップＳ１２で評価関数の計算が行われる。
【００４４】
評価関数の計算においては、まずステップＳ３で求められた無給電アンテナ素子の全てを摂動させない場合のデータを用いて、図４で説明した各アンテナ素子を摂動させた場合のデータに対する置き換えが行われる。すなわち第１番目の無給電アンテナ素子の摂動の影響を評価する評価関数ｕ₁ (n),を求める時には、図４で説明した＃１を摂動させたサンプルに対応するデータを除いて、全てステップＳ３で得られたｆ（ｔ，ｎ）のデータを用いた置き換えが行われ、次の関数ｈ₁（ｔ，ｎ）が得られる。
【００４５】
【数１】

【００４６】
そしてバーチャルサブキャリア成分としての評価関数の抽出が、次式を用いて行われる。
【００４７】
【数２】

【００４８】
同様にして、２番目から６番目までの無給電アンテナ素子の摂動の影響に対する評価関数ｕ₂ (n),・・・,ｕ₆ (n)がデータを置き換えられた関数ｈ₂（ｔ，ｎ）〜ｈ₆（ｔ，ｎ）を用いて行われる。
【００４９】
続いてステップＳ１３で評価関数の勾配の計算が行われる。この計算は次式を用いて行われる。
【００５０】
【数３】

【００５１】
ここでｕ₀ (n)が次式によって定義される。なお上式において▽はベクトル微分演算子ナブラと類似しているが、ここでは単に勾配を表すものである。
【００５２】
【数４】

【００５３】
続いてステップＳ１４で評価関数の勾配を表すマトリクスが次式によって定義される。ここでＴは転置を示す。
【００５４】
【数５】

【００５５】
同様に無給電アンテナ素子のリアクタンスを表すマトリクスＸ（ｎ）が次式によって定義される。
【００５６】
【数６】

【００５７】
ステップＳ１５で次式によってリアクタンスの更新が行われる。μはステップサイズを表す。
【００５８】
【数７】

【００５９】
ステップＳ１６でｎの値がインクリメントされ、ステップＳ１７でｎの値が最大試行回数Ｎを越えたか否かが判定され、超えていない場合にはステップＳ３以降の処理が繰り返され、最急勾配法を用いた適応制御が実行される。
【００６０】
以上の処理によって、可変リアクタンスを摂動させないシンボルと摂動させるシンボルとの２シンボルで摂動の評価と可変リアクタンスの更新が行われる。なお、無線ＬＡＮのＯＦＤＭで１シンボルは４μsであり、可変リアクタンス更新は電気的に行われるため、その時間は無視できる。
【００６１】
図６は第２の実施形態における可変リアクタンスの摂動方式、図７はリアクタンス制御処理のフローチャートである。第２の実施形態では、図４で説明した第１の実施形態と異なって、無給電アンテナ素子＃１〜＃６の摂動を１サンプルずつ行うことを繰り返すのではなく、１シンボルの時間内で、図６で示すようにそれぞれの無給電アンテナ素子を、素子の数と１シンボルのサンプルの数で決まる、１つの素子に対して平等に割り当て可能な最大サンプル数だけ、ここでは１０個のサンプルに対して連続的に摂動させる点が異なっている。
【００６２】
図７における処理は、図５における処理と類似するステップを多く含んでいるため、図５と異なる部分について中心的に説明する。まずステップＳ２１〜Ｓ２３の処理は、図５のステップＳ１〜Ｓ３の処理と同様である。
【００６３】
ステップＳ２４でｎの値のインクリメントと、ｑとｍの値の０への初期化が行われ、ステップＳ２５でｍの値のインクリメントと、ｍで指定されるアンテナ素子のリアクタンスに対する摂動が行われ、ステップＳ２６でｑの値がインクリメントされる。
【００６４】
ステップＳ２７，Ｓ２８で図５のステップＳ７，Ｓ８と同様に１サンプル分のデータが取得された後に、ステップＳ２９でｑの値が６４以上であるか否かが判定される。この６４の値は、図５のステップＳ１０におけるＴ／ΔＴと実質的に同じである。
【００６５】
ｑが６４に達していないと判定されると、ステップＳ３０でｑの値がｍと、６４をＭで割った商の整数部との乗算結果以上であるか否かが判定される。図６においてはこの商の値の整数部は１０であり、第１番目のアンテナ素子＃１に対してはｍが１であることから、サンプルの位置が１０に達するまでは、ステップＳ２６以降の処理が繰り返されることになる。
【００６６】
ステップＳ３０での判定結果がｙｅｓとなると、ステップＳ３１で可変リアクタンスの値が元に戻された後に、ステップＳ２５以降の処理が繰り返され、＃２以降のアンテナ素子に対するリアクタンス値の摂動とデータの取得が繰り返される。ステップＳ２９でｑの値が６４に達したと判定されると、ステップＳ３２でＸｍの値が元に戻され、ステップＳ３３の処理に移行する。
【００６７】
なお図６で６１番目から６４番目のサンプルまでに対しては、ステップＳ２５でｍの値が７とされ、ステップＳ２６〜Ｓ３０の処理が繰り返され、最終的にステップＳ２９でｑの値が６４に達したと判定され、ステップＳ３２でリアクタンスの値が元に戻されて、ステップＳ３３の処理に移行することになる。この場合、ｍ＝７に対してステップＳ２８で取得されたデータはその後の処理においては使用されず、特に問題が生ずることはない。
【００６８】
ステップＳ３３〜ステップＳ３８における評価関数の計算からリアクタンスの更新までを含む処理は、第１の実施形態における図５のステップＳ１２〜Ｓ１７の処理と全く同様であり、その説明を省略する。
【００６９】
図８は第３の実施形態におけるリアクタンスの摂動方式、図９はリアクタンス更新処理のフローチャートを示す。図８においては１シンボル６４サンプルに対して８倍のオーバサンプリングが行われ、５１２サンプルが得られる。そして８サンプルを単位として、最初の６サンプルで＃１〜＃６のアンテナ素子に対する可変リアクタンスの値の摂動が１サンプルずつ行われ、最後の２サンプルでは、いずれの素子の可変リアクタンスも摂動させない動作が繰り返される。
【００７０】
図９において処理が開始されると、まずステップＳ４１で同期確立が行われた後に、ステップＳ４２で試行回数を示すｎが１とされ、またαの値が０に初期化され、ステップＳ４３で摂動順序を示す素子の番号ｍが０とされる。
【００７１】
ステップＳ４４でｍの値がインクリメントされ、リアクタンスＸｍの値が摂動され、ステップＳ４５でαの値のインクリメントとともに、時刻ｔの値がサンプリング間隔ΔＴだけインクリメントされ、ステップＳ４６で１サンプル分のデータが取得され、ステップＳ４７でαの値が最終値以上となったか否かが判定される。
【００７２】
まだ最終値に達していない場合には、ステップＳ４８でｍの値が６以上であるか否かが判定される。６に達していない場合には、図８における８サンプルを単位とする摂動動作のうち、実際にアンテナ素子に対応するリアクタンスを摂動させる動作が終了していないことになるので、ステップＳ４９でリアクタンスの値が元に戻された後に、ステップＳ４４以降の処理が繰り返される。
【００７３】
ステップＳ４８でｍの値が６に等しいと判定されると、８サイクルを単位とする摂動動作のうちで実際にリアクタンスを摂動させる動作は終了したことになるので、後の２サイクルに対する処理を行うためにステップＳ５０でｍの値が８以上であるか否かが判定され、８に達していない場合にはステップＳ５１でｍの値がインクリメントされた後に、ステップＳ４５以降の処理が繰り返される。そしてｍの値が８に等しいと判定された時点で再びステップＳ４３でｍの値が０とされ、次の８サンプル分に対応する処理が繰り返される。
【００７４】
ステップＳ４９でαが最終値に達したと判定されると、ステップＳ５２〜ステップＳ５７で評価関数の計算からリアクタンスの更新までを含む処理が、第１および第２の実施形態におけると同様に実行される。但し評価関数の計算においては、実際にアンテナ素子に対応する可変リアクタンスの値を摂動させた時のデータを用いて計算が行われる。例えば評価関数ｕ₁ (n)の計算においてはアンテナ素子＃１を摂動させた時に得られたデータを用いて計算が行われる。
【００７５】
すなわち図８において１サンプル目，９サンプル目，・・・・に得られたデータを用いてｕ₁ (n)の計算が行われる。同様にｕ₂ (n)の計算においては、２サンプル目，１０サンプル目，・・・に得られたデータを用いて計算が行われる。以下同様であり、評価関数ｕ_m(n)、および勾配を計算するためのｕ₀ (n)の計算においては次の式が用いられる。ｕ₀ (n)の計算では８，１６，・・・サンプル目のいずれのアンテナ素子の可変リアクタンスも摂動させないデータが使用される。
【００７６】
【数８】

【００７７】
【数９】

【００７８】
この第３の実施形態においては、第１、第２の実施形態において２つのシンボルを単位としてリアクタンスの更新が行われるのに対して、１シンボルだけでリアクタンスの更新処理が終了し、図９においてステップＳ５７で試行回数ｎが最大回数Ｎを越えた時点で処理を終了する。
【００７９】
図１０は前述の第１〜第３の実施形態のいずれにも適用できるダイバーシチブランチ方式の構成ブロック図である。同図においては、図２で説明した給電アンテナ素子１０からフーリエ変換器１６までを用いて、バーチャルキャリア成分１７を抽出して可変リアクタンス制御部１３によって無給電アンテナ素子１１に接続されている可変リアクタンスを制御する部分が複数組、ここでは２組設けられ、それぞれのフーリエ変換器１６の出力は重み付け回路２１を介して合成回路２２によって合成される構成となっている。そして重み付け回路２１による重み付けの値は、重み付け制御部２３によって制御される。
【００８０】
各ブランチに対応するアンテナ部の間隔は、フェージング相関、すなわち各アンテナ部の受信特性の間の相関が十分小さくなるように、波長λよりもかなり大きい値に設定され、一般的には各ブランチの出力のうち受信状態のよいブランチからの出力が重視される形式で、重み付け制御部２３による重み付け値の制御が行われる。
【００８１】
図１０におけるそれぞれのブランチにおける可変リアクタンスの制御は各ブランチ独立に行うこともでき、また複数のブランチで連携して行うこともできる。連携制御部２５は連携動作を行うための制御を行うものである。
【００８２】
図１１は連携制御部２５による処理のフローチャートである。この連携動作において、各ブランチの可変リアクタンス制御部１３は、まずそれぞれ独立に評価関数の計算までの処理を実行する。例えば第１の実施形態における図５においては、ステップＳ１２までの処理を実行し、計算された評価関数を連携制御部２５に出力する。
【００８３】
連携制御部２５はステップＳ６１で各ブランチ側から評価関数をそれぞれ受け取り、ステップＳ６２で連携動作のために、例えば受け取った評価関数の平均値をｍの値毎に求め、ステップＳ６３で得られた平均値を新しい評価関数として各ブランチの可変リアクタンス制御１３に与えて処理を終了する。各ブランチ側では、この新しい評価関数を用いて、例えばステップＳ１３からＳ１５までにおいて勾配の計算からリアクタンスの更新までの処理を実行することになる。
【００８４】
以上の説明においては、無給電アンテナ素子に接続された可変リアクタンスの値を制御して干渉波成分を抑圧する方式を中心に本発明の実施形態を説明したが、前述のように各アンテナ素子に対応する重み付け部の重み付け値を摂動させて干渉波成分を抑圧する方式に本発明を適用することができることは当然である。
【００８５】
また実施形態として、例えば６個の無給電アンテナ素子に対する可変リアクタンスの値を全て摂動させる場合を説明したが、例えば特定の素子の摂動の影響だけを評価する場合には、その他の素子に対応する可変リアクタンスの値を最大値に設定し、その素子に対応する負荷インピーダンスを大きくすることによって他の素子の影響を排除して、その特定素子の摂動による干渉波成分抑圧の効果を検討することが可能となる。
【００８６】
更に本発明の実施形態においては、干渉波成分抽出部がフーリエ変換を用いてバーチャルサブキャリア成分を抽出し、そのバーチャルサブキャリア成分を用いて適応制御が行われるものとしたが、フーリエ変換の代わりにウェーブレット変換を用いてバーチャルサブキャリア成分を抽出することも可能である。
【００８７】
（付記１）複数のアンテナ素子と、該複数のアンテナ素子に対応し、アンテナ全体としての指向特性を調整するための複数の調整部とによって構成されるアンテナ部を高周波部に備える通信機において、
該通信機で用いられている１シンボルの時間内で前記調整部による調整値を摂動させた時に、前記アンテナ部による受信信号から該通信機で受信すべき希望信号以外の干渉波の成分を抽出する干渉波成分抽出手段と、
該抽出される干渉波成分を最小とするように前記調整値を適応制御する適応制御手段とを備えることを特徴とする適応アンテナを用いる通信機。
（付記２）前記複数のアンテナ素子が、給電アンテナ素子と、該給電アンテナ素子の近傍にある１つ以上の無給電アンテナ素子とで構成され、前記調整部が各無給電アンテナ素子にそれぞれ接続された可変リアクタンス回路部であり。
【００８８】
前記調整値が可変リアクタンスの値であることを特徴とする付記１記載の適応アンテナを用いる通信機。
（付記３）前記調整部が前記複数の各アンテナ素子に対応する重み付け部であり、前記アンテナ部が重み付けられた各アンテナ素子からの信号を合成する合成回路部を更に備え、
前記調整値が該重み付け部による重み付け値であることを特徴とする付記１記載の適応アンテナを用いる通信機。
（付記４）前記通信機が送信データ系列を並列データ系列に変換し、該変換後のデータ系列のそれぞれを周波数の異なる複数の搬送波によって並列伝送する通信機であり、
前記干渉波成分抽出手段が、複数の搬送波のうちでデータの通信に用いられていない搬送波としてのバーチャルサブキャリアの成分を前記干渉波成分として抽出することを特徴とする付記１記載の適応アンテナを用いる通信機。
（付記５）前記干渉波成分抽出手段が、前記受信信号のディジタル変換後の信号のフーリエ変換の結果を用いて、干渉波成分を抽出することを特徴とする付記１記載の適応アンテナを用いる通信機。
（付記６）前記干渉波成分抽出手段が、前記受信信号のディジタル変換後の信号のウェーブレット変換の結果を用いて、干渉波成分を抽出することを特徴とする付記１記載の適応アンテナを用いる通信機。
（付記７）前記干渉波成分抽出手段が、２つのシンボルのうちで一方の１シンボルにおいて前記調整値を摂動させた時に得られた受信データに加えて、他方の１シンボルにおいて該調整値を摂動させない時に得られた受信データを更に用いて干渉波成分を抽出することを特徴とする付記１記載の適応アンテナを用いる通信機。
（付記８）前記干渉波成分抽出手段が、前記一方の１シンボルにおいて、前記複数の調整部による各調整値を１サンプルずつ摂動させることを繰り返して得られる受信データを用いることを特徴とする付記７記載の適応アンテナを用いる通信機。
【００８９】
（付記９）前記干渉波成分抽出手段が、前記一方の１シンボルにおいて、前記複数の調整部による各調整値を、順次複数サンプルずつ連続的に摂動させて得られる受信データを用いることを特徴とする付記７記載の適応アンテナを用いる通信機。
【００９０】
（付記１０）前記干渉波成分抽出手段が、前記１シンボル内に前記調整部による調整値を摂動させる区間と、複数の調整部による調整値のいずれをも摂動させない区間とが存在する形式で得られた前記受信信号から干渉波成分を抽出することを特徴とする付記１記載の適応アンテナを用いる通信機。
（付記１１）前記通信機が前記アンテナ部、干渉波成分抽出手段、および適応制御手段をそれぞれ有し、該アンテナ部が相互に空間的に離れた位置に設置されたダイバーシチブランチを複数個備えると共に、
該各ダイバーシチブランチからの信号を重み付け合成する重み付け合成手段を備えることを特徴とする付記１記載の適応アンテナを用いる通信機。
（付記１２）前記複数個のダイバーシチブランチ内の適応制御手段がそれぞれ独立に前記調整値の制御を行うことを特徴とする付記１１記載の適応アンテナを用いる通信機。
【００９１】
（付記１３）前記複数個のダイバーシチブランチ内のそれぞれの適応制御手段に対応して、該各適応制御手段による制御を連携して行わせる連携制御手段を更に備えることを特徴とする付記１１記載の適応アンテナを用いる通信機。
【００９２】
（付記１４）前記複数の調整部のうちで一部の調整部による調整の影響の評価のために、該一部の調整部以外の調整部の調整値をあらかじめ定められた値に設定する調整値設定手段を更に備えることを特徴とする付記１記載の適応アンテナを用いる通信機。
（付記１５）前記適応制御手段が、最急勾配法を用いて前記調整値の制御を行うことを特徴とする付記１記載の適応アンテナを用いる通信機。
【００９３】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように本発明によれば、１シンボル以内でアンテナ素子に対応する可変リアクタンス、または重み付け値を摂動させることにより、適応アンテナの制御処理を高速化し、干渉抑圧アルゴリズムの収束を早めることができる。また高周波部でこのようなアンテナ部の適応制御を行うことにより、回路の小型・軽量化、低消費電力化、低コスト化を図ると同時に、適応制御を高速化し自通信システム内の干渉波成分に限らず、他のシステムの干渉波成分も抑圧することが可能となり、例えばＯＦＤＭ方式を用いる無線通信システムの実用化に寄与するところが大きい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の干渉波抑圧方式の原理構成ブロック図である。
【図２】本発明の干渉波抑圧方式の基本的な構成例のブロック図である。
【図３】サブキャリアの配置例を示す図である。
【図４】第１の実施形態における摂動方式を示す図である。
【図５】第１の実施形態におけるリアクタンス制御処理のフローチャートである。
【図６】第２の実施形態における摂動方式を示す図である。
【図７】第２の実施形態におけるリアクタンス制御処理のフローチャートである。
【図８】第３の実施形態における摂動方式を示す図である。
【図９】第３の実施形態におけるリアクタンス制御処理のフローチャートである。
【図１０】ダイバーシチブランチ方式の構成例を示すブロック図である。
【図１１】図１０におけるブランチ間の連携制御の処理フローチャートである
【図１２】干渉波抑圧方式の従来例（その１）の構成ブロック図である。
【図１３】干渉波抑圧方式の従来例（その２）の構成ブロック図である。
【図１４】干渉波抑圧方式の従来例（その３）の構成ブロック図である。
【図１５】摂動方式の従来例の説明図である。
【符号の説明】
１通信機
２干渉波成分抽出手段
３適応制御手段
１０給電アンテナ素子
１１無給電アンテナ素子
１２可変リアクタンス回路
１３可変リアクタンス制御部
１４高周波フロントエンド（ＲＦＦ／Ｅ）
１５ＡＤ変換器
１６フーリエ変換器
１７バーチャルサブキャリア成分

Claims

給電アンテナ素子と、複数の無給電アンテナ素子と、該複数の無給電アンテナ素子にそれぞれ接続された複数の可変リアクタンス手段とを備え、該複数の可変リアクタンス手段を調整してアンテナの指向性を制御する無線通信機において、
前記複数の可変リアクタンス手段のいずれについても摂動制御を行なわない期間に対して、前記複数の可変リアクタンス手段の各可変リアクタンス手段について、リアクタンスを一時的に変化させる各期間が短くなるように摂動制御を行う調整手段を備え、
前記複数の可変リアクタンス手段のいずれについても前記摂動制御を行なわない期間における受信信号の一部を、前記摂動制御により、摂動が与えられた期間における受信信号で置き換えることで、評価関数を生成し、前記アンテナの指向性の制御を行う、
ことを特徴とする無線通信機。
前記複数の可変リアクタンス手段のいずれについても前記摂動制御を行わない期間は、１シンボル期間に対応する、
ことを特徴とする請求項１記載の無線通信機。
前記複数の可変リアクタンス手段の全ての可変リアクタンス手段について順に摂動を与えるのに要する時間は、1シンボル期間内に収まる、
ことを特徴とする請求項１又は２記載の無線通信機。
給電アンテナ素子と、複数の無給電アンテナ素子と、該複数の無給電アンテナ素子にそれぞれ接続された複数の可変リアクタンス手段とを備えた無線通信機が、前記複数の可変リアクタンス手段を調整してアンテナの指向性を制御する方法であって、
前記複数の可変リアクタンス手段のいずれについても摂動制御を行なわない期間に対して、前記複数の可変リアクタンス手段の各可変リアクタンス手段について、リアクタンスを一時的に変化させる各期間が短くなるように摂動制御を行い、
前記複数の可変リアクタンス手段のいずれについても前記摂動制御を行なわない期間における受信信号の一部を、前記摂動制御により、摂動が与えられた期間における受信信号で置き換えることで、評価関数を生成し、前記アンテナの指向性の制御を行う、
ことを特徴とする方法。
前記複数の可変リアクタンス手段のいずれについても前記摂動制御を行わない期間は、１シンボル期間に対応する、
ことを特徴とする請求項４記載の方法。
前記複数の可変リアクタンス手段の全ての可変リアクタンス手段について順に摂動を与えるのに要する時間は、1シンボル期間内に収まる、
ことを特徴とする請求項４又は５記載の方法。