(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
分散配置された複数のアンテナ装置と、複数の前記アンテナ装置でそれぞれ送受信される信号の振幅および位相を制御するアレー制御装置とを有するアレーアンテナシステムにおいて、
前記アレー制御装置は、
複数の前記アンテナ装置でそれぞれ送受信される複数周波数の信号にそれぞれ重み係数を乗算する複数の乗算部と、
複数の前記乗算部から出力される前記複数周波数の信号に対する前記アンテナ装置毎の暫定重み係数を算出する係数算出部と、
前記係数算出部が算出した前記複数周波数のそれぞれに対する前記暫定重み係数間の複素平面上での位相差を算出する位相差算出部と、
前記位相差算出部が算出した前記暫定重み係数間の位相差から前記複数周波数の差分周波数を仮想入力信号とする重み係数を算出し、当該仮想入力信号の重み係数と前記暫定重み係数とに基づいて前記アンテナ装置間の周波数誤差および位相差を求め、前記周波数誤差および位相差に応じて前記係数算出部が求めた前記暫定重み係数を補正して前記乗算部が次に乗算する重み係数とする係数補正部と
を有することを特徴とするアレーアンテナシステム。
【請求項２】
請求項１に記載のアレーアンテナシステムにおいて、
前記アレー制御装置は、
前記複数周波数の第１周波数と第２周波数との周波数差で前記第１周波数を除算した値を前記仮想入力信号の重み係数に累乗した値、および前記周波数差で前記第２周波数を除算した値を前記仮想入力信号の重み係数に累乗した値を算出するか、または、前記周波数差で前記第１周波数を除算した値を前記仮想入力信号の重み係数の複素平面上での位相に乗算した値、および前記周波数差で前記第２周波数を除算した値を前記仮想入力信号の重み係数の複素平面上での位相に乗算した値を算出する係数位相差累乗部をさらに有し、
前記係数補正部は、前記係数位相差累乗部が算出した値から前記アンテナ装置間の周波数誤差および位相差を求め、前記係数算出部が求めた前記暫定重み係数を補正して前記乗算部が次に乗算する重み係数とする
ことを特徴とするアレーアンテナシステム。
【請求項３】
請求項１または２に記載のアレーアンテナシステムにおいて、
前記アレー制御装置は、
複数の周波数帯域を有するマルチキャリア信号を前記アンテナ装置で送受信する場合、前記マルチキャリア信号を構成する複数の周波数帯域の信号を前記複数周波数の信号として処理を行い、
１つの周波数帯域を有するシングルキャリア信号を前記アンテナ装置で送受信する場合、前記シングルキャリア信号を複数の周波数帯域の信号に分離または複数の周波数帯域の信号を前記シングルキャリア信号に合成する帯域分離合成部を設け、前記帯域分離合成部が分離または合成する複数の周波数帯域の信号を前記複数周波数の信号として処理を行う
ことを特徴とするアレーアンテナシステム。
【請求項４】
分散配置された複数のアンテナ装置でそれぞれ送受信される信号の振幅および位相を制御するアレー制御方法であって、
複数の前記アンテナ装置でそれぞれ送受信される複数周波数の信号にそれぞれ重み係数を乗算器で乗算する処理と、
複数の前記乗算器から出力される前記複数周波数の信号に対する前記アンテナ装置毎の暫定重み係数を算出する処理と、
前記複数周波数のそれぞれに対する前記暫定重み係数間の複素平面上での位相差を算出する処理と、
前記暫定重み係数間の位相差から前記複数周波数の差分周波数を仮想入力信号とする重み係数を算出し、当該仮想入力信号の重み係数と前記暫定重み係数とに基づいて前記アンテナ装置間の周波数誤差および位相差を求め、前記周波数誤差および位相差に応じて前記暫定重み係数を補正して前記乗算器が次に乗算する重み係数とする処理と
を行うことを特徴とするアレー制御方法。
【請求項５】
請求項４に記載のアレー制御方法において、
前記複数周波数の第１周波数と第２周波数との周波数差で前記第１周波数を除算した値を前記仮想入力信号の重み係数に累乗した値、および前記周波数差で前記第２周波数を除算した値を前記仮想入力信号の重み係数に累乗した値を算出するか、または、前記周波数差で前記第１周波数を除算した値を前記仮想入力信号の重み係数の複素平面上での位相に乗算した値、および前記周波数差で前記第２周波数を除算した値を前記仮想入力信号の重み係数の複素平面上での位相に乗算した値を算出する処理をさらに行い、当該処理により算出した値から前記アンテナ装置間の周波数誤差および位相差を求め、前記暫定重み係数を補正して前記乗算器が次に乗算する重み係数とする
ことを特徴とするアレー制御方法。
【請求項６】
分散配置された複数のアンテナ装置でそれぞれ送受信される信号の振幅および位相を制御するアレー制御装置において、
複数の前記アンテナ装置でそれぞれ送受信される複数周波数の信号にそれぞれ重み係数を乗算する複数の乗算部と、
複数の前記乗算部から出力される前記複数周波数の信号に対する前記アンテナ装置毎の暫定重み係数を算出する係数算出部と、
前記係数算出部が算出した前記複数周波数のそれぞれに対する前記暫定重み係数間の複素平面上での位相差を算出する位相差算出部と、
前記位相差算出部が算出した前記暫定重み係数間の位相差から前記複数周波数の差分周波数を仮想入力信号とする重み係数を算出し、当該仮想入力信号の重み係数と前記暫定重み係数とに基づいて前記アンテナ装置間の周波数誤差および位相差を求め、前記周波数誤差および位相差に応じて前記係数算出部が求めた前記暫定重み係数を補正して前記乗算部が次に乗算する重み係数とする係数補正部と
を有することを特徴とするアレー制御装置。
【請求項７】
請求項６に記載のアレー制御装置において、
前記複数周波数の第１周波数と第２周波数との周波数差で前記第１周波数を除算した値を前記仮想入力信号の重み係数に累乗した値、および前記周波数差で前記第２周波数を除算した値を前記仮想入力信号の重み係数に累乗した値を算出するか、または、前記周波数差で前記第１周波数を除算した値を前記仮想入力信号の重み係数の複素平面上での位相に乗算した値、および前記周波数差で前記第２周波数を除算した値を前記仮想入力信号の重み係数の複素平面上での位相に乗算した値を算出する係数位相差累乗部をさらに有し、
前記係数補正部は、前記係数位相差累乗部が算出した値から前記アンテナ装置間の周波数誤差および位相差を求め、前記係数算出部が求めた前記暫定重み係数を補正して前記乗算部が次に乗算する重み係数とする
ことを特徴とするアレー制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アレーアンテナシステムにおけるアンテナ間の周波数・位相誤差を補償する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、第５世代以降の移動通信分野において、飛躍的な高速化・大容量化が求められており、その実現のために高周波帯の利用、及び数十〜数百のアンテナ素子によるＭａｓｓｉｖｅ  ＭＩＭＯ(multiple input and multiple output)の技術を用いた分散アレーアンテナシステムの利用が考えられている。しかしながら、全てのアンテナ素子でＡ／Ｄ変換・Ｄ／Ａ変換を行う構成は、自由度の高いアレー制御を可能にするが、ハードウェア構成や伝搬路行列を求めるための信号処理が複雑になり、消費電力が増加するなどの観点から実現することが難しい。このため、アンテナ素子をある程度のまとまった数に分割してアナログビームフォーミングとデジタルＭＩＭＯ処理とを組み合わせたサブアレー型の構成などが用いられており、サブアレー間隔を１０λ以上離すことにより、周波数利用効率を向上できることが報告されている(例えば、非特許文献１参照)。
【０００３】
また、ミリ波を利用する場合、見通し波に対して反射波等の信号成分は減衰が大きいため、見通し波の信号成分を積極的に利用する信号処理技術の検討も行われている(例えば、非特許文献２参照)。この場合、ミリ波は人体遮蔽などによって大きく減衰するので、見通しを確保するためにアンテナ間隔を数１００λ〜数１０００λ（λ：波長）以上離すことが有効であると考えられている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】中川兼治・井浦裕貴・平  明徳・石岡和明・岡崎彰浩（三菱電機）・須山  聡・奥村幸彦（ＮＴＴドコモ）・岡村  敦「５Ｇ超大容量Ｍａｓｓｉｖｅ  ＭＩＭＯ伝送における４４ＧＨｚ帯屋外基礎実験に基づいたアンテナ構成評価」電子情報通信学会  無線通信システム研究会ＲＣＳ２０１５−２４
【非特許文献２】丸田一輝・岩國辰彦・太田  厚・白戸裕史・新井拓人・飯塚正孝「第１固有モード伝送を積極活用する高周波数帯マルチユーザＭａｓｓｉｖｅ  ＭＩＭＯの検討」電子情報通信学会  無線通信システム研究会  ＲＣＳ２０１５−２０５
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第５６９４２４０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述のように、サブアレー型などの複数のアンテナ装置の間隔が広くなると、各アンテナ装置に供給する信号の周波数・位相誤差が問題となる。例えば、複数のアンテナ装置と送受信装置との間でのミリ波信号の直接伝送や、送受信装置から各アンテナ装置への搬送波供給などを行う場合、ケーブルロスの影響が問題となる。また、例えば光ファイバを用いたＲｏＦ(Radio Over Fiber)を行う場合においても、ミリ波帯への対応は難しい。
【０００７】
図６は、比較例のアレーアンテナシステム７００の一例を示す。図６において、アンテナ装置（７０１（１）〜７０１（ｋ）〜７０１（Ｎ）：Ｎは２以上の整数，ｋは１≦ｋ≦Ｎの整数）は、それぞれにアンテナ（８０１（１）〜８０１（ｋ）〜８０１（Ｎ））と、局部発振器（８０２（１）〜８０２（ｋ）〜８０２（Ｎ））と、周波数変換器（８０３（１）〜８０３（ｋ）〜８０３（Ｎ））とを備える。この場合、Ｎ台の局部発振器８０２は、周波数・位相の同期が必要となり、例えば同一の１０ＭＨｚのレファレンス信号を与えて同期を取る方法などが用いられている。しかし、離れて設置される複数のアンテナ装置７０１のそれぞれに付属するＲＦ（Radio Frequency）装置（局部発振器８０２，周波数変換器８０３など）は、風や日光の当たり方など周辺環境の僅かな違いによって温度特性が異なり、時間経過と共に微小ではあるがＲＦ装置間に位相差が生じるという問題がある。
【０００８】
このように、各アンテナ装置７０１に付属する周波数変換器８０３や局部発振器８０２が分散配置されるため、特にミリ波帯の信号を送受信する場合、局部発振器８０２間の同期を完全にとることが難しい。この結果、アレー制御装置７０２の乗算器９０１（１）〜９０１（ｋ）〜９０１（Ｎ）において、振幅位相重み係数（Ｗ１〜Ｗｋ〜ＷＮ）を乗算してアレー制御を行っても、アンテナ装置７０１間で周波数・位相誤差が生じるという問題がある。
【０００９】
１３．０５ＧＨｚで−６０ｄＢｃ／Ｈｚ＠１００Ｈｚの局部発振器を持つ２つの周波数変換器８０３を１ｍ程度離して配置し、共通の１ＧＨｚ帯の無変調信号と１０ＭＨｚのレファレンス信号を入力して１４ＧＨｚのＫｕ帯へ周波数変換をそれぞれ実施した。図７は、そのときの出力位相の相対的な変化（相対位相変化）を測定しプロットした図である。ここで、横軸は時間［分］、縦軸は相対位相［度］である。図７の結果から、比較的近くに置いて共通のレファレンス信号を入れているにも拘わらず、分単位の長い時間間隔ではあるが、時間の経過に伴って位相差が大きくなっていくことが確認できる。このため、周波数変換器８０３を有する複数のアンテナ装置７０１が離れて配置されている場合、時間変動に対して発生するアンテナ装置７０１間の位相変動を補償する必要がある。そこで、複数周波数を用いた信号の到来方向の推定により位相変動を補償する方法が考えられている（例えば、特許文献３参照）。しかし、この方法は、信号の到来方向の推定によって算出した到来角を元に位相変動を補償するため、アンテナ装置間の距離が既知である必要がある。この場合、周波数が高いほど波長が短くなるため、求められる距離精度は厳しくなる。ところが、例えば６０ＧＨｚの信号は、１波長の間隔が０．５ｍｍ程度であり、実運用において、アンテナ装置間の正確な距離測定が難しいという問題がある。アレーアンテナシステムでは、複数のアンテナ装置を連携して動作させるため、ＲＦ装置を含むアンテナ装置間の周波数・位相誤差を取り除く必要があるが、従来技術では上述の理由により、実現することが難しい。
【００１０】
上記課題に鑑み、本発明に係るアレーアンテナシステム、アレー制御方法およびアレー制御装置は、アンテナ装置の間隔が広い場合であっても、アンテナ装置間で発生する周波数・位相誤差の補償を行うことができる技術を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
第１の発明は、分散配置された複数のアンテナ装置と、複数のアンテナ装置でそれぞれ送受信される信号の振幅および位相を制御するアレー制御装置とを有するアレーアンテナシステムにおいて、アレー制御装置は、複数のアンテナ装置でそれぞれ送受信される複数周波数の信号にそれぞれ重み係数を乗算する複数の乗算部と、複数の乗算部から出力される複数周波数の信号に対するアンテナ装置毎の暫定重み係数を算出する係数算出部と、係数算出部が算出した複数周波数のそれぞれに対する暫定重み係数間の複素平面上での位相差を算出する位相差算出部と、位相差算出部が算出した暫定重み係数間の位相差から複数周波数の差分周波数を仮想入力信号とする重み係数を算出し、当該仮想入力信号の重み係数と暫定重み係数とに基づいてアンテナ装置間の周波数誤差および位相差を求め、周波数誤差および位相差に応じて係数算出部が求めた暫定重み係数を補正して乗算部が次に乗算する重み係数とする係数補正部とを有することを特徴とする。
【００１２】
第２の発明では、アレー制御装置は、複数周波数の第１周波数と第２周波数との周波数差で第１周波数を除算した値を仮想入力信号の重み係数に累乗した値、および周波数差で第２周波数を除算した値を仮想入力信号の重み係数に累乗した値を算出するか、または、周波数差で第１周波数を除算した値を仮想入力信号の重み係数の複素平面上での位相に乗算した値、および周波数差で第２周波数を除算した値を仮想入力信号の重み係数の複素平面上での位相に乗算した値を算出する係数位相差累乗部をさらに有し、係数補正部は、係数位相差累乗部が算出した値からアンテナ装置間の周波数誤差および位相差を求め、係数算出部が求めた暫定重み係数を補正して乗算部が次に乗算する重み係数とすることを特徴とする。
【００１３】
第３の発明では、アレー制御装置は、複数の周波数帯域を有するマルチキャリア信号をアンテナ装置で送受信する場合、マルチキャリア信号を構成する複数の周波数帯域の信号を複数周波数の信号として処理を行い、１つの周波数帯域を有するシングルキャリア信号をアンテナ装置で送受信する場合、シングルキャリア信号を複数の周波数帯域の信号に分離または複数の周波数帯域の信号をシングルキャリア信号に合成する帯域分離合成部を設け、帯域分離合成部が分離または合成する複数の周波数帯域の信号を複数周波数の信号として処理を行うことを特徴とする。
【００１４】
第４の発明は、分散配置された複数のアンテナ装置でそれぞれ送受信される信号の振幅および位相を制御するアレー制御方法であって、複数のアンテナ装置でそれぞれ送受信される複数周波数の信号にそれぞれ重み係数を乗算器で乗算する処理と、複数の乗算器から出力される複数周波数の信号に対するアンテナ装置毎の暫定重み係数を算出する処理と、複数周波数のそれぞれに対する暫定重み係数間の複素平面上での位相差を算出する処理と、暫定重み係数間の位相差から複数周波数の差分周波数を仮想入力信号とする重み係数を算出し、当該仮想入力信号の重み係数と暫定重み係数とに基づいてアンテナ装置間の周波数誤差および位相差を求め、周波数誤差および位相差に応じて暫定重み係数を補正して乗算器が次に乗算する重み係数とする処理とを行うことを特徴とする。
【００１５】
第５の発明では、複数周波数の第１周波数と第２周波数との周波数差で第１周波数を除算した値を仮想入力信号の重み係数に累乗した値、および周波数差で第２周波数を除算した値を仮想入力信号の重み係数に累乗した値を算出するか、または、周波数差で第１周波数を除算した値を仮想入力信号の重み係数の複素平面上での位相に乗算した値、および周波数差で第２周波数を除算した値を仮想入力信号の重み係数の複素平面上での位相に乗算した値を算出する処理をさらに行い、当該処理により算出した値からアンテナ装置間の周波数誤差および位相差を求め、暫定重み係数を補正して乗算器が次に乗算する重み係数とすることを特徴とする。
【００１７】
第６の発明は、分散配置された複数のアンテナ装置でそれぞれ送受信される信号の振幅および位相を制御するアレー制御装置において、複数のアンテナ装置でそれぞれ送受信される複数周波数の信号にそれぞれ重み係数を乗算する複数の乗算部と、複数の乗算部から出力される複数周波数の信号に対するアンテナ装置毎の暫定重み係数を算出する係数算出部と、係数算出部が算出した複数周波数のそれぞれに対する暫定重み係数間の複素平面上での位相差を算出する位相差算出部と、位相差算出部が算出した暫定重み係数間の位相差から複数周波数の差分周波数を仮想入力信号とする重み係数を算出し、当該仮想入力信号の重み係数と暫定重み係数とに基づいてアンテナ装置間の周波数誤差および位相差を求め、周波数誤差および位相差に応じて係数算出部が求めた暫定重み係数を補正して乗算部が次に乗算する重み係数とする係数補正部とを有することを特徴とする。
【００１８】
第７の発明では、複数周波数の第１周波数と第２周波数との周波数差で第１周波数を除算した値を仮想入力信号の重み係数に累乗した値、および周波数差で第２周波数を除算した値を仮想入力信号の重み係数に累乗した値を算出するか、または、周波数差で第１周波数を除算した値を仮想入力信号の重み係数の複素平面上での位相に乗算した値、および周波数差で第２周波数を除算した値を仮想入力信号の重み係数の複素平面上での位相に乗算した値を算出する係数位相差累乗部をさらに有し、係数補正部は、係数位相差累乗部が算出した値からアンテナ装置間の周波数誤差および位相差を求め、係数算出部が求めた暫定重み係数を補正して乗算部が次に乗算する重み係数とすることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１９】
本発明に係るアレーアンテナシステム、アレー制御方法およびアレー制御装置は、アンテナ装置の間隔が広い場合であっても、アンテナ装置間で発生する周波数・位相誤差の補償を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本実施形態に係るアレーアンテナシステムの受信系の一例を示す図である。
【図２】本実施形態に係るアレーアンテナシステムの送信系の一例を示す図である。
【図３】本実施形態に係るアレーアンテナシステムの制御処理の一例を示す図である。
【図４】シミュレーション結果の一例を示す図である。
【図５】複数の周波数信号の生成例を示す図である。
【図６】比較例のアレーアンテナシステムを示す図である。
【図７】相対位相の変化の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、図面を参照して本発明に係るアレーアンテナシステムの実施形態について説明する。
【００２２】
本実施形態では、分散配置されたサブアレー等のアンテナ素子を一つのアンテナ装置と定義する。
【００２３】
図１は、本実施形態に係るアレーアンテナシステム１００の受信系の一例を示す。アレーアンテナシステム１００は、アンテナ装置１０１（１）、・・・、アンテナ装置１０１（ｋ）、・・・、アンテナ装置１０１（Ｎ）のＮ台（ｋ＝１〜Ｎの整数，Ｎ：２以上の整数）のアンテナ装置と、アレー制御装置１０２とを有する。
【００２４】
アンテナ装置１０１（１）〜１０１（Ｎ）は、アンテナ２０１（１）〜２０１（Ｎ）、局部発振器２０２（１）〜２０２（Ｎ）および周波数変換器２０３（１）〜２０３（Ｎ）をそれぞれ有する。
【００２５】
アレー制御装置１０２は、フィルタ回路３０１（１）〜３０１（Ｎ）、乗算器３０２ｆ１（１）〜３０２ｆ１（Ｎ）、乗算器３０２ｆ２（１）〜３０２ｆ２（Ｎ）、第１合成回路３０３ｆ１、第２合成回路３０３ｆ２、第１係数算出回路３０４ｆ１、第２係数算出回路３０４ｆ２、係数位相差・累乗回路３０５、アンテナ間位相差算出回路３０６および係数補正回路３０７を有する。
【００２６】
ここで、アンテナ装置１０１（１）、・・・、アンテナ装置１０１（ｋ）、・・・、アンテナ装置１０１（Ｎ）に共通の事項を説明する場合は、符号末尾の（番号）を省略してアンテナ１０１または１０１（ｋ）と表記する。また、他のブロック（フィルタ回路３０１（１））などの符号末尾に各アンテナ装置１０１に対応する（番号）が付加されたブロックについても、共通の事項を説明する場合は、符号末尾の（番号）を省略して例えばフィルタ回路３０１または３０１（ｋ）と表記する。
【００２７】
先ず、アンテナ装置１０１（ｋ）の各部について説明する。
【００２８】
アンテナ２０１（ｋ）は、信号源１０３のアンテナから送信される信号を受信する。
【００２９】
局部発振器２０２（ｋ）は、所定の周波数の信号を発振する。
【００３０】
周波数変換器２０３（ｋ）は、アンテナ２０１（ｋ）の受信信号と局部発振器２０２（ｋ）が発振する信号とを乗算して、受信信号の周波数変換を行う。
【００３１】
ここで、図１において、アレーアンテナシステム１００は、信号源１０３から複数周波数（本実施形態では周波数ｆ１、ｆ２）の信号を受信するものとする。なお、周波数ｆ１、ｆ２の信号は、同一の経路長差で電波が伝搬してくるものとみなすことができる周波数差であるものとする。また、本実施形態では、実際の通信環境を想定して、所望波（信号源１０３からの直接波）だけでなく干渉波（マルチパス信号や他信号源からの干渉波）などもアンテナ装置１０１に入ることを前提に説明する。
【００３２】
次に、アレー制御装置１０２の各部について説明する。
【００３３】
フィルタ回路３０１（ｋ）は、信号源１０３から送信される周波数ｆ１の信号と周波数ｆ２の信号と分離する周波数分離フィルタである。
【００３４】
乗算器３０２ｆ１（ｋ）は、フィルタ回路３０１（ｋ）が分離した周波数ｆ１の信号に振幅位相重み係数Ｗｆ１，ｋを乗算する。
【００３５】
乗算器３０２ｆ２（ｋ）は、フィルタ回路３０１（ｋ）が分離した周波数ｆ２の信号に振幅位相重み係数Ｗｆ２，ｋを乗算する。
【００３６】
第１合成回路３０３ｆ１は、乗算器３０２ｆ１（１）〜乗算器３０２ｆ１（Ｎ）のＮ台の乗算器３０２ｆ１が出力するＮ個の信号を合成する。
【００３７】
第２合成回路３０３ｆ２は、乗算器３０２ｆ２（１）〜乗算器３０２ｆ２（Ｎ）のＮ台の乗算器３０２ｆ２が出力するＮ個の信号を合成する。
【００３８】
第１係数算出回路３０４ｆ１は、乗算器３０２ｆ１（１）〜乗算器３０２ｆ１（Ｎ）のＮ台の乗算器３０２ｆ１が出力するＮ個のそれぞれの信号に対する振幅位相重み係数（Ｗｆ１，ｋ）を算出する。
【００３９】
第２係数算出回路３０４ｆ２は、乗算器３０２ｆ２（１）〜乗算器３０２ｆ２（Ｎ）のＮ台の乗算器３０２ｆ２が出力するＮ個のそれぞれの信号に対する振幅位相重み係数（Ｗｆ２，ｋ）を算出する。
【００４０】
係数位相差・累乗回路３０５は、第１係数算出回路３０４ｆ１が出力する振幅位相重み係数（Ｗｆ１，ｋ）と第２係数算出回路３０４ｆ２が出力する振幅位相重み係数（Ｗｆ２，ｋ）との複素共役を掛け合わせることにより、周波数ｆ１と周波数ｆ２との差分周波数（ｆ１−ｆ２）の仮想入力信号に対する振幅位相重み係数（Ｗｆｄ，ｋ）を算出する。なお、振幅位相重み係数Ｗｆｄ，ｋの算出式は後述する。ここで、以降の説明において、特に必要とする場合を除いて、アンテナ装置１０１の番号を示す変数ｋを省略して説明する。例えば周波数ｆ１の信号の振幅位相重み係数Ｗｆ１，ｋはＷｆ１、周波数ｆ２の信号の振幅位相重み係数Ｗｆ２，ｋはＷｆ２、差分周波数（ｆ１−ｆ２）の仮想入力信号に対する振幅位相重み係数Ｗｆｄ，ｋはＷｆｄと表記する。
【００４１】
また、係数位相差・累乗回路３０５は、複数周波数の第１周波数と第２周波数とを用いて、第１周波数と第２周波数との差分周波数で第１周波数を除算した値で差分周波数の仮想入力信号に対する振幅位相重み係数を累乗した値を求める。または、係数位相差・累乗回路３０５は、第１周波数と第２周波数との差分周波数で第１周波数を除算した値を差分周波数の仮想入力信号に対する振幅位相重み係数の複素平面上での位相に乗算した値を求める。
【００４２】
具体的には、係数位相差・累乗回路３０５は、差分周波数（ｆ１−ｆ２）の仮想入力信号に対する振幅位相重み係数Ｗｆｄ（正規化されたものＷｆｄ/｜Ｗｆｄ｜）にｆ１／（ｆ１−ｆ２）を累乗した値を算出する。または、係数位相差・累乗回路３０５は、差分周波数（ｆ１−ｆ２）の仮想入力信号に対する振幅位相重み係数Ｗｆｄ（正規化されたものＷｆｄ/｜Ｗｆｄ｜）の複素平面上での位相θｆｄを直接求めて、位相θｆｄにｆ１／（ｆ１−ｆ２）を乗算した値を算出する。
【００４３】
アンテナ間位相差算出回路３０６は、第１係数算出回路３０４ｆ１および第２係数算出回路３０４ｆ２が出力する振幅位相重み係数（Ｗｆ１）および振幅位相重み係数（Ｗｆ２）と、係数位相差・累乗回路３０５が出力する差分周波数（ｆ１−ｆ２）の仮想入力信号に対する振幅位相重み係数（Ｗｆｄ）とに基づいて、アンテナ装置１０１間の位相差θｅを算出する。例えば、アンテナ間位相差算出回路３０６は、周波数ｆ１の振幅位相重み係数（Ｗｆ１）に対するアンテナ装置１０１間の位相差θｅ１と、周波数ｆ２の振幅位相重み係数（Ｗｆ２）に対するアンテナ装置１０１間の位相差θｅ２とを算出する。具体的には、アンテナ間位相差算出回路３０６は、複数周波数のそれぞれの周波数で送受信される信号に対する振幅位相重み係数（Ｗｆ１，Ｗｆ２）と差分周波数（ｆ１−ｆ２）の仮想入力信号に対する振幅位相重み係数（Ｗｆｄ）との複素平面上での位相を比較して、アンテナ装置１０１間の位相差（θｅ１，θｅ２）を算出する。ここで、本実施形態では、説明がわかり易いように係数位相差・累乗回路３０５とアンテナ間位相差算出回路３０６とに分けて説明したが、係数位相差・累乗回路３０５とアンテナ間位相差算出回路３０６とを１つのブロックにまとめて位相差算出回路としてもよい。
【００４４】
係数補正回路３０７は、アンテナ間位相差算出回路３０６が求めた位相差θｅ１および位相差θｅ２を、第１係数算出回路３０４ｆ１が出力する振幅位相重み係数（Ｗｆ１）および第２係数算出回路３０４ｆ２が出力する振幅位相重み係数（Ｗｆ２）のそれぞれに複素乗算して、乗算器３０２ｆ１および乗算器３０２ｆ２が用いる振幅位相重み係数Ｗｆ１およびＷｆ２を更新する。なお、係数補正回路３０７は、Ｎ個の周波数ｆ１の信号の振幅位相重み係数（Ｗｆ１，１〜Ｗｆ１，Ｎ）およびＮ個の周波数ｆ２の信号の振幅位相重み係数（Ｗｆ２，１〜Ｗｆ２，Ｎ）に対して同様の処理を行う。
【００４５】
このように、本実施形態に係るアレーアンテナシステム１００は、信号源１０３から受信する信号を複数のアンテナ装置１０１が別々に周波数変換する場合に、周波数変換された信号の複数周波数のそれぞれの信号に対して求めた振幅位相重み係数と、複数周波数の差分周波数の仮想入力信号に対して求めた振幅位相重み係数とに基づいて、アンテナ装置１０１間の位相差θｅを算出する。そして、位相差θｅに基づいて、乗算器３０２ｆ１および乗算器３０２ｆ２が次に乗算する振幅位相重み係数Ｗｆ１およびＷｆ２が更新される。このようにして、本実施形態に係るアレーアンテナシステム１００は、アンテナ装置１０１の間隔が広い場合であっても、アンテナ装置１０１間で発生する周波数・位相誤差の補償を行うことができる。
【００４６】
次に、本実施形態に係るアレーアンテナシステム１００の処理について詳しく説明する。
【００４７】
図１において、時間軸上のある瞬間ｔにｋ番目のアンテナ装置１０１（ｋ）で受信される信号Ｓｆ１，ｋ（ｔ）は、式（１）で表わすことができる。
【００４８】
【数１】
0006505621.tif 000002
【００４９】
式（１）において、ｔは時間、ｆ１は第１信号搬送波の周波数、ｃは光速、ＶｓおよびＶｕはそれぞれ所望波および干渉波の振幅、Ｄｋ，ｓおよびＤｋ，ｕはそれぞれ所望波および干渉波におけるアンテナ装置１０１（ｋ）の基準点に対する経路長差、ｎｋ，１はアンテナ装置１０１（ｋ）に対する信号搬送波の周波数ｆ１で加わる雑音、をそれぞれ示している。ここで、基準点は、例えばアンテナ装置１０１（１）のアンテナ２０１（１）の位置を基準点にしてもよいし、他の位置を基準点にしてもよい。
【００５０】
また、各アンテナ装置１０１の信号Ｓｆ１,ｋをまとめた信号をＳｆ１と置くと、相関行列Ｒｘｘ１は式（２）で表される。
【００５１】
【数２】
0006505621.tif 000003
【００５２】
ここで、アンテナ装置１０１の振幅位相重み係数を固定し、信号源１０３のアンテナから信号が到来する角度や経路長差が未知の場合、アダプティブアレーのＰＩＡＡ(Power Inversion Adaptive Array)アルゴリズムによる拘束ベクトルをＣ＝［１，０，…］とすると、信号搬送波の周波数ｆ１における振幅位相重み係数Ｗｆ１は、第１係数算出回路３０４ｆ１により式（３）で求めることができる。
Ｗｆ１＝Ｒｘｘ１−１Ｃ  …（３）
ここで、ＰＩＡＡアルゴリズムは、アンテナ装置１０１の最適化係数を拘束し、入力電力が最も大きい信号を抑圧する周知のアルゴリズムである。つまり、アンテナ装置１０１の入力信号が抑圧されるように動作する。なお、上述のアルゴリズムは、一例であり、他のアルゴリズムを用いてもよい。
【００５３】
そして、上述の信号搬送波の周波数ｆ１と同様に、第２係数算出回路３０４ｆ２は、第２信号搬送波の周波数ｆ２に対しても同様の計算を行って振幅位相重み係数Ｗｆ２を求める。
【００５４】
次に、簡単化のために干渉波がないと仮定して、アンテナ装置１０１への入力が所望波だけの１波とし、雑音電力を０とすると、振幅位相重み係数Ｗｆ１およびＷｆ２は式（４）で求めることができる。
【００５５】
【数４】
0006505621.tif 000004
【００５６】
ここで、アンテナ装置１０１における経路長差から求まる各周波数の位相（２πＤｋ，ｓｆ１／ｃおよび２πＤｋ，ｓｆ２／ｃ）は、周波数ｆについて比例関係にあり、振幅位相重み係数の複素平面上での関係も同様に表される。
【００５７】
しかしながら、アンテナ装置１０１間の距離が長くなると、アンテナ装置１０１間の経路長差も大きくなり、２π以上の位相が加わった場合の振幅位相重み係数は、２πまで縮退するため、振幅位相重み係数は、複素平面上で位相が数回転してしまい、位相誤差の判別が困難となる。
【００５８】
そこで、本実施形態では、係数位相差・累乗回路３０５において、周波数ｆ１の振幅位相重み係数Ｗｆ１と周波数ｆ２の振幅位相重み係数Ｗｆ２の複素共役を掛け合わせることにより、差分周波数（例えば（ｆ１−ｆ２））に対応する仮想入力信号の振幅位相重み係数Ｗｆｄを算出する（式（５））。
【００５９】
【数５】
0006505621.tif 000005
【００６０】
ここで、各アンテナ装置１０１間の経路長差は同じであるため、各周波数における振幅位相重み係数は、周波数に対して比例関係にある。従って、例えば（ｆ１−ｆ２）の差分周波数の仮想入力信号がｆ１およびｆ２の周波数の信号と同一の経路長差で入ってきたと仮定した場合、仮想入力信号の振幅位相重み係数Ｗｆｄの振幅をアンテナ装置１０１の要素毎に１に正規化した振幅位相重み係数（Ｗｆｄ／｜Ｗｆｄ｜）と、各周波数（例えばｆ１）の振幅位相重み係数Ｗｆ１とは比例関係にある。従って、オイラーの公式より、ｆ１／（ｆ１−ｆ２）乗した指数の関係で表現すると、式（６）の関係が成り立つ。このとき、差分周波数（ｆ１−ｆ２）に対する仮想信号の振幅位相重み係数Ｗｆｄの位相が（２πＤｋ，ｓ（｜ｆ１−ｆ２｜／ｃ）＜２πを満たすように、周波数ｆ１および周波数ｆ２を選択する。なお、周波数ｆ１および周波数ｆ２を固定として上記の条件を満たすようにＤｋを選択してもよい。
【００６１】
【数６】
0006505621.tif 000006
【００６２】
同様に、周波数ｆ２に対しても式（７）の関係が成り立つ。
【００６３】
【数７】
0006505621.tif 000007
【００６４】
なお、図６で説明した比較例のアレーアンテナシステム７００において、アンテナ装置７０１間の距離を０．５λ程度とした場合、所望波におけるアンテナ装置７０１の基準点に対する経路長差Ｄｋ，ｓが非常に小さくなるため、周波数差を大きく取る必要がある。この場合、周波数毎の伝搬状況の変化により経路長差が変化すると、上記の関係が成立しなくなる。
【００６５】
次に、アンテナ装置１０１間の局部発振器２０２に周波数誤差ｆｅ，ｘや初期位相差φがある場合について説明する。アンテナ装置１０１間の局部発振器２０２に周波数誤差ｆｅ，ｘや初期位相差φがある場合、先に説明した式（１）は、式（８）のように表すことができる。
【００６６】
【数８】
0006505621.tif 000008
【００６７】
ここで、簡単化のために、干渉波がなく、アンテナ装置１０１への入力が所望波だけの１波で、雑音電力が０であると仮定すると、周波数ｆ１に対する振幅位相重み係数Ｗｆ１は、式（９）で求めることができる。
【００６８】
【数９】
0006505621.tif 000009
【００６９】
同様に、周波数ｆ２に対する振幅位相重み係数Ｗｆ２は、式（１０）で求めることができる。
【００７０】
【数１０】
0006505621.tif 000010
【００７１】
ここで、係数位相差・累乗回路３０５は、周波数ｆ１の振幅位相重み係数Ｗｆ１と周波数ｆ２の振幅位相重み係数Ｗｆ２の複素共役を掛け合わせて、差分周波数（ｆ１−ｆ２）の仮想入力信号に対する振幅位相重み係数Ｗｆｄを算出することができる（式（５））。
【００７２】
このとき、差分周波数（ｆ１−ｆ２）の仮想入力信号に対する振幅位相重み係数Ｗｆｄを算出する計算によって、式（９）および式（１０）のｅｘｐ（−ｊ２πｆｅ，ｋｔ）の成分が打ち消され、式（５）と同様の結果が得られる。ここで、アンテナ装置１０１間の局部発振器２０２に周波数誤差ｆｅ，ｘや初期位相差φがない場合は、式（６）および式（７）が成立するが、アンテナ装置１０１間の局部発振器２０２に周波数誤差ｆｅ，ｘや初期位相差φがある場合は、式（６）および式（７）の右辺と左辺との間に位相差θｅが生じるので、式（１１）および式（１２）のようにして位相差θｅ（θｅ１は周波数ｆ１の位相差、θｅ２は周波数ｆ２の位相差）を求めることができる。なお、位相差θｅの算出は、アンテナ間位相差算出回路３０６により行われる。
【００７３】
【数１１】
0006505621.tif 000011
【００７４】
【数１２】
0006505621.tif 000012
【００７５】
なお、式（１１）および式（１２）により算出される位相差は、計算するごとに残留の位相差が算出されるので、各アンテナ装置１０１の振幅位相重み係数に予め複素乗算しておくことにより、周波数誤差および初期位相差をキャンセルすることができる。本実施形態の場合、係数位相差・累乗回路３０５およびアンテナ間位相差算出回路３０６が位相差(θｅ１およびθｅ２)を算出する。そして、係数補正回路３０７は、位相差(θｅ１およびθｅ２)を第１係数算出回路３０４ｆ１および第２係数算出回路３０４ｆ２がそれぞれ求めた暫定の振幅位相重み係数(Ｗｆ１およびＷｆ２)に複素乗算して、局部発振器２０２の周波数誤差ｆｅ，ｘや初期位相差φをキャンセルするための補正後の振幅位相重み係数(Ｗｆ１’およびＷｆ２’)を求める。このようにして、係数補正回路３０７は、補正後の振幅位相重み係数(Ｗｆ１’およびＷｆ２’)を乗算器３０２ｆ１および乗算器３０２ｆ２が次に乗算する振幅位相重み係数(Ｗｆ１およびＷｆ２)として、乗算器３０２ｆ１および乗算器３０２ｆ２に出力する。
【００７６】
ここで、上記の例では、複数周波数の第１周波数（例えばｆ１）と第２周波数（例えばｆ２）との差分周波数（ｆ１−ｆ２）で第１周波数（ｆ１）を除算した値により、差分周波数（ｆ１−ｆ２）の仮想入力信号に対する振幅位相重み係数Ｗｆｄ（正規化されたものＷｆｄ/｜Ｗｆｄ｜）を累乗した値を求めたが、次のように計算してもよい。例えば、複数周波数の第１周波数（例えばｆ１）と第２周波数（例えばｆ２）との差分周波数（ｆ１−ｆ２）で第１周波数（ｆ１）を除算した値を、差分周波数（ｆ１−ｆ２）の仮想入力信号に対する振幅位相重み係数Ｗｆｄ（正規化されたものＷｆｄ/｜Ｗｆｄ｜）の複素平面上での位相θｆｄに直接乗算した値を求めてもよい。この場合、例えば周波数ｆ１の信号の振幅位相重み係数Ｗｆ１の複素平面上での位相θｆ１と、振幅位相重み係数Ｗｆｄの複素平面上での位相θｆｄとを比較して位相差θｅ１を求めることができる。なお、位相差θｅ２についても位相差θｅ１と同様に求めることができる。
【００７７】
なお、図１は、アレーアンテナシステム１００の受信系におけるアンテナ間の位相差を補正する回路を示してあるが、アレーアンテナシステム１００の送信系についても同様に行うことができる。
【００７８】
図２は、本実施形態に係るアレーアンテナシステム１００の送信系の一例を示す。送信系のアレーアンテナシステム１００は、アンテナ装置４０１（１）、・・・、アンテナ装置４０１（ｋ）、・・・、アンテナ装置４０１（Ｎ）のＮ台のアンテナ装置と、アレー制御装置４０２とを有する。ここで、説明が分かり易いように、受信系のアンテナ装置１０１と異なる符号のアンテナ装置４０１として説明するが、アンテナ装置１０１とアンテナ装置４０１とを共通にして、送受信アンテナ装置として用いてもよい。
【００７９】
アンテナ装置４０１（１）〜４０１（Ｎ）は、局部発振器５０１（１）〜５０１（Ｎ）、周波数変換器５０２（１）〜５０２（Ｎ）およびアンテナ５０３（１）〜５０３（Ｎ）を有する。
【００８０】
アレー制御装置４０２は、係数補正回路６０１、乗算器６０２ｆ１（１）〜６０２ｆ１（Ｎ）、乗算器６０２ｆ２（１）〜６０２ｆ２（Ｎ）、合波回路６０３（１）〜６０３（Ｎ）を有する。
【００８１】
ここで、以下の説明において、図１と同様に、アンテナ装置４０１（１）、・・・、アンテナ装置４０１（ｋ）、・・・、アンテナ装置４０１（Ｎ）に共通の事項を説明する場合は、符号末尾の（番号）を省略してアンテナ装置４０１または４０１（ｋ）と表記する。同様に、合波回路６０３（１）〜６０３（Ｎ）など他のブロックについても、合波回路６０３または６０３（ｋ）のように表記する。
【００８２】
先ず、アンテナ装置４０１の各部について説明する。
【００８３】
局部発振器５０１（ｋ）は、所定の周波数の信号を発振する。
【００８４】
周波数変換器５０２（ｋ）は、アレー制御装置４０２から出力される信号と局部発振器５０１（ｋ）が発振する信号とを乗算して、アレー制御装置４０２から出力される信号の周波数変換を行う。
【００８５】
アンテナ５０３（ｋ）は、周波数変換器５０２（ｋ）から出力される信号を送信する。
【００８６】
ここで、図２に示した送信系のアレーアンテナシステム１００は、変調装置などが出力する周波数ｆ１、ｆ２の信号を入力してアンテナ装置４０１から送信する。
【００８７】
次に、送信系のアレー制御装置４０２の各部について説明する。
【００８８】
係数補正回路６０１は、図１で説明した係数補正回路３０７と同様に、乗算器６０２ｆ１（ｋ）および乗算器６０２ｆ２（ｋ）で乗算する振幅位相重み係数Ｗｆ１，１〜Ｗｆ１，ＮおよびＷｆ２，１〜Ｗｆ２，Ｎを補正する。ここで、本実施形態では、振幅位相重み係数Ｗｆ１，１〜Ｗｆ１，ＮおよびＷｆ２，１〜Ｗｆ２，Ｎは、図１で説明した受信系で算出された振幅位相重み係数を用いる。
【００８９】
乗算器６０２ｆ１（ｋ）は、アレー制御装置１０２が入力する周波数ｆ１の送信信号に振幅位相重み係数Ｗｆ１，ｋを乗算する。
【００９０】
乗算器６０２ｆ２（ｋ）は、アレー制御装置１０２が入力する周波数ｆ２の送信信号に振幅位相重み係数Ｗｆ２，ｋを乗算する。
【００９１】
合成回路６０３（ｋ）は、乗算器６０２ｆ１（ｋ）が乗算後の信号および乗算器６０２ｆ２（ｋ）が乗算後の信号を合成する。
【００９２】
このように、本実施形態に係る送信系のアレーアンテナシステム１００は、受信系で求めた振幅位相重み係数を用いて、アンテナ装置４０１間で発生する周波数・位相誤差の補償を行うことができる。
【００９３】
図３は、図１に示した受信系のアレーアンテナシステム１００の処理例を示す。
【００９４】
ステップＳ１０１において、アンテナ装置１０１は、信号源１０３から送信される信号を受信する。
【００９５】
ステップＳ１０２において、フィルタ回路３０１は、アンテナ装置１０１が出力する受信信号を複数周波数の信号に分離する。図１の例では、フィルタ回路３０１は、周波数ｆ１の信号と周波数ｆ２の信号とに分離する。
【００９６】
ステップＳ１０３において、第１係数算出回路３０４ｆ１および第２係数算出回路３０４ｆ２は、周波数毎の振幅位相重み係数（Ｗｆ１およびＷｆ２）を算出する。
【００９７】
ステップＳ１０４において、係数位相差・累乗回路３０５は、周波数ｆ１の信号に対する振幅位相重み係数（Ｗｆ１）と周波数ｆ２の信号に対する振幅位相重み係数（Ｗｆ２）とに対する係数間の位相差を算出する。
【００９８】
ステップＳ１０５において、係数位相差・累乗回路３０５は、第１係数算出回路３０４ｆ１および第２係数算出回路３０４ｆ２が出力する係数位相差の複素共役を掛け合わせることにより、周波数ｆ１と周波数ｆ２との差の周波数（ｆ１−ｆ２）成分の信号に対する振幅位相重み係数（Ｗｆｄ）を算出する。
【００９９】
ステップＳ１０６において、係数位相差・累乗回路３０５は、１に正規化された振幅位相重み係数Ｗｆｄにｆ１／（ｆ１−ｆ２）を累乗する。
【０１００】
ステップＳ１０７において、アンテナ間位相差算出回路３０６は、第１係数算出回路３０４ｆ１および第２係数算出回路３０４ｆ２が出力する振幅位相重み係数（Ｗｆ１，Ｗｆ２）と、係数位相差・累乗回路３０５が出力する差分周波数（ｆ１−ｆ２）の仮想入力信号の振幅位相重み係数（Ｗｆｄ）とから、アンテナ装置１０１間の位相差（θｅ１，θｅ２）を算出する。
【０１０１】
そして、係数補正回路３０７は、アンテナ間位相差算出回路３０６が算出した位相差（θｅ１，θｅ２）を第１係数算出回路３０４ｆ１，３０４ｆ２が出力する振幅位相重み係数（Ｗｆ１，Ｗｆ２）のそれぞれに複素乗算して、振幅位相重み係数（Ｗｆ１，Ｗｆ２）を補正し、乗算器３０２ｆ１，３０２ｆ２に出力する。なお、係数補正回路３０７は、Ｎ個の周波数ｆ１の信号の振幅位相重み係数（Ｗｆ１，１〜Ｗｆ１，Ｎ）およびＮ個の周波数ｆ２の信号の振幅位相重み係数（Ｗｆ２，１〜Ｗｆ２，Ｎ）に対して同様の処理を行う。
【０１０２】
このようにして、本実施形態に係るアレーアンテナシステム１００は、アンテナ装置１０１間で発生する周波数・位相誤差を同一経路で伝搬してきた複数周波数の信号を用いて各アンテナ装置１０１の振幅位相重み係数を補正することにより、アンテナ装置１０１間の周波数・位相誤差を補償することができる。
［数値解析結果］
次に、本実施形態に係るアレーアンテナシステム１００の数値解析結果の一例を示す。ここで、アンテナ装置１０１（１）〜１０１（３）の台数Ｎ＝３、周波数ｆ１＝６０．０１ＧＨｚ、周波数ｆ２＝６０．００ＧＨｚとする。また、周波数ｆ１の第１信号について、アンテナ装置１０１（１）に対するアンテナ装置１０１（２）およびアンテナ装置１０１（３）の経路長差を６．４２ｍおよび１２．８５ｍと、第１信号の電力を０ｄＢｍとする。一方、干渉信号は、電力を−１０ｄＢｍ、アンテナ装置１０１（１）に対するアンテナ装置１０１（２）およびアンテナ装置１０１（３）の経路長差を５．００ｍおよび１０．００ｍとする。なお、各アンテナ装置１０１に入力される雑音電力は、−７０ｄＢｍとする。
【０１０３】
ここで、アンテナ装置１０１（１）に対するアンテナ装置１０１（２）およびアンテナ装置１０１（３）の初期位相差が４０度と３００度との場合について、補正係数の急速な変動を防ぐための係数α＝０．０１として、以下の条件でシミュレーションを行う。
θｃ（ｔ＋１）＝θｃ（ｔ）＋αθｅ（ｔ）  …（１３）
Ｗｃ（ｔ）＝ｅｘｐ（ｊθｃ（ｔ））  …（１４）
なお、相関行列Ｒｘｘ１、Ｒｘｘ２のサンプル数を１０００００とする。  
【０１０４】
図４は、シミュレーションにおける位相差の収束時間の一例を示す。図４において、（ａ）の特性は初期位相が４０度の場合、（ｂ）の特性は初期位相が３００度の場合をそれぞれ示す。上述の条件で数値解析を行った結果、図４に示すように、ステップ数が約５００ステップで位相差が収束して約０度になっていることが確認できる。ここで、Ａ／Ｄ変換器のサンプリングレートが１００ＭＨｚであると仮定すると、約５００ステップを実行するために要する時間は約０．５秒であり、上述の例では、位相差は約０．５秒で約０度に収束することを示している。なお、先に図７で説明したように、周波数は十分にゆっくりと変動しているので、アレー制御装置１０２は、上述の収束速度で動作し続けることにより、各アンテナ装置１０１における周波数変動分の補正をリアルタイムで行うことが可能となる。
【０１０５】
（補足）
なお、本実施形態に係るアンテナ装置１０１に対して信号源１０３が十分に遠方界にある場合は、Ｄｋを式（１５）で表すことができる。
Ｄｋ＝２πｄｋｓｉｎθ／λ１  …（１５）
ここで、ｄｋ：アンテナ装置１０１（ｋ）の基準点からの距離、θ：到来角、λ１：信号搬送波の波長である。
【０１０６】
しかしながら、本実施形態に係るアレーアンテナシステム１００では、アンテナ装置１０１間の距離が大きく離れている場合を想定している。このため、信号源１０３が十分に遠方界にあると見なせるアンテナ装置１０１と信号源１０３との距離は非常に大きくなる。本実施形態では、各アンテナ装置１０１における信号の到来角度が変わるので、信号源１０３からの信号の到来角度が未知の場合であっても動作可能なＰＩＡＡアルゴリズムを使用する。ＰＩＡＡアルゴリズムは、（干渉波の信号電力＞所望波の信号電力）の関係を満たすときに動作するが、今回は（アンテナ装置１０１の数−１）＝（所望波と干渉波の合計数）として、全ての信号に対して抑圧する係数を算出する。
【０１０７】
なお、アンテナ装置１０１への到来信号が既知である場合は、ＭＭＳＥ（Minimum Mean Square Error）アルゴリズムを使用してもよいし、また遠方界で使用する場合はＤＣＭＰ(Directionally Constrained Minimization of Power)アルゴリズムを使用してもよい。さらに、信号源１０３が等包絡線信号の場合は、ＣＭＡ(Constant Modulus Algorithm)アルゴリズムなど別の手法で振幅位相重み係数を求めても構わない。また、振幅位相重み係数は、最小ノルム法やＭＵＳＩＣ(MUltiple SIgnal Classification)法などの信号の到来方向を推定するアルゴリズムを用いる際に算出される固有ベクトルを使用しても構わない。
【０１０８】
ここで、本実施形態で説明する方式は、初期位相の補正が可能となるため、各アンテナ装置１０１の局部発振器２０２が共通の場合でも、初期位相差のキャリブレーションに使用することができる。
【０１０９】
なお、上述の実施形態において、複数周波数の信号は、マルチキャリア信号であってもよいし、シングルキャリア信号であってもよい。
【０１１０】
図５（ａ）は、マルチキャリア信号の一例を示す。図５（ａ）において、複数の周波数帯域の信号を有するマルチキャリア信号を送受信する場合、上記で説明した複数周波数の信号は、マルチキャリア信号の各周波数帯域の信号に対応する。例えば、図５（ａ）に示したマルチキャリア信号は、周波数ｆ１の信号帯域と、周波数ｆ２の信号帯域とを有する。
【０１１１】
図５（ｂ）は、シングルキャリア信号の一例を示す。図５（ｂ）において、１つの周波数帯域の信号を有するシングルキャリア信号を送受信する場合、例えば図１に示したフィルタ回路３０１により、シングルキャリア信号から所望の帯域だけフィルタで切り出して複数の周波数帯域の信号を生成してもよい。例えば、図５（ｂ）に示したシングルキャリア信号は、周波数ｆ１の信号帯域と周波数ｆ２の信号帯域とに分割される。
【０１１２】
さらに、アレー制御装置１０２が処理する信号は、変調信号や無変調信号などの種類を問わず、上述の実施形態と同様に処理することができる。
【０１１３】
また、２以上の複数周波数の信号の場合、求めた位相差を平均化してもよい。この場合、式（４）は、式（１６）に示すように一般化することができる。
【０１１４】
【数１６】
0006505621.tif 000013
【０１１５】
ここで、Ｍ：１，２，３…の整数、Ｎ：２，３，４…の整数、ｃ：ｆＭとｆＮの周波数差である。
【０１１６】
そして、式（９）および式（１０）と同様に、位相差θｅＭは、Ｍ≠Ｎの場合について、式（１７）により求めることができる。
【０１１７】
【数１７】
0006505621.tif 000014
【０１１８】
さらに、式（１７）により求めた複数の位相差（θｅ１，θｅ２，θｅ３，・・・，θｅL）は、式（１８）に示すように平均化される。ここで、Ｌは２以上の整数である。
【０１１９】
【数１８】
0006505621.tif 000015
【０１２０】
このようにして、周波数が２以上の複数周波数の信号の場合でも、複数周波数の信号に対するそれぞれの位相差を求めて平均化することができ、位相差の精度が向上する。
【０１２１】
以上説明したように、本実施形態に係るアレーアンテナシステム１００は、アンテナ装置１０１の間隔が広い場合であっても、アンテナ装置１０１間で発生する周波数・位相誤差の補償を行うことができる。この結果、ミリ波帯においてアレーアンテナシステム１００を用いたＭａｓｓｉｖｅ  ＭＩＭＯ通信を実現することが可能となり、高速化および大容量化が可能になる。
【符号の説明】
【０１２２】
１００，７００・・・アレーアンテナシステム；１０１，１０１（１），１０１（ｋ），１０１（Ｎ），４０１，４０１（１），４０１（ｋ），４０１（Ｎ），７０１，７０１（１），７０１（ｋ），７０１（Ｎ）・・・アンテナ装置；１０２，４０２，７０２・・・アレー制御装置；１０３・・・信号源；２０１，２０１（１），２０１（ｋ），２０１（Ｎ），５０３，５０３（１），５０３（ｋ），５０３（Ｎ），８０１，８０１（１），８０１（ｋ），８０１（Ｎ）・・・アンテナ；２０２，２０２（１），２０２（ｋ），２０２（Ｎ），５０１，５０１（１），５０１（ｋ），５０１（Ｎ），８０２，８０２（１），８０２（ｋ），８０２（Ｎ）・・・局部発振器；２０３，２０３（１），２０３（ｋ），２０３（Ｎ），５０２，５０２（１），５０２（ｋ），５０２（Ｎ），８０３，８０３（１），８０３（ｋ），８０３（Ｎ）・・・周波数変換器；３０１，３０１（１），３０１（ｋ），３０１（Ｎ）・・・フィルタ回路；３０２ｆ１，３０２ｆ１（１），３０２ｆ１（ｋ），３０２ｆ１（Ｎ），３０２ｆ２，３０２ｆ２（１），３０２ｆ２（ｋ），３０２ｆ２（Ｎ），６０２ｆ１，６０２ｆ１（１），６０２ｆ１（ｋ），６０２ｆ１（Ｎ），６０２ｆ２，６０２ｆ２（１），６０２ｆ２（ｋ），６０２ｆ２（Ｎ），９０２ｆ１，９０２ｆ１（１），９０２ｆ１（ｋ），９０２ｆ１（Ｎ），９０２ｆ２，９０２ｆ２（１），９０２ｆ２（ｋ），９０２ｆ２（Ｎ）・・・乗算器；３０３ｆ１・・・第１合成回路；３０３ｆ２・・・第２合成回路；３０４ｆ１・・・第１係数算出回路；３０４ｆ２・・・第２係数算出回路３０５・・・係数位相差・累乗回路；３０６・・・アンテナ間位相差算出回路；３０７，６０１・・・係数補正回路；６０３，６０３（１），６０３（ｋ），６０３（Ｎ）・・・合波回路
【図１】
0006505621.tif 000016
【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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