JPH02149022A

JPH02149022A - アダプティブアンテナ装置

Info

Publication number: JPH02149022A
Application number: JP63302678A
Authority: JP
Inventors: Kazuaki Kawabata; 一彰川端
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1988-11-30
Filing date: 1988-11-30
Publication date: 1990-06-07

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】［発明の目的コ（産業上の利用分野）本発明は、スペクトラム拡散通信方式下において、妨害
波の到来方向が未知であっても、自動的にその方向にア
ンテナ指向性の零点を形成し、前記妨害波を抑圧し通信
品質を向上させることのできるアダプティブアンテナ装
置に関する。

（従来の技術）電波環境が複雑化するにともない、所望通信帯域に混入
した妨害波を自動的に除去するアダプティブアンテナ装
置が注目されている。アダプティブアンテナ装置は、妨
害波の到来方向が未知であっても、周囲の電波環境の学
習により、自動的にその方向にアンテナ指向性の零点を
形成し、妨害波を除去する空間上での適応フィルタであ
る。

一方、スペクトラム拡散通信は、情報信号をある所定の
符号、例えばＰＮ符号で直接拡散（Ｄｉｒｅｃｔ　５ｅ
ｑｕｅｎｃｅ、以後、ＤＳと略す０）シたり、ＲＦ周波
数を上記符号に則すホッピング（Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ　
ｆｌｏｐｐｉｎｇ、以後、ＦＨと略す）することにより
、情報帯域よりも広い帯域を用いて、耐妨害性を高めた
通信方式である。

上記アダプティブアンテナ装置をスペクトラム拡散通信
方式の通信系に適用した場合には、両者の妨害抑圧性能
を相乗的に利用することができ、より耐妨害性能の優れ
た通信システムを構築することができる。このようなス
ペクトラム拡散通信方式下でのアダプティブアンテナ装
置の動作に関しては、例えばｒ　Ｒ，Ｔ、Ｃｏｍｐｔｏ
ｎ、“Ｔｈｅ　ＰｏｗｅｒＩｎｖｅｒｓｉｏｎ　　ａｒ
ｒｙ：　　Ｃｏｎｃｅｐｔ　　ａｎｄ　　Ｐｅｒｆｏｍ
ａｎｃｅＩＥＥＥ　Ｔｒａｎｓ、ｖｏｌ　ＡＥＳ−１５
，Ｎｏ［ｉ、Ｉ）ｐ８０３．Ｎｏｖ、１９７９Ｊという
文献がある。

第４図は上記したアダプティブアンテナ装置の一般的構
成を示す図である。

同図に示すようにアダプティブアンテナ装置は、複数個
のアンテナ素子１０で受信した信号に振幅及び位相の重
み付けをするウェイト回路１１、これら重み付けされた
信号を合成する合成器１２、アンテナ素子１０で受信し
た信号と合成器１２の出力信号からウェイト回路１１の
アンテナ重みを決定する信号処理回路１３から構成され
る。

アンテナ重みを決定するアルゴリズムとしては、種々報
告されている。その−例として上記文献で述べられてい
るパワーインバージョンアレー（以後、ＰＩＡＡと略す
。）がある。ＰＩＡＡにおいては、アンテナ重みは、合
成器１２の出力信号の電力を最少にするように決定され
る。このことは、電力の大きい信号はど除去されやすい
ことを意味する。

今、異なる方向から所望信号と妨害波が到来していると
し、アンテナ素子１０で受信した所望信号電力Ｐｓが妨
害波電力Ｐｉに比して十分少さい、つまり、Ｐｓ＜＜Ｐ
ｉとする。このような状況においては、前記アンテナ重
みは、電力の大きい妨害波によってほぼ決定され、妨害
波方向に零点を有するアンテナ指向性が得られる。つま
り、合成器１２の出力端では、ｐ　ｓ　＞＞ｐ　ｉの関
係となる。

この様にＰＩＡＡの特徴としては、所望信号と妨害波の
電力の関係が入力端と出力端で逆転する。

つまり、パワーインバージョンが成り立つことである。

上述したように、ＰＩＡＡのパワーインバージョン性に
より、アンテナ素子１０で受信した所望信号電力が妨害
波電力に比して十分少さい場合には、所望信号効果が発
揮される。逆に、所望信号電力が妨害波電力に比して大
きい場合には、所望信号を抑圧してしまい、ＰＩＡＡを
用いたことが逆効果となる。

第５図は、妨害波電力を一定にした場合の所望信号電力
の変化に対するＰＩＡＡの動作特性である。

ここで、横軸は、アンテナ素子１０で受信した所望信号
電力を、縦軸は合成器１２の出力端におけるＳ　Ｉ　Ｎ
　Ｒ（Ｓｉｇｎａｌ　ｔｏ　Ｉｎｔｅｒｆ’ｅｒｌ’ｅ
ｎｃｅ　ａｎｄＮｏｌｓｅ　Ｒａｔｉｏ）を示す。実線
はＰＩＡＡを用いた場合の５ＩＮＲ，破線はＰＩＡＡを
用いた場合の５ＩＮＲをそれぞれ示す。

同図から明らかなように、所望信号電力Ｐｓが小さい場
合には、妨害波を十分に抑圧し５ＩＮＲはＰｓに比例す
る。Ｐｓが大きくなってくると、徐々に５ＩＮＲが飽和
し始め、更にＰｓが大きくなると５ＩＮＲはＰｓに反比
例する。つまり、この様な状態においては、ＰＩＡＡは
妨害波よりも所望信号を抑圧するように動作してしまう
。最も極端な例としては、妨害波が存在せず所望信号の
みが存在する状態である。この様なときには、ＰＩＡＡ
はより所望信号を抑圧しようと動作するため、第５図に
示した以上の所望信号劣化が生ずる。

このことは、例えば、ＰＩＡＡの合成器１２の出力端に
接続されているスペクトラム拡散通信受信機の同期回路
を動作させるために必要なＰＩＡＡの出力５ＩＮＲを第
５図の一点鎖線とすると、実線と一点鎖線の交点の左側
では、通信が可能であるが、右側では同期を取ることが
出来ず通信不能となる。移動体等の通信においては、所
望信号のダイナミックレンジは、一般に６０ｄＢ以上と
大きく、第５図に示すような所望信号が妨害波よりも大
きい状態が発生する。

二二では、アダプティブアンテナ装置の一例としてＰＩ
ＡＡを用いて説明したが、例えばＳＮ比最大を規範とし
てアンテナ重みを決定するＭＳＮアダプティブアンテナ
装置においても、所望信号電力が大きくなると同様の所
望信号劣化が発生する。ＭＳＮアダプティブアンテナ装
置においては、所望信号の到来方向が完全に既知で、か
つその情報をステアリングベクトルという形で、信号処
理回路に組み入れる必要がある。しかし、実際には、所
望信号の到来方向自体が異なったり、また、アンテナの
機械的な指向点方向誤差や受信機の電気的誤差により、
等価的に所望信号到来方向の誤差となり、所望信号電力
が増大するとともない、所望信号損失も増大するという
、ＰＩＡＡと同様の現象が生ずる。

（発明が解決しようとする課題）このように従来のアダプティブアンテナにおいては、所
望信号電力が妨害波電力に比較して大きくなると、所望
信号損失が増大し、ＳＮ比を低下させてしまう。また、
通信として使用可能な所望信号電力のダイナミックレン
ジが広く取れないという問題点が生ずる。

本発明は上記従来例の問題点に鑑みて成されたもので、
その目的とするところは、所望信号が妨害波に比較し小
さい場合には、従来のアダプティブアンテナ装置と同程
度の妨害波抑圧性能を有し、所望信号が妨害波に比較し
て大きい場合には、所望信号損失を改善すると共に、通
信として使用可能な妨害波電力のダイナミックレンジを
拡大することのできるアダプティブアンテナ装置を提供
することにある。

［発明の構成コ（課題を解決するための手段）本発明は、上記問題点を解決するために、受信信号が導
入されるアダプティブアンテナと、このアダプティブア
ンテナにより導入された受信信号との同期を確立する同
期回路と、この同期回路の同期確立状態又は同期非確立
状態に応じて前記アダプティブアンテナを動作又は非動
作させ、かつ同期が確立していない状態では、同期確立
時間の２倍以上の時間間隔で前記アダプティブアンテナ
の動作又は非動作を繰り返し、同期が確立している状態
では、前記アダプティブアンテナを動作又は非動作のい
ずれか一方の状態に固定する制御回路とを具備するもの
である。

また、第２の発明は、上記発明において、スペクトラム
拡散通信方式下で用いるものである。

（作　用）本発明では、アダプティブアンテナの動作を特にスペク
トラム拡散通信の同期状態によって制御することにより
、所望信号電力が妨害波電力に比較して小さい場合には
、最終的にアダプティブアンテナをＯＮ状態で動作させ
、従来例と同等の妨害抑圧性能を発揮し、一方、所望信
号電力が妨害波電力に比較して大きい場合には、最終的
にアダプティブアンテナをＯＦＦ状態にして所望信号損
失を軽減する。また、同期が確立していない状態では、
アダプティブアンテナのＯＮ及びＯＦＦを同期確立時間
の２倍以上の時間間隔で繰り返すことにより、安定に所
望信号の待ち受けを可能にする。したがって、本発明で
は、所望信号電力と妨害波電力の関係にかかわらず、通
信品質を向上させることができる。

（実施例）以下、本発明の一実施例を図面に基づき詳細に説明する
。

第１図は本発明の一実施例に係るアダプティブアンテナ
装置の構成を示す図である。ここでは、アダプティブア
ンテナ装置をＰＩＡＡとして説明する。

第１図において、アンテナ素子１、ウェイト回路２、合
成器４、信号処理回路５は、従来例で示したものと同様
である。スイッチ３は、ウェイト回路２と合成器４との
間に挿入され、制御回路６の制御信号によりアダプティ
ブアンテナ装置をＯＮ状態又はＯＦＦ状態にする。但し
、ＯＦＦ状態のときには、少なくとも受信状態を確保し
ておくために、アンテナ索子１の一素子と合成器４との
間にスイッチ３は挿入されていない。

この様な構成にすることにより、アデプティブ機能を動
作及び非動作状態にそれぞれ設定することができる。

合成器４の出力端には、同期回路７が接続されており、
この同期回路７により、スペクトラム拡散通（−ｉの同
期信号が抽出される。同期回路７の同期信号抽出は、Ｄ
Ｓ方式の場合にはスライディングコリレータ、ＳＡＷに
よるコンボルーバ、また、ＦＨ方式の場合には周波数シ
ンセサイザ等を用いて行われる。同期が確立するまでの
時間は、同期回路の回路構成、スペクトラム拡散通信に
用いられる符号の長さ等により決定される。更に、同期
回路７は、同期が確立しているか否かを示す２値の同期
確立状態信号を発生し、制御回路６に供給する。

制御回路６は、同期回路７の同期確立状態信号の２値情
報により、第２図に示すタイムチャートの要領でスイッ
チ３の制御信号を発生する。

同図において、（ａ）は同期確立状態信号、（ｂ）は制
御信号、Ｔは同期確立時間の２倍以上の時間間隔をそれ
ぞれ示す。ここで、同期確立状態信号と制御信号の２値
論理を、説明の便宜上以下のように定めるものとする。

同期確立状態信号Ｈ・・・同期が確立している同期確立
状態信号Ｌ・・・同期が確立していない制御信号　　　
　Ｈ・・・スイッチ３をＯＮにする制御信号　　　　Ｌ
・・・スイッチ３をＯＦＦにする同期確立状態信号がＬのときは、制御回路６は、同期確
立時間の２倍以上の時間間隔でＨ及びＬを繰り返す制御
信号を発生する。一方、同期確立状態信号がＬからＨに
遷移したとき、制御回路６はは、この繰り返し動作を停
止し、この瞬間での制御信号の状態ＨまたはＬのいずれ
かを選定し、同期確立状態信号がＨの期間この制御信号
の状態を保持する。更に、同期確立状態信号がＨからＬ
に遷移したときには、上記制御信号のＨ及びＬの繰り返
し動作を再度開始する。上記動作を行う制御回路６は、
ディジタル回路を用いて容易に構成できる。

以下、本発明の実施例の動作原理を詳細に説明する。先
ず、同期が確立していない状態を考える。

この場合、以下の２通りの状況が考えられる。

（１）所望信号が存在しない場合この状態では、通信の必要性がないのであるから、妨害
波の如何にかかわらずアダプティブアンテナ装置がＯＮ
状態であってもＯＦＦ状態であっても何ら問題はない。

但し、所望信号の待ち受けは当然しなければならない。

この待ち受は状態では、アダプティブアンテナ装置の動
作は同期確立時間の２倍以上の時間間隔でＯＮ及びＯＦ
Ｆされる。ＯＮ又はＯＦＦの時間間隔を同期確立時間の
２倍以上に取った理由は、アダプティブアンテナ装置で
は、スペクトラム拡散通信の拡散に用いられる符号の開
始時点が未知である事、また同期号き込み動作が終了す
るまでは、アダプティブアンテナ装置のＯＮ又はＯＦＦ
の状態を保持し、同期回路７の入力信号をなるべく一定
にしておき、安定に同期引き込み動作を行いたいためで
ある。

（２）所望信号が存在する場合所望信号が到来した状況では、更に所望信号電力が妨害
波電力よりも大きいか否か、アダプティブアンテナ装置
がＯＮ状聾かＯＦＦ状態かの全部で４通りの場合が考え
られる。

まず、ケース１として、所望信号電力が妨害波電力より
も小さく、アダプティブアンテナがＯＮ状態の場合を考
える。この場合には、アダプティブアンテナは妨害波を
抑圧しているので、ＯＮ状態の期間中に同期確立が終了
する。同期確立終了時点で、同期回路７は同期確立状態
信号をＨにし、制御回路６は制御信号をＯＮのままにし
ておく。

この状態は、通信が終了する所望信号が存在しな（なる
まで保持される。

次に、ケース２とし・て、同様に所望信号電力が妨害波
電力よりも小さいが、アダプティブアンテナ装置がＯＦ
Ｆ状態の場合を考える。この場合には、妨害波電力が大
きくアダプティブアンテナ装置がＯＦＦであるから、合
成器４の出力は、妨害波が支配的となり同期確立は困難
となる。故に、同期確立状態信号はＬのままである。し
かし、同期確立状態信号がしてあるため、最悪、同期確
立時間の２倍を経て、制御信号はしからＨへと移行する
。つまり、アダプティブアンテナ装置がＯＮ状態となる
。これは、ケース１の場合と同様となるから、以後妨害
波を抑圧して、所望信号を受信することができる。その
後の動作は、ケース１と同様である。

ケース３としては、所望信号電力が妨害波電力よりも大
きく、アダプティブアンテナ装置がＯＮ状態の場合を考
える。この場合には、アダプティブアンテナ装置は所望
信号を抑圧してしまうので同期確立は困難である。故に
、同期確立状態信号はＬのままとなる。しかし、同期確
立状態信号はＬのままであるから、制御信号は同期確立
時間の２倍以上を経てＨからＬへと移行する。つまり、
アダプティブアンテナ装置がＯＦＦ状態となるため、以
後、所望信号は抑圧されず、合成器４の出力は所望信号
が支配的となり同期確立が達成される。これに伴い同期
確立信号はＨ１制御信号はＬのままとなるから、アダプ
ティブアンテナ装置のＯＦＦ状聾が保持される。以後、
アダプティブアンテナ装置による所望信号損失が回避さ
れることが判る。

最後に、ケース４として、同様に所望信号電力が妨害波
電力よりも大きいが、アダプティブアンテナ装置がＯＦ
Ｆ状態の場合を考える。この時には、合成器４の出力は
所望信号が支配的で同等問題はなく、通信が可能となる
。このＯＦＦ状態は、通信が完了するまで保持される。

この様に、本実施例のアダプティブアンテナ装置によれ
ば、同期が確立されていない状態で所望信号が印加され
た場合には、状況によっては最悪、同期確立時間の２倍
の期間は通信が不可能になるが、それ以後は所望信号損
失は回避される。

次に、同期が既に確立している状態を考える。

この状態においては、アダプティブアンテナ装置の動作
がＯＮ又はＯＦＦ状態であろうとも、同等問題はない。

但し、アダプティブアンテナ装置がＯＦＦ状態で大きな
電力の妨害波が新たに印加された場合には、−時的に通
信が不可能になる。しかし、前述したと同様の動作によ
り、アダプティブアンテナは自動的にＯＮ状態に移行す
るので、次のフェーズでは妨害波抑圧機能が発揮される
。

この様に、本実施例のアダプティブアンテナ装置によれ
ば、所望信号電力と妨害波電力の関係やアダプティブア
ンテナ装置の０Ｎ１０ＦＦ状態にかかわらず、通信が可
能な状態へと自動的にアダプティブアンテナ装置の動作
モードを設定することができる。ＯＮまたはＯＦＦに移
行し、アダプティブアンテナ装置の動作状態が固定され
た時点でのアダプティブアンテナ装置の出力端における
５ＩＮＲは、第３図のようになる。横軸、縦軸の定義は
、従来例の説明で示した第５図の場合と同様である。第
３図と第５図とを比較すると、所望信号電力が妨害波電
力に比較して小さい場合には、本実施例と従来例とは同
等であるが、逆に所望信号電力が大きい場合には、本発
明は所望信号損失を回避し５ＩＮＲを改善している。

尚、本発明は上記実施例に限定されるものではない。

例えば、第１図で示した実施例の構成例では、アダプテ
ィブアンテナ装置をＯＦＦ状態に設定するためにスイッ
チ３をウェイト回路２と合成器４の間に押入した。同様
の動作は、ＰＩＡＡの場合にはウェイト回路２のアンテ
ナ重みを一素子以外は全て零に設定し、また、ＭＳＮア
ルゴリズムの場合には、ウェイト回路２のアンテナ重み
を所望信号方向に対応したステアリングベクトルとする
ことにより実現することができる。

更に、本発明の０Ｎ−ＯＦＦ動作を、受信信号をＡ／Ｄ
変換した後、計算機又はディジタル回路の中でソフトウ
ェア的に実施してもよい。

このように、本発明はその要旨を逸脱しない範囲で種々
変形して用いることができる。

［発明の効果コ以上説明したように本発明によれば、所望信号電力と妨
害波電力の関係にかかわらず、通信が可能な状態へと自
動的にアダプティブアンテナ装置の動作モードを設定す
ることができる。その結果、所望信号電力が妨害波電力
に比較して小さい場合には、本発明は従来例と同等の妨
害波抑圧機能を発揮し、また、所望信号電力が大きい場
合には、所望信号損失を回避し５ＩＮＲを改善すること
ができる。

この様に、本発明は、簡単な構成で所望信号の広いダイ
ナミックレンジに互ってアダプティブアンテナ装置の動
作を可能にすることができると同時に、特にスペクトラ
ム拡散通信の通信品質の向上を図ることかでき、十分な
効果を発揮することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に係るアダプティブアンテナ
装置の構成を示す図、第２図は同期確立状態信号と制御
信号との関係を表すタイムチャート、第３図は本発明を
用いた場合のアダプティブアンテナ装置の出力端におけ
る５ＩＮＲ特性、第４図は従来例の動作説明を行うのに
用いたアダプティブアンテナ装置の構成図、第５図は従
来例のアダプティブアンテナ装置の５ＩＮＲ特性を示す
図である。１・・・アンテナ、２・・・ウェイト回路、３・・・ス
イッチ、４・・・合成器、５・・・信号処理回路、６・
・・制御回路、７・・・同期回路。出願人　　　　　　株式会社　東芝

Claims

【特許請求の範囲】

（１）受信信号が導入されるアダプティブアンテナと、このアダプティブアンテナにより導入された受信信号と
の同期を確立する同期回路と、この同期回路の同期確立状態又は同期非確立状態に応じ
て前記アダプティブアンテナを動作又は非動作させ、か
つ同期が確立していない状態では、同期確立時間の２倍
以上の時間間隔で前記アダプティブアンテナの動作又は
非動作を繰り返し、同期が確立している状態では、前記
アダプティブアンテナを動作又は非動作のいずれか一方
の状態に固定する制御回路とを具備することを特徴とするアダプティブアンテナ装置
。
（２）スペクトラム拡散通信方式下で用いられることを
特徴とする請求項１記載のアダプティブアンテナ装置。