(57)【要約】【課題】ＡＰＡＡ（Active Phased Array Antenna）でのビーム切り替え時間を短縮する。【解決手段】ビーム制御部１０４１は、アンテナ装置１００１によって放射する全体ビームに関する全体ビーム制御情報をアンテナ装置１００１の上位装置から取得し、全体ビーム制御情報から、複数のアンテナ素子１０３１〜１０３３のそれぞれによって放射する個別ビームに関する個別ビーム調整情報を生成する。個別ビーム調整部（ＡＭＰ１０１１〜１０１３および移相器１０２１〜１０２３）は、個別ビーム調整情報に従って個別ビームの形成を調整する個別ビーム調整処理を行う。個別ビーム調整情報は、ビーム制御部１０４１によって記憶部１０４１２Ｍに格納され、上位装置によって指示されたビーム切り替えタイミングに応じて記憶部１０４１２Ｍから読み出されて個別ビーム調整処理に適用される。【選択図】図２
2019062408.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のアンテナ素子を備えたアンテナ装置であって、
前記アンテナ装置によって放射する全体ビームに関する全体ビーム制御情報を前記アンテナ装置の上位装置から取得し、前記全体ビーム制御情報から、前記複数のアンテナ素子のそれぞれによって放射する個別ビームに関する個別ビーム調整情報を生成する、ビーム制御部と、
前記個別ビーム調整情報に従って前記個別ビームの形成を調整する個別ビーム調整処理を行う個別ビーム調整部と、
前記個別ビーム調整情報を格納する記憶部と
を備え、
前記個別ビーム調整情報は、前記ビーム制御部によって前記記憶部に格納され、前記上位装置によって指示されたビーム切り替えタイミングに応じて前記記憶部から読み出されて前記個別ビーム調整処理に適用される、
アンテナ装置。
【請求項２】
前記記憶部は前記ビーム制御部に設けられ、
前記ビーム制御部は、前記記憶部から前記個別ビーム調整部への前記個別ビーム調整情報の転送を、前記ビーム切り替えタイミングに応じて指示する、
請求項１に記載のアンテナ装置。
【請求項３】
前記記憶部は前記個別ビーム調整部に設けられ、
前記個別ビーム調整部は、前記個別ビーム調整情報を前記ビーム切り替えタイミングに応じて前記記憶部から読み出す、
請求項１に記載のアンテナ装置。
【請求項４】
前記全体ビーム制御情報は、前記ビーム切り替えタイミングに関するビーム切り替えタイミング情報と、その他の制御情報とを含み、
前記ビーム切り替えタイミング情報と前記その他の制御情報とは、同じメッセージによって、前記上位装置から前記ビーム制御部に供給される、
請求項１から請求項３のうちのいずれか一項に記載のアンテナ装置。
【請求項５】
前記全体ビーム制御情報は、前記ビーム切り替えタイミングに関するビーム切り替えタイミング情報と、その他の制御情報とを含み、
前記ビーム切り替えタイミング情報と前記その他の制御情報とは、別々のメッセージによって、前記上位装置から前記ビーム制御部に供給される、
請求項１から請求項３のうちのいずれか一項に記載のアンテナ装置。
【請求項６】
前記全体ビーム制御情報は、前記ビーム切り替えタイミングが指定される通常制御情報と、利用周期が指定される周期的制御情報とを含み、
前記通常制御情報から生成された前記個別ビーム調整情報は、指定された前記ビーム切り替えタイミングに応じて前記記憶部から読み出されて前記個別ビーム調整処理に適用され、
前記周期的制御情報から生成された前記個別ビーム調整情報は、前記利用周期ごとに、前記記憶部から読み出されて前記個別ビーム調整処理に適用される、
請求項１から請求項５のうちのいずれか一項に記載のアンテナ装置。
【請求項７】
前記ビーム制御部は、前記アンテナ装置内のクロックをカウントすることによって、前記ビーム切り替えタイミングを判別する、請求項１から請求項６のうちのいずれか一項に記載のアンテナ装置。
【請求項８】
前記ビーム制御部は、前記上位装置から供給されるクロックをカウントすることによって、前記ビーム切り替えタイミングを判別する、請求項１から請求項６のうちのいずれか一項に記載のアンテナ装置。
【請求項９】
前記ビーム制御部は、予め定められた仕様に基づいて前記上位装置から送信される信号を受信し、その受信タイミングと前記予め定められた仕様とに基づいて時間を計測することによって、前記ビーム切り替えタイミングを判別する、請求項１から請求項６のうちのいずれか一項に記載のアンテナ装置。
【請求項１０】
前記ビーム制御部は、前記上位装置で利用される時刻情報を共有する機能を有し、共有する前記時刻情報に基づいて前記ビーム切り替えタイミングを判別する、請求項１から請求項６のうちのいずれか一項に記載のアンテナ装置。
【請求項１１】
少なくとも１つのアンテナ装置と、
前記少なくとも１つのアンテナ装置を制御する上位装置と
を備え、
前記少なくとも１つのアンテナ装置は、請求項１から請求項１０のうちのいずれか一項に記載のアンテナ装置で構成されている、
通信装置。
【請求項１２】
前記上位装置から送信された予め定められたビーム切り替え指示信号が前記ビーム制御部によって受信されたタイミングを、前記ビーム切り替えタイミングとして利用し、
前記個別ビーム調整情報は、前記ビーム切り替え指示信号の受信をトリガにして前記記憶部から読み出されて前記個別ビーム調整処理に適用される、
請求項１から請求項６のうちのいずれか一項に記載のアンテナ装置。
【請求項１３】
複数のアンテナ装置と、
前記複数のアンテナ装置を制御する上位装置と
を備え、
前記複数のアンテナ装置のそれぞれは、請求項１２に記載のアンテナ装置で構成され、
前記上位装置は、前記ビーム切り替え指示信号を前記アンテナ装置ごとに送信し、
前記上位装置は、前記ビーム切り替え指示信号の到達タイミングが前記複数のアンテナ装置で揃うように、前記各アンテナ装置に前記ビーム切り替え指示信号を送信するタイミングを調整する、
通信装置。
【請求項１４】
複数のアンテナ素子を備えたアンテナ装置であって、
前記アンテナ装置によって放射する全体ビームに関する全体ビーム制御情報を前記アンテナ装置の上位装置から取得し、前記全体ビーム制御情報から、前記複数のアンテナ素子のそれぞれによって放射する個別ビームに関する個別ビーム調整情報を生成する、ビーム制御部と、
前記個別ビーム調整情報に従って前記個別ビームの形成を調整する個別ビーム調整処理を行う個別ビーム調整部と
を備え、
前記複数のアンテナ素子は複数のグループに分けられ、
前記個別ビーム調整部は、前記複数のグループにそれぞれ設けられた複数の個別ビーム調整回路を含み、
前記各個別ビーム調整回路は、前記ビーム制御部に接続された複数のバスのいずれかに接続され、
前記ビーム制御部は、同じバスに接続された前記個別ビーム調整回路について、前記ビーム制御部からの距離に応じて定められたクロック位相によって、データのリード／ライトのタイミングを調整する、
アンテナ装置。
【請求項１５】
少なくとも１つのアンテナ装置と、
前記少なくとも１つのアンテナ装置を制御する上位装置と
を備え、
前記少なくとも１つのアンテナ装置は、請求項１４に記載のアンテナ装置で構成されている、
通信装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はアンテナ装置および通信装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
移動体通信システムの規格化団体である３ＧＰＰ（3rd Generation Partnership Project）において、無線区間についてはロングタームエボリューション（Long Term Evolution：ＬＴＥ）と称し、コアネットワークおよび無線アクセスネットワーク（以下、まとめて、ネットワークとも称する）を含めたシステム全体構成については、システムアーキテクチャエボリューション（System Architecture Evolution：ＳＡＥ）と称される通信方式が検討されている（例えば、非特許文献１〜４）。この通信方式は３．９Ｇ（3.9 Generation）システムとも呼ばれる。
【０００３】
ＬＴＥのアクセス方式としては、下り方向はＯＦＤＭ（Orthogonal Frequency Division Multiplexing）、上り方向はＳＣ−ＦＤＭＡ（Single Carrier Frequency Division Multiple Access）が用いられる。また、ＬＴＥは、Ｗ−ＣＤＭＡ（Wideband Code Division Multiple Access）とは異なり、回線交換を含まず、パケット通信方式のみになる。
【０００４】
非特許文献１（５章）に記載される、３ＧＰＰでの、ＬＴＥシステムにおけるフレーム構成に関する決定事項について、図１を用いて説明する。図１は、ＬＴＥ方式の通信システムで使用される無線フレームの構成を示す説明図である。図１において、１つの無線フレーム（Radio frame）は１０ｍｓである。無線フレームは１０個の等しい大きさのサブフレーム（Subframe）に分割される。サブフレームは、２個の等しい大きさのスロット（slot）に分割される。無線フレーム毎に１番目および６番目のサブフレームに下り同期信号（Downlink Synchronization Signal）が含まれる。同期信号には、第一同期信号（Primary Synchronization Signal：Ｐ−ＳＳ）と、第二同期信号（Secondary Synchronization Signal：Ｓ−ＳＳ）とがある。
【０００５】
３ＧＰＰでの、ＬＴＥシステムにおけるチャネル構成に関する決定事項が、非特許文献１（５章）に記載されている。ＣＳＧ（Closed Subscriber Group）セルにおいてもｎｏｎ−ＣＳＧセルと同じチャネル構成が用いられると想定されている。
【０００６】
物理報知チャネル（Physical Broadcast Channel：ＰＢＣＨ）は、基地局装置（以下、単に「基地局」という場合がある）から移動端末装置（以下、単に「移動端末」という場合がある）などの通信端末装置（以下、単に「通信端末」という場合がある）への下り送信用のチャネルである。ＢＣＨトランスポートブロック（transport block）は、４０ｍｓ間隔中の４個のサブフレームにマッピングされる。４０ｍｓタイミングの明白なシグナリングはない。
【０００７】
物理制御フォーマットインジケータチャネル（Physical Control Format Indicator Channel：ＰＣＦＩＣＨ）は、基地局から通信端末への下り送信用のチャネルである。ＰＣＦＩＣＨは、ＰＤＣＣＨｓのために用いるＯＦＤＭ（Orthogonal Frequency Division Multiplexing）シンボルの数を、基地局から通信端末へ通知する。ＰＣＦＩＣＨは、サブフレーム毎に送信される。
【０００８】
物理下り制御チャネル（Physical Downlink Control Channel：ＰＤＣＣＨ）は、基地局から通信端末への下り送信用のチャネルである。ＰＤＣＣＨは、後述のトランスポートチャネルの１つである下り共有チャネル（Downlink Shared Channel：ＤＬ−ＳＣＨ）のリソース割り当て（allocation）情報、後述のトランスポートチャネルの１つであるページングチャネル（Paging Channel：ＰＣＨ）のリソース割り当て（allocation）情報、ＤＬ−ＳＣＨに関するＨＡＲＱ（Hybrid Automatic Repeat reQuest）情報を通知する。ＰＤＣＣＨは、上りスケジューリンググラント（Uplink Scheduling Grant）を運ぶ。ＰＤＣＣＨは、上り送信に対する応答信号であるＡｃｋ（Acknowledgement）／Ｎａｃｋ（Negative Acknowledgement）を運ぶ。ＰＤＣＣＨは、Ｌ１／Ｌ２制御信号とも呼ばれる。
【０００９】
物理下り共有チャネル（Physical Downlink Shared Channel：ＰＤＳＣＨ）は、基地局から通信端末への下り送信用のチャネルである。ＰＤＳＣＨには、トランスポートチャネルである下り共有チャネル（ＤＬ−ＳＣＨ）、およびトランスポートチャネルであるＰＣＨがマッピングされている。
【００１０】
物理マルチキャストチャネル（Physical Multicast Channel：ＰＭＣＨ）は、基地局から通信端末への下り送信用のチャネルである。ＰＭＣＨには、トランスポートチャネルであるマルチキャストチャネル（Multicast Channel：ＭＣＨ）がマッピングされている。
【００１１】
物理上り制御チャネル（Physical Uplink Control Channel：ＰＵＣＣＨ）は、通信端末から基地局への上り送信用のチャネルである。ＰＵＣＣＨは、下り送信に対する応答信号（response signal）であるＡｃｋ／Ｎａｃｋを運ぶ。ＰＵＣＣＨは、ＣＱＩ（Channel Quality Indicator）レポートを運ぶ。ＣＱＩとは、受信したデータの品質、もしくは通信路品質を示す品質情報である。またＰＵＣＣＨは、スケジューリングリクエスト（Scheduling Request：ＳＲ）を運ぶ。
【００１２】
物理上り共有チャネル（Physical Uplink Shared Channel：ＰＵＳＣＨ）は、通信端末から基地局への上り送信用のチャネルである。ＰＵＳＣＨには、トランスポートチャネルの１つである上り共有チャネル（Uplink Shared Channel：ＵＬ−ＳＣＨ）がマッピングされている。
【００１３】
物理ＨＡＲＱインジケータチャネル（Physical Hybrid ARQ Indicator Channel：ＰＨＩＣＨ）は、基地局から通信端末への下り送信用のチャネルである。ＰＨＩＣＨは、上り送信に対する応答信号であるＡｃｋ／Ｎａｃｋを運ぶ。物理ランダムアクセスチャネル（Physical Random Access Channel：ＰＲＡＣＨ）は、通信端末から基地局への上り送信用のチャネルである。ＰＲＡＣＨは、ランダムアクセスプリアンブル（random access preamble）を運ぶ。
【００１４】
下り参照信号（リファレンスシグナル（Reference Signal）：ＲＳ）は、ＬＴＥ方式の通信システムとして既知のシンボルである。以下の５種類の下りリファレンスシグナルが定義されている。セル固有参照信号（Cell-specific Reference Signal：ＣＲＳ）、ＭＢＳＦＮ参照信号（MBSFN Reference Signal）、移動端末固有参照信号（UE-specific Reference Signal）であるデータ復調用参照信号（Demodulation Reference Signal：ＤＭ−ＲＳ）、位置決定参照信号（Positioning Reference Signal：ＰＲＳ）、チャネル状態情報参照信号（Channel State Information Reference Signal：ＣＳＩ−ＲＳ）。通信端末の物理レイヤの測定として、リファレンスシグナルの受信電力（Reference Signal Received Power：ＲＳＲＰ）測定がある。
【００１５】
非特許文献１（５章）に記載されるトランスポートチャネル（Transport channel）について、説明する。下りトランスポートチャネルのうち、報知チャネル（Broadcast Channel：ＢＣＨ）は、その基地局（セル）のカバレッジ全体に報知される。ＢＣＨは、物理報知チャネル（ＰＢＣＨ）にマッピングされる。
【００１６】
下り共有チャネル（Downlink Shared Channel：ＤＬ−ＳＣＨ）には、ＨＡＲＱ（Hybrid ARQ）による再送制御が適用される。ＤＬ−ＳＣＨは、基地局（セル）のカバレッジ全体への報知が可能である。ＤＬ−ＳＣＨは、ダイナミックあるいは準静的（Semi-static）なリソース割り当てをサポートする。準静的なリソース割り当ては、パーシステントスケジューリング（Persistent Scheduling）ともいわれる。ＤＬ−ＳＣＨは、通信端末の低消費電力化のために通信端末の間欠受信（Discontinuous reception：ＤＲＸ）をサポートする。ＤＬ−ＳＣＨは、物理下り共有チャネル（ＰＤＳＣＨ）へマッピングされる。
【００１７】
ページングチャネル（Paging Channel：ＰＣＨ）は、通信端末の低消費電力を可能とするために通信端末のＤＲＸをサポートする。ＰＣＨは、基地局（セル）のカバレッジ全体への報知が要求される。ＰＣＨは、動的にトラフィックに利用できる物理下り共有チャネル（ＰＤＳＣＨ）のような物理リソースへマッピングされる。
【００１８】
マルチキャストチャネル（Multicast Channel：ＭＣＨ）は、基地局（セル）のカバレッジ全体への報知に使用される。ＭＣＨは、マルチセル送信におけるＭＢＭＳ（Multimedia Broadcast Multicast Service）サービス（ＭＴＣＨとＭＣＣＨ）のＳＦＮ合成をサポートする。ＭＣＨは、準静的なリソース割り当てをサポートする。ＭＣＨは、ＰＭＣＨへマッピングされる。
【００１９】
上りトランスポートチャネルのうち、上り共有チャネル（Uplink Shared Channel：ＵＬ−ＳＣＨ）には、ＨＡＲＱ（Hybrid ARQ）による再送制御が適用される。ＵＬ−ＳＣＨは、ダイナミックあるいは準静的（Semi-static）なリソース割り当てをサポートする。ＵＬ−ＳＣＨは、物理上り共有チャネル（ＰＵＳＣＨ）へマッピングされる。
【００２０】
ランダムアクセスチャネル（Random Access Channel：ＲＡＣＨ）は、制御情報に限られている。ＲＡＣＨは、衝突のリスクがある。ＲＡＣＨは、物理ランダムアクセスチャネル（ＰＲＡＣＨ）へマッピングされる。
【００２１】
ＨＡＲＱについて説明する。ＨＡＲＱとは、自動再送要求（Automatic Repeat reQuest：ＡＲＱ）と誤り訂正（Forward Error Correction）との組合せによって、伝送路の通信品質を向上させる技術である。ＨＡＲＱには、通信品質が変化する伝送路に対しても、再送によって誤り訂正が有効に機能するという利点がある。特に、再送にあたって初送の受信結果と再送の受信結果との合成をすることで、更なる品質向上を得ることも可能である。
【００２２】
再送の方法の一例を説明する。受信側にて、受信データが正しくデコードできなかった場合、換言すればＣＲＣ（Cyclic Redundancy Check）エラーが発生した場合（ＣＲＣ＝ＮＧ）、受信側から送信側へ「Ｎａｃｋ」を送信する。「Ｎａｃｋ」を受信した送信側は、データを再送する。受信側にて、受信データが正しくデコードできた場合、換言すればＣＲＣエラーが発生しない場合（ＣＲＣ＝ＯＫ）、受信側から送信側へ「Ａｃｋ」を送信する。「Ａｃｋ」を受信した送信側は次のデータを送信する。
【００２３】
非特許文献１（６章）に記載される論理チャネル（ロジカルチャネル：Logical channel）について、説明する。報知制御チャネル（Broadcast Control Channel：ＢＣＣＨ）は、報知システム制御情報のための下りチャネルである。論理チャネルであるＢＣＣＨは、トランスポートチャネルである報知チャネル（ＢＣＨ）、あるいは下り共有チャネル（ＤＬ−ＳＣＨ）へマッピングされる。
【００２４】
ページング制御チャネル（Paging Control Channel：ＰＣＣＨ）は、ページング情報（Paging Information）およびシステム情報（System Information）の変更を送信するための下りチャネルである。ＰＣＣＨは、通信端末のセルロケーションをネットワークが知らない場合に用いられる。論理チャネルであるＰＣＣＨは、トランスポートチャネルであるページングチャネル（ＰＣＨ）へマッピングされる。
【００２５】
共有制御チャネル（Common Control Channel：ＣＣＣＨ）は、通信端末と基地局との間の送信制御情報のためのチャネルである。ＣＣＣＨは、通信端末がネットワークとの間でＲＲＣ接続（connection）を有していない場合に用いられる。下り方向では、ＣＣＣＨは、トランスポートチャネルである下り共有チャネル（ＤＬ−ＳＣＨ）へマッピングされる。上り方向では、ＣＣＣＨは、トランスポートチャネルである上り共有チャネル（ＵＬ−ＳＣＨ）へマッピングされる。
【００２６】
マルチキャスト制御チャネル（Multicast Control Channel：ＭＣＣＨ）は、１対多の送信のための下りチャネルである。ＭＣＣＨは、ネットワークから通信端末への１つあるいはいくつかのＭＴＣＨ用のＭＢＭＳ制御情報の送信のために用いられる。ＭＣＣＨは、ＭＢＭＳ受信中の通信端末のみに用いられる。ＭＣＣＨは、トランスポートチャネルであるマルチキャストチャネル（ＭＣＨ）へマッピングされる。
【００２７】
個別制御チャネル（Dedicated Control Channel：ＤＣＣＨ）は、１対１にて、通信端末とネットワークとの間の個別制御情報を送信するチャネルである。ＤＣＣＨは、通信端末がＲＲＣ接続（connection）である場合に用いられる。ＤＣＣＨは、上りでは上り共有チャネル（ＵＬ−ＳＣＨ）へマッピングされ、下りでは下り共有チャネル（ＤＬ−ＳＣＨ）にマッピングされる。
【００２８】
個別トラフィックチャネル（Dedicated Traffic Channel：ＤＴＣＨ）は、ユーザ情報の送信のための個別通信端末への１対１通信のチャネルである。ＤＴＣＨは、上りおよび下りともに存在する。ＤＴＣＨは、上りでは上り共有チャネル（ＵＬ−ＳＣＨ）へマッピングされ、下りでは下り共有チャネル（ＤＬ−ＳＣＨ）へマッピングされる。
【００２９】
マルチキャストトラフィックチャネル（Multicast Traffic channel：ＭＴＣＨ）は、ネットワークから通信端末へのトラフィックデータ送信のための下りチャネルである。ＭＴＣＨは、ＭＢＭＳ受信中の通信端末のみに用いられるチャネルである。ＭＴＣＨは、マルチキャストチャネル（ＭＣＨ）へマッピングされる。
【００３０】
ＣＧＩとは、セルグローバル識別子（Cell Global Identifier）のことである。ＥＣＧＩとは、Ｅ−ＵＴＲＡＮセルグローバル識別子（E-UTRAN Cell Global Identifier）のことである。ＬＴＥ、後述のＬＴＥ−Ａ（Long Term Evolution Advanced）およびＵＭＴＳ（Universal Mobile Telecommunication System）において、ＣＳＧ（Closed Subscriber Group）セルが導入される。
【００３１】
ＣＳＧ（Closed Subscriber Group）セルとは、利用可能な加入者をオペレータが特定しているセル（以下「特定加入者用セル」という場合がある）である。特定された加入者は、ＰＬＭＮ（Public Land Mobile Network）の１つ以上のセルにアクセスすることが許可される。特定された加入者がアクセスを許可されている１つ以上のセルを「ＣＳＧセル（ＣＳＧ  ｃｅｌｌ（ｓ））」と呼ぶ。ただし、ＰＬＭＮにはアクセス制限がある。
【００３２】
ＣＳＧセルは、固有のＣＳＧアイデンティティ（CSG identity：ＣＳＧ  ＩＤ）を報知し、ＣＳＧインジケーション（CSG Indication）にて「ＴＲＵＥ」を報知するＰＬＭＮの一部である。予め利用登録し、許可された加入者グループのメンバーは、アクセス許可情報であるところのＣＳＧ  ＩＤを用いてＣＳＧセルにアクセスする。
【００３３】
ＣＳＧ  ＩＤは、ＣＳＧセルまたはセルによって報知される。ＬＴＥ方式の通信システムにＣＳＧ  ＩＤは複数存在する。そして、ＣＳＧ  ＩＤは、ＣＳＧ関連のメンバーのアクセスを容易にするために、移動端末（ＵＥ）によって使用される。
【００３４】
通信端末の位置追跡は、１つ以上のセルからなる区域を単位に行われる。位置追跡は、待受け状態であっても通信端末の位置を追跡し、通信端末を呼び出す、換言すれば通信端末が着呼することを可能にするために行われる。この通信端末の位置追跡のための区域をトラッキングエリアと呼ぶ。
【００３５】
３ＧＰＰにおいて、Ｈｏｍｅ−ＮｏｄｅＢ（Ｈｏｍｅ−ＮＢ；ＨＮＢ）、Ｈｏｍｅ−ｅＮｏｄｅＢ（Ｈｏｍｅ−ｅＮＢ；ＨｅＮＢ）と称される基地局が検討されている。ＵＴＲＡＮにおけるＨＮＢ、およびＥ−ＵＴＲＡＮにおけるＨｅＮＢは、例えば家庭、法人、商業用のアクセスサービス向けの基地局である。非特許文献２には、ＨｅＮＢおよびＨＮＢへのアクセスの３つの異なるモードが開示されている。具体的には、オープンアクセスモード（Open access mode）と、クローズドアクセスモード（Closed access mode）と、ハイブリッドアクセスモード（Hybrid access mode）とが開示されている。
【００３６】
また３ＧＰＰでは、リリース１０として、ロングタームエボリューションアドヴァンスド（Long Term Evolution Advanced：ＬＴＥ−Ａ）の規格策定が進められている（非特許文献３、非特許文献４参照）。ＬＴＥ−Ａは、ＬＴＥの無線区間通信方式を基本とし、それにいくつかの新技術を加えて構成される。
【００３７】
ＬＴＥ−Ａシステムでは、１００ＭＨｚまでのより広い周波数帯域幅（transmission bandwidths）をサポートするために、二つ以上のコンポーネントキャリア（Component Carrier：ＣＣ）を集約する（「アグリゲーション（aggregation）する」とも称する）、キャリアアグリゲーション（Carrier Aggregation：ＣＡ）が検討されている。ＣＡについては、非特許文献１に記載されている。
【００３８】
ＣＡが構成される場合、移動端末はネットワーク（Network：ＮＷ）と唯一つのＲＲＣ接続（RRC connection）を有する。ＲＲＣ接続において、一つのサービングセルがＮＡＳモビリティ情報とセキュリティ入力を与える。このセルをプライマリセル（Primary Cell：ＰＣｅｌｌ）と呼ぶ。下りリンクで、ＰＣｅｌｌに対応するキャリアは、下りプライマリコンポーネントキャリア（Downlink Primary Component Carrier：ＤＬ  ＰＣＣ）である。上りリンクで、ＰＣｅｌｌに対応するキャリアは、上りプライマリコンポーネントキャリア（Uplink Primary Component Carrier：ＵＬ  ＰＣＣ）である。
【００３９】
移動端末の能力（ケーパビリティ（capability））に応じて、セカンダリセル（Secondary Cell：ＳＣｅｌｌ）が、ＰＣｅｌｌとともに、サービングセルの組を形成するために構成される。下りリンクで、ＳＣｅｌｌに対応するキャリアは、下りセカンダリコンポーネントキャリア（Downlink Secondary Component Carrier：ＤＬ  ＳＣＣ）である。上りリンクで、ＳＣｅｌｌに対応するキャリアは、上りセカンダリコンポーネントキャリア（Uplink Secondary Component Carrier：ＵＬ  ＳＣＣ）である。
【００４０】
一つのＰＣｅｌｌと一つ以上のＳＣｅｌｌとからなるサービングセルの組が、一つの移動端末に対して構成される。
【００４１】
また、ＬＴＥ−Ａでの新技術としては、より広い帯域をサポートする技術（Wider bandwidth extension）、および多地点協調送受信（Coordinated Multiple Point transmission and reception：ＣｏＭＰ）技術などがある。３ＧＰＰでＬＴＥ−Ａのために検討されているＣｏＭＰについては、非特許文献１に記載されている。
【００４２】
モバイルネットワークのトラフィック量は、増加傾向にあり、通信速度も高速化が進んでいる。ＬＴＥおよびＬＴＥ−Ａが本格的に運用を開始されると、更に通信速度が高速化されることが見込まれる。
【００４３】
また、３ＧＰＰにおいて、将来の膨大なトラフィックに対応するために、スモールセルを構成するスモールｅＮＢ（以下「小規模基地局装置」という場合がある）を用いることが検討されている。例えば、多数のスモールｅＮＢを設置して、多数のスモールセルを構成することによって、周波数利用効率を高めて、通信容量の増大を図る技術などが検討されている。具体的には、移動端末が２つのｅＮＢと接続して通信を行うデュアルコネクティビティ（Dual Connectivity；ＤＣと略称される）などがある。ＤＣについては、非特許文献１に記載されている。
【００４４】
デュアルコネクティビティ（ＤＣ）を行うｅＮＢのうち、一方を「マスターｅＮＢ（略称：ＭｅＮＢ）」といい、他方を「セカンダリｅＮＢ（略称：ＳｅＮＢ）」という場合がある。
【００４５】
さらに、高度化する移動体通信に対して、２０２０年以降にサービスを開始することを目標とした第５世代（以下「５Ｇ」という場合がある）無線アクセスシステムが検討されている。例えば、欧州では、ＭＥＴＩＳという団体で５Ｇの要求事項がまとめられている（非特許文献５参照）。
【００４６】
５Ｇ無線アクセスシステムでは、ＬＴＥシステムに対して、システム容量は１０００倍、データの伝送速度は１００倍、データの処理遅延は１０分の１（１／１０）、通信端末の同時接続数は１００倍として、更なる低消費電力化、および装置の低コスト化を実現することが要件として挙げられている。
【００４７】
このような要求を満たすために、周波数を広帯域で使用してデータの伝送容量を増やすこと、および、周波数利用効率を上げてデータの伝送速度を上げることが検討されている。これらを実現するために、空間多重を可能とする、多素子アンテナを用いたＭＩＭＯ（Multiple Input Multiple Output）およびビームフォーミングなどの技術が検討されている。
【００４８】
また、ＬＴＥ−ＡにおいてもＭＩＭＯの検討は引き続き行われており、ＭＩＭＯの拡張としてRelease１３より、２次元のアンテナアレイを用いるＦＤ（Full Dimension）−ＭＩＭＯが検討されている。ＦＤ−ＭＩＭＯについては非特許文献６に記載されている。
【００４９】
５Ｇ無線アクセスシステムは、２０２０年から予定されているサービス開始当初は、ＬＴＥシステムと混在して配置されることが検討されている。ＬＴＥ基地局と５Ｇ基地局をＤＣ構成で接続し、ＬＴＥ基地局をＭｅＮＢとし、５Ｇ基地局をＳｅＮＢとすることで、セル範囲の大きいＬＴＥ基地局でＣ−ｐｌａｎｅデータを処理し、ＬＴＥ基地局と５Ｇ基地局でＵ−ｐｌａｎｅ処理をする構成が考えられている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【００５０】
【非特許文献１】３ＧＰＰ  ＴＳ３６．３００  Ｖ１３．０．０
【非特許文献２】３ＧＰＰ  Ｓ１−０８３４６１
【非特許文献３】３ＧＰＰ  ＴＲ  ３６．８１４  Ｖ９．０．０
【非特許文献４】３ＧＰＰ  ＴＲ  ３６．９１２  Ｖ１０．０．０
【非特許文献５】“Scenarios, requirements and KPIs for 5G mobile and wireless system”、ＩＣＴ−３１７６６９−ＭＥＴＩＳ／Ｄ１．１
【非特許文献６】３ＧＰＰ  ＴＳ３６．８９７  Ｖ１３．０．０
【非特許文献７】”7.2 A 28GHz 32-Element Phased-Array Transceiver IC with Concurrent Dual Polarized Beams and 1.4 Degree Beam-Steering Resolution for 5G Communication”、2017_Session_07.qxp_2017 11/19/16 5:33 PM Page 6、インターネットhttps://www.ibm.com/blogs/research/wp-content/uploads/2017/02/wirelesstranceivers_5G.pdf
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００５１】
５Ｇ無線アクセスシステム等で大容量通信を実現するための鍵となる技術の１つとして、アンテナにアクティブ素子を搭載したアレーアンテナがある。このアンテナはＡＰＡＡ（Active Phased Array Antenna）と呼ばれる場合がある。
【００５２】
本発明はＡＰＡＡの様々な改良技術を提供することを目的とする。
【００５３】
例えば、本発明は、ＡＰＡＡでのビーム切り替え時間を短縮し、それにより、様々な無線フォーマットの送受信信号が劣化する時間帯を低減し、周波数の有効利用を実現する。
【００５４】
また、例えば、本発明は、アンテナの各素子間またはアンテナ素子のセット間で同時に、位相、振幅、ＴＤＤ（Time Division Duplex）の送受信の切り替え等を制御し、それにより、ばらばらに各アンテナ素子を制御する場合に比べて、ビームの指向性精度を向上する。
【課題を解決するための手段】
【００５５】
本発明によれば、例えば、複数のアンテナ素子を備えたアンテナ装置であって、前記アンテナ装置によって放射する全体ビームに関する全体ビーム制御情報を前記アンテナ装置の上位装置から取得し、前記全体ビーム制御情報から、前記複数のアンテナ素子のそれぞれによって放射する個別ビームに関する個別ビーム調整情報を生成する、ビーム制御部と、前記個別ビーム調整情報に従って前記個別ビームの形成を調整する個別ビーム調整処理を行う個別ビーム調整部と、前記個別ビーム調整情報を格納する記憶部とを備え、前記個別ビーム調整情報は、前記ビーム制御部によって前記記憶部に格納され、前記上位装置によって指示されたビーム切り替えタイミングに応じて前記記憶部から読み出されて前記個別ビーム調整処理に適用される、アンテナ装置が提供される。
【発明の効果】
【００５６】
本発明によれば、個別ビーム調整情報を事前に生成し、ビーム切り替えタイミングを別途指示することができる。それにより、ビームを短時間で切り替えることができる。
【００５７】
本発明の目的、特徴、局面、および利点は、以下の詳細な説明と添付図面とによって、より明白となる。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】ＬＴＥ方式の通信システムで使用される無線フレームの構成を示す説明図である。
【図２】実施の形態１について、ＡＰＡＡの構成を説明するブロック図である。
【図３】実施の形態１について、ビーム制御部に入力されるビーム制御情報の構成を説明する図である。
【図４】実施の形態１について、ビーム角度情報を、直交座標系を用いたＸ座標およびＹ座標の情報によって表現する例を説明する図である（半値幅１０°のビームをいろいろな座標で送信する場合を例示）。
【図５】実施の形態１について、ビーム角度情報を、極座標におけるＡｚｉｍｕｔｈ（水平方向）およびＥｌｅｖａｔｉｏｎ（垂直方向）の角度情報で表現する例を説明する図である。
【図６】実施の形態１について、ＡＰＡＡの他の構成を説明するブロック図である。
【図７】実施の形態１の変形例１について、ビーム制御部に入力されるビーム制御情報の構成を説明する図である。
【図８】実施の形態１の変形例１について、ビーム切り替え情報を別々のメッセージで送信する場合の処理フローを説明する図である。
【図９】実施の形態１の変形例２について、固定的な内容を有し周期的に送信されるビーム制御情報（周期的なビーム制御情報）を事前に送信する場合の処理フローを説明する図である。
【図１０】実施の形態２について、ビーム制御装置（ＡＰＡＡ上位装置）と複数のＡＰＡＡとの接続形態を説明する図である（有線接続）。
【図１１】実施の形態２について、ビーム制御装置（ＡＰＡＡ上位装置）と複数のＡＰＡＡとの接続形態を説明する図である（無線接続）。
【図１２】実施の形態１，２について、ＩＦ（Intermediate Frequency）信号がＡＰＡＡに入力される場合のＡＰＡＡの構成を説明するブロック図である。
【図１３】実施の形態１，２について、デジタルＩＱのベースバンド信号／デジタルＩＦ信号がＡＰＡＡに入力される場合のＡＰＡＡの構成を説明するブロック図である。
【図１４】実施の形態３について、複数のアンテナ素子用の複数のＡＭＰおよび移相器をＩＣで集積した構成を説明するブロック図である。
【図１５】実施の形態３について、複数のアンテナ素子用の複数のＡＭＰおよび移相器をＩＣで集積した構成を有するアンテナを説明する図である（各ＩＣに配線を設けた場合）。
【図１６】実施の形態３について、複数のアンテナ素子用の複数のＡＭＰおよび移相器をＩＣで集積した構成を有するアンテナを説明する図である（各ＩＣへの配線にバス構成を適用した場合）。
【図１７】実施の形態３について、ＡＰＡＡの構成を模式的に示したブロック図である。
【図１８】実施の形態３について、リードサイクル時のアクセス例を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００５９】
実施の形態１．
図２に、実施の形態１について、ＡＰＡＡの構成を説明するブロック図を示す。ＡＰＡＡ１００１は多素子アンテナを備え、図２では３つのアンテナ素子１０３１〜１０３３（換言すれば３つのアンテナ放射部１０３１〜１０３３）を例示している。一般に、多素子アンテナとしては、３２素子以上がＷＴＰ等の無線展示会で展示されている。ＡＰＡＡ１００１に入力された信号（ここではＲＦ（Radio Frequency）信号）は、ＡＭＰ１０１１〜１０１３によって増幅される。並列数（素子数）は様々であり、所要のビーム利得、装置サイズ、消費電力等に基づいて決定される。ＡＭＰ１０１１〜１０１３の出力は移相器１０２１〜１０２３を経由してアンテナ素子１０３１〜１０３３に供給される。移相器１０２１〜１０２３はアンテナ素子１０３１〜１０３３に入力する信号の位相を調整し、それによりビームの指向性が制御される。
【００６０】
ビーム制御部１０４１は、上位装置からのビーム制御情報を終端し、上位装置からのビーム指向性を指示する情報を、演算処理部１０４１１によって、ＡＭＰ１０１１〜１０１３および移相器１０２１〜１０２３への設定値に変換する（演算する）。その際、ビーム切り替えタイミング制御部１０４１３が、ビーム指向性を変更するタイミングを管理および制御する。最後に、設定情報生成部１０４１２が、デバイス（ＡＭＰ１０１１〜１０１３および移相器１０２１〜１０２３）の仕様等に合わせて演算結果を変換し、設定情報をデバイスに指示する。
【００６１】
制御の流れをより具体的に説明する。ＡＰＡＡ１００１の上位装置からＡＰＡＡ１００１に入力されたＲＦ信号は、ＡＰＡＡ１００１で分岐され、ＡＭＰ１０１１〜１０１３で利得調整される。この利得調整は、例えば、指向性の精度を向上させる目的で各素子の利得のばらつきを吸収するために使用する。あるいは、利得調整はビーム幅を変更するために使用する。例えば直線方向に８つの素子＃１〜＃８が並んでいる構成の場合、全８素子を使って形成したビームは、＃１〜＃４の４素子のみで形成したビームに比べて、半値幅が２倍になる。上記利得調整は、サイドローブを低減する目的で、中央から離れた素子の送信電力を下げる（テーパ）ためにも使用する。
【００６２】
ＡＭＰ１０１１〜１０１３の出力に対し、移相器１０２１〜１０２３で位相シフト量が設定され、それによりビームの指向性を決定する。ビームの向きは、多素子アンテナ基板の垂直方向に対して、｛Ｓｉｎ−１（送信波長／素子間隔）｝で与えられることが知られている。多素子アンテナの放射部は、例えばパッチアンテナで形成される（アンテナ放射部１０３１〜１０３３）。移相器からアンテナ素子（アンテナ放射部）までのインピーダンス（接続パターンインピーダンス）を各配線パターン間で同一にする必要があるため、設定情報の配線を少なくかつ短くすることが重要である。また、送信周波数が高くなるにつれて、波長が短くなり、アンテナ間距離が短くなり、アンテナを小型化することができる。
【００６３】
位相シフト量の計算および設定は、ビーム制御部１０４１によって行われる。ビーム制御部１０４１に入力されるビーム制御情報は、図３に示すように、ビーム角度情報およびビーム切り替えタイミング情報を含んだ構成をしている。ビーム角度情報は、図４に示す直交座標系を用いたＸ座標およびＹ座標の情報で表現することが可能である。図４の例は、半値幅１０°のビームをいろいろな座標で送信する場合のイメージ図である。あるいは、ビーム角度情報は、図５に示すように、極座標系におけるＡｚｉｍｕｔｈ（水平方向）およびＥｌｅｖａｔｉｏｎ（垂直方向）の角度情報で表現することも可能である。
【００６４】
演算処理部１０４１１は、ビーム制御情報に対応した、各ＡＭＰの利得量および各移相器の位相シフト量を算出する。なお、指向性のみを制御する場合には、位相シフト量のみが算出される。算出値は、各アンテナ素子の配置座標をもとに演算を行った結果であり、各アンテナ素子で異なる利得量および位相シフト量が算出される。
【００６５】
設定情報生成部１０４１２は、演算処理部１０４１１によって算出されたＡＭＰの利得量および移相器の位相シフト量を、各アンテナ素子に設定するための情報に変換する。変換された設定値は逐次、各ＡＭＰおよび各移相器への転送待ちのレジスタ／メモリ等の記憶部１０４１２Ｍ（設定情報生成部１０４１２内に設けられている）へ格納される。
【００６６】
ビーム切り替えタイミング制御部１０４１３は、ビーム制御情報で設定されたタイミングを、自ら内蔵するカウンタ値と比較することによって、各ＡＭＰおよび各移相器への転送開始タイミングを生成する。そして、ビーム切り替えタイミング制御部１０４１３は、生成した転送開始タイミングに基づいて、設定情報生成部１０４１２に転送開始を指示する。
【００６７】
このような構成により、事前に設定情報を生成し、ビーム切り替えタイミングを別途指示することができ、ビームの切り替え開始から切り替え終了までの時間を短くすることができる。換言すれば、ビームを短時間で切り替えることができる。ビーム制御情報の到来タイミングが揺らいでも、ビームの指向性を、性能およびタイミングのいずれにおいても精度よく、変えることができる。
【００６８】
上記では、設定情報生成部１０４１２に、転送待ちレジスタ／メモリ等の記憶部１０４１２Ｍが設けられる例を説明した。これに対し、ＡＭＰおよび移相器に、実施待ちレジスタ／メモリ等の記憶部を設けても、同等の効果が得られる。例えば、図６に示すように、ＡＭＰ１０１１〜１０１３内に記憶部１０１１Ｍ〜１０１３Ｍをそれぞれ設け、移相器１０２１〜１０２３内に記憶部１０２１Ｍ〜１０２３Ｍをそれぞれ設ける。この場合、ＡＭＰ１０１１〜１０１３および移相器１０２１〜１０２３には、設定情報だけではなく、格納したコマンドをロードするタイミング指示情報も、設定情報生成部１０４１２から通知される。
【００６９】
ビーム切り替えタイミングの生成方式について、他の例を説明する。
【００７０】
（１）ビーム制御情報を送ってくる上位装置から、ビーム切り替えタイミング制御部１０４１３に、メッセージを通信する銅線等とは別の配線でクロックを入力する。ビーム切り替えタイミング制御部１０４１３は該クロックからカウンタを形成する。ビーム制御情報には、メッセージ到着後の何クロック後にビーム切り替えを行うかを示す情報が含まれ、そのタイミングに基づいてビームの指向性を切り替える。これによれば、ビーム切り替えタイミング制御部に発信器を内蔵する必要がなく、ＡＰＡＡを簡易な構成とすることができる。
【００７１】
クロックそのものをメッセージとは別の配線で送るのではなく、調歩同期方式によってデータを送ってもよい。これによれば、受信データの変化点からクロックを生成できるため、メッセージとは別の配線を設ける必要がないので、配線を削減することができる。
【００７２】
同様に、ＡＴＭ（Asynchronous Transfer Mode）のように、データを一定の長さに区切ってもよい。あるいは、固定サイズのフレーム構成を有するデータを常時送信することで、データ内規定信号からクロックを抽出してもよい。これらによっても同様の効果が得られる。ＡＰＡＡの正常動作を確認するためのヘルスチェック信号を固定間隔で送信し、そのヘルスチェック信号をクロック生成に使用するのも有効である。
【００７３】
（２）ビーム切り替えタイミング制御部１０４１３内に、時刻を保有できる構成（ＧＰＳ、電波時計受信機、等）を設け、ビーム制御情報の中で絶対時刻を指定するのも有効である。クロックを精度よくＡＰＡＡに伝えることができない場合、例えばＩＰ網／イーサネット（登録商標）網でＡＰＡＡが上位装置と接続されている場合に、有効である。
【００７４】
あるいは、ＮＴＰ（Network Time Protocol）サーバとの通信機能やＩＥＥＥ１５８８等によって、ビーム制御情報を出力する上位装置と時刻情報を共有できる場合、絶対時刻を利用しなくても、同様の効果が得られる。
【００７５】
上記ではビーム制御情報がビーム角度情報である例を説明したが、ビーム制御情報はこの例に限定されるものではない。ビーム制御情報が、ビーム幅情報（例えば、９０°、４５°、２２．５°、１１．２５°、５．６２５°から選択）や、テーパ制御情報（テーパ有／無）である場合も、上記構成等を応用することが可能である。
【００７６】
実施の形態１によれば、例えば次のような構成が提供される。
【００７７】
複数のアンテナ素子を備えたアンテナ装置が提供される。より具体的には、アンテナ装置は、ビーム制御部と、個別ビーム調整部と、記憶部とを備えている。ビーム制御部は、アンテナ装置によって放射する全体ビームに関する全体ビーム制御情報をアンテナ装置の上位装置から取得し、全体ビーム制御情報から、複数のアンテナ素子のそれぞれによって放射する個別ビームに関する個別ビーム調整情報を生成する。個別ビーム調整部は、個別ビーム調整情報に従って個別ビームの形成を調整する個別ビーム調整処理を行う。記憶部は、個別ビーム調整情報を格納する。個別ビーム調整情報は、ビーム制御部によって記憶部に格納され、上位装置によって指示されたビーム切り替えタイミングに応じて記憶部から読み出されて個別ビーム調整処理に適用される。
【００７８】
ここで上記の様々な例示を参照すると、例えば、アンテナ装置はＡＰＡＡ１００１に対応し、複数のアンテナ素子はアンテナ素子１０３１〜１０３３に対応する。また、例えば、ビーム制御部はビーム制御部１０４１に対応し、全体ビーム制御情報はビーム制御部１０４１に入力されるビーム制御情報に対応し、個別ビーム調整情報はビーム制御部１０４１からＡＭＰ１０１１〜１０１３および移相器１０２１〜１０２３に供給される設定情報に対応する。また、例えば、個別ビーム調整部はＲＦ信号の入力端からアンテナ素子１０３１〜１０３３までの間の回路（ＡＭＰ１０１１〜１０１３および移相器１０２１〜１０２３を含んでいる）に対応し、該回路によって行われる処理が個別ビーム調整処理に対応する。また、例えば、記憶部は記憶部１０４１２Ｍまたは記憶部１０１１Ｍ〜１０１３Ｍ，１０２１Ｍ〜１０２３Ｍに対応する。
【００７９】
図２の例を参照すると、記憶部はビーム制御部に設けられてもよい。この場合、ビーム制御部は、記憶部から個別ビーム調整部への個別ビーム調整情報の転送を、ビーム切り替えタイミングに応じて指示する。
【００８０】
あるいは図６の例を参照すると、記憶部は個別ビーム調整部に設けられてもよい。この場合、個別ビーム調整部は、個別ビーム調整情報をビーム切り替えタイミングに応じて記憶部から読み出す。
【００８１】
図３の例を参照すると、全体ビーム制御情報は、ビーム切り替えタイミングに関するビーム切り替えタイミング情報と、その他の制御情報とを含むことができる。この場合、ビーム切り替えタイミング情報とその他の制御情報とは、同じメッセージによって、上位装置からビーム制御部に供給される。
【００８２】
また、ビーム切り替えタイミングの様々な例示を参照すると、例えば、ビーム制御部は、アンテナ装置内のクロックをカウントすることによって、ビーム切り替えタイミングを判別してもよい。
【００８３】
あるいは、ビーム制御部は、上位装置から供給されるクロックをカウントすることによって、ビーム切り替えタイミングを判別してもよい。
【００８４】
あるいは、ビーム制御部は、予め定められた仕様に基づいて上位装置から送信される信号を受信し、その受信タイミングと予め定められた仕様とに基づいて時間を計測することによって、ビーム切り替えタイミングを判別してもよい。予め定められた仕様とは、例えば、調歩同期方式、ＡＴＭ、固定サイズのフレーム構成を有するデータを常時送信する方式、ヘルスチェック信号を固定間隔で送信する方式、等である（上記（１）の例を参照）。
【００８５】
あるいは、ビーム制御部は、上位装置で利用される時刻情報を共有する機能を有し、共有する時刻情報に基づいてビーム切り替えタイミングを判別してもよい（上記（２）の例を参照）。
【００８６】
また、実施の形態１によれば、通信装置の構成が提供される。より具体的には、上記の各種構成を有する少なくとも１つのアンテナ装置と、当該少なくとも１つのアンテナ装置を制御する上位装置と、を備えた通信装置が提供される。
【００８７】
実施の形態１に係る構成によれば、上記の各種効果を得ることができる。
【００８８】
実施の形態１の変形例１．
実施の形態１では、図３に示すように、ビーム制御情報が少なくともビーム角度情報とビーム切り替えタイミング情報を含む例を説明した。本変形例１では、図７に示すように、ビーム角度情報とビーム切り替え情報が別々のメッセージになっている例を説明する。
【００８９】
ビーム制御情報によって、ビーム角度情報以外にも、ビーム幅情報、テーパ制御情報、その他の様々な情報（例えばＡＰＡＡヘルスチェック信号によって伝送される情報）をやり取りする場合、全部のビーム制御情報を通知し終わった後にタイミング指定を行うことができ、有効である。
【００９０】
図８に、本変形例１に係る処理フロー、すなわちビーム切り替え情報を別のメッセージで送信する場合の処理フローについて、一例を示す。図８によれば、ＡＰＡＡ上位装置から、ビーム制御情報として、６４素子のＡＰＡＡのビーム角度情報が２回に分けて送信される。制御チャネルや同期チャネルなどを送信する場合にはビーム幅を切り替えると有効であり、その場合、ＡＰＡＡ上位装置から、ビーム幅指定情報が別途、ビーム制御情報として送信される。その後、ＡＰＡＡ上位装置から、ビーム切り替えタイミング情報が送信される。ＡＰＡＡのビーム制御部のビーム切り替えタイミング制御部は、ＡＰＡＡ上位装置から取得したビーム切り替えタイミング情報と、自ら内蔵するカウンタの値とを比較し、それにより、指示されたタイミングを検出する。そして、切り替えタイミング制御部は、検出したタイミング、すなわちビーム切り替えタイミング情報で指示されたタイミングに応じて、送信開始指示を、ＡＰＡＡのビーム制御部の設定情報生成部に送信する。設定情報生成部は、指示がある毎に逐次、レジスタ／メモリに貯めておいた情報をＡＭＰ／移相器に転送する。
【００９１】
本変形例１によれば、毎回、ビーム制御情報に、ビーム切り替えタイミング情報を付加する必要がなくなる。それにより、制御メッセージ転送の高速化および簡易化が可能となる。
【００９２】
本変形例１によれば、例えば次のような構成が提供される。実施の形態１に係る各種のアンテナ装置において、全体ビーム制御情報は、ビーム切り替えタイミングに関するビーム切り替えタイミング情報と、その他の制御情報とを含むことができる。特に本変形例１では、図７および図８を参照すると、ビーム切り替えタイミング情報とその他の制御情報とは、別々のメッセージによって、上位装置からビーム制御部に供給される。かかる構成によれば、上記の各種効果を得ることができる。
【００９３】
実施の形態１の変形例２．
実施の形態１およびその変形例１では、ビーム制御情報を逐次送信する例を説明した。本変形例２では、固定的な内容を有し周期的に送信されるビーム制御情報（以下「周期的なビーム制御情報」と呼ぶ場合もある）は事前に送信し、それ以外のビーム制御情報は逐次送信する例を説明する。
【００９４】
周期的なビーム制御情報は、立上げ時、無線フレーム設定時、無線フレーム変更時、等に、ＡＰＡＡ上位装置からＡＰＡＡに送信される。ＡＰＡＡは周期を認識できる機能を備える。例えば、ＧＰＳや電波時計によって絶対時間を把握できる構成、あるいは、ＡＰＡＡ上位装置からクロックが供給される構成を、ＡＰＡＡに適用することで、ＡＰＡＡは高精度のカウンタ機能を備えることが可能である。
【００９５】
図９に、本変形例２に係る処理フロー、すなわち周期的なビーム制御情報を事前に送信する場合の処理フローについて、一例を示す。図９の例では、ＡＰＡＡ上位装置からＡＰＡＡに送信される、周期的なビーム制御情報として、次の（ａ）〜（ｃ）を示している。
【００９６】
（ａ）ＴＤＤ無線フレームに対応した上り下り切り替え設定情報（例：周期１ｍｓ、第１スロットは上り＋他のスロットは下り）。
【００９７】
（ｂ）同期チャネルを固定方向に固定ビーム幅で送信するための設定情報（例：同期チャネル同定情報、および、Ａｚｉｍｕｔｈ（水平方向）とＥｌｅｖａｔｉｏｎ（垂直方向）の角度情報のセット）。
【００９８】
（ｃ）制御チャネル送信時にはビーム幅を最大（例えば半値幅６０°、その他は半値幅１５°）にするための設定情報。
【００９９】
図９では周期的なビーム制御情報が３つである例を示したが、周期的なビーム制御情報は１つだけでもよいし、あるいは２つの組合せでもよい。
【０１００】
その後、図９の例では、ビーム角度情報とビーム切り替えタイミング情報とがセットで、ＡＰＡＡに送信される。
【０１０１】
そして、ＡＰＡＡのビーム制御部は、周期的なビーム制御情報も考慮に入れながら、コマンド変換（換言すれば情報変換）を行う。ビーム制御部は、コマンド変換によってビーム角度情報を生成すると、そのビーム角度情報を速やかにＡＭＰ／移相器に送信する。ＡＭＰ／移相器は、受信したビーム角度情報を、内部のレジスタ／メモリに一次格納しておく。ＡＰＡＡのビーム制御部のビーム切り替えタイミング制御部は、コマンド変換によって生成されたビーム切り替えタイミング情報と、自ら内蔵するカウンタの値と比較し、それにより、指示されたタイミングを検出する。そして、ビーム制御部は、検出したタイミング、すなわちビーム切り替えタイミング情報で指示されたタイミングに応じて、送信開始指示をＡＭＰ／移相器に送信する。ＡＭＰ／移相器は、送信開始指示がある毎に逐次、レジスタ／メモリに貯めておいた情報を内部回路に反映する。
【０１０２】
また、図９によれば、ＡＰＡＡ上位装置からビーム角度情報とビーム切り替えタイミング情報とが来なくても、規定周期に達すると、ビーム制御部のビーム切り替えタイミング制御部は自律的にビーム角度情報および送信開始指示をＡＭＰ／移相器に通知する。
【０１０３】
本変形例２によれば、毎回、ビーム制御情報について制御関連の制御を行う必要がなくなる。それにより、制御メッセージ転送の高速化および簡易化が可能となる。
【０１０４】
本変形例２によれば、例えば次のような構成が提供される。実施の形態１に係る各種のアンテナ装置において、全体ビーム制御情報は、ビーム切り替えタイミングが指定される通常制御情報と、利用周期が指定される周期的制御情報とを含むことができる。ここで、上記の例を参照すると、通常制御情報は、ビーム角度情報とビーム切り替えタイミング情報とがセットになった情報に対応し、周期的制御情報は周期的なビーム制御情報に対応する。通常制御情報から生成された個別ビーム調整情報は、指定されたビーム切り替えタイミングに応じて記憶部から読み出されて個別ビーム調整処理に適用される。一方、周期的制御情報から生成された個別ビーム調整情報は、利用周期ごとに、記憶部から読み出されて個別ビーム調整処理に適用される。かかる構成によれば、上記の各種効果を得ることができる。
【０１０５】
実施の形態２．
実施の形態１では、ビーム切り替えタイミング制御部が何等かのカウンタを有し、ビーム制御情報におけるビーム切り替えタイミング情報に従って設定情報を設定する例を説明した。本実施の形態２では、ＡＰＡＡ上位装置においてタイミング管理を行い、それにより、ビーム制御部からカウンタを不要する。
【０１０６】
図１０および図１１に示すように、ＡＰＡＡ上位装置の一例であるビーム制御装置１８０１は、複数のＡＰＡＡ１８０２〜１８０４と様々な接続形態で接続される。具体的には、図１０ではビーム制御装置１８０１はＡＰＡＡ１８０２〜１８０４と有線接続され、図１１ではビーム制御装置１８０１はＡＰＡＡ１８０２〜１８０４と無線接続されている。
【０１０７】
５Ｇでは、シンボル単位でビーム方向を切り替えることが検討されており、そのため、シンボルの合間にビーム方向を切り替えるには、０．１μｓオーダーの切り替え時間が必要になる。また、ＩｏＴ（Internet of Things）を実現するＭ２Ｍ用の通信については１５ｋＨｚ以下のシンボルレートも検討されているので、シンボルの区切り目が様々なものになると予想されている。
【０１０８】
本実施の形態２は、ＡＰＡＡにおいてカウンタを不要とするとともに、ビーム制御装置において様々な無線フォーマットを認識することで、ＡＰＡＡにおいては無線フォーマットを意識することなくビーム方向を切り替え可能にする。より具体的には、実施の形態２に係るビーム制御装置１８０１およびＡＰＡＡ１８０２〜１８０４は、次の（i）〜（iv）に基づいて構成され動作する。
【０１０９】
（i）ビーム制御装置１８０１は高精度のクロックを保有する。
【０１１０】
（ii）ビーム制御装置１８０１は、ビーム切り替えタイミング情報は送信せずに、ビーム方向を指定するためのビーム制御情報（ビーム幅情報や、テーパ制御情報を含んでもよい）をＡＰＡＡ１８０２〜１８０４に送信する。
【０１１１】
（iii）ビーム制御装置１８０１は、切り替え指示情報、すなわちトリガ情報をＡＰＡＡ１８０２〜１８０４に送信する。このトリガ情報は、トリガ用メッセージによって実現されてもよいし、メッセージを通信する銅線等とは別の配線でパルス／エッジを伝送することによって実現されてもよい。
【０１１２】
（iv）ＡＰＡＡ１８０２〜１８０４は即時にビーム方向を切り替える。
【０１１３】
特に、トリガ信号をＡＰＡＡ毎に個別に送信するのが望ましい。
【０１１４】
また、トリガ信号を送る前に、ビーム制御装置１８０１はターンアラウンドタイム（ＴＡＴ）を測定するための専用メッセージを送信して、各ＡＰＡＡ１８０２〜１８０４はＴＡＴ測定専用メッセージを受信でき次第、応答信号をビーム制御装置１８０１に返信するとよい。ビーム制御装置１８０１では、ＴＡＴ測定専用データを送信してから応答を受信できるまでの時間の１／２の時間を前倒ししてトリガ信号を送信すると更に望ましい。
【０１１５】
また、ビーム制御装置１８０１は、ＡＰＡＡ１８０２〜１８０４がトリガ信号を受信してから設定を反映できるまでの時間をＡＰＡＡ毎に不揮発性メモリに格納しておき、トリガ信号送信時に当該メモリからその格納値を読み出し、その格納値が示す時間分を前倒ししてトリガ信号を送信するのが望ましい。
【０１１６】
また、ヘルスチェック信号を用いてＴＡＴ測定を行えば、ＴＡＴ専用メッセージを不要にすることができる。
【０１１７】
また、ＡＰＡＡ１８０２〜１８０４がＧＰＳ等によるタイムスタンプ情報をビーム制御装置１８０１に送信し、そのタイムスタンプ情報の到達時間が、ビーム制御装置１８０１の時間情報に対してどのくらい遅延しているかを計測し、その遅延時間分を前倒しして、トリガ信号を送信してもよい。
【０１１８】
実施の形態２によれば、例えば次のような構成が提供される。実施の形態１に係る各種のアンテナ装置において、上位装置から送信された予め定められたビーム切り替え指示信号がビーム制御部によって受信されたタイミングを、ビーム切り替えタイミングとして利用する。この場合、個別ビーム調整情報は、ビーム切り替え指示信号の受信をトリガにして記憶部から読み出されて個別ビーム調整処理に適用される。
【０１１９】
また、実施の形態２によれば、通信装置の構成が提供される。より具体的には、通信装置は、複数のアンテナ装置と、複数のアンテナ装置を制御する上位装置とを備え、複数のアンテナ装置のそれぞれは実施の形態２に係る上記構成を有する。上位装置は、ビーム切り替え指示信号をアンテナ装置ごとに送信する。また、上位装置は、ビーム切り替え指示信号の到達タイミングが複数のアンテナ装置で揃うように、各アンテナ装置にビーム切り替え指示信号を送信するタイミングを調整する。
【０１２０】
実施の形態２に係る構成によれば、上記の各種効果を得ることができる。
【０１２１】
ところで、実施の形態１，２ではＡＰＡＡにＲＦ（Radio Frequency）信号が入力される例を説明した。これに対し、図１２に例示するようにＩＦ（Intermediate Frequency）信号がＡＰＡＡに入力される場合、および、図１３に例示するようにデジタルＩＱのベースバンド信号／デジタルＩＦ信号がＡＰＡＡに入力される場合にも、実施の形態１，２を応用することは可能である。
【０１２２】
実施の形態３．
実施の形態３では、ＡＰＡＡの基板層数を減らして簡易な構成とするために、ビーム制御部からＡＭＰおよび移相器までの配線を削減する技術を開示する。
【０１２３】
各素子毎にＡＭＰおよび移相器を設けると実装面積が不足するので、図１４および図１５に示すように、例えば１６素子分のＡＭＰおよび移相器をＩＣで集積する方法が知られている（例えば非特許文献７）。
【０１２４】
本実施の形態３では、該ＩＣとビーム制御部（コントローラ）で制御コマンドの通信を行い、ビームの指向性、振幅、ＴＤＤの送受信切り替え制御等を行う場合に、図１６に示すように制御信号用にバス構成を適用する。これにより、配線数を低減させることができる。
【０１２５】
コントローラから各ＩＣまでの配線にバス構成を適用すると、配線を低減できるが、以下の問題がある。
【０１２６】
アンテナ素子どうしの距離は概ね波長λの１／２程度である。１０ＧＨｚの周波数を用い、２５６個のアンテナ素子を１６素子×１６素子に正方形に配置した場合、λ＝３×１０１０／（１０×１０９）＝３ｃｍなので、アンテナ基板の大きさは２４ｃｍ×２４ｃｍ程度となる。１つのコントローラで各ＩＣに制御する構成の場合、アンテナ層数削減のためにコントローラはパッチアンテナの裏に設けないことを考慮すると、コントローラから最も近い素子とコントローラから最も遠い素子との距離差は、概ね往復で６０ｃｍ程度となる。ポリエチレンの誘電率を考慮した波長短縮率を０．６６とすると、上記距離差は時間にして約３ｎｓ差に相当する。
【０１２７】
ここで、素子数が多いと制御コマンドのデータ量が多くなり、シリアル制御のクロック周波数を高くする必要がある。２５０ＭＨｚの動作クロックにすると、１データに要する時間は４ｎｓになる。
【０１２８】
そのため、ビーム制御部がアクセスする先で共通のタイミングでリード／ライトを行うと、クロックのジッタマージンが少なくて安定的に動作できないという問題が発生する。
【０１２９】
かかる問題に鑑み、共通のバスを利用するにも関わらず、アクセス先毎（ＡＭＰ部、移相器等）に異なるクロック位相でデータの送受信を行う機能を設ける。
【０１３０】
ＡＰＡＡの構成を図１７に模式的に示す。図１７に示すように、アクセス先Ａはビーム制御部に近く、アクセス先Ｂはビーム制御部から遠い。アクセス先Ａ、Ｂはそれぞれ、ＡＭＰおよび移相器を備えており、アクセス先（すなわちＡＭＰおよび移相器）からアンテナ放射部までの配線のインピーダンスを同一にするためにアクセス先はアンテナ放射分に近接して配置される。制御信号線がアクセス先（ＡＭＰおよび移相器）とアンテナ放射部との間の接続を妨げないように、制御信号線の本数を極力少なくし、制御信号線の長さを短くする必要がある。そのため、アクセス先Ａとアクセス先Ｂとの接続にはバス構成を適用する。
【０１３１】
図１８に、リードサイクル時のアクセス例を説明する図を示す。アクセス先Ａよりもアクセス先Ｂの方が遠いので、ビーム制御部は、アクセス先Ａに対してリードを行う時には、ビーム制御部の動作基準クロックの立下りタイミングで取り込みを行い、アクセス先Ｂに対してリードを行う時には、動作基準クロックの立ち上がりから１／４相ずれたタイミングで取り込みを行う。取り込みタイミングが大きく異なることに鑑み、連続アクセスを行う場合には、アクセス間隔を、取り込みタイミング時間幅以上の時間に設定するものとする。これにより、近いアクセス先と遠いアクセス先とを交互にアクセス可能となる。
【０１３２】
実施の形態３によれば、例えば次のような構成が提供される。
【０１３３】
複数のアンテナ素子を備えたアンテナ装置が提供される。より具体的には、アンテナ装置は、ビーム制御部と、個別ビーム調整部とを備えている。ビーム制御部は、アンテナ装置によって放射する全体ビームに関する全体ビーム制御情報をアンテナ装置の上位装置から取得し、全体ビーム制御情報から、複数のアンテナ素子のそれぞれによって放射する個別ビームに関する個別ビーム調整情報を生成する。個別ビーム調整部は、個別ビーム調整情報に従って個別ビームの形成を調整する個別ビーム調整処理を行う。複数のアンテナ素子は複数のグループに分けられており、個別ビーム調整部は、複数のグループにそれぞれ設けられた複数の個別ビーム調整回路を含んでいる。なお、個別ビーム調整回路は、上記の例を参照すると、１６素子分のＡＭＰおよび移相器を集積したＩＣに対応する。各個別ビーム調整回路は、ビーム制御部に接続された複数のバスのいずれかに接続されている。ビーム制御部は、同じバスに接続された個別ビーム調整回路について、ビーム制御部からの距離に応じて定められたクロック位相によって、データのリード／ライトのタイミングを調整する。
【０１３４】
また、実施の形態３によれば、通信装置の構成が提供される。より具体的には、実施の形態３に係る上記構成を有する少なくとも１つのアンテナ装置と、当該少なくとも１つのアンテナ装置を制御する上位装置と、を備えた通信装置が提供される。
【０１３５】
実施の形態３に係る構成によれば、上記の各種効果を得ることができる。
【０１３６】
前述の各実施の形態およびその変形例は、本発明の例示に過ぎず、本発明の範囲内において、各実施の形態およびその変形例を自由に組合せることができる。また各実施の形態およびその変形例の任意の構成要素を適宜変更または省略することができる。
【０１３７】
本発明は詳細に説明されたが、上記した説明は、すべての局面において、例示であって、本発明がそれに限定されるものではない。例示されていない無数の変形例が、本発明の範囲から外れることなく想定され得るものと解される。
【符号の説明】
【０１３８】
１００１，１８０２〜１８０４  ＡＰＡＡ、１０１１〜１０１３  ＡＭＰ、１０２１〜１０２３  移相器、１０３１〜１０３３  アンテナ素子（アンテナ放射部）、１０４１  ビーム制御部、１０４１１  演算処理部、１０４１２  設定情報生成部、１０４１２Ｍ，１０１１Ｍ〜１０１３Ｍ，１０２１Ｍ〜１０２３Ｍ  記憶部、１０４１３  ビーム切り替えタイミング制御部、１８０１  ビーム制御装置（ＡＰＡＡ上位装置）。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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