JPH11344517A - 電波環境分析装置 - Google Patents
電波環境分析装置Info
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- JPH11344517A JPH11344517A JP10152629A JP15262998A JPH11344517A JP H11344517 A JPH11344517 A JP H11344517A JP 10152629 A JP10152629 A JP 10152629A JP 15262998 A JP15262998 A JP 15262998A JP H11344517 A JPH11344517 A JP H11344517A
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- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
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- H04B7/00—Radio transmission systems, i.e. using radiation field
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- G—PHYSICS
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- G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
- G01S3/00—Direction-finders for determining the direction from which infrasonic, sonic, ultrasonic or electromagnetic waves, or particle emission, not having a directional significance, are being received
- G01S3/02—Direction-finders for determining the direction from which infrasonic, sonic, ultrasonic or electromagnetic waves, or particle emission, not having a directional significance, are being received using radio waves
- G01S3/74—Multi-channel systems specially adapted for direction-finding, i.e. having a single antenna system capable of giving simultaneous indications of the directions of different signals
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- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
- H01Q3/00—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system
- H01Q3/26—Arrangements 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
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- General Physics & Mathematics (AREA)
- Radar, Positioning & Navigation (AREA)
- Remote Sensing (AREA)
- Variable-Direction Aerials And Aerial Arrays (AREA)
- Measurement Of Velocity Or Position Using Acoustic Or Ultrasonic Waves (AREA)
- Radar Systems Or Details Thereof (AREA)
- Mobile Radio Communication Systems (AREA)
- Radio Transmission System (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 高低面、方位面の到来角と遅延時間を組み合
わせて同時に推定できるようにする。 【解決手段】 送信装置1からPN符号系列でPSK変
調した信号を送信し、これを受信装置2の平面アレイア
ンテナの各素子で受信してフーリエ変換し、送信装置1
によって出力された信号と同一スペクトラムで正規化し
て共分散行列を計算し、2D−MUSIC法、または2
D−Unitary ESPRIT法により入射する信
号の到来高低角、方位角を組み合わせて推定する。さら
に推定された到来高低角、方位角を有する一つの入射信
号を保存し、その他の入射信号を抑圧するウエイトを計
算して正規化信号群との積和計算後に共分散行列を計算
し、MUSIC法またはESPRIT法によって遅延時
間および相対電力を推定する。
わせて同時に推定できるようにする。 【解決手段】 送信装置1からPN符号系列でPSK変
調した信号を送信し、これを受信装置2の平面アレイア
ンテナの各素子で受信してフーリエ変換し、送信装置1
によって出力された信号と同一スペクトラムで正規化し
て共分散行列を計算し、2D−MUSIC法、または2
D−Unitary ESPRIT法により入射する信
号の到来高低角、方位角を組み合わせて推定する。さら
に推定された到来高低角、方位角を有する一つの入射信
号を保存し、その他の入射信号を抑圧するウエイトを計
算して正規化信号群との積和計算後に共分散行列を計算
し、MUSIC法またはESPRIT法によって遅延時
間および相対電力を推定する。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、電波環境分析装置
に関し、特に都市空間や屋内などのマルチパス環境にお
いてアンテナに入射する信号の到来角、遅延時間、相対
電力を測定する電波環境分析装置に関するものである。
に関し、特に都市空間や屋内などのマルチパス環境にお
いてアンテナに入射する信号の到来角、遅延時間、相対
電力を測定する電波環境分析装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】高速デジタル通信を実現するには周波数
資源の有効利用が必須であり、このため、比帯域から本
質的に広帯域がとれるミリ波帯の利用、セル面積の縮小
により繰り返し使用する周波数を削減する方法、ユーザ
数に応じ隣接セル基地局を有効利用するダイナミックゾ
ーン制御などの技術が検討されている。ところで、通信
速度が増すと都市空間や屋内などの環境下ではマルチパ
スによる符号間干渉が発生して通信品質が低下し、また
セル面積を縮小した場合は同一チャネル間干渉が発生す
る。
資源の有効利用が必須であり、このため、比帯域から本
質的に広帯域がとれるミリ波帯の利用、セル面積の縮小
により繰り返し使用する周波数を削減する方法、ユーザ
数に応じ隣接セル基地局を有効利用するダイナミックゾ
ーン制御などの技術が検討されている。ところで、通信
速度が増すと都市空間や屋内などの環境下ではマルチパ
スによる符号間干渉が発生して通信品質が低下し、また
セル面積を縮小した場合は同一チャネル間干渉が発生す
る。
【0003】このような、マルチパスによる符号間干渉
や同一チャネル間干渉を除去する有効な手段の一つとし
て、長遅延波の除去に有効なアダプテイブアンテナや、
短遅延波の除去に有効な適応等価器の導入が考えられ
る。この場合、アダプテイブアンテナや適応等価器を有
効に動作させるためには、アンテナに入射する信号の到
来角、遅延時間の測定が必要不可欠である。また、ダイ
ナミックゾーン制御においてもアンテナのビーム制御の
ため、特にアンテナに入射する信号の到来角を必要とす
る。
や同一チャネル間干渉を除去する有効な手段の一つとし
て、長遅延波の除去に有効なアダプテイブアンテナや、
短遅延波の除去に有効な適応等価器の導入が考えられ
る。この場合、アダプテイブアンテナや適応等価器を有
効に動作させるためには、アンテナに入射する信号の到
来角、遅延時間の測定が必要不可欠である。また、ダイ
ナミックゾーン制御においてもアンテナのビーム制御の
ため、特にアンテナに入射する信号の到来角を必要とす
る。
【0004】マルチパス環境において、アンテナに入射
する信号の到来角、遅延時間、相対電力の計測アルゴリ
ズムとして2D−MUSIC法、FFT−MUSIC
法、2D−Unitary ESPRIIT法などが知
られている。2D−MUSIC法による屋内伝搬環境の
評価については、文献1「High Resolution Analysis o
f Indoor Multipath Propagation Structure:IEICE Tra
ns.VOL.E78B(11),1995」で報告されている。
する信号の到来角、遅延時間、相対電力の計測アルゴリ
ズムとして2D−MUSIC法、FFT−MUSIC
法、2D−Unitary ESPRIIT法などが知
られている。2D−MUSIC法による屋内伝搬環境の
評価については、文献1「High Resolution Analysis o
f Indoor Multipath Propagation Structure:IEICE Tra
ns.VOL.E78B(11),1995」で報告されている。
【0005】また、FFT―MUSIC法については、
文献2「FFT−MUSIC法による正三角形アレイを
用いた準ミリ波帯室内多重波の伝搬遅延時間および到来
方向の同時推定:信学技報 AP95-120, 1996」でその原
理が述べられている。さらに、2D−Unitary
ESPRIT法を用いた都市空間の伝搬特性の評価につ
いては、文献3「High Resolution 3-D Direction of A
rrival Determination for Urban Mobile Radio:IEEE T
rans. on AP VOL.45(4),1997」に示されており、また、
到来角と遅延時間とを組み合わせて同時推定する原理
は、文献4「2D−Unitary ESPRITを用
いた多重波の到来方向と伝搬遅延時間の同時推定:信学
技報AP97-78,1997」に記されている。
文献2「FFT−MUSIC法による正三角形アレイを
用いた準ミリ波帯室内多重波の伝搬遅延時間および到来
方向の同時推定:信学技報 AP95-120, 1996」でその原
理が述べられている。さらに、2D−Unitary
ESPRIT法を用いた都市空間の伝搬特性の評価につ
いては、文献3「High Resolution 3-D Direction of A
rrival Determination for Urban Mobile Radio:IEEE T
rans. on AP VOL.45(4),1997」に示されており、また、
到来角と遅延時間とを組み合わせて同時推定する原理
は、文献4「2D−Unitary ESPRITを用
いた多重波の到来方向と伝搬遅延時間の同時推定:信学
技報AP97-78,1997」に記されている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来の到来角と遅延時間の推定方法には次のような
問題点がある。まず、第1の問題点は、文献1の2D−
MUSIC法、および文献4に述べられている2D−U
nitary ESPRIT法によれば、推定できる到
来角は方位面のみで高低面は把握できないことである。
うな従来の到来角と遅延時間の推定方法には次のような
問題点がある。まず、第1の問題点は、文献1の2D−
MUSIC法、および文献4に述べられている2D−U
nitary ESPRIT法によれば、推定できる到
来角は方位面のみで高低面は把握できないことである。
【0007】現在、運用している携帯電話基地局におい
て、状況に応じアンテナの高低面指向性を制御している
ことから考えれば、到来角は水平面および高低面を同時
に把握することが必要と考えられる。また、これらの方
法の第2の問題点は、測定のため受信アンテナ素子の位
置を機械的に移動させていることである。この問題点
は、文献3による2D−Unitary ESPRIT
法についても同じである。
て、状況に応じアンテナの高低面指向性を制御している
ことから考えれば、到来角は水平面および高低面を同時
に把握することが必要と考えられる。また、これらの方
法の第2の問題点は、測定のため受信アンテナ素子の位
置を機械的に移動させていることである。この問題点
は、文献3による2D−Unitary ESPRIT
法についても同じである。
【0008】受信アンテナの機械的な移動は測定時間の
増大を招くため、移動体通信を考慮するとアンテナや等
価器のリアルタイム制御が求められるので移動体通信へ
の適用は困難である。さらに、第3の問題点は、送信信
号を基準として受信信号を正規化するため、ケーブルを
介して送信信号を受信装置に供給しなければならない点
である。通信局間がケーブルで接続されることは、本質
的に移動体通信とは相容れない構成である。
増大を招くため、移動体通信を考慮するとアンテナや等
価器のリアルタイム制御が求められるので移動体通信へ
の適用は困難である。さらに、第3の問題点は、送信信
号を基準として受信信号を正規化するため、ケーブルを
介して送信信号を受信装置に供給しなければならない点
である。通信局間がケーブルで接続されることは、本質
的に移動体通信とは相容れない構成である。
【0009】一方、文献2のFFT MUSIC法は方
位、高低の到来角、遅延時間を同時に推定でき、受信ア
ンテナの機械的な移動も通信局間の接続ケーブルも不要
である。しかしながら、到来角を超分解技術で分解して
いないため、角度分解能および精度が劣るという欠点が
ある。文献3では、2D−Unitary ESPRI
T法によって高低面と方位面の到来角を推定している
が、遅延時間の推定は、従来のチャネルカウンタを用い
ているため、時間分解能および精度が劣るという欠点が
ある。
位、高低の到来角、遅延時間を同時に推定でき、受信ア
ンテナの機械的な移動も通信局間の接続ケーブルも不要
である。しかしながら、到来角を超分解技術で分解して
いないため、角度分解能および精度が劣るという欠点が
ある。文献3では、2D−Unitary ESPRI
T法によって高低面と方位面の到来角を推定している
が、遅延時間の推定は、従来のチャネルカウンタを用い
ているため、時間分解能および精度が劣るという欠点が
ある。
【0010】本発明はこのような課題を解決するための
ものであり、高低面、方位面の到来角と遅延時間を組み
合わせて同時に高分解能で高精度に推定できる装置を提
供することを目的としている。また、本発明の他の目的
は移動体通信にも適用できる装置を提供することであ
る。
ものであり、高低面、方位面の到来角と遅延時間を組み
合わせて同時に高分解能で高精度に推定できる装置を提
供することを目的としている。また、本発明の他の目的
は移動体通信にも適用できる装置を提供することであ
る。
【0011】
【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
るために、本発明による電波環境分析装置は、PN符号
系列でPSK変調した信号を送信する送信装置と、平面
上に配列された複数のアンテナ素子で受信した信号群を
それぞれ中間周波数または復調信号に変換して出力する
受信装置と、この受信装置から出力された信号群を信号
処理することにより受信装置へ入射した信号の分析を行
う信号処理装置とを備える。
るために、本発明による電波環境分析装置は、PN符号
系列でPSK変調した信号を送信する送信装置と、平面
上に配列された複数のアンテナ素子で受信した信号群を
それぞれ中間周波数または復調信号に変換して出力する
受信装置と、この受信装置から出力された信号群を信号
処理することにより受信装置へ入射した信号の分析を行
う信号処理装置とを備える。
【0012】そして、信号処理装置は、受信装置からの
信号群をフーリエ変換し、送信装置によって出力された
信号と同一スペクトラムで正規化し、正規化信号群とし
て出力する手段と、この正規化信号群から共分散行列を
計算し、2D−MUSIC法、または2D−Unita
ry ESPRIT法により、入射した信号の到来高低
角および到来方位角を組み合わせて推定する手段と、推
定された到来高低角および到来方位角を有するいずれか
1つの入射信号を保存し、その他の入射信号を抑圧する
アレイアンテナのウエイトを計算して、正規化信号群と
の積和を計算し、積和信号群として出力する手段と、こ
の積和信号群から共分散行列を計算し、MUSIC法ま
たはESPRIT法により、遅延時間および相対電力を
推定する手段とを有する。
信号群をフーリエ変換し、送信装置によって出力された
信号と同一スペクトラムで正規化し、正規化信号群とし
て出力する手段と、この正規化信号群から共分散行列を
計算し、2D−MUSIC法、または2D−Unita
ry ESPRIT法により、入射した信号の到来高低
角および到来方位角を組み合わせて推定する手段と、推
定された到来高低角および到来方位角を有するいずれか
1つの入射信号を保存し、その他の入射信号を抑圧する
アレイアンテナのウエイトを計算して、正規化信号群と
の積和を計算し、積和信号群として出力する手段と、こ
の積和信号群から共分散行列を計算し、MUSIC法ま
たはESPRIT法により、遅延時間および相対電力を
推定する手段とを有する。
【0013】
【発明の実施の形態】次に、本発明について図面を参照
して説明する。図1は本発明の第1の実施の形態である
電波環境分析装置を示すブロック図である。同図におい
て、電波環境分析装置は、PN符号系列でPSK変調し
た信号を送信する送信装置1と、平面上に配列された複
数のアンテナ素子で受信した信号を中間周波数または復
調信号に周波数変換して出力する受信装置2と、受信装
置2の出力に基づき、受信信号の到来高低角、方位角、
遅延時間、相対電力を組み合わせて同時に推定する信号
処理装置3から構成される。
して説明する。図1は本発明の第1の実施の形態である
電波環境分析装置を示すブロック図である。同図におい
て、電波環境分析装置は、PN符号系列でPSK変調し
た信号を送信する送信装置1と、平面上に配列された複
数のアンテナ素子で受信した信号を中間周波数または復
調信号に周波数変換して出力する受信装置2と、受信装
置2の出力に基づき、受信信号の到来高低角、方位角、
遅延時間、相対電力を組み合わせて同時に推定する信号
処理装置3から構成される。
【0014】送信装置1は、PN符号を発生するPN符
号発生器11と、PN符号を位相変調するBPSK変調
器12と、変調された信号を所定の測定周波数に変換し
増幅して出力する周波数変換増幅器13、空間に信号を
放射する送信アンテナ14とで構成される。受信装置2
は、平面的に配列されたM×N個(M,Nは2以上の整
数)のアンテナ素子1611〜16MNを有する平面アレイ
アンテナ15と、各アンテナ素子1611〜16MNで受信
した信号を中間周波数またはベースバンドに変換して出
力する複数の周波数変換器1711〜17MNとで構成され
る。
号発生器11と、PN符号を位相変調するBPSK変調
器12と、変調された信号を所定の測定周波数に変換し
増幅して出力する周波数変換増幅器13、空間に信号を
放射する送信アンテナ14とで構成される。受信装置2
は、平面的に配列されたM×N個(M,Nは2以上の整
数)のアンテナ素子1611〜16MNを有する平面アレイ
アンテナ15と、各アンテナ素子1611〜16MNで受信
した信号を中間周波数またはベースバンドに変換して出
力する複数の周波数変換器1711〜17MNとで構成され
る。
【0015】また、信号処理装置3は、周波数変換され
た受信信号をデジタル変換する複数のADコンバータ
(A−D)1811〜18MNと、デジタル変換された複数
の受信信号と規範信号に基づき、平面アレイアンテナ1
5に入射する信号の到来高低角、方位角、遅延時間、相
対電力を組み合わせて同時に推定するDSP(デジタル
信号演算処理部)19とで構成される。
た受信信号をデジタル変換する複数のADコンバータ
(A−D)1811〜18MNと、デジタル変換された複数
の受信信号と規範信号に基づき、平面アレイアンテナ1
5に入射する信号の到来高低角、方位角、遅延時間、相
対電力を組み合わせて同時に推定するDSP(デジタル
信号演算処理部)19とで構成される。
【0016】次に、図2を参照して、DSPの信号処理
動作について説明する。図2はDSPの信号処理動作を
示すブロック図である。平面アレイアンテナ15の各ア
ンテナ素子1611〜16MNで受信されデジタル変換され
た複数の受信信号は、高速フーリエ変換(FFT)され
時系列の信号が周波数領域の信号に変換される(101
11〜101MN)。マルチパス信号など複数の相関のある信
号を遅延時間分解するためには周波数領域に於いて移動
平均が必要となり、この移動平均を行う場合、扱う周波
数領域に於いてスペクトラムが平坦でなければならな
い。また、送信装置および受信装置の群遅延装置を受信
待ちから除いて処理する必要がある。
動作について説明する。図2はDSPの信号処理動作を
示すブロック図である。平面アレイアンテナ15の各ア
ンテナ素子1611〜16MNで受信されデジタル変換され
た複数の受信信号は、高速フーリエ変換(FFT)され
時系列の信号が周波数領域の信号に変換される(101
11〜101MN)。マルチパス信号など複数の相関のある信
号を遅延時間分解するためには周波数領域に於いて移動
平均が必要となり、この移動平均を行う場合、扱う周波
数領域に於いてスペクトラムが平坦でなければならな
い。また、送信装置および受信装置の群遅延装置を受信
待ちから除いて処理する必要がある。
【0017】このため、送信信号を受信装置の各チャネ
ルに直接入力して高速フーリエ変換し(103)、周波
数領域に変換された校正信号によって周波数領域に変換
した受信信号を正規化する(10211〜102MN)。到
来高低角、方位角は、平面アレイアンテナの唯一周波数
の受信信号で推定が可能であり、帯域の中心周波数の正
規化された受信信号を用いて移動平均した共分散行列を
推定する(104)。
ルに直接入力して高速フーリエ変換し(103)、周波
数領域に変換された校正信号によって周波数領域に変換
した受信信号を正規化する(10211〜102MN)。到
来高低角、方位角は、平面アレイアンテナの唯一周波数
の受信信号で推定が可能であり、帯域の中心周波数の正
規化された受信信号を用いて移動平均した共分散行列を
推定する(104)。
【0018】図3は2D−Unitary ESPRI
T法による移動平均算出処理を示す説明図である。ま
ず、平面アレイアンテナで受信した複素信号を、(M−
m+1)×(N−n+1)個の、m行n列の小行列Xpq
に分割する。一般に、mは(M+1)/2、nは(N+
1)/2である。分割した受信信号行列Xpqを、数1に
示すようにベクトル変換し、数2で定義される相関行列
Rを計算する。
T法による移動平均算出処理を示す説明図である。ま
ず、平面アレイアンテナで受信した複素信号を、(M−
m+1)×(N−n+1)個の、m行n列の小行列Xpq
に分割する。一般に、mは(M+1)/2、nは(N+
1)/2である。分割した受信信号行列Xpqを、数1に
示すようにベクトル変換し、数2で定義される相関行列
Rを計算する。
【0019】
【数1】
【0020】
【数2】
【0021】このような操作を分割した小行列Xpqごと
に行い、その後、数3に示すように共分散行列Rpqを平
均する。
に行い、その後、数3に示すように共分散行列Rpqを平
均する。
【0022】
【数3】
【0023】これら平均した共分散行列Rを、数4にし
たがってユニタリ変換する。なお、Qm はm次のユニタ
リ行列、Qn はn次のユニタリ行列である。
たがってユニタリ変換する。なお、Qm はm次のユニタ
リ行列、Qn はn次のユニタリ行列である。
【0024】
【数4】
【0025】次に、分解能や精度の向上のため、数5を
用いて、アンサンブル平均を求めた後、その共分散行列
の実部を取り出す(105)。なお、E[…]はアンサ
ンブル平均を表す。
用いて、アンサンブル平均を求めた後、その共分散行列
の実部を取り出す(105)。なお、E[…]はアンサ
ンブル平均を表す。
【0026】
【数5】
【0027】続いて、到来高低角と方位角を組み合わせ
て推定する(106)。まず、Ryを固有値分解し、得
られた固有値λi (i=11〜mn)を大きい順に並べ
ると数6のように表現され、この固有値の分布から到来
信号の数Lが推定できる。なお、σ2 は雑音電力であ
る。
て推定する(106)。まず、Ryを固有値分解し、得
られた固有値λi (i=11〜mn)を大きい順に並べ
ると数6のように表現され、この固有値の分布から到来
信号の数Lが推定できる。なお、σ2 は雑音電力であ
る。
【0028】
【数6】
【0029】次に、数7を用いて、定義する信号部分空
間Esを作成する。ei は固有値λi に対応する固有ベ
クトルである。
間Esを作成する。ei は固有値λi に対応する固有ベ
クトルである。
【0030】
【数7】
【0031】そして、定義する行列Eμ ,Eυ を数8
により構成する。ただし、IM はM次の単位行列、IN
はN次の単位行列であり、J2 は行列の2行目からM次
またはN次を取り出す選択行列を示している。
により構成する。ただし、IM はM次の単位行列、IN
はN次の単位行列であり、J2 は行列の2行目からM次
またはN次を取り出す選択行列を示している。
【0032】
【数8】
【0033】また、定義する行列EXYを数9により作成
し、さらに数10の行列を作成し固有値分解する。
し、さらに数10の行列を作成し固有値分解する。
【0034】
【数9】
【0035】
【数10】
【0036】これにより得られた固有ベクトルei(i=
1〜2L)を、数11のように並べることにより行列E
を作成し、数12に示すように、行列EをL行L列の4
つの行列に分割する。そして、数13により行列Ψμ
を求める。
1〜2L)を、数11のように並べることにより行列E
を作成し、数12に示すように、行列EをL行L列の4
つの行列に分割する。そして、数13により行列Ψμ
を求める。
【0037】
【数11】
【0038】
【数12】
【0039】
【数13】
【0040】続いて、以上説明した数9〜数13を用い
た処理をEν について繰り返し実行し、行列Ψμ に相
当する行列をΨν で定義する。そして、Ψμ +jΨν
を固有値分解し、得られた固有値をωμ(i) +jων
(i) (i=1〜L)と定義すれば、到来高低角θi 、方
位角ψi は、数14の連立方程式を解くことによって求
められる。なお、Δx、Δyはアレイ素子間隔、λは送
信信号の波長である。
た処理をEν について繰り返し実行し、行列Ψμ に相
当する行列をΨν で定義する。そして、Ψμ +jΨν
を固有値分解し、得られた固有値をωμ(i) +jων
(i) (i=1〜L)と定義すれば、到来高低角θi 、方
位角ψi は、数14の連立方程式を解くことによって求
められる。なお、Δx、Δyはアレイ素子間隔、λは送
信信号の波長である。
【0041】
【数14】
【0042】このようにして、L個の到来信号の到来方
位および高低角が求められる。次に遅延時間と相対電力
を求める。まず、検出したL個の到来信号の任意の1つ
を指定し(107)、設定した信号を保存し、その他の
不要信号を抑圧するアダプテイブアンテナのウエイトを
計算する(108)。
位および高低角が求められる。次に遅延時間と相対電力
を求める。まず、検出したL個の到来信号の任意の1つ
を指定し(107)、設定した信号を保存し、その他の
不要信号を抑圧するアダプテイブアンテナのウエイトを
計算する(108)。
【0043】不要信号をアレイアンテナで受信した場合
の共分散行列をSu 、保存信号の方向を示すステアリン
グベクトルをa(ψ,θ)とすると、アダプテイブアン
テナのウエイトは数15によって計算される。そして、
数16を用いてアレイ受信データとウエイトとの積和を
計算する(109)。
の共分散行列をSu 、保存信号の方向を示すステアリン
グベクトルをa(ψ,θ)とすると、アダプテイブアン
テナのウエイトは数15によって計算される。そして、
数16を用いてアレイ受信データとウエイトとの積和を
計算する(109)。
【0044】
【数15】
【0045】
【数16】
【0046】このとき、積和は、周波数領域で正規化さ
れた複数周波数の複素受信信号について計算される。周
波数領域でJ個のデータを用いるものとすれば、y
(1)〜y(J)のアレイ出力が得られる。このy
(1)〜y(J)のアレイ出力データを用いて、数17
により、共分散行列Sを作成する(110)。
れた複数周波数の複素受信信号について計算される。周
波数領域でJ個のデータを用いるものとすれば、y
(1)〜y(J)のアレイ出力が得られる。このy
(1)〜y(J)のアレイ出力データを用いて、数17
により、共分散行列Sを作成する(110)。
【0047】
【数17】
【0048】さらに、相関のある信号の遅延時間分解を
行うため、作成した相関行列について図4に示す移動平
均を行う。図4はMUSIC法を用いた移動平均算出方
法を示す説明図であり、特にJ=8の場合が例として示
されている。移動平均算出後の相関行列Sを固有値分解
し、得られた固有値を大きい方から並べると数18のよ
うに表現される。
行うため、作成した相関行列について図4に示す移動平
均を行う。図4はMUSIC法を用いた移動平均算出方
法を示す説明図であり、特にJ=8の場合が例として示
されている。移動平均算出後の相関行列Sを固有値分解
し、得られた固有値を大きい方から並べると数18のよ
うに表現される。
【0049】
【数18】
【0050】この数18から到来波数dが推定できる。
雑音電力に等しい固有値に対応するJ−d個の固有ベク
トルを取り出し、数19を用いて、MUSICスペクト
ルP(t)を計算する。
雑音電力に等しい固有値に対応するJ−d個の固有ベク
トルを取り出し、数19を用いて、MUSICスペクト
ルP(t)を計算する。
【0051】
【数19】
【0052】この評価関数で鋭いピークが現れたところ
が遅延時間の推定値となる。相対電力は次の数20で求
められる。
が遅延時間の推定値となる。相対電力は次の数20で求
められる。
【0053】
【数20】
【0054】行列Pの対角項が電力の推定値である(1
11)。107から111の処理は106で推定した到
来角を有する信号を順次取り出し、取り出したすべての
到来角について繰り返し実行する。ここでは、106の
処理で2D−Unitary ESPRIT、111の
処理でMUSIC法に基づくアルゴリズムを用いた場合
について説明したが、106で2D−MUSIC法、1
11でESPRIT法を用いてもよい。
11)。107から111の処理は106で推定した到
来角を有する信号を順次取り出し、取り出したすべての
到来角について繰り返し実行する。ここでは、106の
処理で2D−Unitary ESPRIT、111の
処理でMUSIC法に基づくアルゴリズムを用いた場合
について説明したが、106で2D−MUSIC法、1
11でESPRIT法を用いてもよい。
【0055】次に、図5を参照して、本発明の第2の実
施の形態について説明する。図5は本発明の第2の実施
の形態である電波環境分析装置を示すブロック図であ
る。送信装置1は周波数掃引信号(CW信号)を発生す
る。その周波数は、周波数掃引信号発生器21によって
信号処理装置3の制御に基づき所定の帯域で変化する。
施の形態について説明する。図5は本発明の第2の実施
の形態である電波環境分析装置を示すブロック図であ
る。送信装置1は周波数掃引信号(CW信号)を発生す
る。その周波数は、周波数掃引信号発生器21によって
信号処理装置3の制御に基づき所定の帯域で変化する。
【0056】送信信号の一部は、カプラ22によって取
り出されケーブル23を介して受信装置2に送られる。
受信装置2には、ケーブル23を介して入力された送信
信号を、アレイアンテナ受信信号と同様に中間周波数ま
たは復調信号に変換して信号処理装置に出力するため、
周波数変換器17MN+1が追加されている。信号処理装置
3では、送信装置1の送信信号周波数を所定帯域で変化
させるため、制御信号発生器24が設けられている。
り出されケーブル23を介して受信装置2に送られる。
受信装置2には、ケーブル23を介して入力された送信
信号を、アレイアンテナ受信信号と同様に中間周波数ま
たは復調信号に変換して信号処理装置に出力するため、
周波数変換器17MN+1が追加されている。信号処理装置
3では、送信装置1の送信信号周波数を所定帯域で変化
させるため、制御信号発生器24が設けられている。
【0057】以下、図6を参照して、DSPの信号処理
動作について説明する。図6はDSPの信号処理動作を
示すブロック図である。まず、受信装置2で周波数変換
された送信信号とアレイアンテナの受信信号とは、離散
フーリエ変換(DFT)されて(11211〜11
2MN)、振幅および位相が求められ、送信信号の振幅お
よび位相で正規化される(10211〜102MN)。
動作について説明する。図6はDSPの信号処理動作を
示すブロック図である。まず、受信装置2で周波数変換
された送信信号とアレイアンテナの受信信号とは、離散
フーリエ変換(DFT)されて(11211〜11
2MN)、振幅および位相が求められ、送信信号の振幅お
よび位相で正規化される(10211〜102MN)。
【0058】これ以降の処理手順は、前述した第1の実
施の形態の場合(図2参照)と基本的に同一である。遅
延時間を推定するためには、複数周波数のアレイアンテ
ナ受信信号が必要であることから、109の処理を行う
ため送信周波数を変えて複数周波数のアレイ出力を計算
する。
施の形態の場合(図2参照)と基本的に同一である。遅
延時間を推定するためには、複数周波数のアレイアンテ
ナ受信信号が必要であることから、109の処理を行う
ため送信周波数を変えて複数周波数のアレイ出力を計算
する。
【0059】本実施の形態の場合、送信装置1と受信装
置2との間に接続ケーブルが必要となるので、室内無線
LANなどの静止あるいは準静止のシステムへの適用が
考えられる。
置2との間に接続ケーブルが必要となるので、室内無線
LANなどの静止あるいは準静止のシステムへの適用が
考えられる。
【0060】次に、図7を参照して、本発明の第3の実
施の形態について説明する。図7は本発明の第3の実施
の形態である電波環境分析装置を示すブロック図であ
る。本実施形態は、前述した文献1,4で使用している
ハードウェアに本発明をそのまま適用したものを示して
いる。
施の形態について説明する。図7は本発明の第3の実施
の形態である電波環境分析装置を示すブロック図であ
る。本実施形態は、前述した文献1,4で使用している
ハードウェアに本発明をそのまま適用したものを示して
いる。
【0061】送信信号としては、周波数掃引信号発生器
21で発生した周波数掃引信号(CW信号)を用いる。
その周波数は、遅延時間推定のため、パーソナルコンピ
ュータ27の制御により所定の帯域で順次変化させる。
送信信号の一部はカプラ22によって取り出され、ケー
ブル23を介してネットワークアナライザ26に入力さ
れ、基準信号として用いられる。
21で発生した周波数掃引信号(CW信号)を用いる。
その周波数は、遅延時間推定のため、パーソナルコンピ
ュータ27の制御により所定の帯域で順次変化させる。
送信信号の一部はカプラ22によって取り出され、ケー
ブル23を介してネットワークアナライザ26に入力さ
れ、基準信号として用いられる。
【0062】アンテナ素子16は、単素子でスキャナ装
置25に取り付けられており、アレイアンテナの配列位
置に順次配置されるようにパーソナルコンピュータ27
によって制御される。本実施の形態では、到来高低角お
よび方位角の推定に必要なアレイアンテナの受信信号
を、アンテナ素子16の空間的な移動によって取得す
る。
置25に取り付けられており、アレイアンテナの配列位
置に順次配置されるようにパーソナルコンピュータ27
によって制御される。本実施の形態では、到来高低角お
よび方位角の推定に必要なアレイアンテナの受信信号
を、アンテナ素子16の空間的な移動によって取得す
る。
【0063】これ以降の処理手順は、前述した第2の実
施の形態の場合(図6参照)と同じであるが、ネットワ
ークアナライザ26を使用しているので、受信信号の正
規化のための処理(112,11211〜112MN、10
211〜102MN)が不要となる。また、遅延時間推定に
ついては、ネットワークアナライザ26の周波数特性を
校正した測定値を用いて処理すればよい。
施の形態の場合(図6参照)と同じであるが、ネットワ
ークアナライザ26を使用しているので、受信信号の正
規化のための処理(112,11211〜112MN、10
211〜102MN)が不要となる。また、遅延時間推定に
ついては、ネットワークアナライザ26の周波数特性を
校正した測定値を用いて処理すればよい。
【0064】
【発明の効果】以上説明したように、本発明は、PN符
号系列でPSK変調した信号を送信し、平面上に配列さ
れた複数のアンテナ素子で受信した信号群をフーリエ変
換して送信装置によって出力された信号と同一スペクト
ラムで正規化して共分散行列を計算し、2D−MUSI
C法、または2D−Unitary ESPRIT法に
より入射する信号の到来高低角、方位角を組み合わせて
推定し、さらに推定された到来高低角、方位角を有する
一つの入射信号を保存し、そのほかの入射信号を抑圧す
るウエイトを計算して正規化信号群との積和を計算して
共分散行列を計算し、MUSIC法またはESPRIT
法によって遅延時間及び相対電力を推定するようにした
ものである。
号系列でPSK変調した信号を送信し、平面上に配列さ
れた複数のアンテナ素子で受信した信号群をフーリエ変
換して送信装置によって出力された信号と同一スペクト
ラムで正規化して共分散行列を計算し、2D−MUSI
C法、または2D−Unitary ESPRIT法に
より入射する信号の到来高低角、方位角を組み合わせて
推定し、さらに推定された到来高低角、方位角を有する
一つの入射信号を保存し、そのほかの入射信号を抑圧す
るウエイトを計算して正規化信号群との積和を計算して
共分散行列を計算し、MUSIC法またはESPRIT
法によって遅延時間及び相対電力を推定するようにした
ものである。
【0065】したがって、到来方位角だけではなく、到
来高低角、遅延時間、あるいは相対電力の伝搬パラメー
タを、同時に高分解能で高精度に推定できる。また、通
信局間の接続ケーブル、アンテナ素子の機械的な移動を
必要とせず、移動体通信にも適用できる電波環境分析装
置を提供できる。なお、本発明の基本的な処理は、通信
局間の接続ケーブル、アンテナ素子の機械的な移動を必
要とするハードウエアにも適用可能である。
来高低角、遅延時間、あるいは相対電力の伝搬パラメー
タを、同時に高分解能で高精度に推定できる。また、通
信局間の接続ケーブル、アンテナ素子の機械的な移動を
必要とせず、移動体通信にも適用できる電波環境分析装
置を提供できる。なお、本発明の基本的な処理は、通信
局間の接続ケーブル、アンテナ素子の機械的な移動を必
要とするハードウエアにも適用可能である。
【図1】 第1の実施の形態による電波環境分析装置の
ブロック図である。
ブロック図である。
【図2】 第1の実施の形態によるDSPの信号処理動
作を示すブロック図である。
作を示すブロック図である。
【図3】 2D−Unitary ESPRIT法によ
る移動平均算出処理を示す説明図である。
る移動平均算出処理を示す説明図である。
【図4】 MUSIC法を用いる場合の移動平均算出方
法を示す説明図である。
法を示す説明図である。
【図5】 第2の実施の形態による電波環境分析装置の
ブロック図である。
ブロック図である。
【図6】 第2の実施の形態によるDSPの信号処理動
作を示すブロック図である。
作を示すブロック図である。
【図7】 第3の実施の形態による電波環境分析装置の
ブロック図である。
ブロック図である。
【符号の説明】 1…送信装置、2…受信装置、3…信号処理装置、11
…PN符号発生器、12…BPSK変調器、13…周波
数変換増幅器、14…送信アンテナ、15…平面アレイ
アンテナ、1611〜16MN+1…アンテナ素子、1711〜
17MN+1…周波数変換器、1811〜18MN+1…ADコン
バータ(A−D)、19…DSP(デジタル信号演算処
理部)、21…周波数掃引信号発生器、22…カプラ、
23…ケーブル、24…制御信号発生器、25…スキャ
ナ装置、26…ネットワークアナライザ、27…パーソ
ナルコンピュータ。
…PN符号発生器、12…BPSK変調器、13…周波
数変換増幅器、14…送信アンテナ、15…平面アレイ
アンテナ、1611〜16MN+1…アンテナ素子、1711〜
17MN+1…周波数変換器、1811〜18MN+1…ADコン
バータ(A−D)、19…DSP(デジタル信号演算処
理部)、21…周波数掃引信号発生器、22…カプラ、
23…ケーブル、24…制御信号発生器、25…スキャ
ナ装置、26…ネットワークアナライザ、27…パーソ
ナルコンピュータ。
Claims (4)
- 【請求項1】 アンテナに入射する信号の到来角、遅延
時間、相対電力を分析する電波環境分析装置において、 PN符号系列でPSK変調した信号を送信する送信装置
と、 平面上に配列された複数のアンテナ素子で受信した信号
群をそれぞれ中間周波数または復調信号に変換して出力
する受信装置と、 この受信装置から出力された信号群を信号処理すること
により受信装置へ入射した信号の分析を行う信号処理装
置とを備え、 信号処理装置は、 受信装置からの信号群をフーリエ変換し、送信装置によ
って出力された信号と同一スペクトラムで正規化し、正
規化信号群として出力する手段と、 この正規化信号群から共分散行列を計算し、2D−MU
SIC法、または2D−Unitary ESPRIT
法により、入射した信号の到来高低角および到来方位角
を組み合わせて推定する手段と、 推定された到来高低角および到来方位角を有するいずれ
か1つの入射信号を保存し、その他の入射信号を抑圧す
るアレイアンテナのウエイトを計算して、正規化信号群
との積和を計算し、積和信号群として出力する手段と、 この積和信号群から共分散行列を計算し、MUSIC法
またはESPRIT法により、遅延時間および相対電力
を推定する手段とを有することを特徴とする電波環境分
析装置。 - 【請求項2】 アンテナに入射する信号の到来角、遅延
時間、相対電力を分析する電波環境分析装置において、 周波数掃引信号を掃引して出力する送信装置と、 平面上に配列された複数のアンテナ素子で受信した信号
を中間周波数または復調信号に変換して出力する受信装
置と、 この受信装置から出力された信号群を信号処理すること
により受信装置へ入射した信号の分析を行う信号処理装
置とを備え、 信号処理装置は、 受信装置からの信号群を送信装置からの周波数掃引信号
で正規化し、正規化信号群として出力する手段と、 この正規化信号群から共分散行列を計算し、2D−MU
SIC法、または2D−Unitary ESPRIT
法により、入射した信号の到来高低角および到来方位角
を組み合わせて推定する手段と、 推定された到来高低角および到来方位角を有するいずれ
か1つの入射信号を保存し、その他の入射信号を抑圧す
るアレイアンテナのウエイトを計算して、正規化信号群
との積和を計算し、積和信号群として出力する手段と、 この積和信号群から共分散行列を計算し、MUSIC法
またはESPRIT法により、遅延時間および相対電力
を推定する手段とを有することを特徴とする電波環境分
析装置。 - 【請求項3】 アンテナに入射する信号の到来角、遅延
時間、相対電力を分析する電波環境分析装置において、 周波数掃引信号を掃引して出力する送信装置と、 平面上の複数の定点にアンテナ素子を移動させることに
より、各定点で受信した信号を中間周波数信号または復
調信号に変換して出力する受信装置と、 この受信装置から出力された信号群を信号処理すること
により受信装置へ入射した信号の分析を行う信号処理装
置とを備え、 信号処理装置は、 受信装置からの信号群を送信装置からの周波数掃引信号
で正規化し、正規化信号群として出力する手段と、 この正規化信号群から共分散行列を計算し、2D−MU
SIC法、または2D−Unitary ESPRIT
法により、入射した信号の到来高低角および到来方位角
を組み合わせて推定する手段と、 推定された到来高低角および到来方位角を有するいずれ
か1つの入射信号を保存し、その他の入射信号を抑圧す
るアレイアンテナのウエイトを計算して、正規化信号群
との積和を計算し、積和信号群として出力する手段と、 この積和信号群から共分散行列を計算し、MUSIC法
またはESPRIT法により、遅延時間および相対電力
を推定する手段とを有することを特徴とする電波環境分
析装置。 - 【請求項4】 請求項1〜3記載の電波環境分析装置
は、 信号処理装置は、 推定された到来高低角、方位角を有するすべての入射信
号について、各入射信号を保存しその他の入射信号を抑
圧するウエイトを計算して正規化信号群と積和を計算
し、得られた積和信号群の共分散行列から遅延時間およ
び相対電力を計算することにより、受信装置に入射する
すべての信号について到来高低角、到来方位角、遅延時
間、相対電力を組み合わせて推定することを特徴とする
電波環境分析装置。
Priority Applications (7)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10152629A JPH11344517A (ja) | 1998-06-02 | 1998-06-02 | 電波環境分析装置 |
| CA002273530A CA2273530C (en) | 1998-06-02 | 1999-06-01 | Radio environment analysis apparatus |
| DE69932772T DE69932772T2 (de) | 1998-06-02 | 1999-06-01 | Funkumgebungsanalysevorrichtung |
| EP99109358A EP0963003B1 (en) | 1998-06-02 | 1999-06-01 | Radio environment analysis apparatus |
| AU32365/99A AU748803B2 (en) | 1998-06-02 | 1999-06-01 | Radio environment analysis apparatus |
| US09/323,782 US6084928A (en) | 1998-06-02 | 1999-06-01 | Radio environment analysis apparatus |
| KR1019990020159A KR100340832B1 (ko) | 1998-06-02 | 1999-06-02 | 전파 환경 분석 장치 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10152629A JPH11344517A (ja) | 1998-06-02 | 1998-06-02 | 電波環境分析装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11344517A true JPH11344517A (ja) | 1999-12-14 |
Family
ID=15544573
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10152629A Pending JPH11344517A (ja) | 1998-06-02 | 1998-06-02 | 電波環境分析装置 |
Country Status (7)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6084928A (ja) |
| EP (1) | EP0963003B1 (ja) |
| JP (1) | JPH11344517A (ja) |
| KR (1) | KR100340832B1 (ja) |
| AU (1) | AU748803B2 (ja) |
| CA (1) | CA2273530C (ja) |
| DE (1) | DE69932772T2 (ja) |
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| WO2008108310A1 (ja) * | 2007-03-06 | 2008-09-12 | Keio University | イベント検出装置 |
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| KR101330082B1 (ko) * | 2007-10-15 | 2013-11-18 | 삼성전자주식회사 | 다중경로 시스템에서 편파 다이버시티를 이용한 신호의도래각 추정 장치 및 방법 |
| US8816900B2 (en) | 2011-05-17 | 2014-08-26 | Denso Corporation | Radar device, calibration system and calibration method |
| WO2020209253A1 (ja) * | 2019-04-11 | 2020-10-15 | 日本電気株式会社 | 空間データ作成装置、空間データ作成方法及びプログラム |
Families Citing this family (21)
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| JP3233088B2 (ja) * | 1998-01-22 | 2001-11-26 | 松下電器産業株式会社 | 指向性制御アンテナ装置 |
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| KR100487243B1 (ko) * | 1998-12-17 | 2005-08-31 | 삼성전자주식회사 | 이동통신시스템에서단말기의위치추정장치및방법 |
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