特開 2023-176988 到来方向推定装置及び到来方向推定方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023176988

(43)【公開日】2023-12-13

(54)【発明の名称】到来方向推定装置及び到来方向推定方法

(51)【国際特許分類】

   G01S 3/48 20060101AFI20231206BHJP

【ＦＩ】

G01S3/48

【審査請求】未請求

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022089637

(22)【出願日】2022-06-01

(71)【出願人】

【識別番号】000006895

【氏名又は名称】矢崎総業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100083806

【弁理士】

【氏名又は名称】三好 秀和

(74)【代理人】

【識別番号】100101247

【弁理士】

【氏名又は名称】高橋 俊一

(74)【代理人】

【識別番号】100095500

【弁理士】

【氏名又は名称】伊藤 正和

(74)【代理人】

【識別番号】100098327

【弁理士】

【氏名又は名称】高松 俊雄

(72)【発明者】

【氏名】金子 裕哉

(72)【発明者】

【氏名】松下 健治

(72)【発明者】

【氏名】木村 恒人

(72)【発明者】

【氏名】古橋 杏子

(72)【発明者】

【氏名】中川 雄太

(72)【発明者】

【氏名】國方 翔太

(57)【要約】

【課題】電波の到来方向の推定を、柔軟にかつ、より精度よく実施することが可能な到来方向推定装置を提供する。
【解決手段】到来方向推定装置１００は、基地局から送信される電波の到来方向を推定する到来方向推定装置である。到来方向推定装置１００は、複数のアンテナ１０１～１０４と、複数の増幅器１３１～１３４と、複数の位相器１４１～１４４と、電力測定部１１２と、相関行列算出部１１３と、推定部１１４とを備える。複数の増幅器１３１～１３４は、アンテナで受信した電波を増幅する。複数の位相器１４１～１４４は、増幅器で増幅した電波の位相量を調整する。電力測定部１１２は、複数の増幅器１３１～１３４の利得及び複数の位相器１４１～１４４の位相量に対応した電力値を測定する。相関行列算出部１１３は、電力値に基づいて複数のアンテナの相関関係を示す相関行列値を算出する。推定部１１４は相関行列値に基づいて電波の到来方向を推定する。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

基地局から送信される電波の到来方向を推定する到来方向推定装置であって、
前記基地局から送信される前記電波を受信する複数のアンテナと、
複数の前記アンテナにそれぞれ対応して接続され、前記アンテナで受信した前記電波を増幅する複数の増幅器と、
複数の前記増幅器にそれぞれ対応して接続され、前記増幅器で増幅した前記電波の位相量を調整する複数の位相器と、
複数の前記増幅器の利得及び複数の前記位相器の前記位相量に対応した電力値を測定し、記憶部に記憶する電力測定部と、
前記電力値に基づいて、複数の前記アンテナの相関関係を示す相関行列値を算出する相関行列算出部と、
前記相関行列値に基づいて、前記電波の前記到来方向を推定する推定部と、
を備える到来方向推定装置。

【請求項2】

前記増幅器の前記利得及び前記位相器の前記位相量を設定する設定部をさらに備え、
前記設定部は、前記増幅器及び前記位相器に対し、複数の異なるパターンの前記利得及び前記位相量を設定し、
前記電力測定部は、前記設定部により設定された前記パターンに応じた前記電力値を測定する、請求項１に記載の到来方向推定装置。

【請求項3】

前記設定部は、前記推定部によって前記到来方向が推定された後に、前記推定部で推定された前記電波の前記到来方向に基づいて、前記増幅器の前記利得及び前記位相器の前記位相量を設定する、請求項２に記載の到来方向推定装置。

【請求項4】

前記推定部は、ビームフォーマ法により、前記電波の前記到来方向を推定する、請求項１から３のいずれか一項に記載の到来方向推定装置。

【請求項5】

コンピュータによって実行され、基地局から送信される電波の到来方向を推定する到来方向推定方法であって、
複数のアンテナによって、前記基地局から送信される前記電波を受信し、
複数の前記アンテナにそれぞれ対応して接続された複数の増幅器によって、前記アンテナで受信した前記電波を増幅し、
複数の前記増幅器にそれぞれ対応して接続された複数の位相器によって、前記増幅器で増幅した前記電波の位相量を調整し、
複数の前記増幅器の利得及び複数の前記位相器の前記位相量に対応した電力値を測定し、
前記電力値に基づいて、複数の前記アンテナの相関関係を示す相関行列値を算出し、
前記相関行列値に基づいて、前記電波の前記到来方向を推定する到来方向推定方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、到来方向推定装置及び到来方向推定方法に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、無線通信において、電波の到来方向を推定することで、通信相手が存在する方向を推定する技術が提案されている。特許文献１には、ビーコン装置を用いた方向推定方法が開示されている。特許文献１に開示された方向推定方法は、アンテナと通信端末装置との間の伝搬チャネルに基づいて算出された相関行列により、通信端末装置の方向や位置を推定する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１７－２１６５６７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

特許文献１に開示された方向推定方法は、１８０度ハイブリッド素子及び９０度ハイブリッド素子を用い、３つのアンテナ素子で受信した電波の電力に基づいて算出された相関行列により到来方向を推定する。この到来方向の推定においては、アンテナ素子の数が多い方が推定の精度が向上する。しかし特許文献１に開示された方向推定方法においては、１８０度ハイブリッド素子、９０度ハイブリッド素子、及び３つのアンテナ素子で固定されたものによる推定方法であり、推定精度をさらに向上させたい場合に対応することができない。

【0005】

本発明は、このような従来技術が有する課題に鑑みてなされたものである。そして本発明の目的は、電波の到来方向の推定を、柔軟にかつ、より精度よく実施することが可能な到来方向推定装置を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明の態様に係る到来方向推定装置は、基地局から送信される電波の到来方向を推定する到来方向推定装置であって、基地局から送信される電波を受信する複数のアンテナと、複数のアンテナにそれぞれ対応して接続され、アンテナで受信した電波を増幅する複数の増幅器と、複数の増幅器にそれぞれ対応して接続され、増幅器で増幅した電波の位相量を調整する複数の位相器と、複数の増幅器の利得及び複数の位相器の位相量に対応した電力値を測定し、記憶部に記憶する電力測定部と、電力値に基づいて、複数のアンテナの相関関係を示す相関行列値を算出する相関行列算出部と、相関行列値に基づいて、電波の到来方向を推定する推定部と、を備える。

【0007】

本発明の他の態様に係る到来方向推定方法は、コンピュータによって実行され、基地局から送信される電波の到来方向を推定する到来方向推定方法であって、複数のアンテナによって、基地局から送信される電波を受信し、複数のアンテナにそれぞれ対応して接続された複数の増幅器によって、アンテナで受信した電波を増幅し、複数の増幅器にそれぞれ対応して接続された複数の位相器によって、増幅器で増幅した電波の位相量を調整し、複数の増幅器の利得及び複数の位相器の位相量に対応した電力値を測定し、電力値に基づいて、複数のアンテナの相関関係を示す相関行列値を算出し、相関行列値に基づいて、電波の到来方向を推定する。

【発明の効果】

【0008】

本発明によれば、電波の到来方向の推定を、柔軟にかつ、より精度よく実施することが可能な到来方向推定装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】本実施形態に係る到来方向推定装置が適用される通信システムの構成を示す図である。

【図2】本実施形態に係る到来方向推定装置における電力測定について説明するための図である。

【図3】本実施形態における推定到来角度について説明するための図である。

【図4】本実施形態に係る到来方向推定装置と、基地局との位置関係の一例を示す図である。

【図5】本実施形態に係る到来方向推定装置により推定されたチャネル相関行列から得られた角度スペクトラムについて示す図である。

【図6】本実施形態の移動局における到来方向推定の計算機シミュレーション結果について示す図である。

【図7】本実施形態の移動局における到来方向推定の計算機シミュレーションで推定したチャネル相関行列から得られた角度スペクトラムについて示す図である。

【図8】本実施形態に係る到来方向推定装置の処理の一例を示すフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0010】

以下、図面を用いて本実施形態に係る到来方向推定装置１００について詳細に説明する。なお、図面の寸法比率は説明の都合上誇張されており、実際の比率と異なる場合がある。また、以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。

【0011】

（通信システム１０の構成）
図１は、本実施形態に係る到来方向推定装置１００が適用される通信システム１０の構成を示す図である。図１に示すように、通信システム１０は、到来方向推定装置１００と、送信局２００と、を含んで構成される。また、通信システム１０は、さらに、受信器又は再放射装置３００を含んでもよい。なお、送信局２００は、基地局に相当する。

【0012】

本実施形態において到来方向推定装置１００は、送信局２００から送信される電波（無線信号）の到来方向を推定する装置である。送信局２００は、各受信局に対し無線信号を送信する。送信局２００から送信される無線信号は、伝送容量の増大を目的として、広帯域を利用できるミリ波等の高周波数帯の無線信号が適用される。なお、本実施形態において、到来方向推定装置１００は、受信局に相当する。

【0013】

到来方向推定装置１００は、送信局２００から送信された電波を受信する複数のアンテナ１０１～１０４と、制御部１１０と、記憶部１２０と、指向性調整部１３０と、電力分配部１６０と、を含んで構成される。なお、本実施形態において、到来方向推定装置１００は、アンテナを４つ備える構成とする。

【0014】

本実施形態において、到来方向推定装置１００に備えられるアンテナ１０１～１０４は、４素子の等間隔リニアアレーアンテナで構成される。また、図１に示すように、送信局２００と、各アンテナ１０１～１０４との間においては、伝搬チャネルとして伝搬チャネルｈ_１～ｈ_４が割当てられる。

【0015】

制御部１１０は、到来方向推定装置１００が備える機能について制御する構成要素である。具体的には、制御部１１０は、設定部１１１と、電力測定部１１２と、相関行列算出部１１３と、推定部１１４とを機能として備える。これらの各機能の詳細については、後述する。

【0016】

また、制御部１１０は、例えば、汎用のマイクロコンピュータとして構成してもよい。この場合、マイクロコンピュータには、到来方向推定装置１００として機能させるためのコンピュータプログラムがインストールされていてもよい。コンピュータプログラムを実行することにより、マイクロコンピュータは、到来方向推定装置１００が備える複数の情報処理回路として機能する。なお、本実施形態では、ソフトウェアによって到来方向推定装置１００が備える複数の情報処理回路を実現する例を示すが、もちろん、以下に示す各情報処理を実行するための専用のハードウェアを用意して、情報処理回路を構成することも可能である。また、複数の情報処理回路を個別のハードウェアにより構成してもよい。

【0017】

また、制御部１１０は、記憶部１２０に格納されたプログラム（図示なし）に基づいて動作し、制御部１１０が備える各機能を実行する。なお、プログラムは、記憶部１２０に格納される形態に限定されず、例えば、到来方向推定装置１００内の、ＲＯＭ等（図示なし）に記憶された構成としてもよい。

【0018】

記憶部１２０は、指向性調整部１３０に対する設定値をデータとして格納する。また、記憶部１２０は、後述の電力測定部１１２で測定された電力値をデータとして格納する。さらに、記憶部１２０は、後述の相関行列算出部１１３で算出された相関行列の行列成分（相関行列値）をデータとして格納する。

【0019】

また、記憶部１２０は、上述の通り、制御部１１０において実行される各機能に対するプログラムを記憶してもよい。なお、記憶部１２０に格納されるデータやプログラムは、一つのストレージデバイスの中に物理的又は論理的に分けて設けられた領域として構成されていてもよい。あるいは、物理的に異なる複数のストレージデバイスに各データの記憶部１２０を設ける構成としてもよい。

【0020】

指向性調整部１３０は、複数の増幅器１３１～１３４、複数の位相器１４１～１４４、及び合成部１５０を含んで構成される。複数の増幅器１３１～１３４は、複数のアンテナ１０１～１０４にそれぞれ対応して接続され、アンテナ１０１～１０４で受信した電波を増幅する。本実施形態において、「それぞれ対応して接続」とは、図１に示す複数のアンテナ１０１～１０４と、複数の増幅器１３１～１３４とで示されるように、対象がそれぞれ１対１で接続されている状態をいう。なお、増幅器１３１～１３４は、可変利得増幅器であり、設定部１１１によって設定される増幅器１３１～１３４の利得に基づいて、受信した電波を増幅する。

【0021】

複数の位相器１４１～１４４は、複数の増幅器１３１～１３４にそれぞれ対応して接続され、増幅器１３１～１３４で増幅した電波の位相量を調整する。なお、位相器１４１～１４４は、可変位相器であり、設定部１１１によって設定される位相器１４１～１４４の位相量に基づいて、増幅器１３１～１３４で増幅された電波の位相を調整する。合成部１５０は、位相器１４１～１４４の出力信号を合成して、後段の電力分配部１６０に送る。

【0022】

電力分配部１６０は、指向性調整部１３０から出力された信号の電力を分配する。この電力分配部１６０で分配された信号の一方は、制御部１１０の電力測定部１１２に送られる。一方で、電力分配部１６０で分配された信号の他方は、他の受信器又は再放射装置３００といった無線信号の入力を要する機器に送られる。

【0023】

（到来方向推定装置１００の機能）
次に、制御部１１０が備える各機能について説明する。上述の通り、制御部１１０は、設定部１１１と、電力測定部１１２と、相関行列算出部１１３と、推定部１１４とを機能として備える。

【0024】

設定部１１１は、指向性調整部１３０の各増幅器１３１～１３４の利得及び各位相器１４１～１４４の位相量を設定する。具体的には、設定部１１１は、図２に示されるような利得及び位相量の値を測定番号の順番に従って設定する。なお、図２に示す例において、Ｇ１利得～Ｇ４利得は、それぞれ増幅器１３１～１３４に設定される利得を示す。同様に、ＰＳ１位相量～ＰＳ４位相量は、それぞれ位相器１４１～１４４に設定される位相量を示す。すなわち、設定部１１１は、増幅器１３１～１３４及び位相器１４１～１４４に対し、図２の測定番号１から測定番号８に示すような、複数の異なるパターンの利得及び位相量を設定する。

【0025】

また、図２に示す例において、Ｇ１利得～Ｇ４利得は、利得Ｇ_ｏｎ及び利得Ｇ_ｏｆｆが設定される。ここで、利得Ｇ_ｏｎと利得Ｇ_ｏｆｆは、利得Ｇ_ｏｎ＞＞利得Ｇ_ｏｆｆの関係性を有し、利得Ｇ_ｏｎの場合に、増幅器１３１～１３４における増幅が有効となる。

【0026】

また、図２に示す例において、ＰＳ１位相量～ＰＳ４位相量は、０、９０、及び１８０の値が位相量として設定される。

【0027】

図２に示す例において、測定番号１は、増幅器１３１及び増幅器１３２のＧ１利得及びＧ２利得がＧ_ｏｎとなっており、増幅器１３１及び増幅器１３２が有効となる。この場合、増幅器１３１及び増幅器１３２の後段のＰＳ１位相量及びＰＳ２位相量の位相量が適用される。

【0028】

図２に示す増幅器１３１～１３４の利得及び位相器１４１～１４４の位相量が設定された増幅器１３１～１３４及び位相器１４１～１４４を通過した信号は、合成部１５０において合成され、電力分配部１６０に送られる。その後、上述の通り、電力分配部１６０において、指向性調整部１３０から出力された信号の一方は、制御部１１０の電力測定部１１２に送られる。一方で、電力分配部１６０で分配された信号の他方は、他の受信器又は再放射装置３００といった無線信号の入力を要する機器に送られる。

【0029】

電力測定部１１２は、指向性調整部１３０から出力され、電力分配部１６０を介して送られてきた信号の電力を測定し、記憶部１２０に記憶する。

【0030】

本実施形態において、電力測定部１１２は、図２に示す測定番号１から測定番号８までのパターンにおいて、以下の式（１）～式（８）に基づいて、電力を測定する。
測定番号１～測定番号８の結果において電力は、それぞれ以下の式（１）～式（８）で示される。

【数1】

【数2】

【数3】

【数4】

【数5】

【数6】

【数7】

【数8】

【0031】

すなわち、それぞれの測定番号に示すパターンにおいて、利得Ｇ_ｏｎの増幅器１３１～１３４に対し、位相器１４１～１４４のＰＳ１位相量～ＰＳ４位相量に基づいて、電力が測定される。位相量が０［ｄｅｇ］の場合は、対応する伝搬チャネルｈ_１～ｈ_４が適用される。また、位相量が１８０［ｄｅｇ］の場合は、マイナスの伝搬チャネルｈ_１～ｈ_４が適用される。さらに、位相量が９０［ｄｅｇ］の場合は、虚数ｊの伝搬チャネルｈ_１～ｈ_４が適用される。

【0032】

相関行列算出部１１３は、電力測定部１１２で測定された複数の電力値に基づいて、複数のアンテナ１０１～１０４の相関関係を示す相関行列値を算出する。具体的には、相関行列算出部１１３は、電力測定部１１２で測定された電力に基づいて、以下の式（９）に示す相関行列を算出する。

【数9】

【0033】

ここで、上記式（９）の行列成分における伝搬チャネルｈ_１～ｈ_４に関しては、以下の式（１０）～式（１３）で示される値が適用される。

【数10】

【数11】

【数12】

【数13】

【0034】

また、式（９）におけるα、β、γ、及びδは以下の式（１４）～式（２０）を満たす値が適用される。

【数14】

【数15】

【数16】

【数17】

【数18】

【数19】

【数20】

【0035】

推定部１１４は、相関行列算出部１１３で算出された相関行列値に基づいて、送信局２００からの電波（無線信号）の到来方向を推定する。本実施形態において、推定部１１４は、一般的なビームフォーマ法を用いて、到来方向を推定する。ビームフォーマ法を用いることで、到来方向推定装置１００は、実装や計算の負荷が少ない簡易な構成で到来方向を推定することが可能となる。

【0036】

ビームフォーマ法において、受信電力Ｐ（θ）は、ウェイトベクトルｗ（θ）と、上述の式（９）に示すチャネル相関行列とに基づいて、以下の式（２１）～式（２３）を用いることで示すことができる。

【数21】

【数22】

【数23】

【0037】

なお、本実施形態において、相関行列から到来方向を推定する方法は、ビームフォーマ法に限定されるものではない。例えば、到来方向推定装置１００における推定部１１４は、線形予測法、ＭＵＳＩＣ法等の一般的な到来方向推定方法を用いて電波の到来方向θを推定する構成を適用してもよい。

【0038】

また、設定部１１１は、推定部１１４によって到来方向が推定された後に、推定部１１４で推定された電波の到来方向に基づいて、増幅器１３１～１３４の利得及び位相器１４１～１４４の位相量を設定する。これにより、到来方向推定装置１００は、推定された到来方向に基づいて、適切な指向性制御を行うことが可能となる。

【0039】

例えば、設定部１１１は、図３に示すような参照テーブルに基づいて、指向性制御を行ってもよい。本実施形態において、図３に示す参照テーブルは、あらかじめ記憶部１２０に記憶されている。図３に示す参照テーブルにおいては、推定到来角度の所定に範囲に応じて、指向性インデックスが割り当てられ、各指向性インデックスに応じた増幅器１３１～１３４の利得、及び位相器１４１～１４４の位相量が定められている。設定部１１１は、推定された到来角度に応じて、参照テーブルから指向性インデックスを参照し、対応する増幅器１３１～１３４の利得及び位相器１４１～１４４の位相量を設定する。

【0040】

次に図４～図７を用いて、到来方向推定装置１００による到来方向推定のシミュレーションについて説明する。

【0041】

図４は、送信局２００の位置を示す座標を（０，０）とし、受信局である到来方向推定装置１００の位置を示す座標を（３０，－１５）とした場合の位置関係を示す図である。すなわち、図４に示す位置関係において、θ＝３０度である。

【0042】

図５は、図４に示す位置関係において、本実施形態における到来方向推定装置１００で推定したチャネル相関行列にビームフォーマ法を適用して得られた角度スペクトラム（推定値）と、真の角度スペクトラム（真値）と、のシミュレーション結果を示す図である。図５に示されるように、想定された角度スペクトラムと、真の角度スペクトラムとは、ほぼ一致しており、この図５に示す最大値方向であるθ＝３０度を到来方向と推定することができる。

【0043】

図６は、到来方向推定装置１００を移動局として移動させた場合の到来方向推定の計算機シミュレーション結果を示す。図６に示す例においては、図４における受信局を、（３０，－４０）の位置から（３０，４０）の位置まで時速１００ｋｍで移動させ、２０ｍｓごとに電力の測定を行い、ビームフォーマ法によって到来方向推定を行った場合の結果である。

【0044】

図６に示すように、開始から８回の測定を行うまでは、Ｒ（ｈ_１，ｈ_２，ｈ_３，ｈ_４）の行列成分の全てを推定できないため、推定した到来角度の誤差が大きい。一方で、８回目以降は変動する到来角度に追従して推定が行われることが分かる。

【0045】

図７は、図６における時刻ｔ＝９００ｍｓの時点であって、移動局が（３０，－１５）の位置を通過する際の、推定して得られた角度スペクトラムと、真の角度スペクトラムとの比較結果を示す。図７に示す例においては、受信局が移動することで、伝搬チャネルが変動しているため、推定して得られた角度スペクトラムの誤差は、図５に示す例に比べて大きいが、真の角度スペクトラムと概ね一致している。図７に示す例においては、最大値方向であるθ＝３０度の到来方向が推定される。

【0046】

（到来方向推定装置１００の処理フローの概略）
次に、図８に示すフローチャートを用いて到来方向推定装置１００における処理の流れを示す。図８のフローチャートに示す到来方向推定装置１００の一連の動作は、到来方向推定装置１００が起動されると開始され、作業終了により処理を終了する。また、図８に示すフローチャートは、電源オフや処理終了の割り込みによっても処理は終了する。また、以下のフローチャートの説明において、上述の通信システム１０及び到来方向推定装置１００の説明で記載した内容と同じ内容については、省略又は簡略化して説明する。

【0047】

ステップＳ８０１において、設定部１１１は、指向性調整部１３０の増幅器１３１～１３４の利得及び位相器１４１～１４４の位相量の値を設定する。具体的には、設定部１１１は、図２に示されるような利得及び位相量の値を測定番号の順番に従って設定する。なお、図２に示す例において、Ｇ１利得～Ｇ４利得は、それぞれ増幅器１３１～１３４に設定される利得を示す。同様に、ＰＳ１位相量～ＰＳ４位相量は、それぞれ位相器１４１～１４４に設定される位相量を示す。すなわち、ステップＳ８０１において、設定部１１１は、増幅器１３１～１３４及び位相器１４１～１４４に対し、図２の測定番号１から測定番号８に示すような、複数の異なるパターンの利得及び位相量を設定する。その後処理はステップＳ８０２に進む。

【0048】

ステップＳ８０２において、電力測定部１１２は、指向性調整部１３０から出力され、電力分配部１６０を介して送られてきた信号の電力を測定し、記憶部１２０に記憶する。具体的には、電力測定部１１２は、図２に示す測定番号１から測定番号８までのパターンにおいて、上述の式（１）～式（８）に基づいて、電力を測定する。その後、処理はステップＳ８０３に進む。

【0049】

ステップＳ８０３において、制御部１１０は、所定のパターンの電力測定が終了したか否かを判定する。本実施形態において所定のパターンは、図２に示す測定番号が１から８までの各パターンである。

【0050】

ステップＳ８０３において、制御部１１０は、所定のパターンの電力測定が終了したと判定した場合（ステップＳ８０３：ＹＥＳ）には、処理はステップＳ８０４に進む。一方で、ステップＳ８０３において、制御部１１０は、所定のパターンの電力測定が終了していないと判定した場合（ステップＳ８０３：ＮＯ）には、処理はステップＳ８０１に戻り、ステップＳ８０１からの処理を繰り返す。

【0051】

ステップＳ８０４において、相関行列算出部１１３は、電力測定部１１２で測定された複数の電力値に基づいて、複数のアンテナ１０１～１０４の相関関係を示す相関行列値を算出する。具体的には、相関行列算出部１１３は、電力測定部１１２で測定された電力に基づいて、上述の式（９）に示す相関行列を算出する。

【0052】

ステップＳ８０５において、推定部１１４は、相関行列算出部１１３で算出された相関行列値に基づいて、送信局２００からの電波（無線信号）の到来方向を推定する。本実施形態において、推定部１１４は、一般的なビームフォーマ法を用いて、到来方向を推定する。ビームフォーマ法を用いることで、到来方向推定装置１００は、実装や計算の負荷が少ない簡易な構成で到来方向を推定することが可能となる。なお、ビームフォーマ法による到来方向の推定は、上述の式（２１）～式（２３）に基づいて実施される。

【0053】

上述の通り、本実施形態に係る到来方向推定装置１００は、基地局から送信される電波の到来方向を推定する到来方向推定装置である。到来方向推定装置１００は、複数のアンテナ１０１～１０４と、複数の増幅器１３１～１３４と、複数の位相器１４１～１４４と、電力測定部１１２と、相関行列算出部１１３と、推定部１１４とを備える。複数の増幅器１３１～１３４は、アンテナで受信した電波を増幅する。複数の位相器１４１～１４４は、増幅器で増幅した電波の位相量を調整する。電力測定部１１２は、複数の増幅器１３１～１３４の利得及び複数の位相器１４１～１４４の位相量に対応した電力値を測定する。相関行列算出部１１３は、電力値に基づいて、複数のアンテナの相関関係を示す相関行列値を算出する。推定部１１４は、相関行列値に基づいて、電波の到来方向を推定する。

【0054】

これにより、到来方向推定装置１００は、増幅器１３１～１３４の利得及び位相器１４１～１４４の位相量を調整することで、電波の到来方向の推定を、柔軟かつ、より精度よく実施することが可能となる。

【0055】

また、上述の実施形態において、到来方向推定装置１００は、増幅器１３１～１３４の利得及び位相器１４１～１４４の位相量を設定する設定部１１１を備える。この設定部１１１は、増幅器１３１～１３４及び位相器１４１～１４４に対し、複数の異なるパターンの利得及び位相量を設定する。また、電力測定部１１２は、設定部１１１により設定されたパターンに応じた電力値を測定する。例えば、図２に示すような複数の異なるパターンの利得及び位相量を設定することで、１８０度ハイブリッド素子や９０度ハイブリッド素子のような専用の回路を用いることなく、到来方向の推定が可能となる。これにより、１８０度ハイブリッド素子や９０度ハイブリッド素子のような専用の回路を用いる場合に比べ、本実施形態における到来方向推定装置１００は、回路の削減及び低消費電力化を図ることが可能となる。

【0056】

また、設定部１１１は、推定部１１４によって到来方向が推定された後に、推定部１１４で推定された電波の到来方向に基づいて、増幅器１３１～１３４の利得及び位相器１４１～１４４の位相量を設定する。これにより、到来方向推定装置１００は、適切に到来方向が調整された受信器として通信システムに適用が可能となる。

【0057】

また、推定部１１４は、ビームフォーマ法により、電波の到来方向を推定してもよい。これにより、到来方向推定装置１００は、実装や計算の負荷が少ない簡易な構成で到来方向を推定することが可能となる。

【0058】

（他の実施形態）
実施形態につき、図面を参照しつつ詳細に説明したが、以上の実施形態に記載した内容により本実施形態が限定されるものではない。また、上記に記載した構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のものが含まれる。さらに、上記に記載した構成は適宜組み合わせることが可能である。また、実施形態の要旨を逸脱しない範囲で構成の種々の省略、置換又は変更を行うことができる。

【0059】

上述の実施形態においては、４つのアンテナ１０１～１０４にそれぞれ対応して接続された４つの増幅器１３１～１３４、及び増幅器１３１～１３４にそれぞれ対応して接続された４つの位相器１４１～１４４で構成される例について示した。この構成は実施形態の構成を限定するものではない。例えば、４つのアンテナ１０１～１０３のうち、３つのアンテナ１０１～１０３にそれぞれ対応して接続された３つの増幅器１３１～１３３、３つの位相器１４１～１４３に基づいて、到来方向を推定する構成としてもよい。この場合、３つの角度スペクトラムのピークとして角度θ_０を推定し、この角度に指向性のピークが向くように指向性調整部１３０の位相を設定してもよい。

【0060】

この場合、Ｎ素子の等間隔リニアアレーアンテナの指向性のピークを角度θ_０方向に向けるには、波長をλ、アンテナ素子間隔をｄとすると、ｎ番目の素子の位相ψ_ｎは、以下の式（２４）に示される。

【数24】

【0061】

このように、上記式（２４）を用いて、アンテナの数より少ない増幅器及び位相器を用いて、到来方向推定を行うことが可能となる。例えば、６つのアンテナを備える到来方向推定装置１００において、３つの増幅器及び３つの位相器を用いて到来方向推定を行い、推定された結果に基づいて、設定部１１１が６つの増幅器及び６つの位相器を設定してもよい。同様に、例えば、８つのアンテナを備える到来方向推定装置１００において、４つの増幅器及び４つの位相器を用いて到来方向推定を行い、推定された結果に基づいて、設定部１１１が８つの増幅器及び８つの位相器を設定してもよい。このように、実際のアンテナの数より少ない数の増幅器及び位相器に基づいて到来方向推定を行うことで、推定に係る時間の短縮及び処理削減による低消費電力化を図ることが可能となる。

【0062】

また、上述した到来方向推定装置１００における処理（到来方向推定方法）をコンピュータに実行させるコンピュータプログラム（到来方向推定プログラム）、及びそのプログラムを記録したコンピュータで読み取り可能な記録媒体は、本実施形態の範囲に含まれる。ここで、コンピュータで読み取り可能な記録媒体の種類は任意である。また、上記コンピュータプログラムは、記録媒体に記録されたものに限られず、電気通信回線、無線又は有線通信回線、インターネットを代表とするネットワーク等を経由して伝送されるものであってもよい。

【0063】

以下に、到来方向推定装置１００及び到来方向推定方法の特徴について記載する。

【0064】

第１の態様に係る到来方向推定装置１００は、基地局から送信される電波の到来方向を推定する到来方向推定装置である。到来方向推定装置１００は、基地局から送信される電波を受信する複数のアンテナ１０１～１０４を備える。また、到来方向推定装置１００は、複数のアンテナ１０１～１０４にそれぞれ対応して接続され、アンテナ１０１～１０４で受信した電波を増幅する複数の増幅器１３１～１３４を備える。また、到来方向推定装置１００は、複数の増幅器１３１～１３４にそれぞれ対応して接続され、増幅器１３１～１３４で増幅した電波の位相量を調整する複数の位相器１４１～１４４を備える。また、到来方向推定装置１００は、複数の増幅器１３１～１３４の利得及び複数の位相器１４１～１４４の位相量に対応した電力値を測定し、記憶部１２０に記憶する電力測定部１１２を備える。また、到来方向推定装置１００は、電力値に基づいて、複数のアンテナ１０１～１０４の相関関係を示す相関行列値を算出する相関行列算出部１１３を備える。さらに、到来方向推定装置１００は、相関行列値に基づいて、電波の到来方向を推定する推定部１１４を備える。

【0065】

上記構成によれば、到来方向推定装置１００は、増幅器１３１～１３４の利得及び位相器１４１～１４４の位相量を調整することで、電波の到来方向の推定を、柔軟かつ、より精度よく実施することが可能となる。

【0066】

第２の態様に係る到来方向推定装置１００は、増幅器１３１～１３４の利得及び位相器１４１～１４４の位相量を設定する設定部１１１をさらに備えてもよい。また、到来方向推定装置１００の設定部１１１は、増幅器１３１～１３４及び位相器１４１～１４４に対し、複数の異なるパターンの利得及び位相量を設定してもよい。さらに、到来方向推定装置１００の電力測定部１１２は、設定部１１１により設定されたパターンに応じた電力値を測定してもよい。

【0067】

上記構成によれば、到来方向推定装置１００は、１８０度ハイブリッド素子や９０度ハイブリッド素子のような専用の回路を用いることなく、到来方向の推定が可能となる。これにより、到来方向推定装置１００は、１８０度ハイブリッド素子や９０度ハイブリッド素子のような専用の回路を用いる場合に比べ、回路の削減及び低消費電力化を図ることが可能となる。

【0068】

第３の態様に係る到来方向推定装置１００の設定部１１１は、推定部１１４によって到来方向が推定された後に、推定部１１４で推定された電波の到来方向に基づいて、増幅器１３１～１３４の利得及び位相器１４１～１４４の位相量を設定してもよい。

【0069】

上記構成によれば、到来方向推定装置１００は、適切に到来方向が調整された受信器として通信システムに適用が可能となる。

【0070】

第４の態様に係る到来方向推定装置１００の推定部１１４は、ビームフォーマ法により、電波の到来方向を推定してもよい。

【0071】

上記構成によれば、到来方向推定装置１００は、実装や計算の負荷が少ない簡易な構成で到来方向を推定することが可能となる。

【0072】

第５の態様に係る到来方向推定方法は、コンピュータによって実行され、基地局から送信される電波の到来方向を推定する到来方向推定方法である。到来方向推定方法は、複数のアンテナ１０１～１０４によって、基地局から送信される電波を受信する処理を含む。また、到来方向推定方法は、複数のアンテナ１０１～１０４にそれぞれ対応して接続された複数の増幅器１３１～１３４によって、アンテナ１０１～１０４で受信した電波を増幅する処理を含む。また、到来方向推定方法は、複数の増幅器１３１～１３４にそれぞれ対応して接続された複数の位相器１４１～１４４によって、増幅器１３１～１３４で増幅した電波の位相量を調整する処理を含む。また、到来方向推定方法は、複数の増幅器１３１～１３４の利得及び複数の位相器１４１～１４４の位相量に対応した電力値を測定する処理を含む。また、到来方向推定方法は、電力値に基づいて、複数のアンテナ１０１～１０４の相関関係を示す相関行列値を算出する処理を含む。さらに、到来方向推定方法は、相関行列値に基づいて、電波の到来方向を推定する処理を含む。

【0073】

上記構成によれば、到来方向推定方法は、増幅器１３１～１３４の利得及び位相器１４１～１４４の位相量を調整することで、電波の到来方向の推定を、柔軟にかつ、より精度よく実施することが可能となる。

【符号の説明】

【0074】

１０ 通信システム
１００ 到来方向推定装置
１０１、１０２、１０３、１０４ アンテナ
１１０ 制御部
１１１ 設定部
１１２ 電力測定部
１１３ 相関行列算出部
１１４ 推定部
１２０ 記憶部
１３０ 指向性調整部
１３１、１３２、１３３、１３４ 増幅器
１４１、１４２、１４３、１４４ 位相器
１５０ 合成部
１６０ 電力分配部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】