(57)【要約】  アンテナ軸の補正をするために必要な信号の送受信回数を低減する無線通信システムを提供する。無線通信システムは、ＯＡＭ方式による無線通信に対応する送信装置と、ＯＡＭ方式による無線通信に対応する受信装置と、補正装置と、を含む。補正装置は、送信装置及び受信装置のアンテナに関する情報と、送信装置が信号を送信する際の送信モードによる受信装置が信号を受信する際の受信モードへの干渉を特徴付けるモード間干渉パターンと、を対応付ける相関情報に基づいて、送信装置及び受信装置のアンテナ軸を補正する。
2017213219.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＯＡＭ（Ｏｒｂｉｔａｌ  Ａｎｇｕｌａｒ  Ｍｏｍｅｎｔｕｍ）方式による無線通信に対応する送信装置と、
ＯＡＭ方式による無線通信に対応する受信装置と、
前記送信装置及び受信装置のアンテナに関する情報と、前記送信装置が信号を送信する際の送信モードによる前記受信装置が信号を受信する際の受信モードへの干渉を特徴付けるモード間干渉パターンと、を対応付ける相関情報に基づいて、前記送信装置及び受信装置のアンテナ軸を補正する、補正装置と、
を含む、無線通信システム。
【請求項２】
前記相関情報のアンテナに関する情報は、前記送信装置及び受信装置のアンテナ角度に関する情報であり、
前記補正装置は、前記相関情報に基づき、前記送信装置及び受信装置のアンテナ角度を補正する、請求項１の無線通信システム。
【請求項３】
前記補正装置は、
前記送信装置が前記受信装置に送信した電磁波から測定される前記モード間干渉パターンに類似するモード間干渉パターンを、複数の前記相関情報のなかから特定し、
前記特定されたモード間干渉パターンに対応する送信装置及び受信装置のアンテナ角度に基づき、前記送信装置及び受信装置のアンテナ角度を補正する、請求項２の無線通信システム。
【請求項４】
前記補正装置は、
前記複数の相関情報それぞれのモード間干渉パターンと、前記測定されたモード間干渉パターンと、の間の二乗誤差を計算することで、前記測定されたモード間干渉パターンに類似するモード間干渉パターンを特定する、請求項３の無線通信システム。
【請求項５】
前記モード間干渉パターンは、単一の送信モードにより生じる複数の受信モードにおける信号列の受信電力に関する情報からなる、請求項１乃至４のいずれか一項に記載の無線通信システム。
【請求項６】
前記補正装置は、
前記送信装置に対しアンテナ角度と送信モードを指定して電磁波を送信することを指示し、
前記受信装置に対しアンテナ角度を指定し、受信した信号列の受信モードごとの受信電力を前記補正装置に送信させ、
前記送信装置及び受信装置に指示をしたアンテナ角度と、前記送信された受信モードごとの受信電力から計算した前記モード間干渉パターンと、を用いて前記相関情報を生成する、請求項５の無線通信システム。
【請求項７】
ＯＡＭ（Ｏｒｂｉｔａｌ  Ａｎｇｕｌａｒ  Ｍｏｍｅｎｔｕｍ）方式による無線通信に対応する受信装置であって、
対応する送信装置及び自装置のアンテナに関する情報と、前記送信装置が信号を送信する際の送信モードによる受信モードへの干渉を特徴付けるモード間干渉パターンと、を対応付ける相関情報に基づいて、前記送信装置及び自装置のアンテナ軸を補正する、受信装置。
【請求項８】
ＯＡＭ（Ｏｒｂｉｔａｌ  Ａｎｇｕｌａｒ  Ｍｏｍｅｎｔｕｍ）方式による無線通信に対応する送信装置と、ＯＡＭ方式による無線通信に対応する受信装置と、に接続される装置であって、
前記送信装置及び受信装置のアンテナに関する情報と、前記送信装置が信号を送信する際の送信モードによる前記受信装置が信号を受信する際の受信モードへの干渉を特徴付けるモード間干渉パターンと、を対応付ける相関情報に基づいて、前記送信装置及び受信装置のアンテナ軸を補正する、補正装置。
【請求項９】
ＯＡＭ（Ｏｒｂｉｔａｌ  Ａｎｇｕｌａｒ  Ｍｏｍｅｎｔｕｍ）方式による無線通信に対応する送信装置と、ＯＡＭ方式による無線通信に対応する受信装置と、を含む無線通信システムにおいて、
前記送信装置及び受信装置のアンテナに関する情報と、前記送信装置が信号を送信する際の送信モードによる前記受信装置が信号を受信する際の受信モードへの干渉を特徴付けるモード間干渉パターンと、を対応付ける相関情報を用意するステップと、
前記相関情報に基づいて、前記送信装置及び受信装置のアンテナ軸を補正するステップと、  
を含む、アンテナ補正方法。
【請求項１０】
ＯＡＭ（Ｏｒｂｉｔａｌ  Ａｎｇｕｌａｒ  Ｍｏｍｅｎｔｕｍ）方式による無線通信に対応する送信装置と、ＯＡＭ方式による無線通信に対応する受信装置と、に接続される装置を制御するコンピュータに実行させるプログラムであって、
前記送信装置及び受信装置のアンテナに関する情報と、前記送信装置が信号を送信する際の送信モードによる前記受信装置が信号を受信する際の受信モードへの干渉を特徴付けるモード間干渉パターンと、を対応付ける相関情報に基づいて、前記送信装置及び受信装置のアンテナ軸を補正する処理を実行させる、プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（関連出願についての記載）
本発明は、日本国特許出願：特願２０１６−１１５３５９号（２０１６年６月９日出願）の優先権主張に基づくものであり、同出願の全記載内容は引用をもって本書に組み込み記載されているものとする。
本発明は、無線通信システム、受信装置、補正装置、アンテナ補正方法及びプログラムに関する。特に、軌道角運動量（ＯＡＭ；Orbital Angular Momentum）を有する電磁波を用いる無線通信システム、受信装置、補正装置、アンテナ補正方法及びプログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、基地局とバックボーン回線とを接続する中継回線（モバイルバックホール）において多重伝送方式を採用する検討が進められている。とりわけ、ＯＡＭを有する電磁波を用いた無線通信（ＯＡＭ方式による無線通信）を上記中継回線に適用することが注目されている。【０００３】
ＯＡＭ方式とは、非特許文献１〜４に示されるように、電磁波進行方向垂直面内の位相の直交性を用いた多重伝送方式であり、直交する個々の電磁波はモードと称される。ＯＡＭ方式では、当該モードの直交性を利用することで、多重伝送を実現している。より具体的には、ＯＡＭ方式による送信装置は、信号（データ）の送信時に複数のモードを生成し、それらを合成して送信する。一方、受信装置は、合成された複数のモードを各モードに対応して分離することで信号を取り出し、多重伝送を実現している。【０００４】
ＯＡＭ方式では、信号を送信するためのモード（以下、送信モードと表記する）と信号を受信するためのモード（以下、受信モードと表記する）に区別可能である。送信モードは、変調後の信号系列を送信側でＯＡＭ方式の直交性を有した電磁波に変換したモードに対応する。受信モードは、受信側でＯＡＭ方式の直交性を有した電磁波から元の信号系列を分離するためのモードに対応する。【０００５】
特許文献１には、位相差情報を用いてアンテナ軸の補正を行う技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１５−２３１１０８号公報
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】L. Allen, M. W. Beijersbergen, R. J. C. Spreeuw, and J. P. Woerdman, “Orbital angular momentum of light and the transformation of Laguerre-Gaussian laser modes,” Phys. Rev. A, vol. 45, no. 11, 1992.
【非特許文献２】M. V. Vasnetsov, V. A. Pas'ko, and M. S. Soskin, “Analysis of orbital angular momentum of a misaligned optical beam,” New J. Phys. vol.7, No.46, 1-17, 2005.
【非特許文献３】Y.D. Liu, et al., “Orbital angular momentum (OAM) spectrum correction in free space optical communication”, Opt. Express Vol.16, No.10, 2008.
【非特許文献４】Y.Zhou, H.Tian, G.Nie, “Novel Method of Axis Alignment in Orbital Angular Momentum Wireless Communication”, IEEE WCNC 2015, Track1, 586-590, 2015.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
なお、上記先行技術文献の各開示を、本書に引用をもって繰り込むものとする。以下の分析は、本発明者らによってなされたものである。【０００９】
理想的な環境において、送信モードと受信モードが一致すると、受信装置は、元の信号系列を個別に受信することができる。しかし、送信モードと受信モードに大きな不一致が存在すると、受信装置が、元の信号系列を受信することができない。ＯＡＭ方式は、電磁波進行方向垂直面内の位相の直交性を用いた多重伝送方式であるため、送受信のアンテナ軸が揃っていないと、電磁波進行方向垂直面内の位相の直交性が崩れてしまい、モード間での干渉が生じうる。換言すれば、理想的な条件下では、ＯＡＭ方式による多重伝送が可能となるが、送受信アンテナのアンテナ軸が不一致となる条件では、送信モードと受信モード間の直交性が崩れ、モード間干渉が生じてしまう。【００１０】
なお、本願開示において、モードの直交性とは、電磁波進行方向のあるベクトルを中心とした円周３６０°の位相回転の周期が異なることを意味する。また、本願開示において、ｌを正の整数とした場合、右回りにｌ周期となるものをモード（ｌ）、左回りにｌ周期となるものをモード（−ｌ）とそれぞれ表記する。例えば、右回りに２周期となる送信モードは、送信モード（２）と表記し、左回りに２周期となる送信モードは、送信モード（−２）と表記する。【００１１】
上記右回り、左回りは周期の対称性が異なることを意味しており、左回りにｌ周期となるものをモード（ｌ）、右回りにｌ周期となるものをモード（−ｌ）と表記することも可能である。また、アンテナ軸とは、アンテナ面上における上記位相回転の軸であり、アンテナの中心を通過するアンテナ面に対する垂線を意味する。【００１２】
上述のように、ＯＡＭ方式を用いた多重伝送方式では、アンテナ軸の不一致はモード間干渉を生じさせ受信品質を低下させる要因となる。従って、受信品質を確保するため、アンテナ軸を送受信機側で揃えるような補正（アンテナ軸の調整）が必要となる。なお、アンテナ軸の僅かな不一致によりモード間干渉が生じる事は、非特許文献２、３に開示されている。【００１３】
また、非特許文献４では、探索型のアンテナ軸の補正方法が提案されているが、当該補正方法では、探索に必要な送受信回数が少なくとも数十回以上となるため、コスト（電力的なコスト、時間的なコスト）が問題となる。【００１４】
本発明は、アンテナ軸の補正をするために必要な信号の送受信回数を低減する、無線通信システム、受信装置、補正装置、アンテナ補正方法及びプログラム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】
【００１５】
本発明の第１の視点によれば、ＯＡＭ（Ｏｒｂｉｔａｌ  Ａｎｇｕｌａｒ  Ｍｏｍｅｎｔｕｍ）方式による無線通信に対応する送信装置と、ＯＡＭ方式による無線通信に対応する受信装置と、前記送信装置及び受信装置のアンテナに関する情報と、前記送信装置が信号を送信する際の送信モードによる前記受信装置が信号を受信する際の受信モードへの干渉を特徴付けるモード間干渉パターンと、を対応付ける相関情報に基づいて、前記送信装置及び受信装置のアンテナ軸を補正する、補正装置と、を含む、無線通信システムが提供される。【００１６】
本発明の第２の視点によれば、ＯＡＭ（Ｏｒｂｉｔａｌ  Ａｎｇｕｌａｒ  Ｍｏｍｅｎｔｕｍ）方式による無線通信に対応する受信装置であって、対応する送信装置及び自装置のアンテナに関する情報と、前記送信装置が信号を送信する際の送信モードによる受信モードへの干渉を特徴付けるモード間干渉パターンと、を対応付ける相関情報に基づいて、前記送信装置及び自装置のアンテナ軸を補正する、受信装置が提供される。【００１７】
本発明の第３の視点によれば、ＯＡＭ（Ｏｒｂｉｔａｌ  Ａｎｇｕｌａｒ  Ｍｏｍｅｎｔｕｍ）方式による無線通信に対応する送信装置と、ＯＡＭ方式による無線通信に対応する受信装置と、に接続される装置であって、前記送信装置及び受信装置のアンテナに関する情報と、前記送信装置が信号を送信する際の送信モードによる前記受信装置が信号を受信する際の受信モードへの干渉を特徴付けるモード間干渉パターンと、を対応付ける相関情報に基づいて、前記送信装置及び受信装置のアンテナ軸を補正する、補正装置が提供される。【００１８】
本発明の第４の視点によれば、ＯＡＭ（Ｏｒｂｉｔａｌ  Ａｎｇｕｌａｒ  Ｍｏｍｅｎｔｕｍ）方式による無線通信に対応する送信装置と、ＯＡＭ方式による無線通信に対応する受信装置と、を含む無線通信システムにおいて、前記送信装置及び受信装置のアンテナに関する情報と、前記送信装置が信号を送信する際の送信モードによる前記受信装置が信号を受信する際の受信モードへの干渉を特徴付けるモード間干渉パターンと、を対応付ける相関情報を用意するステップと、前記相関情報に基づいて、前記送信装置及び受信装置のアンテナ軸を補正するステップと、を含む、アンテナ補正方法が提供される。【００１９】
本発明の第５の視点によれば、ＯＡＭ（Ｏｒｂｉｔａｌ  Ａｎｇｕｌａｒ  Ｍｏｍｅｎｔｕｍ）方式による無線通信に対応する送信装置と、ＯＡＭ方式による無線通信に対応する受信装置と、に接続される装置を制御するコンピュータに実行させるプログラムであって、前記送信装置及び受信装置のアンテナに関する情報と、前記送信装置が信号を送信する際の送信モードによる前記受信装置が信号を受信する際の受信モードへの干渉を特徴付けるモード間干渉パターンと、を対応付ける相関情報に基づいて、前記送信装置及び受信装置のアンテナ軸を補正する処理を実行させる、プログラムが提供される。
なお、このプログラムは、コンピュータが読み取り可能な記憶媒体に記録することができる。記憶媒体は、半導体メモリ、ハードディスク、磁気記録媒体、光記録媒体等の非トランジェント（non-transient）なものとすることができる。本発明は、コンピュータプログラム製品として具現することも可能である。
【発明の効果】
【００２０】
本発明の各視点によれば、アンテナ軸の補正をするために必要な信号の送受信回数を低減することに寄与する、無線通信システム、受信装置、補正装置、アンテナ補正方法及びプログラムが、提供される。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】一実施形態の概要を説明するための図である。
【図２】第１の実施形態に係る無線通信システムの概略構成の一例を示す図である。
【図３】第１の実施形態に係る送信装置の内部構成の一例を示すブロック図である。
【図４】第１の実施形態に係る受信装置の内部構成の一例を示すブロック図である。
【図５】第１の実施形態に係る補正装置の内部構成の一例を示すブロック図である。
【図６】アンテナ角度を説明するための図である。
【図７】モード間干渉パターンを説明するための図である。
【図８】相関情報の一例を示す図である。
【図９】相関情報における送信モードを説明するための図である。
【図１０】相関情報におけるモード間干渉パターンを説明するための図である。
【図１１】相関情報における送信アンテナ角度を説明するための図である。
【図１２】相関情報における受信アンテナ角度を説明するための図である。
【図１３】相関情報生成部の動作の一例を示すフローチャートである。
【図１４】アンテナ角度補正部によるアンテナ角度変更を説明するための図である。
【図１５】送信モード設定部による送信モードの設定を説明するための図である。
【図１６】アンテナ軸補正部の動作の一例を示すフローチャートである。
【図１７】アンテナ角度とモード間干渉パターンのデータ引用ツールの一例を示す図である。
【図１８】第１の実施形態に係る無線通信システムの動作の一例を示すシーケンス図である。
【図１９】第１の実施形態に係る無線通信システムの動作の一例を示すシーケンス図である。
【図２０】第１の実施形態に係る無線通信システムの動作の一例を示すシーケンス図である。
【図２１】第１の実施形態に係る無線通信システムの変形例を示すブロック図である。
【図２２】受信装置から送信装置に送られるフレームの一例を示す図である。
【図２３】第１の実施形態に係る無線通信システムの動作を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
初めに、一実施形態の概要について説明する。なお、この概要に付記した図面参照符号は、理解を助けるための一例として各要素に便宜上付記したものであり、この概要の記載はなんらの限定を意図するものではない。
【００２３】
一実施形態に係る無線通信システムは、ＯＡＭ方式による無線通信に対応する送信装置１０１と、ＯＡＭ方式による無線通信に対応する受信装置１０２と、補正装置１０３と、を含む（図１参照）。補正装置１０３は、送信装置１０１及び受信装置１０２のアンテナに関する情報と、送信装置１０１が信号を送信する際の送信モードによる受信装置１０２が信号を受信する際の受信モードへの干渉を特徴付けるモード間干渉パターンと、を対応付ける相関情報に基づいて、送信装置１０１及び受信装置１０２のアンテナ軸を補正する。
【００２４】
図１に示す無線通信システムを運用する際には、送信装置１０１から受信装置１０２へ出力されたＯＡＭモードを有する電磁波を実測することにより得られる相関情報を予め用意する。あるいは、計算機によるシミュレーションにより相関情報を予め用意してもよい。当該相関情報は、例えば、送信装置１０１のアンテナ角度（送信アンテナ角度；図６（ａ）参照）及び受信装置１０２のアンテナ角度（受信アンテナ角度；図６（ｂ）参照）と、当該アンテナ角度時に測定される（計算される）モード間干渉パターンと、を関係付ける情報である（図８参照）。
【００２５】
様々なアンテナ角度においてモード間干渉パターンを測定（又は、計算）し、アンテナ角度とモード間干渉パターンを対応付けると、アンテナ角度とモード間干渉の相関関係を示すデータベースが得られる（図９〜図１２参照）。
【００２６】
ここで、無線通信システムを運用する際の初期設定時には、送信装置１０１と受信装置１０２のアンテナ軸の不一致が生じないように設置されるのが通常である。この場合、送信装置１０１のアンテナ軸と受信装置１０２のアンテナ軸には不一致が生じていないので、モード間干渉が発生せず、理想的な環境にあると捉えることができる。
【００２７】
しかしながら、振動等の影響により、送信装置１０１や受信装置１０２のアンテナ軸が僅かにずれることが想定される。その結果、送信モードと受信モードの間にはモード間干渉が生じる。補正装置１０３は、この発生したモード間干渉の特徴をモード間干渉パターンとして測定し、当該測定したモード間干渉パターンを検索キーとして、上記データベースを検索する。検索の結果、測定されたモード間干渉パターンに最も近似するモード間干渉パターンがデータベースから特定される。
【００２８】
特定されたモード間干渉パターンとそのアンテナ角度の関係は、当該アンテナ角度に送信装置１０１及び受信装置１０２のアンテナが設定されると、振動等の影響によりアンテナ軸が僅かにずれたことにより生じるモード間干渉を発生させると捉えることができる。換言すれば、特定されたアンテナ角度は、理想的な環境下（モード間干渉が非発生）にあるアンテナ角度からの変動量と捉えることが可能であり、現状のアンテナ角度から相関情報により特定されたアンテナ角度に相当する角度だけ逆に回転させれば、理想的な環境下のアンテナ角度に戻り得る。理想的な環境下にアンテナ角度が戻れば（補正されれば）、モード間干渉の発生を抑制可能である。なお、上記モード間干渉パターンを用いたアンテナ角度の補正の具体例は、図２３を参照しつつ後述する。
【００２９】
上記一実施形態に係る無線通信システムでは、予め収集された相関情報に基づき、送信装置１０１及び受信装置１０２のアンテナ軸を補正するため、非特許文献４が開示するような網羅的な探索は不要であり、数少ない信号の送受信回数によりアンテナ軸の補正が実現できる。
【００３０】
以下に具体的な実施の形態について、図面を参照してさらに詳しく説明する。なお、各実施形態において同一構成要素には同一の符号を付し、その説明を省略する。
【００３１】
［第１の実施形態］
第１の実施形態について、図面を用いてより詳細に説明する。
【００３２】
初めに、第１の実施形態に係る無線通信システムについて基本的な装置構成及び動作に関する説明を行う。その後、具体的な状況として、アンテナを含む送受信装置の設置時と送受信装置の運用時の動作を説明する。
【００３３】
［システムの構成］
図２は、第１の実施形態に係る無線通信システムの概略構成の一例を示す図である。図２を参照すると、無線通信システムは、送信装置１０、受信装置２０、補正装置３０を含んで構成される。
【００３４】
送信装置１０と受信装置２０は、ＯＡＭ方式による電磁波を用いた無線通信を実現し、例えば、モバイルバックホール（中継回線）を形成する。送信装置１０は、例えば、基地局に相当し、端末（図示せず）と接続される。受信装置２０は、例えば、中継局に相当し、バックボーン回線に接続される。なお、第１の実施形態では、データ（信号列）は送信装置１０から受信装置２０に伝送される場合を主に説明するが、実際には、受信装置２０から送信装置１０にデータが伝送される場合もある。つまり、送信装置１０は受信機能を有し、受信装置２０は送信機能を有する。
【００３５】
補正装置３０は、送信装置１０及び受信装置２０のアンテナに関する管理やその補正を行う装置である。補正装置３０は、送信装置１０及び受信装置２０のそれぞれと無線又は有線の制御線により接続可能に構成されている。補正装置３０は、無線通信システムの運営業者等が、送信装置１０、受信装置２０のアンテナに関する定期メンテナンス等に使用する装置である。そのため、補正装置３０は、送信装置１０や受信装置２０と常時接続されている必要はなく、オプション装置として使用される。
【００３６】
［システムの概略動作］
次に、図２を参照しつつ、第１の実施形態に係る無線通信システムの動作概略を説明する。
【００３７】
無線通信システムに係る動作、運用は２つのフェーズに大別できる。
【００３８】
第１のフェーズは、無線通信システムの運用に必要な情報を事前に収集するフェーズである。第１のフェーズでは、送信装置１０のアンテナ（送信アンテナ）と受信装置２０のアンテナ（受信アンテナ）の間の不一致に関する情報である、「相関情報」を事前に収集する。
【００３９】
相関情報は、送信装置１０及び受信装置２０のアンテナに関する情報と、モード間干渉（電磁波の送信モードが受信モードに与える干渉）を特徴付けるモード間干渉パターンと、を対応付けた情報である。詳細は後述するが、当該相関情報は、送信装置１０、受信装置２０が設置された現場（実環境）や実験機を用いた環境にて測定、又は、計算機を使用したシミュレーションにより収集される。収集された相関情報は、補正装置３０の内部に格納される。
【００４０】
第２のフェーズは、補正装置３０が相関情報を利用して送受信アンテナのアンテナ軸を補正（調整）するフェーズである。
【００４１】
第２のフェーズが実行されるケースとして、以下の２つが想定される。
【００４２】
第１のケースは、送信装置１０及び受信装置２０を現場に初めて設置する場合である。非特許文献２、３に開示されたように、送受信アンテナのアンテナ軸が不一致であると、モード間干渉が生じ、受信特性が大きく劣化することがある。ＯＡＭ方式の受信特性を良好に保つためには、送信装置１０、受信装置２０のアンテナを設置する際に、できるだけ送受信アンテナのアンテナ軸を一致させることが要求される。
【００４３】
ここで、非特許文献４に開示されたアンテナ軸を一致させる手法は、上記要求を満たすことができる。しかし、非特許文献４に開示された当該手法は、探索型の手法である。したがって、最適な（満足できる）アンテナ軸の一致を得るためには、多くの探索が必要であり、送受信による電力的なコストや時間的なコストが高くなる。
【００４４】
対して、第１の実施形態に係る無線通信システムでは、補正装置３０に格納された「相関情報」を利用して、送受信アンテナのアンテナ軸の補正を高い精度、且つ、少ないコスト（信号の送受信に係る電力的なコスト、時間的なコスト）で実行する。
【００４５】
第２のケースは、送信装置１０及び受信装置２０を実際に運用している場合である。上述のように、ＯＡＭ方式はアンテナ軸が僅かにずれていると、モード間干渉が生じ、受信特性の劣化が生じる。例えば、実機を設置する際（上記第２のフェーズにおける第１のケース）に、モード間干渉が生じないほど理想的な位置にアンテナが設置できたとしても、風雨や振動を始めとする外部からの影響で、運用時には送受信のアンテナ軸が僅かに不一致となり、モード間干渉が生じる事態が想定できる。
【００４６】
このような問題に対処するため、アンテナ軸の補正を行うことが考えられるが、非特許文献４が開示する探索型の手法を採用すると、補正にかかる時間的なコストが大きく、通信品質の劣化が長時間続くこととなる。そこで、第１の実施形態に係る無線通信システムでは、補正装置３０に格納された相関情報を用いることで、高速なアンテナ角度の補正を実現する。その結果、長時間に及ぶ通信品質の劣化を即座に解消できることとなり、全体の通信品質向上に寄与する。
【００４７】
［装置の構成］
次に、無線通信システムをなす各装置の構成について説明する。
【００４８】
図３は、送信装置１０の内部構成の一例を示すブロック図である。図３を参照すると、送信装置１０は、制御部１１、送信部１２、受信部１３、通信制御部１４、送信アンテナ１５−１、受信アンテナ１５−２と、記憶部１６と、を含む。なお、図３において、送信装置１０が端末（図示せず）と通信するためのアンテナ等の図示を省略している。
【００４９】
制御部１１は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）により構成され、送信装置１０の機能を実現する手段である。また、制御部１１は、送信部１２及び受信部１３を制御することで、受信装置２０との間の無線通信を実現する。さらにまた、制御部１１は、補正装置３０との間の通信を制御する通信制御部１４を介して、補正装置３０との間で情報のやり取りを行う。
【００５０】
制御部１１は、補正装置３０からアンテナを調整するための動作モード（以下、アンテナ調整モードと表記する）への遷移を指示されると、補正装置３０から指示されるアンテナ角度及び送信モードによりＯＡＭ方式による電磁波を送信する。また、制御部１１は、補正装置３０からアンテナ角度（後述する最適送信アンテナ角度）が通知されると、当該通知されたアンテナ角度に基づきアンテナ角度を変更する。
【００５１】
制御部１１は、送信モード指示部２０１と、アンテナ制御部２０２と、を備える。
【００５２】
送信モード指示部２０１は、補正装置３０から指示された送信モードにより電磁波を送信するように送信部１２に指示する手段である。
【００５３】
アンテナ制御部２０２は、補正装置３０からの指示に基づきアンテナ軸を制御する手段である。具体的には、アンテナ制御部２０２は、送信アンテナ１５−１及び受信アンテナ１５−２のアンテナ角度を制御する。
【００５４】
送信部１２は、制御部１１からの信号列をエンコード及び変調し、ＯＡＭを有する電磁波を送信アンテナ１５−１から出力する。
【００５５】
受信部１３は、受信アンテナ１５−２から取得した電磁波の復調及びデコードを行い、デコードされた信号列を制御部１１に出力する。
【００５６】
送信アンテナ１５−１及び受信アンテナ１５−２は、ＯＡＭ方式に対応したアンテナである。また、これらのアンテナには、その軸の角度を変更可能とする機構（アクチュエータ；図示せず）が備わっている。
【００５７】
記憶部１６は、制御部１１が動作する際に必要なデータを記憶する。また、送信装置１０の制御部１１が行う処理は、送信装置１０に搭載されたコンピュータに、そのハードウェアを用いて、後述する各処理を実行させるコンピュータプログラムにより実現できる。上述したコンピュータプログラムは、記憶部１６にインストールされる。記憶部１６は、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）等の記憶媒体により構成される。
【００５８】
図４は、受信装置２０の内部構成の一例を示すブロック図である。図３に示す送信装置１０と図４に示す受信装置２０の基本的構成は同一のものとすることができるので、その相違点を説明する。
【００５９】
送信装置１０と受信装置２０の相違点は、アンテナ調整モードへの遷移が通知された際の動作が、送信装置１０と受信装置２０では異なる点である。受信装置２０の制御部２１は、アンテナ調整モードへの遷移が指示されると、補正装置３０からの指示に基づきアンテナ角度を変更すると共に、受信信号の受信モードごとの電力を測定し、当該測定結果を補正装置３０に出力する。当該受信電力の測定を担う手段が、受信電力測定部３０１である。
【００６０】
なお、補正装置３０からアンテナ角度（後述する最適受信アンテナ角度）が通知されると、当該通知されたアンテナ角度に基づきアンテナ角度を変更する点は、送信装置１０と同様である。
【００６１】
図５は、補正装置３０の内部構成の一例を示すブロック図である。図５を参照すると、補正装置３０は、相関情報生成部３１と、アンテナ軸補正部３２と、通信制御部３３と、記憶部３４と、を備える。
【００６２】
相関情報生成部３１及びアンテナ軸補正部３２は、送信装置１０及び受信装置２０と、補正装置３０間の通信を制御する手段である通信制御部３３を介してこれらの装置と通信する。
【００６３】
相関情報生成部３１は、記憶部３４に格納する相関情報を生成する手段であり、上記第１のフェーズにて起動される処理モジュールである。具体的には、相関情報生成部３１は、送受信アンテナのアンテナ軸に関する情報（送受信アンテナの角度）と、実際に測定したモード間干渉に関するデータ（モード間干渉パターン）と、を含む相関情報を、生成する。
【００６４】
相関情報生成部３１は、アンテナ角度変更部４０１と、送信モード設定部４０２と、モード間干渉パターン生成部４０３と、相関情報登録部４０４と、を含んで構成される。
【００６５】
アンテナ角度変更部４０１は、送信装置１０及び受信装置２０に対し、それぞれのアンテナ角度を変更するように指示する手段である。なお、変更を指示するアンテナ角度としては、送信装置１０の送信アンテナ１５−１の角度（以下、送信アンテナ角度と表記する）と受信装置２０の受信アンテナ２５−２の角度（以下、受信アンテナ角度と表記する）に分けられる。
【００６６】
送信アンテナ角度は、図６（ａ）に示すように、Ｘ軸周りの送信アンテナ１５−１の回転角度θＴＸとＹ軸周りの送信アンテナ１５−１の回転角度φＴＸによって定義される。同様に、受信アンテナ角度は、図６（ｂ）に示すように、Ｘ軸周りの受信アンテナ２５−２の回転角度θＲＸとＹ軸周りの受信アンテナ２５−２の回転角度φＲＸによって定義される。なお、本書において、回転軸に対して右回りを正の回転方向、左回りを負の回転方向とする。
【００６７】
また、第１の実施形態では、４つのアンテナ回転角度が０．０度の時（θＴＸ＝０．０、φＴＸ＝０．０、θＲＸ＝０．０、φＲＸ＝０．０）、送受信のアンテナ軸が一致し、モード間干渉が生じないものとして説明する。なお、本書において、特段の釈明がなければ、回転角度の単位として度を用いるものとし、その記載を省略する。
【００６８】
送信モード設定部４０２は、送信装置１０が信号列を送信する際の送信モードを設定する手段である。具体的には、送信モード設定部４０２は、送信装置１０が対応可能な複数の送信モードのうち１つを選択し、当該選択された送信モードにより電磁波を送信するように送信装置１０に対して指示をする。
【００６９】
モード間干渉パターン生成部４０３は、受信装置２０から取得した受信電力に基づきモード間干渉パターンを生成する手段である。モード間干渉パターンは、相関情報に含まれる情報であって、モード間干渉を特徴付ける情報である。
【００７０】
図７を参照すると、送信装置１０が単一の送信モード（０）の電磁波を送信すると、受信装置２０では、受信モード（０）だけでなく、受信モード（１）、受信モード（−１）としても電磁波が受信される。このような状況は、送信装置１０は、送信モード（０）により電磁波を送信したが、受信装置２０では、受信モード（−１）、受信モード（１）としても電磁波が受信されているためモード間干渉が生じているといえる。本来、アンテナ角度が理想的な状態（第１の実施形態ではアンテナの回転角度が全てゼロ）であれば、モード間干渉は生じない。そのような理想的な環境では、受信モード（０）の受信電力割合が１．０となる。
【００７１】
モード間干渉パターン生成部４０３は、特定の送信モードにより生じる複数の受信モードそれぞれの受信電力割合を要素として有するベクトルを、モード間干渉パターンとして生成する。より具体的には、モード間干渉パターン生成部４０３は、理想的な環境下における受信電力に対する受信装置２０から取得した受信モード毎の受信電力の割合を計算する。
【００７２】
なお、理想的な環境下における受信電力とは、例えば、モード間干渉が発生しないようにアンテナ角度が設定された状況において、送信モード（０）に対する受信モード（０）の受信電力である。このような受信電力は、予め補正装置３０に格納される。
【００７３】
モード間干渉パターン生成部４０３は、計算した受信電力割合を順番に並べ、モード間干渉パターンを生成する。例えば、図７の例では、受信モード（−２）の受信電力割合が０、受信モード（−１）の受信電力割合が０．１、受信モード（０）の受信電力割合が０．８、受信モード（１）の受信電力割合が０．１、受信モード（２）の受信電力割合が０であるので、（０、０．１、０．８、０．１、０）がモード間干渉パターンとして得られる。
【００７４】
モード間干渉パターン生成部４０３は、生成したモード間干渉パターンを記憶部３４に一時的に保存する。なお、モード間干渉パターンの各要素は受信電力割合の真値による表現だけでなく、デシベル表記を用いても良いことは勿論である。
【００７５】
相関情報登録部４０４は、モード間干渉パターンを用いて相関情報を生成し、記憶部３４に格納する手段である。相関情報登録部４０４は、送信装置１０及び受信装置２０に指示したアンテナ角度と、送信装置１０に設定した送信モードと、当該送信モード時に計算されたモード間干渉パターンと、を組み合わせて「相関情報」を生成する。
【００７６】
図８は、相関情報の一例を示す図である。図８に示すように、相関情報５００とは、送信モード５１１、モード間干渉パターン５１２、送信アンテナ角度５１３、受信アンテナ角度５１４を１組とする情報である。また、以下に示す図９〜図１２の行方向の一組が１つの相関情報（１つのデータセット）となる。
【００７７】
相関情報５００の送信モード５１１には、図９に示すような送信モードに関する情報が格納される。相関情報５００のモード間干渉パターン５１２には、図１０に示すようなモード間干渉パターンが格納される。なお、モード間干渉パターンを構成する要素として、５つの受信モード（−２、−１、０、１、２）を選択しているが、受信モードの選択を限定する趣旨ではない。本願開示において、送信モードとモード間干渉パターンとして測定する受信モードの組み合わせに制限はなく、図９及び図１０は例示である。
【００７８】
相関情報５００の送信アンテナ角度５１３には、図１１に示すような、送信アンテナ角度（θＴＸ、φＴＸ）が格納される。同様に、相関情報５００の受信アンテナ角度５１４には、図１２に示すような、受信アンテナ角度（θＲＸ、φＲＸ）が格納される。
【００７９】
相関情報登録部４０４は、上述のような相関情報に係るデータを記憶部３４に格納する。
【００８０】
次に、図１３を参照しつつ、相関情報生成部３１の動作を説明する。
【００８１】
なお、相関情報を生成する前に、送信装置１０と受信装置２０のアンテナ角度は、可能な限りモード間干渉が生じない状態に設定済みであるとする。無線通信システムを運用する前のキャリブレーションでは、例えば、非特許文献４に開示された探索型のアンテナ角度調整方法等により、モード間干渉が生じない理想的な状態にアンテナ角度が設定されるのが通常である。相関情報生成部３１による相関情報の生成は、このような理想的な状態にて実行されるものとする。なお、上述のように、説明の便宜上、理想的な状態（モード間干渉が非発生な状態）に設定されたアンテナの回転角度は全て０．０であるとする。
【００８２】
相関情報生成部３１は、送信装置１０及び受信装置２０に対し、アンテナ調整モードに遷移するように指示をする（ステップＳ１０１）。
【００８３】
ステップＳ１０２において、アンテナ角度変更部４０１は、所望のアンテナ角度となるように、送信装置１０、受信装置２０にアンテナ角度の変更を指示する。具体的には、アンテナ角度変更部４０１は、送信装置１０に対しては送信アンテナ１５−１のアンテナ角度変更を指示する。また、アンテナ角度変更部４０１は、受信装置２０に対しては受信アンテナ２５−２のアンテナ角度変更を指示する。なお、第１の実施形態では、アンテナ角度変更部４０１によるアンテナ角度の指定は、アンテナ調整モード遷移時のアンテナ角度からの変化量を用いるものとする。例えば、送信アンテナ１５−１を、Ｘ軸の右回りに０．１、Ｙ軸の左回りに０．２回転するには、補正装置３０は、送信アンテナ角度（θＴＸ、φＴＸ）＝（０．１、-０．２）を送信装置１０に通知する。
【００８４】
アンテナ角度変更部４０１は、例えば、記憶部３４に予め格納されたテーブル情報に従って、送信装置１０及び受信装置２０にアンテナ角度変更に係る指示を行う。記憶部３４に図１４に示すようなテーブル情報が格納されている場合には、アンテナ角度変更部４０１は、インデックスｋ（ｋは正の整数、以下同じ）により特定されるアンテナ角度となるように送信装置１０及び受信装置２０に指示をする。例えば、インデックスｋ＝１の場合には、送信装置１０の送信アンテナ１５−１がＸ軸の右回りに０．１回転するように指示がなされる。
【００８５】
ステップＳ１０３において、送信モード設定部４０２は、送信装置１０に送信モードの設定を行う。送信モード設定部４０２は、例えば、記憶部３４に予め格納されたテーブル情報に従って、送信装置１０から送信させる信号列の送信モードを決定する。
【００８６】
送信モード設定部４０２は、例えば、記憶部３４に格納された図１５に示すようなテーブル情報を参照し、インデックスｉ（ｉは正の整数）に従って、送信装置１０に送信モードを設定する。送信モードが設定された送信装置１０は、当該設定された送信モードにより信号列を電磁波に変換して送信する。また、当該電磁波を受信した受信装置２０は、複数の受信モードで受信した電磁波を信号系列に変換し、各受信モードで変換した信号系列の受信電力を補正装置３０に送信する。
【００８７】
ステップＳ１０４において、モード間干渉パターン生成部４０３は、受信装置２０から取得した各受信モードの受信電力を使用して、モード間干渉パターンを生成する。
【００８８】
ステップＳ１０５において、送信モード設定部４０２は、必要な送信モードの設定が終了したか否かを判定する。必要な設定が終了していなければ（ステップＳ１０５、Ｎｏ分岐）、ステップＳ１０３に戻り送信モードの設定以降の処理を繰り返す。
【００８９】
必要な設定が終了していれば（ステップＳ１０５、Ｙｅｓ分岐）、アンテナ角度変更部４０１は、必要なアンテナ角度の変更が終了したか否かを判定する。必要な変更が終了していなければ（ステップＳ１０６、Ｎｏ分岐）、ステップＳ１０２に戻り、アンテナ角度変更以降の処理を繰り返す。必要な変更が終了していれば（ステップＳ１０６、Ｙｅｓ分岐）、ステップＳ１０７に遷移する。
【００９０】
ステップＳ１０７において、相関情報登録部４０４は、ステップＳ１０２にて変更指示したアンテナ角度（送信アンテナ角度、受信アンテナ角度）と、ステップＳ１０３にて設定した送信モードと、ステップＳ１０４にて生成したモード間干渉パターンと、を組み合わせて相関情報を生成し、記憶部３４に格納する。
【００９１】
より詳細には、相関情報登録部４０４は、上記インデックスｋとインデックスｉで関連付けられた、アンテナ角度変更部４０１で設定したアンテナ角度と送信モードと、モード間干渉パターン生成部４０３で計算したモード間干渉パターンを相関情報として記憶部３４に登録する。なお、相関情報登録部４０４は、生成した全ての相関情報を記憶部３４に格納するのではなく、格納する相関情報を絞り込んでもよい。
【００９２】
図５に説明を戻すと、アンテナ軸補正部３２は、上記第２のフェーズ（相関情報を利用したアンテナ軸の補正）にて起動される処理モジュールである。
【００９３】
アンテナ軸補正部３２は、モード間干渉パターン測定部４１１と、最適アンテナ角度計算部４１２と、最適アンテナ角度通知部４１３と、を含んで構成される。
【００９４】
モード間干渉パターン測定部４１１は、受信装置２０から取得した受信モードごとの受信電力に基づき、モード間干渉パターンを測定する手段である。モード間干渉パターン測定部４１１による当該パターンの測定に関する処理は、モード間干渉パターン生成部４０３の処理と同一とすることが可能であるので、その説明を省略する。
【００９５】
最適アンテナ角度計算部４１２は、モード間干渉パターン測定部４１１により測定されたモード間干渉パターンに基づき、送信装置１０及び受信装置２０に通知する最適アンテナ角度を計算する手段である。
【００９６】
最適アンテナ角度通知部４１３は、上記計算された最適アンテナ角度を送信装置１０及び受信装置２０に設定（通知）する手段である。
【００９７】
次に、図１６を参照しつつ、測定したモード間干渉パターンから最適アンテナ角度を送信装置１０及び受信装置２０に通知する、アンテナ軸補正部３２の動作を説明する。
【００９８】
ステップＳ２０１において、アンテナ軸補正部３２は、送信装置１０、受信装置２０をアンテナ調整モードに遷移させる。
【００９９】
ステップＳ２０２において、モード間干渉パターン測定部４１１は、送信モードごとのモード間干渉パターンを測定（計測）する。
【０１００】
例えば、モード間干渉パターン測定部４１１は、送信装置１０に対して、単一の送信モードを用いて信号列を送信するように指示し、受信装置２０から各受信モードで分離した受信電力に基づきモード間干渉パターンを測定する。その後、モード間干渉パターン測定部４１１は、次の送信モードを用いて信号列を送信するように送信装置１０に指示し、受信した受信電力に基づきモード間干渉パターンを測定することを繰り返す。
【０１０１】
あるいは、モード間干渉パターン測定部４１１は、送信装置１０に対し、複数の送信モードを時間的に切り替えて送信するように指示し、受信装置２０から各受信モードで分離した受信電力の差分により間接的にモード間干渉パターンを測定してもよい。即ち、本願開示においては、種々のモード間干渉パターンの測定方法を使用することができる。モード間干渉パターン測定部４１１は、測定した送信モードごとのモード間干渉パターンを記憶部３４に保存する。
【０１０２】
最適アンテナ角度計算部４１２は、記憶部３４にアクセスし、格納された相関情報（モード間干渉パターンとアンテナ角度によるデータセット）を取得する。その後、最適アンテナ角度計算部４１２は、相関情報の内容を順次参照する（ステップＳ２０３）。なお、参照する相関情報の数はＮ（Ｎは正の整数）個であるとする。
【０１０３】
最適アンテナ角度計算部４１２は、下記の式（１）に基づき測定したモード間干渉パターンとデータベースに格納されたモード間干渉パターンの間の二乗誤差Ｉ（Ｌ、Ｍ）を計算する（ステップＳ２０４）。
2017213219.tif 000003
【０１０４】
なお、式（１）において、測定されたモード間干渉パターンにおける送信モード（ｋ）が受信装置２０で受信モード（ｍ；ｍは正の整数、以下同じ）として受信される受信電力割合をＰｄｍ（ｋ）と表記する。同様に、記憶部３４に格納されたモード間干渉パターンの受信電力割合をＰSｍ（ｋ）と表記する。また、式（１）において、送信したモード数は集合Ｌ（Ｌは２以上の整数、以下同じ）の要素、受信されるモード数は集合Ｍ（Ｍは３以上の整数、以下同じ）の要素である。
【０１０５】
第１の実施形態では、集合Ｌの要素数は２以上であり、集合Ｍの要素数は３以上、集合Ｌの要素数より集合Ｍの要素数が大きいものとする。上記の条件は、モード間干渉パターンからアンテナ角度に関する情報を抽出する精度が劣化することを避けるために設定される。
【０１０６】
次に、最適アンテナ角度計算部４１２は、計算された二乗誤差と既に計算された二乗誤差を比較し、二乗誤差が小さいものを、対応するアンテナ角度（二乗誤差の計算に利用した相関情報から得られるアンテナ角度）と共に最小二乗誤差として保存する（ステップＳ２０５）。
【０１０７】
ステップＳ２０６において、ステップＳ２０２において測定されたモード間干渉パターンに関する二乗誤差の計算が終了したか否かが判定される。つまり、記憶部３４に保存されているＮ個の相関情報と測定されたモード間干渉パターンの間の二乗誤差計算が終了したか否か判定される。
【０１０８】
全ての二乗誤差の計算が終了（ステップＳ２０６、Ｙｅｓ分岐）すると、二乗誤差を最小にするアンテナ角度が特定される。具体的には、以下の式（２）により当該アンテナ角度が求まる。
2017213219.tif 000004
なお、式（２）において、特定された送信アンテナ角度は、θＴＸmin、φＴＸminと表記され、受信アンテナ角度は、θＲＸmin、φＲＸminと表記されている。
【０１０９】
二乗誤差を最小とするアンテナ角度が特定されると、最適アンテナ角度計算部４１２は、当該アンテナ角度を用いて送信装置１０及び受信装置２０に通知する最適アンテナ角度を求める（ステップＳ２０７）。具体的には、最適アンテナ角度計算部４１２は、送信装置１０及び受信装置２０のアンテナ角度が理想的な角度（即ち、全ての角度が０．０）となるように、最適アンテナ角度を計算する。例えば、二乗誤差を最小とするアンテナ角度（θＴＸmin、φＴＸmin、θＲＸmin、φＲＸmin）＝（０．２、０．０、０．０、０．０）であれば、最適アンテナ角度計算部４１２は、最適アンテナ角度（θＴＸopt、φＴＸopt、θＲＸopt、φＲＸopt）として（−０．２、０．０、０．０、０．０）を算出する。このように、最適アンテナ角度計算部４１２は、二乗誤差を最小とするアンテナ角度を逆回転させる角度を最適アンテナ角度として計算する。
【０１１０】
最適アンテナ角度通知部４１３は、上記計算された最適アンテナ角度を送信装置１０及び受信装置２０に通知する（ステップＳ２０８）。
【０１１１】
上記説明したように、補正装置３０は、送信装置１０が受信装置２０に送信した電磁波から測定されるモード間干渉パターンに最も類似するモード間干渉パターンを、複数の相関情報のなかから特定する。その後、補正装置３０は、特定されたモード間干渉パターンに対応する送信装置１０及び受信装置２０のアンテナ角度（二乗誤差を最小とするアンテナ角度）に基づき、送信装置１０及び受信装置２０のアンテナ角度を補正する（最適アンテナ角度を通知する）。
【０１１２】
［相関情報の収集］
上記説明したように、補正装置３０は、相関情報を記憶する記憶部３４を備える。無線通信システムの運用事業者等は、種々の手段を用いて上記相関情報を収集し、収集した相関情報を記憶部３４に格納する必要がある。図１３等を用いて説明した相関情報の生成方法は、数ある相関情報の収集方法のうちの１つである。
【０１１３】
上記相関情報の生成以外にも、実機を用いた実験や計算機等による電磁界シミュレーションにより相関情報を生成し、記憶部３４に格納してもよい。つまり、記憶部３４に格納される相関情報の収集は、実際の現場にて測定される場合（図１３等を用いて説明した場合）と、実験又は計算機によって予め測定される場合と、が考えられる。
【０１１４】
相関情報が実際の現場で測定される場合の動作は、図１３等を用いて説明したので、相関情報が計算機等により予め測定される場合について説明する。但し、相関情報が計算機等により予め測定される場合についても、実際の現場で測定される場合と基本的な手順は同じである。
【０１１５】
即ち、図１３に示すフローに従い相関情報を生成するが、アンテナ角度の変更に応じて取得する受信電力の計算を、送信装置や受信装置をモデル化したシミュレーションにより行い、相関情報を生成する。具体的には、ＯＡＭ方式で使用する周波数帯、送受信アンテナ間の距離、アンテナの形状やサイズ、送受信アンテナのアンテナ角度を条件とするシミュレーションにより相関情報の収集を行う。なお、計算機等によるシミュレーションによって相関情報を収集（事前に準備）する場合には、補正装置３０の相関情報生成部３１は不要となる。
【０１１６】
また、使用する周波数帯やアンテナの形状等の諸条件が一致すれば、相関情報も実質的に一致すると考えられる。そのため、シミュレーション等により収集された相関情報は、汎用的に使用することが可能であり、相関情報はデータベース化されて管理することも可能である。この場合、例えば、作業者は、送信装置１０及び受信装置２０のアンテナ角度（アンテナの回転角度）を調整する際に、図１７に示すような画面（データ引用パラメータ用の設定画面）を確認する。その後、作業者は、送信装置１０、受信装置２０の設置及び使用条件に合わせて適切にデータを引用し、記憶部３４に格納してもよい。
【０１１７】
［無線通信システムの全体動作］
次に、相関情報を事前に収集する第１のフェーズについての無線通信システムの動作を説明する。
【０１１８】
図１８は、第１の実施形態に係る無線通信システムの動作の一例を示すシーケンス図である。
【０１１９】
補正装置３０は、送信装置１０及び受信装置２０に対し、アンテナ調整モードへの遷移を指示する（ステップＳ３０１）。
【０１２０】
補正装置３０は、送信装置１０に対して送信アンテナ１５−１の角度変更、受信装置２０に対して受信アンテナ２５−２の角度変更をそれぞれ指示する（ステップＳ３０２）。
【０１２１】
補正装置３０は、送信モードを送信装置１０に設定する（ステップＳ３０３）。送信モードが設定された送信装置１０は、当該設定された送信モードにてＯＡＭ方式による電磁波を受信装置２０に送信する。図１８の例では、送信装置１０から受信装置２０に向けて、送信モード（０）を用いたフレーム伝送が行われている。
【０１２２】
受信装置２０は、受信モードごとの受信電力を補正装置３０に送信する（ステップＳ３０５）。
【０１２３】
補正装置３０は、当該受信電力に基づき、受信モードごとの受信電力割合を計算し、モード間干渉パターンを生成する（ステップＳ３０６）。
【０１２４】
その後、送信モードの設定（ステップＳ３０７）、モード間干渉パターンの生成（ステップＳ３１０）、アンテナ角度の変更等を繰り返す。
【０１２５】
必要なアンテナ角度の変更と送信モードの設定が終了すると、補正装置３０は、相関情報を生成（ステップＳ３１１）し、当該情報を記憶部３４に格納する。
【０１２６】
次に、相関情報を用いてアンテナ軸を補正する第２のフェーズについて説明する。
【０１２７】
図１９は、第１の実施形態に係る無線通信システムの動作の一例を示すシーケンス図である。図１９に示すシーケンス図は、送信装置１０及び受信装置２０を現場に設置する場合（上記第１のケース）の動作を示す。
【０１２８】
送信装置１０及び受信装置２０を現場に設置すると、例えば、モード０の受信電力を最大化するような位置に送受信アンテナの仮設置（一時的な設置）が行われる。当該仮設置の目的は、記憶部３４に格納されている相関情報を用いたアンテナ角度の探索範囲に適切な値が含まれるようにするためである。
【０１２９】
アンテナの仮設置が終了すると、補正装置３０から送信装置１０に対して送信モードの設定（ステップＳ４０２）が行われ、設定された送信モードによる電磁波の送信が行われる（ステップＳ４０３）。
【０１３０】
その後、受信装置２０から受信モードごとの受信電力が補正装置３０に送信（ステップＳ４０４）され、補正装置３０はモード間干渉パターンを測定する（ステップＳ４０５）。
【０１３１】
上記のような処理が、送受信アンテナのアンテナ角度を固定しつつ、送信モードごとに行われ、最適アンテナ角度の計算が行われる（ステップＳ４１０）。
【０１３２】
最適アンテナ角度が計算されると、補正装置３０は、最適アンテナ角度を送信装置１０、受信装置２０に通知する（ステップＳ４１１）。具体的には、補正装置３０は、送信装置１０に最適送信アンテナ角度の情報（θＴＸｏｐｔ、φＴＸｏｐｔ）を通知する。送信装置１０は、当該通知された送信アンテナ角度に基づき、送信アンテナ１５−１の角度を変更する。例えば、上述のように、最適アンテナ角度（θＴＸopt、φＴＸopt、θＲＸopt、φＲＸopt）として（−０．２、０．０、０．０、０．０）を算出された場合には、最適送信アンテナ角度（θＴＸopt、φＴＸopt）＝（−０．２、０．０）が送信装置１０に通知される。当該通知された最適送信アンテナ角度は、現在のアンテナ角度からの回転量を示すので、送信装置１０は、送信アンテナ１５−１をＸ軸の左回りに０．２回転させる。
【０１３３】
同様に、補正装置３０は、受信装置２０に最適受信アンテナ角度の情報（θＲＸopt、φＲＸopt）を通知する。受信装置２０は、当該通知された最適受信アンテナ角度に基づき、受信アンテナ２５−２の角度を変更する。
【０１３４】
図２０は、第１の実施形態に係る無線通信システムの動作の一例を示すシーケンス図である。図２０に示すシーケンス図は、送信装置１０及び受信装置２０が実際に運用されている場合にアンテナ軸を補正する場合（上記第２のケース）の動作を示す。図１９と図２０の相違点は、図１９に示す「送受信アンテナの設置位置に関する仮設置」が図２０に存在しない点である。そのため、図２０の詳細な説明は省略する。
【０１３５】
なお、上記実施形態にて説明した無線通信システムの構成は例示であって、システムの構成を限定する趣旨ではない。例えば、図２１に示すように、受信装置２０の内部に補正装置３０の機能が組み込まれていてもよい。また、この場合、送信装置１０及び受信装置２０が連携動作し、定期的にモード間干渉パターンを測定し、送受信アンテナにずれが生じているか確認することができる。送受信アンテナにずれが生じていれば、受信装置２０は自身のアンテナ軸を補正すると共に、送信装置１０に対してアンテナ軸の補正を指示することができる。あるいは、受信装置２０は、無線通信システムの管理サイト等に送受信アンテナのずれを通知し、適切な対処を要求することもできる。
【０１３６】
受信装置２０に補正装置３０の機能が組み込まれている場合、受信装置２０から送信装置１０に最適アンテナ角度を通知する際には、図２２（ａ）に示すようなアンテナ角度情報フレームを用いることができる。送信装置１０に送信されるフレームには、最適送信アンテナ角度の情報が格納される。また、当該フレームは、ヘッダー部とデータ部で構成され得るが、特に制限を与える必要はない。例えば、受信品質の劣化を防ぐため、図２２（ｂ）に示すようにアンテナ角度情報の後段にデータを付加することができる。
【０１３７】
上記実施形態では、アンテナ軸の変更（アンテナ軸の補正）は、アンテナ角度を変更することで実現することを説明した。但し、アンテナ軸の変更をアンテナ角度に限定する趣旨ではなく、例えば、アンテナの平行移動のような他の手段によりアンテナ軸の補正を補正してもよい。
【０１３８】
また、上記実施形態では、モード間干渉を特徴付けるモード間干渉パターンの構成要素として、各受信モードにおける受信電力割合を用いたが、他の指標を用いることも可能である。例えば、受信モードごとのＳＮ比（Signal to Noise Ratio）等をモード間干渉パターンの構成要素としてもよい。つまり、モード間干渉を特徴付ける指標であれば、どのような指標を用いてもよい。
【０１３９】
上記実施形態では、送信装置１０の送信アンテナ１５−１、受信装置２０の受信アンテナ２５−２のアンテナ角度を補正する場合について説明したが、送信装置１０の受信アンテナ１５−２、受信装置２０の送信アンテナ２５−１のアンテナ角度を補正する場合には、送受信側を入れ替えて上記説明した手順を実行すれば良い。
【０１４０】
以上のように、第１の実施形態に係る無線通信システムでは、モード間干渉を特徴付けるモード間干渉パターンを、様々なアンテナ角度にて収集する（第１のフェーズ）。その後、アンテナの角度の補正が必要となると、現況でのアンテナ角度におけるモード間干渉パターンを測定し、事前に収集された相関情報のうち上記測定したモード間干渉パターンに一致するモード間干渉パターン及びアンテナ角度を特定する。特定されたアンテナ角度は、振動等の影響により生じたアンテナ角度のずれ（理想的なアンテナ角度からの変動量）と捉えることができるので、補正装置３０は、当該アンテナ角度の変動をキャンセルするように送信装置１０及び受信装置２０のアンテナ角度を補正する（第２のフェーズ）。
【０１４１】
例えば、図２３（ａ）、（ｂ）に示すように、様々なアンテナ角度に設定した場合のモード間干渉パターンを事前に収集する。なお、図２３では、理解の容易のため、Ｘ軸周りのアンテナ回転角度に限定し図示している。
【０１４２】
アンテナ角度が０．０である場合、理想的な環境にあるので、モード間干渉は生じない（対応する受信モードの受信電力割合が１となる）。しかし、アンテナ角度がα１、α２となると、当該状態は理想的な環境から外れるので、モード間干渉が発生する。第１の実施形態では、当該発生したモード間干渉をモード間干渉パターンにより数値化し、事前に収集する。その結果、補正装置３０の内部には図２３（ｂ）に示すような相関情報の集合が蓄積される。
【０１４３】
アンテナの補正が必要になると、現況のアンテナ角度におけるモード間干渉パターンが測定される。例えば、図２３（ｃ）に示すモード間干渉パターンが測定されたものとする。補正装置３０は、当該測定されたモード間干渉パターンに実質的に一致するモード間干渉パターンに対応するアンテナ角度を特定する。図２３の例では、２行目のアンテナ角度α１が特定される。特定されたアンテナ角度は、理想的な環境（本願開示では、アンテナ角度が０．０）からの変動量と捉えることができるので、当該変動量をキャンセルするようにアンテナを移動させることで、モード間干渉の発生を抑制できる。図２３の例では、現在のアンテナ角度から右回りに角度α１回転させ、アンテナ軸は理想的な環境（アンテナ角度が０．０）と同等に補正される。
【０１４４】
上記説明したように、補正装置３０は、内部に格納された相関情報を用いることで、実際に測定したモード間干渉パターンから最適アンテナ角度を推定することが可能となる。
その結果、例えば、非特許文献４に開示されるような探索型のアンテナ軸補正方法と比較し、より少ない送受信回数でアンテナ軸補正を行うことができる。
【０１４５】
上記の説明により、本発明の産業上の利用可能性は明らかであるが、本発明は、ＯＡＭ方式を備えた通信システムなどに好適に適用可能である。
【０１４６】
上記の実施形態の一部又は全部は、以下の形態（Ｆｏｒｍｕｌａｔｉｏｎ）ようにも記載され得るが、以下には限られない。
［形態１］
上述の第１の視点に係る無線通信システムのとおりである。
［形態２］
前記相関情報のアンテナに関する情報は、前記送信装置及び受信装置のアンテナ角度に関する情報であり、
前記補正装置は、前記相関情報に基づき、前記送信装置及び受信装置のアンテナ角度を補正する、好ましくは形態１の無線通信システム。
［形態３］
前記補正装置は、
前記送信装置が前記受信装置に送信した電磁波から測定される前記モード間干渉パターンに類似するモード間干渉パターンを、複数の前記相関情報のなかから特定し、
前記特定されたモード間干渉パターンに対応する送信装置及び受信装置のアンテナ角度に基づき、前記送信装置及び受信装置のアンテナ角度を補正する、好ましくは形態２の無線通信システム。
［形態４］
前記補正装置は、
前記複数の相関情報それぞれのモード間干渉パターンと、前記測定されたモード間干渉パターンと、の間の二乗誤差を計算することで、前記測定されたモード間干渉パターンに類似するモード間干渉パターンを特定する、好ましくは形態３の無線通信システム。
［形態５］
前記モード間干渉パターンは、単一の送信モードにより生じる複数の受信モードにおける信号列の受信電力に関する情報からなる、好ましくは形態１乃至４のいずれか一に記載の無線通信システム。
［形態６］
前記補正装置は、
前記送信装置に対しアンテナ角度と送信モードを指定して電磁波を送信することを指示し、
前記受信装置に対しアンテナ角度を指定し、受信した信号列の受信モードごとの受信電力を前記補正装置に送信させ、
前記送信装置及び受信装置に指示をしたアンテナ角度と、前記送信された受信モードごとの受信電力から計算した前記モード間干渉パターンと、を用いて前記相関情報を生成する、好ましくは形態５の無線通信システム。
［形態７］
前記相関情報は、計算機によるシミュレーションにより生成される、好ましくは形態１乃至５のいずれか一に記載の無線通信システム。
［形態８］
前記相関情報は、送信モードの数が２以上、受信モードの数が３以上、及び、送信モードの数より受信モードの数が大きい、好ましくは形態１乃至５のいずれか一に記載の無線通信システム。
［形態９］
上述の第２の視点に係る受信装置のとおりである。
［形態１０］
上述の第３の視点に係る補正装置のとおりである。
［形態１１］
上述の第４の視点に係るアンテナ補正方法のとおりである。
［形態１２］
上述の第５の視点に係るプログラムのとおりである。
なお、形態９〜１２は、形態１と同様に、形態２〜形態８に展開することが可能である。
【０１４７】
なお、引用した上記の特許文献等の各開示は、本書に引用をもって繰り込むものとする。本発明の全開示（請求の範囲を含む）の枠内において、さらにその基本的技術思想に基づいて、実施形態ないし実施例の変更・調整が可能である。また、本発明の全開示の枠内において種々の開示要素（各請求項の各要素、各実施形態ないし実施例の各要素、各図面の各要素等を含む）の多様な組み合わせ、ないし、選択が可能である。すなわち、本発明は、請求の範囲を含む全開示、技術的思想にしたがって当業者であればなし得るであろう各種変形、修正を含むことは勿論である。特に、本書に記載した数値範囲については、当該範囲内に含まれる任意の数値ないし小範囲が、別段の記載のない場合でも具体的に記載されているものと解釈されるべきである。
【符号の説明】
【０１４８】
１０、１０１  送信装置
１１、２１  制御部
１２、２２  送信部
１３、２３  受信部
１４、２４、３３  通信制御部
１５−１、２５−１  送信アンテナ
１５−２、２５−２  受信アンテナ
１６、２６、３４  記憶部
２０、１０２  受信装置
３０、１０３  補正装置
３１  相関情報生成部
３２  アンテナ軸補正部
２０１  送信モード指示部
２０２、３０２  アンテナ制御部
３０１  受信電力測定部
４０１  アンテナ角度変更部
４０２  送信モード設定部
４０３  モード間干渉パターン生成部
４０４  相関情報登録部
４１１  モード間干渉パターン測定部
４１２  最適アンテナ角度計算部
４１３  最適アンテナ角度通知部
５００  相関情報
５１１  送信モード
５１２  モード間干渉パターン
５１３  送信アンテナ角度
５１４  受信アンテナ角度
【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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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【国際調査報告】
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