(57)【要約】【課題】信号の伝送距離を長くすることができる信号送信装置及び信号送信方法を得ることを目的とする。【解決手段】変調方式設定装置６によりマッピングされた信号点の中の一部の信号点を選択する信号点群設定装置７を設け、振幅位相分布算出装置８が、信号点群設定装置７により選択された各々の信号点の振幅及び位相と、アレーアンテナの素子アンテナ５−１〜５−Ｎが励振したときの所望方向における電界振幅及び電界位相とが対応する励振振幅位相分布の組合せを算出し、振幅位相分布制御装置９が、その励振振幅位相分布の組合せにしたがって移相器３−１〜３−４及び増幅器４−１〜４−４に対する設定値を時分割で切り替える。【選択図】図１
2014155050.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
搬送波信号を分配する搬送波信号分配手段と、
時分割で切り替えられる設定値にしたがって上記搬送波信号分配手段により分配された各々の搬送波信号の振幅及び位相を設定して、設定後の搬送波信号をアレーアンテナにおける複数の素子アンテナに出力する振幅位相設定手段と、
多値変調方式における全ての信号点を複素平面上にマッピングする信号点マッピング手段と、
上記信号点マッピング手段によりマッピングされた信号点の中の一部の信号点を選択する信号点選択手段と、
上記信号点選択手段により選択された各々の信号点の振幅及び位相と、上記アレーアンテナの各素子アンテナが励振したときの所望方向における電界振幅及び電界位相とが対応する励振振幅位相分布の組合せを算出する振幅位相分布算出手段と、
上記振幅位相分布算出手段により算出された励振振幅位相分布の組合せにしたがって上記設定値を時分割で切り替える振幅位相分布制御手段と
を備えた信号送信装置。
【請求項２】
上記信号点選択手段は、上記信号点マッピング手段によりマッピングされた信号点の中で、振幅位相が所定の範囲内に存在している信号点を選択することを特徴とする請求項１記載の信号送信装置。
【請求項３】
上記振幅位相分布算出手段は、上記信号点選択手段により選択された各々の信号点の振幅及び位相と、上記アレーアンテナの各素子アンテナが励振したときの所望方向における電界振幅及び電界位相との差の２乗和を示す評価関数が最小となる励振振幅位相分布の組合せを算出することを特徴とする請求項１または請求項２記載の信号送信装置。
【請求項４】
上記アレーアンテナは、リニアアレーアンテナ、平面アレーアンテナ又はコンフォーマルアレーアンテナであることを特徴とする請求項１から請求項３のうちのいずれか１項記載の信号送信装置。
【請求項５】
搬送波信号分配手段が、搬送波信号を分配する搬送波信号分配処理ステップと、
振幅位相設定手段が、時分割で切り替えられる設定値にしたがって上記搬送波信号分配処理ステップで分配された各々の搬送波信号の振幅及び位相を設定して、設定後の搬送波信号をアレーアンテナにおける複数の素子アンテナに出力する振幅位相設定処理ステップと、
信号点マッピング手段が、多値変調方式における全ての信号点を複素平面上にマッピングする信号点マッピング処理ステップと、
信号点選択手段が、上記信号点マッピング処理ステップでマッピングされた信号点の中の一部の信号点を選択する信号点選択処理ステップと、
振幅位相分布算出手段が、上記信号点選択処理ステップで選択された各々の信号点の振幅及び位相と、上記アレーアンテナの各素子アンテナが励振したときの所望方向における電界振幅及び電界位相とが対応する励振振幅位相分布の組合せを算出する振幅位相分布算出処理ステップと、
振幅位相分布制御手段が、上記振幅位相分布算出処理ステップで算出された励振振幅位相分布の組合せにしたがって上記設定値を時分割で切り替える振幅位相分布制御処理ステップと
を備えた信号送信方法。
【請求項６】
信号点選択処理ステップでは、信号点マッピング処理ステップでマッピングされた信号点の中で、振幅位相が所定の範囲内に存在している信号点を選択することを特徴とする請求項５記載の信号送信方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、場所依存性が高い秘匿通信を実現する信号送信装置及び信号送信方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
場所依存性が高い秘匿通信を実現する信号送信装置は、例えば、以下の非特許文献１に開示されている。
図８は非特許文献１に開示されている信号送信装置を示す構成図であり、以下、図８の信号送信装置の処理内容を説明する。
図８の例では、信号送信装置のアレーアンテナを構成しているＮ個の素子アンテナ１０５−１〜１０５−Ｎとして、円形パッチアンテナが用いられているものとする。
ここでは、説明の簡単化のため、Ｎ＝４として、４個の素子アンテナ１０５−１〜１０５−４が半波長の等間隔で配置されているものとする。
また、４個の素子アンテナ１０５−１〜１０５−４が並んでいる方向に対して、垂直な方向から３０度シフトしている方向が所望方向（通信したい方向）であるとする。
【０００３】
まず、分配器１０２は、搬送波信号発生装置１０１が搬送波信号を発生すると、その搬送波信号を４個に分配し、分配後の搬送波信号を４個の移相器１０３−１〜１０３−４に出力する。
４個の移相器１０３−１〜１０３−４は、分配器１０２により分配された搬送波信号を受けると、後述する振幅位相分布制御装置１０８から出力される設定値にしたがって当該搬送波信号の位相を設定する。
４個の増幅器１０４−１〜１０４−４は、移相器１０３−１〜１０３−４により位相が設定された搬送波信号を受けると、後述する振幅位相分布制御装置１０８から出力される設定値にしたがって当該搬送波信号の振幅を設定する。
これにより、位相及び振幅が設定された搬送波信号によって、４個の素子アンテナ１０５−１〜１０５−４が励振される。
【０００４】
一方、変調方式設定装置１０６は、複数の多値変調方式の中から、使用する多値変調方式を設定し、その多値変調方式における全ての信号点を複素平面上にマッピングする。
ここで、図９は多値変調方式がＱＰＳＫ（Ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ  Ｐｈａｓｅ  Ｓｈｉｆｔ  Ｋｅｙｉｎｇ：四位相偏移変調）である場合の複素平面上の信号点を示す説明図である。
図９において、１１０ａは位相が４５度の信号点、１１０ｂは位相が１３５度の信号点、１１０ｃは位相が２２５度の信号点、１１０ｄは位相が３１５度の信号点である。
また、１１１ａは原点から信号点１１０ａに向かうベクトル、１１１ｂは原点から信号点１１０ｂに向かうベクトル、１１１ｃは原点から信号点１１０ｃに向かうベクトル、１１１ｄは原点から信号点１１０ｄに向かうベクトルである。
【０００５】
振幅位相分布算出装置１０７は、例えば、多値変調方式がＱＰＳＫである場合、図９に示す信号点１１０ａ〜１１０ｄの振幅及び位相と、素子アンテナ１０５−１〜１０５−４が励振したときの所望方向における電界振幅及び電界位相とが対応する励振振幅位相分布の組合せを算出する。
即ち、振幅位相分布算出装置１０７は、図９に示す４個の信号点毎に、当該信号点の振幅及び位相と、所望方向における電界振幅及び電界位相とが対応する設定値（移相器１０３−１〜１０３−４の位相値、増幅器１０４−１〜１０４−４の振幅値）を算出する。
この励振振幅位相分布の組合せは、例えば、公知のＧＡ（Ｇｅｎｅｔｉｃ  Ａｌｇｏｒｉｔｈｍ：遺伝的アルゴリズム）により算出される。
【０００６】
振幅位相分布制御装置１０８は、振幅位相分布算出装置１０７が４個の信号点毎に設定値（移相器１０３−１〜１０３−４の位相値、増幅器１０４−１〜１０４−４の振幅値）を算出すると、４個の設定値を時分割で切り替えながら、その設定値（位相値）を移相器１０３−１〜１０３−４に出力し、その設定値（振幅値）を増幅器１０４−１〜１０４−４に出力する。
【０００７】
ここで、図１０は４個の信号点に対応するアレーアンテナの放射パターンと、４個の放射パターンが複素数で合成された放射パターンとを示す説明図である。
図１０において、１２０ａは信号点１１０ａに対応するアレーアンテナの放射パターン、１２０ｂは信号点１１０ｂに対応するアレーアンテナの放射パターン、１２０ｃは信号点１１０ｃに対応するアレーアンテナの放射パターン、１２０ｄは信号点１１０ｄに対応するアレーアンテナの放射パターンである。
また、１２０ｅは４個の放射パターン１２０ａ〜１２０ｄが複素数で合成された放射パターンである。なお、１２１は所望方向である。
【０００８】
図８の信号送信装置では、所望方向における電界振幅及び電界位相がベースバンド信号の情報となるように移相器１０３−１〜１０３−４及び増幅器１０４−１〜１０４−４に出力する設定値を所定時間毎に切り替えるようにしている。
このため、所望方向に存在している受信装置では、ベースバンド信号の情報を復調することが可能であるが、所望方向から離れている受信装置では、受信信号のコンスタレーションが乱れるため、ベースバンド信号の情報を復調することができない。したがって、場所依存性が高い秘匿通信を実現することができる。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００９】
【非特許文献１】M. P. Daly，“Directional Modulation Technique for Phased Arrays，”IEEE Trans. Antennas Propagat.，vol.57，pp.2633-2640，2009.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
従来の信号送信装置は以上のように構成されているので、信号点１１０ａ〜１１０ｄに対応するアレーアンテナの放射パターン１２０ａ〜１２０ｄの利得が所望方向以外でも高く、４個の放射パターン１２０ａ〜１２０ｄが合成された放射パターン１２０ｅの所望方向での利得が低い。このため、ＥＩＲＰ（Ｅｑｕｉｖａｌｅｎｔ  Ｉｓｏｔｒｏｐｉｃａｌｌｙ  Ｒａｄｉａｔｅｄ  Ｐｏｗｅｒ：等価等方放射電力）が小さくなり、信号の伝送距離が短くなってしまう課題があった。
【００１１】
この発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、信号の伝送距離を長くすることができる信号送信装置及び信号送信方法を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
この発明に係る信号送信装置は、搬送波信号を分配する搬送波信号分配手段と、時分割で切り替えられる設定値にしたがって搬送波信号分配手段により分配された各々の搬送波信号の振幅及び位相を設定して、設定後の搬送波信号をアレーアンテナにおける複数の素子アンテナに出力する振幅位相設定手段と、多値変調方式における全ての信号点を複素平面上にマッピングする信号点マッピング手段と、信号点マッピング手段によりマッピングされた信号点の中の一部の信号点を選択する信号点選択手段と、信号点選択手段により選択された各々の信号点の振幅及び位相と、アレーアンテナの各素子アンテナが励振したときの所望方向における電界振幅及び電界位相とが対応する励振振幅位相分布の組合せを算出する振幅位相分布算出手段とを設け、振幅位相分布制御手段が、振幅位相分布算出手段により算出された励振振幅位相分布の組合せにしたがって上記設定値を時分割で切り替えるようにしたものである。
【発明の効果】
【００１３】
この発明によれば、信号点マッピング手段によりマッピングされた信号点の中の一部の信号点を選択する信号点選択手段を設け、振幅位相分布算出手段が、信号点選択手段により選択された各々の信号点の振幅及び位相と、アレーアンテナの各素子アンテナが励振したときの所望方向における電界振幅及び電界位相とが対応する励振振幅位相分布の組合せを算出するように構成したので、信号の伝送距離を長くすることができる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】この発明の実施の形態１による信号送信装置を示す構成図である。
【図２】この発明の実施の形態１による信号送信装置の処理内容（信号送信方法）を示すフローチャートである。
【図３】多値変調方式が１６ＱＰＭである場合の複素平面上の信号点を示す説明図である。
【図４】４個の信号点に対応するアレーアンテナの放射パターンと、４個の放射パターンが複素数で合成された放射パターンとを示す説明図である。
【図５】各種変調方式の周波数利用効率を示す説明図である。
【図６】この発明の実施の形態２による信号送信装置を示す構成図である。
【図７】この発明の実施の形態２による信号送信装置の処理内容（信号送信方法）を示すフローチャートである。
【図８】非特許文献１に開示されている信号送信装置を示す構成図である。
【図９】多値変調方式がＱＰＳＫである場合の複素平面上の信号点を示す説明図である。
【図１０】４個の信号点に対応するアレーアンテナの放射パターンと、４個の放射パターンが複素数で合成された放射パターンとを示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１による信号送信装置を示す構成図である。
図１において、搬送波信号発生装置１は搬送波信号を発生する装置である。
分配器２は搬送波信号発生装置１から発生された搬送波信号をＮ分配して、分配後の搬送波信号を移相器３−１〜３−Ｎに出力する機器である。
なお、搬送波信号発生装置１及び分配器２から搬送波信号分配手段が構成されている。
【００１６】
移相器３−１〜３−Ｎは振幅位相分布制御装置９により時分割で切り替えられる設定値にしたがって、分配器２により分配された搬送波信号の位相を設定して、位相設定後の搬送波信号を増幅器４−１〜４−Ｎに出力する機器である。
増幅器４−１〜４−Ｎは振幅位相分布制御装置９により時分割で切り替えられる設定値にしたがって、移相器３−１〜３−Ｎにより位相が設定された搬送波信号の振幅を設定して、振幅設定後の搬送波信号をアレーアンテナにおける素子アンテナ５−１〜５−Ｎに出力する機器である。
なお、移相器３−１〜３−Ｎ及び増幅器４−１〜４−Ｎから振幅位相設定手段が構成されている。
【００１７】
変調方式設定装置６は複数の多値変調方式の中から、使用する多値変調方式を設定し、その多値変調方式における全ての信号点を複素平面上にマッピングする処理を実施する。なお、変調方式設定装置６は信号点マッピング手段を構成している。
信号点群設定装置７は変調方式設定装置６によりマッピングされた信号点の中の一部の信号点を選択する処理を実施する。なお、信号点群設定装置７は信号点選択手段を構成している。
【００１８】
振幅位相分布算出装置８は信号点群設定装置７により選択された各々の信号点の振幅及び位相と、アレーアンテナの素子アンテナ５−１〜５−Ｎが励振したときの所望方向における電界振幅及び電界位相とが対応する励振振幅位相分布の組合せを算出する処理を実施する。
即ち、振幅位相分布算出装置８は、各々の信号点毎に、当該信号点の振幅及び位相と、所望方向における電界振幅及び電界位相とが対応する設定値（移相器３−１〜３−Ｎの位相値、増幅器４−１〜４−Ｎの振幅値）を算出する処理を実施する。なお、振幅位相分布算出装置８は振幅位相分布算出手段を構成している。
【００１９】
振幅位相分布制御装置９は振幅位相分布算出装置８により算出された設定値を時分割で切り替えながら、当該設定値（位相値）を移相器３−１〜３−４に出力し、当該設定値（振幅値）を増幅器４−１〜４−４に出力する処理を実施する。なお、振幅位相分布制御装置９は振幅位相分布制御手段を構成している。
変調方式設定装置６、信号点群設定装置７、振幅位相分布算出装置８及び振幅位相分布制御装置９のハードウェアとしては、例えばＣＰＵを実装している半導体集積回路や、ワンチップマイコンなどが考えられる。
【００２０】
図１の例では、信号送信装置の構成要素である搬送波信号発生装置１、分配器２、移相器３−１〜３−Ｎ、増幅器４−１〜４−Ｎ、素子アンテナ５−１〜５−Ｎ、変調方式設定装置６、信号点群設定装置７、振幅位相分布算出装置８及び振幅位相分布制御装置９のそれぞれが専用のハードウェアで構成されているものを想定しているが、信号送信装置の一部がコンピュータで構成されていてもよい。
信号送信装置の一部がコンピュータで構成されている場合（例えば、変調方式設定装置６、信号点群設定装置７、振幅位相分布算出装置８及び振幅位相分布制御装置９がコンピュータで構成されている場合）、変調方式設定装置６、信号点群設定装置７、振幅位相分布算出装置８及び振幅位相分布制御装置９の処理内容を記述しているプログラムをコンピュータのメモリに格納し、当該コンピュータのＣＰＵが当該メモリに格納されているプログラムを実行するようにすればよい。
図２はこの発明の実施の形態１による信号送信装置の処理内容（信号送信方法）を示すフローチャートである。
【００２１】
次に動作について説明する。
ここでは、説明の簡単化のため、例えば、Ｎ＝４として、４個の素子アンテナ５−１〜５−４が半波長の等間隔で配置されているものとする。
また、４個の素子アンテナ５−１〜５−４が並んでいる方向に対して、垂直な方向から３０度シフトしている方向が所望方向（通信したい方向）であるとする。
ただし、Ｎ＝４に限るものではなく、他の値でもよいことは言うまでもない。
【００２２】
分配器２は、搬送波信号発生装置１が搬送波信号を発生すると、その搬送波信号を４個に分配し、分配後の搬送波信号を４個の移相器３−１〜３−４に出力する。
４個の移相器３−１〜３−４は、分配器２により分配された搬送波信号を受けると、後述する振幅位相分布制御装置９から出力される設定値にしたがって当該搬送波信号の位相を設定する。
４個の増幅器４−１〜４−４は、移相器３−１〜３−４により位相が設定された搬送波信号を受けると、後述する振幅位相分布制御装置９から出力される設定値にしたがって当該搬送波信号の振幅を設定する。
これにより、位相及び振幅が設定された搬送波信号によって、４個の素子アンテナ５−１〜５−４が励振される。
【００２３】
一方、変調方式設定装置６は、複数の多値変調方式の中から、使用する多値変調方式を設定し、その多値変調方式における全ての信号点を複素平面上にマッピングする（ステップＳＴ１）。
図３は多値変調方式が１６ＱＡＭ（Ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ  Ａｍｐｌｉｔｕｄｅ  Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ：直角位相振幅変調）である場合の複素平面上の信号点を示す説明図である。
この実施の形態１では、信号送信装置が使用する多値変調方式が１６ＱＡＭである例を説明する。
図３において、×印と■印は、複素平面上にマッピングされた信号点である。多値変調方式が１６ＱＰＭであるため、信号点の個数は全部で１６個である。
【００２４】
信号点群設定装置７は、変調方式設定装置６が１６個の信号点を複素平面上にマッピングすると、１６個の信号点の中から一部の信号点を選択する（ステップＳＴ２）。
図３の例では、１６個の信号点の中から４個の信号点を選択している。図中、■印の信号点が選択された４個の信号点１１ａ〜１１ｄである。
１２ａは原点から信号点１１ａに向かうベクトル、１２ｂは原点から信号点１１ｂに向かうベクトル、１２ｃは原点から信号点１１ｃに向かうベクトル、１２ｄは原点から信号点１１ｄに向かうベクトルである。
ベクトル１２ａ〜１２ｄの長さは、信号点１１ａ〜１１ｄの振幅に相当する。
なお、信号点群設定装置７により選択される信号点は、任意の信号点でよいが、複素平面上にマッピングされた信号点の中で、振幅位相が所定の範囲内に存在している信号点を選択するようにしてもよい（詳細は実施の形態２で説明する）。
【００２５】
振幅位相分布算出装置８は、信号点群設定装置７が４個の信号点１１ａ〜１１ｄを選択すると、４個の信号点１１ａ〜１１ｄの振幅及び位相と、アレーアンテナの素子アンテナ５−１〜５−Ｎが励振したときの所望方向における電界振幅及び電界位相とが対応する励振振幅位相分布の組合せを算出する（ステップＳＴ３）。
即ち、振幅位相分布算出装置８は、４個の信号点毎に、当該信号点の振幅及び位相と、所望方向における電界振幅及び電界位相とが対応する設定値（移相器３−１〜３−４の位相値、増幅器４−１〜４−４の振幅値）を算出する。
この励振振幅位相分布の組合せは、例えば、公知のＧＡ（Ｇｅｎｅｔｉｃ  Ａｌｇｏｒｉｔｈｍ：遺伝的アルゴリズム）により算出される。
【００２６】
振幅位相分布制御装置９は、振幅位相分布算出装置８が４個の信号点毎に設定値（移相器３−１〜３−４の位相値、増幅器４−１〜４−４の振幅値）を算出すると、４個の設定値を時分割で切り替えながら（予め設定した切替時間毎に、４個の設定値を切り替える）、その設定値（位相値）を移相器３−１〜３−４に出力し、当該設定値（振幅値）を増幅器４−１〜４−４に出力する。
即ち、振幅位相分布制御装置９は、例えば、最初の切替時間ｉ＝１で、信号点１１ａに対応する設定値（位相値）を移相器３−１〜３−４に出力するとともに、信号点１１ａに対応する設定値（振幅値）を増幅器４−１〜４−４に出力する。
次の切替時間ｉ＝２で、信号点１１ｂに対応する設定値（位相値）を移相器３−１〜３−４に出力するとともに、信号点１１ｂに対応する設定値（振幅値）を増幅器４−１〜４−４に出力する。
次の切替時間ｉ＝３で、信号点１１ｃに対応する設定値（位相値）を移相器３−１〜３−４に出力するとともに、信号点１１ｃに対応する設定値（振幅値）を増幅器４−１〜４−４に出力する。
次の切替時間ｉ＝４で、信号点１１ｄに対応する設定値（位相値）を移相器３−１〜３−４に出力するとともに、信号点１１ｄに対応する設定値（振幅値）を増幅器４−１〜４−４に出力する。
【００２７】
移相器３−１〜３−Ｎは、振幅位相分布制御装置９から時分割で設定値を受ける毎に（信号点１１ａに対応する位相値→信号点１１ｂに対応する位相値→信号点１１ｃに対応する位相値→信号点１１ｄに対応する位相値）、その設定値にしたがって、分配器２により分配された搬送波信号の位相を設定し、位相設定後の搬送波信号を増幅器４−１〜４−Ｎに出力する。
増幅器４−１〜４−４は、振幅位相分布制御装置９から時分割で設定値を受ける毎に（信号点１１ａに対応する振幅値→信号点１１ｂに対応する振幅値→信号点１１ｃに対応する振幅値→信号点１１ｄに対応する振幅値）、その設定値にしたがって、移相器３−１〜３−Ｎから出力された搬送波信号の振幅を設定する。
これにより、位相及び振幅が設定された搬送波信号によって、４個の素子アンテナ５−１〜５−４が励振される（ステップＳＴ４〜ＳＴ８）。
【００２８】
ここで、図４は４個の信号点に対応するアレーアンテナの放射パターンと、４個の放射パターンが複素数で合成された放射パターンとを示す説明図である。
図４において、２０ａは信号点１１ａに対応するアレーアンテナの放射パターン、２０ｂは信号点１１ｂに対応するアレーアンテナの放射パターン、２０ｃは信号点１１ｃに対応するアレーアンテナの放射パターン、２０ｄは信号点１１ｄに対応するアレーアンテナの放射パターンである。
また、２０ｅは４個の放射パターン２０ａ〜２０ｄが複素数で合成された放射パターンである。なお、２１は所望方向である。
【００２９】
非特許文献１に開示されている信号送信装置では、図９に示すように、ベクトル１１１ａ〜１１１ｄの成す角が大きい。
一方、この実施の形態１の信号送信装置では、図３に示すように、ベクトル１２ａ〜１２ｄの成す角が小さい。
このため、この実施の形態１の信号送信装置では、非特許文献１に開示されている信号送信装置と比べて、図４に示すように、信号点１１ａ〜１１ｄに対応するアレーアンテナの放射パターン２０ａ〜２０ｄが類似している。
その結果、所望方向２１における利得が改善され、非特許文献１に開示されている信号送信装置と比べて、利得が約６．８ｄＢ上昇している。
【００３０】
図５は各種変調方式の周波数利用効率を示す説明図である。
図５において、横軸は１ビット当たりのエネルギー対雑音電力密度比（Ｅｂ／Ｎ０）、縦軸は単位周波数帯域当りの伝送速度（Ｃ／Ｗ）を示している。
図５では、同期検波で復調したときのＢＥＲ（Ｂｉｔ  Ｅｒｒｏｒ  Ｒａｔｅ：ビット誤り率）が１０-4になる場合について示している。
ＰＬ５１はＱＡＭ（４ＱＡＭ）における伝送速度を示すプロット、ＰＬ５２は１６ＱＡＭにおける伝送速度を示すプロット、ＰＬ５３は６４ＱＡＭにおける伝送速度を示すプロット、ＰＬ５４は２５６ＱＡＭにおける伝送速度を示すプロットである。
また、ＰＬ５５は信号送信装置における伝送速度を示すプロットである。
【００３１】
プロットＰＬ５２では、プロットＰＬ５１と比べて、エネルギー対雑音電力密度比が従来より３．５ｄＢ高い。即ち、同一のＢＥＲを得るために必要な入力電力が３．５ｄＢ高い。
この実施の形態１の信号送信装置は、１６ＱＡＭにおける４ｂｉｔ中の２ｂｉｔを利用しているため、ビットレートは、非特許文献１に開示されている信号送信装置のＱＰＳＫと同じである。
以上から、この実施の形態１の信号送信装置は、非特許文献１に開示されている信号送信装置と比べて、差し引き約３．４ｄＢ（＝６．９−３．５）分のＥＩＲＰが増加し、伝送距離としては１．４倍増加している。
【００３２】
以上で明らかなように、この実施の形態１によれば、変調方式設定装置６によりマッピングされた信号点の中の一部の信号点を選択する信号点群設定装置７を設け、振幅位相分布算出装置８が、信号点群設定装置７により選択された各々の信号点の振幅及び位相と、アレーアンテナの素子アンテナ５−１〜５−Ｎが励振したときの所望方向における電界振幅及び電界位相とが対応する励振振幅位相分布の組合せを算出するように構成したので、信号の伝送距離を長くすることができる効果を奏する。
【００３３】
また、この実施の形態１によれば、信号点群設定装置７が変調方式設定装置６によりマッピングされた信号点の中の一部の信号点を選択するようにしているが、その信号点の選び方は任意であるため、設計の自由度が高くなる効果も得られる。
ただし、各信号点に対応するベクトルの成す角が小さい程、各信号点に対応するアレーアンテナの放射パターンが類似するため、信号の伝送距離を長くすることができる。
また、この実施の形態１では、所望方向外の電力レベル（サイドローブレベル）を低減することが可能であるため、ＬＰＤ（Ｌｏｗ  Ｐｒｏｂａｂｉｌｉｔｙ  ｏｆ  Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ：低発見可能性）の改善による秘匿性向上も期待することができる。
【００３４】
この実施の形態１では、増幅器４−１〜４−Ｎが搬送波信号の振幅を設定しているものを示したが、増幅器４−１〜４−Ｎは可変増幅器であってもよいし、可変減衰器であってもよい。また、可変増幅器と可変減衰器の組合せであってもよい。
【００３５】
また、この実施の形態１では、信号点群設定装置７が信号点１１ａ〜１１ｄの振幅及び位相と、アレーアンテナの素子アンテナ５−１〜５−Ｎが励振したときの所望方向における電界振幅及び電界位相とが対応する励振振幅位相分布の組合せを算出するものを示したが、所望方向における受信電界振幅位相が、各信号点の振幅・位相に対応するという条件を満たせば、別の励振振幅位相分布の組合せであっても構わない。
【００３６】
また、この実施の形態１では、所望方向が１方向である場合について示したが、これに限るものではなく、所望方向が複数方向であってもよい。また、所望方向が角度幅を有していてもよい。
【００３７】
この実施の形態１では、搬送波信号における振幅及び位相の両方を設定するものを示したが、これに限るものではなく、例えば、搬送波信号の振幅を一定にして、搬送波信号の位相だけを設定するようにしてもよい。
【００３８】
また、この実施の形態１では、ベースバンド信号に対応する励振振幅位相分布の組合せを算出するものを示したが、これに限るものではなく、ベースバンド信号に対して事前にスペクトル拡散処理を実施するようにしてもよい。これにより、秘匿性の更なる向上を図ることが可能になる。
【００３９】
実施の形態２．
図６はこの発明の実施の形態２による信号送信装置を示す構成図であり、図において、図１と同一符号は同一または相当部分を示すので説明を省略する。
振幅位相範囲設定装置３１は複素平面上で、予め使用する振幅位相の範囲を設定する処理を実施する。
振幅位相範囲設定装置３１による振幅位相範囲の設定は、ユーザの操作の下で行ってもよいし、例えば、原点から各信号点に向かうベクトルの成す角が所定の角度より小さくなるような範囲を自動的に設定するようにしてもよい。
信号点群設定装置３２は例えばＣＰＵを実装している半導体集積回路、あるいは、ワンチップマイコンなどから構成されており、変調方式設定装置６によりマッピングされた信号点の中で、振幅位相範囲設定装置３１により設定された振幅位相範囲内に存在している信号点を選択する処理を実施する。
なお、振幅位相範囲設定装置３１及び信号点群設定装置３２から信号点選択手段が構成されている。
【００４０】
図６の例では、信号送信装置の構成要素である搬送波信号発生装置１、分配器２、移相器３−１〜３−Ｎ、増幅器４−１〜４−Ｎ、素子アンテナ５−１〜５−Ｎ、変調方式設定装置６、振幅位相範囲設定装置３１、信号点群設定装置３２、振幅位相分布算出装置８及び振幅位相分布制御装置９のそれぞれが専用のハードウェアで構成されているものを想定しているが、信号送信装置の一部がコンピュータで構成されていてもよい。
信号送信装置の一部がコンピュータで構成されている場合（例えば、変調方式設定装置６、振幅位相範囲設定装置３１、信号点群設定装置３２、振幅位相分布算出装置８及び振幅位相分布制御装置９がコンピュータで構成されている場合）、変調方式設定装置６、振幅位相範囲設定装置３１、信号点群設定装置３２、振幅位相分布算出装置８及び振幅位相分布制御装置９の処理内容を記述しているプログラムをコンピュータのメモリに格納し、当該コンピュータのＣＰＵが当該メモリに格納されているプログラムを実行するようにすればよい。
図７はこの発明の実施の形態２による信号送信装置の処理内容（信号送信方法）を示すフローチャートである。
【００４１】
次に動作について説明する。
ただし、振幅位相範囲設定装置３１及び信号点群設定装置３２以外は、上記実施の形態１と同様であるため、振幅位相範囲設定装置３１及び信号点群設定装置３２の処理内容だけを説明する。
【００４２】
振幅位相範囲設定装置３１は、複素平面上で、予め使用する振幅位相の範囲を設定する（ステップＳＴ１０）。
例えば、原点から各信号点に向かうベクトルの成す角が所定の角度（例えば、３０度や２０度など）より小さくなるような範囲を設定する。
あるいは、ＩＣｈａｎｎｅｌが、例えば、０．５から１．５の範囲を振幅位相範囲として設定する。
【００４３】
信号点群設定装置３２は、変調方式設定装置６が１６個の信号点を複素平面上にマッピングすると、１６個の信号点の中で、振幅位相範囲設定装置３１により設定された振幅位相範囲内に存在している信号点を選択する（ステップＳＴ１１）。
例えば、振幅位相範囲設定装置３１により設定された振幅位相範囲が３０度であれば、図３の場合、信号点１１ａ、１１ｄが選択される。
また、振幅位相範囲設定装置３１により設定された振幅位相範囲が、ＩＣｈａｎｎｅｌ０．５〜１．５の範囲であれば、信号点１１ａ、１１ｄと、信号点１１ａの上側に位置する×印の信号点（ＱＣｈａｎｎｅｌが１の信号点）と、信号点１１ｄの下側に位置する×印の信号点（ＱＣｈａｎｎｅｌが−１の信号点）とが選択される。
【００４４】
以上で明らかなように、この実施の形態２によれば、複素平面上で、予め使用する振幅位相の範囲を設定する振幅位相範囲設定装置３１を設け、信号点群設定装置３２が、変調方式設定装置６によりマッピングされた信号点の中で、振幅位相範囲設定装置３１により設定された振幅位相の範囲内に存在している信号点を選択するように構成したので、信号の伝送距離を長くすることが可能な信号点の選択が行われる効果がある。
【００４５】
実施の形態３．
上記実施の形態１、２では、振幅位相分布算出装置８が、信号点群設定装置７、３２により選択された各々の信号点の振幅及び位相と、アレーアンテナの素子アンテナ５−１〜５−Ｎが励振したときの所望方向における電界振幅及び電界位相とが対応する励振振幅位相分布の組合せを算出するものを示したが、信号点群設定装置７、３２により選択された各々の信号点の振幅及び位相と、アレーアンテナの素子アンテナ５−１〜５−Ｎが励振したときの所望方向における電界振幅及び電界位相との差の２乗和を示す評価関数が最小となる励振振幅位相分布の組合せを算出するようにしてもよい。
【００４６】
即ち、この実施の形態３では、振幅位相分布算出装置８は、下記の式（１）に示す評価関数Ｆが最小となる励振振幅位相分布を算出する。
2014155050.tif 000003
式（１）において、ｍは信号点群に含まれる信号点の番号に関する添字、ｓｍは信号点群に含まれるｍ番目の信号点の振幅、ξｍは信号点群に含まれるｍ番目の信号点の位相である。
また、ｎは素子アンテナ５の番号に関する添字、ｗmnは所望方向におけるｍ番目の信号点に対するｎ番目のアンテナ素子５の励振振幅、Ψmnは所望方向におけるｍ番目の信号点に対するｎ番目のアンテナ素子５の励振位相である。
また、ｒは所望方向を示す単位ベクトル、ｒnはｎ番目のアンテナ素子５の位置ベクトルである。
【００４７】
上記の励振振幅位相分布は、ＧＡ（Ｇｅｎｅｔｉｃ  Ａｌｇｏｒｉｔｈｍ：遺伝的アルゴリズム）、ＰＳＯ（Ｐａｒｔｉｃｌｅ  Ｓｗａｒｍ  Ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ：粒子群最適化）等により算出することができる。
振幅位相分布算出装置８により算出された励振振幅位相分布が振幅位相分布制御装置９９に与えられることにより、所望方向において、アンテナ利得を最大化することが可能になり、伝送距離が最長になる。
【００４８】
この実施の形態３では、搬送波信号における振幅及び位相の両方を設定するものを示したが、これに限るものではなく、例えば、搬送波信号の振幅を一定にして、搬送波信号の位相だけを制御するようにしてもよい。
【００４９】
上記実施の形態１〜３では、アレーアンテナがリニアアレーアンテナである場合を示したが、これに限るものではなく、例えば、アレーアンテナが、平面アレーアンテナや、コンフォーマルアレーアンテナであってもよい。
【００５０】
なお、本願発明はその発明の範囲内において、各実施の形態の自由な組み合わせ、あるいは各実施の形態の任意の構成要素の変形、もしくは各実施の形態において任意の構成要素の省略が可能である。
【符号の説明】
【００５１】
１  搬送波信号発生装置（搬送波信号分配手段）、２  分配器（搬送波信号分配手段）、３−１〜３−Ｎ  移相器（振幅位相設定手段）、４−１〜４−Ｎ  増幅器（振幅位相設定手段）、５−１〜５−Ｎ  アレーアンテナの素子アンテナ、６  変調方式設定装置（信号点マッピング手段）、７  信号点群設定装置（信号点選択手段）、８  振幅位相分布算出装置（振幅位相分布算出手段）、９  振幅位相分布制御装置（振幅位相分布制御手段）、１１ａ〜１１ｄ  信号点、１２ａ〜１２ｄ  原点から信号点１１ａ〜１１ｄに向かうベクトル、２０ａ〜２０ｄ  信号点１１ａ〜１１ｄに対応するアレーアンテナの放射パターン、２０ｅ  ４個の放射パターン２０ａ〜２０ｄが複素数で合成された放射パターン、２１  所望方向、３１  振幅位相範囲設定装置（信号点選択手段）、３２  信号点群設定装置（信号点選択手段）、ＰＬ５１  ＱＡＭ（４ＱＡＭ）における伝送速度を示すプロット、ＰＬ５２  １６ＱＡＭにおける伝送速度を示すプロット、ＰＬ５３  ６４ＱＡＭにおける伝送速度を示すプロット、ＰＬ５４  ２５６ＱＡＭにおける伝送速度を示すプロット、ＰＬ５５  信号送信装置における伝送速度を示すプロット、１０１  搬送波信号発生装置、１０２  分配器、１０３−１〜１０３−Ｎ  移相器、１０４−１〜１０４−Ｎ  増幅器、１０５−１〜１０５−Ｎ  素子アンテナ、１０６  変調方式設定装置、１０７  振幅位相分布算出装置、１０８  振幅位相分布制御装置、１１０ａ〜１１０ｄ  信号点、１１１ａ〜１１１ｄ  原点から信号点１１０ａ〜１１０ｄに向かうベクトル、１２０ａ〜１２０ｄ  信号点１１０ａ〜１１０ｄに対応するアレーアンテナの放射パターン、１２０ｅ  ４個の放射パターン１２０ａ〜１２０ｄが複素数で合成された放射パターン、１２１  所望方向。
【図１】
2014155050.tif 000004
【図２】
2014155050.tif 000005
【図３】
2014155050.tif 000006
【図４】
2014155050.tif 000007
【図５】
2014155050.tif 000008
【図６】
2014155050.tif 000009
【図７】
2014155050.tif 000010
【図８】
2014155050.tif 000011
【図９】
2014155050.tif 000012
【図１０】
2014155050.tif 000013