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JPH0748665B2 - サイドローブキャンセラ - Google Patents
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JPH0748665B2 - サイドローブキャンセラ - Google Patents

サイドローブキャンセラ

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JPH0748665B2
JPH0748665B2 JP4332866A JP33286692A JPH0748665B2 JP H0748665 B2 JPH0748665 B2 JP H0748665B2 JP 4332866 A JP4332866 A JP 4332866A JP 33286692 A JP33286692 A JP 33286692A JP H0748665 B2 JPH0748665 B2 JP H0748665B2
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adaptive
antenna
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01QANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q3/00Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system
    • H01Q3/26Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system varying the relative phase or relative amplitude of energisation between two or more active radiating elements; varying the distribution of energy across a radiating aperture
    • H01Q3/2605Array of radiating elements provided with a feedback control over the element weights, e.g. adaptive arrays
    • H01Q3/2611Means for null steering; Adaptive interference nulling
    • H01Q3/2629Combination of a main antenna unit with an auxiliary antenna unit

Landscapes

  • Radio Transmission System (AREA)
  • Noise Elimination (AREA)
  • Variable-Direction Aerials And Aerial Arrays (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はサイドローブキャンセラ
に関し、特に干渉波除去を行うサイドローブキャンセラ
に関する。
【0002】
【従来の技術】このようなサイドローブキャンセラは、
例えば、実公平2−66037号(実願昭63−145
280号)公報に開示されている。このサイドローブキ
ャンセラは一つの主アンテナと一つの補助アンテナを備
えて妨害波を除去している。
【0003】複数の補助アンテナを備えた従来のサイド
ローブキャンセラを図3に示す。通常サイドローブキャ
ンセラは図3において適応等化器111を含まないもの
であるが、ここではマルチパスフェージング回線への適
用を考慮して適応等化器111を含めたものとする。
【0004】図3において、主アンテナ101は希望波
到来方向にその指向性を向けている。希望波とは独立な
干渉波が希望波のサイドローブに存在する場合、デジタ
ル伝送の品質は著しく劣化する。このような場合には、
主アンテナ101とは別にN(Nは2以上の整数)個の
補助アンテナ102を主アンテナ101とは無相関とな
るように設置する。これらの補助アンテナ102の受信
信号に応答する適応アレイ(アダプティブアレイ)20
7を構成し、その出力を主アンテナ101の受信信号か
ら減算器106で減じる。その出力を基準信号として適
応アレイ207のタップ係数修正を行うと、補助アンテ
ナ102の指向性は干渉波到来方向に自動調整され、適
応アレイ207からは主アンテナ101により受信され
た干渉波とは独立な干渉波成分が得られる。そして減算
器106において主アンテナ101と補助アンテナ10
2で受信された干渉波同志がキャンセルされるように適
応アレイ207のN個の複素乗算器103に供給される
タップ係数の修正が行われる。
【0005】タップ係数の修正方法としてはバーナード
・ウィドロが提案したLMSアルゴリズムが知られてお
り、これを用いた適応アレイはLMSアダプティブアレ
イとも呼ばれる。特に、図3に示すサイドローブキャン
セラのタップ修正法としてはLMSアルゴリズムによる
相関ループにステアリング・ベクトルを付加させるアッ
プルバウム・アルゴリズムがよく用いられる。LMSア
ルゴリズムでは基準参照信号が必要であるが、アップル
バウムアルゴリズムでは参照信号が無くてもタップ係数
を収束できる。ただしアップルバウムアルゴリズムで
は、希望波到来方向のある程度の推定(ステアリング・
ベクトル)が必要である。またアップルバウム・アルゴ
リズムにより求められる解は、SINR=(希望波レベ
ル/不要波のレベル)を最大とするのが特徴である。こ
こで不要波とは干渉波と雑音を含めたものである。
【0006】図3のアップルバウム演算器105はアッ
プルバウム・アルゴリズムを用いてN個の複素乗算器1
03に与えられるタップ係数の逐次修正を行う。加算器
104はN個の複素乗算器103の出力を加算する。こ
のような適応アレイ207はアップルバウムアレイとも
呼ばれている。アップルバウムアルゴリズムおよびサイ
ドローブキャンセラに関しては、提唱者のアップルバウ
ムにより“アダプティブ・アレイズ,”アイ・イー・イ
ー・イー トランズアクションズ オン アンテナズ
アンド プロパゲーション、Vol AP−24、N
o.5 1976年9月 にて詳細に論じられている。
【0007】適応等化器111は上記に述べたサイドロ
ーブキャンセラとは独立な適応フィルタであり、マルチ
パスフェージングにより発生する符号間干渉の除去を行
う。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】上述した従来技術をマ
ルチパスフェージング回線に適用した場合、サイドロー
ブキャンセリングを行うと同時に、マルチパスによる符
号間干渉は図3の適応等化器111により除去される。
しかしマルチパスの遅延時間差が小さい場合、フェージ
ングは周波数選択性からフラットフェージングに移行す
る。この場合、符号間干渉の発生ではなく、希望信号そ
のものの消失となり、適応等化器111では解決出来な
い。すなわちこのようなフェージングに対しては本質的
にダイバーシティ受信が必要となる。上述した従来技術
では複数の補助アンテナ102を用いているが、これら
はサイドローブキャンセラとしてのみ利用され、ダイバ
ーシティ受信には用いられていない。従ってフラット性
のフェージング回線においては回線品質が著しく劣化す
るという問題点がある。
【0009】また補助アンテナ102にも希望波が受信
されており、干渉除去の際、これが主アンテナブランチ
の希望波と合成される。これらの振幅位相関係によって
は、著しい希望波レベルの低下を招くという問題があ
る。
【0010】本発明の課題は、サイドローブキャンセラ
のアンテナ素子数を増やすことなく、ダイバーシティ受
信と干渉波除去および適応等化を同時に実現できるサイ
ドローブキャンセラを提供することにある。
【0011】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、主アン
テナと、第1乃至第N(Nは2以上に整数)の補助アン
テナと、前記第1乃至前記第Nの補助アンテナによって
受信された第1乃至第Nの補助アンテナ受信信号を受け
る第1の適応アレイと、前記第1乃至前記第Nの補助ア
ンテナ受信信号に応答する第2の適応アレイと、前記主
アンテナによって受信された主アンテナ受信信号を二入
力の一方として受ける複素乗算器と、該複素乗算器の出
力と前記第2の適応アレイの出力とを加算する加算器
と、該加算器の出力から前記第1の適応アレイの出力を
減算する減算器と、該減算器の出力に応答する適応等化
器と、該適応等化器の出力の判定データを用いて前記主
アンテナ受信信号と相関演算を行い、相関値を前記複素
乗算器の前記二入力の他方として出力する第1の相関演
算器と、前記減算器の出力を基準信号として用いて前記
第1の適応アレイの第1乃至第Nのタップ係数の修正を
行うタップ係数修正手段と、前記適応等化器の出力の判
定データと前記第1乃至前記第Nの補助アンテナ受信信
号との相関演算を行い、第1乃至第Nの相関値を出力す
る第2の相関演算器と、前記第1乃至前記第Nの相関値
を前記第2の適応アレイの第1乃至第Nのタップ係数と
して与える第2の相関演算器とを備えたことを特徴とす
るサイドローブキャンセラが得られる。
【0012】更に本発明によれば、前記第1及び前記第
2の適応アレイの各々が、前記第1乃至前記第Nの補助
アンテナ受信信号に前記第1乃至前記第Nのタップ係数
をそれぞれ複素乗算する第1乃至第Nの複素乗算器と、
前記第1乃至前記第Nの複素乗算器の出力を加算し、加
算結果を適応アレイ出力として出力する加算器とを備え
たことを特徴とするサイドローブキャンセラが得られ
る。
【0013】また本発明によれば、前記タップ係数修正
手段がアップルバウム演算器であることを特徴とするサ
イドローブキャンセラが得られる。
【0014】
【作用】本発明は、干渉波除去を行うと同時に希望波に
対するダイバーシティ効果を得るために、補助アンテナ
受信信号を分岐し、サイドローブキャンセラ用の適応ア
レイとダイバーシティ合成用の適応アレイとを構成する
為、補助アンテナの素子数を増やす事なくダイバーシテ
ィ効果を得ることが出来る。従ってマルチパスフェージ
ング回線に適したサイドローブキャンセラを提供出来
る。
【0015】換言すれば本発明は、補助アンテナ受信信
号を分岐して干渉波除去用の第1の適応アレイと、これ
と独立な第2の適応アレイを構成する。先ず主アンテナ
受信信号と第2の適応アレイ出力との間で最大比合成を
行う。この処理により希望波に関して空間的なダイバー
シティ効果が得られる。該ダイバーシティ合成後、前記
第1の適応アレイによりサイドローブキャンセリングを
行い、さらにその出力を適応等化器に通す。第1の適応
アレイは通常、アップルバウム演算などにより適応制御
されるが、第2の適応アレイに関しては適応等化器出力
の判定データを用いた相関演算による制御を行わせる。
以上の操作により、主アンテナおよび補助アンテナの素
子数を増加することなく、干渉波除去と同時にダイバー
シティ合成および適応等化をも実現できるので、マルチ
パスフェージング回線での最適なサイドローブキャンセ
リングの提供が可能となる。
【0016】
【実施例】次に、本発明について図面を参照して説明す
る。
【0017】図1を参照すると、本発明の一実施例によ
るサイドローブキャンセラは図1と同じ参照符号で示さ
れた同じ部分を含み、更に、N個の複素乗算器107、
加算器108、相関演算器109、加算器110、複素
乗算器112、相関演算器113を含む。なお、207
が第1の適応アレイ、208が第2の適応アレイであ
る。101から106までは従来のサイドローブキャン
セラを構成する。第1の適応アレイ207は干渉波源に
指向性を向けるように制御される。この制御はステアリ
ングベクトルを用いたアップルバウム演算器105によ
り行われる。該アレイ207により抽出された干渉波成
分は減算器106に供給され、主アンテナ101に受信
されている干渉波と互いにキャンセルされる。107、
108、109は第2の適応アレイ208を構成し、相
関演算器109により希望波源にアンテナアレイの指向
性を向けるように制御される。一方、主アンテナ101
の受信信号は乗算器112により相関演算器113から
のタップ係数が乗じられる。109と113による相関
演算は共に適応等化器111出力の判定データ信号を基
準信号とする。従って加算器110において、主アンテ
ナ101と第2のアレイ208からの希望波どうしの最
大比ダイバーシティ合成が行われる。
【0018】図2は図1のサイドローブキャンセラの動
作を説明する為の主要部のブロック図である。図2にお
いて、201は希望波Sの主アンテナへの伝達係数h
1、202は希望波Sの補助アンテナへの伝達係数h
2、203は干渉波Jの主アンテナへの伝達係数g1、
204は干渉波Jの補助アンテナへの伝達係数g2であ
る。希望波Sは伝達係数h1,h2により主アンテナ1
01および補助アンテナ102に伝搬する。同様に干渉
波Jも伝達係数g1,g2により主アンテナ101およ
び補助アンテナ102に伝搬する。図1の補助アンテナ
102はN素子であるが、図2では記述を簡略化する
為、補助アンテナ102を3素子としている。
【0019】上記構成の動作を図2で説明する。第2の
適応アレイ208によるアンテナパターンは212のよ
うに希望波Sを捕捉し、ここで得られる希望波Sは主ア
ンテナ受信の希望波Sと最大比合成される。一方、第1
の適応アレイ207によるパターンは211のように希
望波Sに対してはナルを示し、干渉波Jに対しては受信
パターンを形成する。これにより得られた干渉波により
サイドローブキャンセリングを行う。
【0020】本方式では干渉除去用のアレイアンテナを
そのまま用いながら、干渉除去と同時に希望波に対する
ダイバーシティ合成を実現している。従って、従来のサ
イドローブキャンセラでは希望波信号レベルの低下を招
く場合があったが、前記ダイバーシティ効果により希望
波信号を強化しながら干渉除去が可能になる。
【0021】図1及び図2において、主アンテナ101
による受信波Rは数1となる。
【0022】
【数1】 R=h1・S+g1・J
【0023】補助アンテナ102の各素子は送信波Sの
搬送周波数の半波長間隔で配置されている。また補助ア
ンテナ開口方向と希望波Sと干渉波Jの到来方向とがな
す角度をそれぞれφ、θとした場合、補助アンテナ受信
ベクトルrは、下記の数2となる。
【0024】
【数2】
【0025】上式において、r1 ,r2 ,r3 は補助ア
ンテナの各素子による受信波成分を示す。また上式右辺
のφとθを含むベクトルは希望波Sと干渉波Jの到来ベ
クトルを示すもので、下記の数3のように定義する。
【0026】
【数3】
【0027】上式において、aとbはスカラー定義であ
る。送信信号Sと(3)式のベクトルUdとを乗じたS
・Udは補助アンテナ102を基準にした場合の希望波
ベクトルである。従って、その振幅はSの振幅と同一で
なければならない。すなわちベクトルUdの振幅は1で
なければならない。これより(3)式のスカラー定数a
は下記の数4のようにして求められる。
【0028】
【数4】
【0029】ゆえに、下記の数5
【0030】
【数5】
【0031】同様に下記の数6
【0032】
【数6】
【0033】となる。一般にN素子の補助アンテナ10
2の場合は上記スカラー定数は1/√Nとすれば良い。
【0034】SとJに関する到来ベクトルを用いて、
(2)式の補助アンテナ受信ベクトルrは下記の数7で
示される。
【0035】
【数7】 r=h2・S・Ud+g2・J・Uj
【0036】図2において第2の適応アレイ208のタ
ップ係数ベクトルを下記の数8
【0037】
【数8】
【0038】とおいた場合、第2の適応アレイ208出
力Ydは下記の数9のようになる。
【0039】
【数9】
【0040】一方、主アンテナ・ブランチに関して図2
の複素乗算器112のタップ係数をfとした場合、複素
乗算器112出力Ymは下記の数10となる。
【0041】
【数10】 Ym=R・f
【0042】図1の相関演算器113は適応等化器11
1の出力する判定データ信号と複素乗算器112入力信
号との相関を取り、その相関値をタップ係数fとして複
素乗算器112に供給している。ここで適応等化器11
1内部の判定器によるデジタル信号の判定が正しけれ
ば、判定データ信号は送信希望信号Sと等しくなる。従
って、相関演算器113の出力fは下記の数11とな
る。
【0043】
【数11】
【0044】上式において*は複素共約を意味し、E
[ ]は時間平均操作を行うことを意味する。これは物
理的にはローパスフィルタにより平滑化することを等価
である。ここで希望信号Sの振幅を1と正規化すると、
その自己相関係数は下記の数12となる。
【0045】
【数12】 E[S*・S]=1
【0046】一方、希望波Sと干渉波Jとは互いに独立
であるから、下記の数13となる。
【0047】
【数13】 E[J*・S]=0
【0048】従って前記(11)式は下記の数14とな
る。
【0049】
【数14】 f=h1*
【0050】これと(7)式を(10)式に代入する
と、下記の数15の複素乗算器112出力を得る。
【0051】
【数15】 Ym=R・f =(h1S+g1J)h1*=h1*h1S+g1h1*
【0052】図1の相関演算器109においても上記と
同様の処理を行う。すなわち補助アンテナ受信信号rと
適応等化器111出力の判定データ信号(S)との相関
を求め、これを第2の適応アレイ208のタップ係数と
して複素乗算器107に供給する。従ってタップ係数W
は(7)式を用いて、下記の数16となる。
【0053】
【数16】
【0054】(16)式のタップ係数を(9)式に代入
すると、下記の数17となるが、
【0055】
【数17】 Yd=h2SUdT・h2*Ud*+g2JUjT・h2Ud* =h2*h2S・UdTUd*+h2*g2UJTUd*・J
【0056】上式のUdT Ud* は(4)式のUdT*U
dと同一項であり、1となる。
【0057】従って下記の数18を得る。
【0058】
【数18】 Yd=h2*h2S+h2*g2UjTUd*・J
【0059】以上より図1の合成器110出力Ycは
(15)、(18)より下記の数19となる。
【0060】
【数19】
【0061】上式において希望波Sに関する項は(h1
* h1+h2* h2)を含む。これは、図2のh1とh
2による伝搬路間での最大比合成を意味する。すなわ
ち、図2において、乗算器112と第2の適応アレイ2
08の乗算器107により最大比合成の為の重み係数
が、それぞれ主アンテナ101及び補助アンテナ102
の受信波に乗じられてダイバーシティ合成が行われてい
る。図3に示す従来のサイドローブキャンセラではこの
ようなダイバーシティ機能を有していないので、図2の
h2による経路の希望波Sを信号成分として利用出来な
かった。本方式では補助アンテナに伝搬してくる希望波
Sをもダイバーシティブランチとして利用していること
が(19)式より明白である。この様子を補助アンテナ
ビームパターンとしてイラスト化されたものが図2の2
12である。すなわち第2の適応アレイ208による補
助アンテナ・パターン212は、希望波Sのh2による
伝搬成分を捕捉する。フェージングなどにより伝達係数
h2の振幅、位相および到来角が変動するが、上記に述
べた相関処理により前記希望波の捕捉は適応制御され
る。
【0062】図2において、第1の適応アレイ207の
乗算器103のタップ係数ベクトルを下記の数20とお
く。
【0063】
【数20】
【0064】この場合第1の適応アレイ207の出力Y
sは下記の数21となる。
【0065】
【数21】
【0066】従って、減算器106出力Yzは(1
9)、(21)より下記の数22のようになる。
【0067】
【数22】
【0068】該出力は第1の適応アレイ207によるサ
イドローブキャンセリングされた結果であり、干渉波J
が除去される為には、上記(22)式右辺のJを含む項
は零に漸近する。
【0069】すなわち、下記の数23
【0070】
【数23】 g1h1*+h2*g2UjTUd*−g2UjT・V=0
【0071】従って、上式を満足する第1の適応アレイ
207のタップ係数Vは下記の数24となる。
【0072】
【数24】 V={(h1*g1/g2)+h2*}UjT+h2*Ud*
【0073】ところで実際には第1の適応アレイ207
のタップ係数は(24)式の解には適応収束するとは限
らない。(24)式は確かに干渉波を除去する解ではあ
るが、(22)式右辺の希望波Sを含む項にも影響を与
える。この影響が希望波Sのレベルを低下させるもので
あるならば、SINR(希望波対不要波(干渉波+雑
音)レベル比)が減少する。従って実際の最適解は(2
4)式に近いが、多少これよりシフトし、SINRを最
大とするタップ係数となる。従来技術で述べたようにア
ップルバウム・アルゴリズムを用いれば、SINRを最
大とする補助アンテナ・タップ係数が得られる。
【0074】従って図1のアップルバウム演算器109
はアップルバウム・アルゴリズムによりSINRを最大
とするサイドローブキャンセリングのタップ係数逐次修
正を行い、理想的なタップ係数を第1の適応アレイ20
7の複素乗算器103に供給する。
【0075】SINRを最大とする条件を第1の適応ア
レイ207のアンテナパターンでもって解釈すると、図
2の211のようになる。すなわち第1の適応アレイ2
07のパターンは希望波Sの到来方向には、これを出来
るだけ受信しないようにナルを示し、一方純度の高い与
干渉を得る為に干渉波Jの到来方向にピークを示す。こ
のアンテナパターン211により、(22)式の最大比
合成された希望波Sを損なうことなく、干渉波Jの項を
最小化することで、SINRが最大化される。
【0076】なお本方式では、第1と第2の適応アレイ
207及び208を含むのを特徴とするが、ダイバーシ
ティ合成用の第2の適応アレイ208に関する適応追随
速度はサイドローブキャンセラ用の第1の適応アレイ2
07のものよりも早く設定する。これは第1及び第2の
適応アレイ207及び208がタップ係数の修正におい
て競合しないようにする為である。上述したように、サ
イドローブキャンセラによる干渉除去はダイバーシティ
合成処理の後で行われる。従って、先ずダイバーシティ
合成に関する適応制御を最初に収束させてから、干渉除
去の制御を収束させる。
【0077】
【発明の効果】本発明は以上説明したように、補助アン
テナ受信信号を二つに分岐し、サイドローブキャンセル
用とダイバーシティ合成用の適応アレイに与えることに
より、ダイバーシティ受信用のアンテナを追加すること
なく、干渉除去と同時に希望波の最大比合成によるダイ
バーシティ効果を実現している。従って、従来のサイド
ローブキャンセラでのフェージング時の希望波信号の消
失および干渉波との位相関係による希望波信号レベルの
低下などの問題を解決する効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例によるサイドローブキャンセ
ラのブロック図である。
【図2】図1のサイドローブキャンセラの動作を説明す
る為の主要部のブロック図である。
【図3】従来のサイドローブキャンセラのブロック図で
ある。
【符号の説明】
101 主アンテナ 102 補助アンテナ 103 複素乗算器 104 加算器 105 アップルバウム演算器 106 減算器 107 複素乗算器 108 加算器 109 相関演算器 110 加算器 111 適応等化器 112 複素乗算器 113 相関演算器 201 希望波Sの主アンテナへの伝達係数h1 202 希望波Sの補助アンテナへの伝達係数h2 203 干渉波Jの主アンテナへの伝達係数g1 204 干渉波Jの補助アンテナへの伝達係数g2 207 第1の適応アレイ 208 第2の適応アレイ

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 主アンテナと、第1乃至第N(Nは2以
    上に整数)の補助アンテナと、前記第1乃至前記第Nの
    補助アンテナによって受信された第1乃至第Nの補助ア
    ンテナ受信信号を受ける第1の適応アレイと、前記第1
    乃至前記第Nの補助アンテナ受信信号に応答する第2の
    適応アレイと、前記主アンテナによって受信された主ア
    ンテナ受信信号を二入力の一方として受ける複素乗算器
    と、該複素乗算器の出力と前記第2の適応アレイの出力
    とを加算する加算器と、該加算器の出力から前記第1の
    適応アレイの出力を減算する減算器と、該減算器の出力
    に応答する適応等化器と、該適応等化器の出力の判定デ
    ータを用いて前記主アンテナ受信信号と相関演算を行
    い、相関値を前記複素乗算器の前記二入力の他方として
    出力する第1の相関演算器と、前記減算器の出力を基準
    信号として用いて前記第1の適応アレイの第1乃至第N
    のタップ係数の修正を行うタップ係数修正手段と、前記
    適応等化器の出力の判定データと前記第1乃至前記第N
    の補助アンテナ受信信号との相関演算を行い、第1乃至
    第Nの相関値を出力する第2の相関演算器と、前記第1
    乃至前記第Nの相関値を前記第2の適応アレイの第1乃
    至第Nのタップ係数として与える第2の相関演算器とを
    備えたことを特徴とするサイドローブキャンセラ。
  2. 【請求項2】 前記第1及び前記第2の適応アレイの各
    々が、前記第1乃至前記第Nの補助アンテナ受信信号に
    前記第1乃至前記第Nのタップ係数をそれぞれ複素乗算
    する第1乃至第Nの複素乗算器と、前記第1乃至前記第
    Nの複素乗算器の出力を加算し、加算結果を適応アレイ
    出力として出力する加算器とを備えたことを特徴とする
    請求項1に記載のサイドローブキャンセラ。
  3. 【請求項3】 前記タップ係数修正手段がアップルバウ
    ム演算器であることを特徴とする請求項1又は2に記載
    のサイドローブキャンセラ。
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