(57)【要約】  本発明の実施形態は、通信装置及び無線通信機器に関する。通信装置は、Ｍ個の通信サブリンクを含み、Ｍ個の通信サブリンクは、Ｍ個のサブアンテナアレイを含み、Ｍ個のサブアンテナアレイは、少なくとも２列に分割され、２つの隣り合うサブアンテナアレイがインターリーブ方式で配置され、又は、Ｍ個のサブアンテナアレイは、直線上に配置され、２つの隣り合うサブアンテナアレイが、ｎ個のエレメントを共有する。故に、サブアンテナアレイ間の距離を短縮することができ、電波ビームのメインローブとグレーティングローブとの間の距離を増大させることができ、エレメント数の増加と、グレーティングローブを制御することにおける難しさとの間の不両立を軽減することができ、そして更には、電波ビームの直交性を改善することができる。
2018538759.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
通信装置であって、当該通信装置は、Ｍ個の通信サブリンクを有し、各通信サブリンクが、
１つのサブアンテナアレイであり、各サブアンテナアレイが、空間内で電波ビームを放射又は受信するように構成されたＮ個のエレメントを有する、１つのサブアンテナアレイと、
Ｎ個のアナログ位相シフタであり、各アナログ位相シフタが、前記Ｎ個のエレメントのうちの何れかのエレメントと通信し、当該Ｎ個のアナログ位相シフタは、空間内で前記Ｎ個のエレメントによって放射又は受信される前記電波ビームの方向を制御するように構成される、Ｎ個のアナログ位相シフタと、
前記Ｎ個のアナログ位相シフタと通信するとともに、デジタルデータストリームを前記電波ビームの信号へと変換する、又は前記電波ビームの信号をデジタルデータストリームへと変換するように構成された、Ｘ個のトランシーバユニットと、
前記Ｘ個のトランシーバユニットと通信するとともに、前記デジタルデータストリームを形成する、又は前記デジタルデータストリームを受信し、受信した前記デジタルデータストリームを複数のデジタルデータストリームへと分解する、ように構成されたＬ個のデジタル位相シフタと
を有し、
前記Ｍ個の通信サブリンクのＭ個のサブアンテナアレイが、少なくとも２列に分割され、２つの隣り合うサブアンテナアレイがインターリーブ方式で配置され、Ｎ、Ｍ、Ｘ、及びＬは全て正の整数であり、Ｌ≦Ｍ、且つＸ≦Ｎである、
通信装置。
【請求項２】
前記Ｍ個のサブアンテナアレイは、上側の列と下側の列とに分割され、前記２つの隣り合うサブアンテナアレイは、第１のサブアンテナアレイ及び第２のサブアンテナアレイを有し、且つ
前記第１のサブアンテナアレイが前記上側の列に置かれ、前記第２のアンテナアレイが前記下側の列に置かれる場合、前記第２のサブアンテナアレイは前記第１のサブアンテナアレイの右下に置かれ、又は
前記第１のサブアンテナアレイが前記下側の列に置かれ、前記第２のアンテナアレイが前記上側の列に置かれる場合、前記第２のサブアンテナアレイは前記第１のサブアンテナアレイの右上に置かれる、
請求項１に記載の通信装置。
【請求項３】
同一サブアンテナアレイ内のＮ個のエレメントのうちの２つの隣り合うエレメント間の距離をｄｉとし、前記隣り合うサブアンテナアレイ間の距離をＤとして、
【数１】
2018538759.tif 000008
であり、ｉ＝１，２，…，Ｎ−１である、請求項１又は２に記載の通信装置。
【請求項４】
各通信サブリンクが更に、Ｎ個の電力制御ユニットを有し、各電力制御ユニットが、前記Ｎ個のアナログ位相シフタのうちの何れかのアナログ位相シフタと、前記Ｎ個のエレメントのうちの該何れかのアナログ位相シフタと通信する１つのエレメントとの間に接続され、前記Ｎ個の電力制御ユニットは、前記Ｎ個のエレメントに送信される電波ビームの信号又は前記Ｎ個のエレメントから受信される電波ビームの信号に対して、一定振幅重み付け処理を実行するように構成されている、請求項１乃至３の何れか一項に記載の通信装置。
【請求項５】
各通信サブリンクの前記Ｎ個のアナログ位相シフタのＪ番目のアナログ位相シフタに位相（Ｊ−１）＊δが投入され、Ｊは正の整数であり、且つＪ≦Ｎである、請求項１乃至４の何れか一項に記載の通信装置。
【請求項６】
前記Ｍ個の通信サブリンクのＩ番目の通信サブリンクのＬ個のデジタル位相シフタに別々に位相（Ｉ−１）＊Δが投入され、Ｉは正の整数であり、且つＩ≦Ｍである、請求項１乃至５の何れか一項に記載の通信装置。
【請求項７】
通信装置であって、当該通信装置は、Ｍ個の通信サブリンクを有し、各通信サブリンクが、
１つのサブアンテナアレイであり、各サブアンテナアレイが、空間内で電波ビームを放射又は受信するように構成されたＮ個のエレメントを有する、１つのサブアンテナアレイと、
Ｎ個のアナログ位相シフタであり、各アナログ位相シフタが、前記Ｎ個のエレメントのうちの何れかのエレメントと通信し、当該Ｎ個のアナログ位相シフタは、空間内で前記Ｎ個のエレメントによって放射又は受信される前記電波ビームの方向を制御するように構成される、Ｎ個のアナログ位相シフタと、
前記Ｎ個のアナログ位相シフタと通信するとともに、デジタルデータストリームを前記電波ビームの信号へと変換する、又は前記電波ビームの信号をデジタルデータストリームへと変換するように構成された、Ｘ個のトランシーバユニットと、
前記Ｘ個のトランシーバユニットと通信するとともに、前記デジタルデータストリームを形成する、又は前記デジタルデータストリームを受信し、受信した前記デジタルデータストリームを複数のデジタルデータストリームへと分解する、ように構成されたＬ個のデジタル位相シフタと
を有し、
前記Ｍ個の通信サブリンクのＭ個のサブアンテナアレイが直線上に配置され、２つの隣り合うサブアンテナアレイが、ｎ個のエレメントを共有し、Ｎは偶数であり、Ｍ、Ｘ、Ｌ、及びｎは全て正の整数であり、Ｌ≦Ｍ、Ｘ≦Ｎ、且つ１≦ｎ≦Ｎ／２である、
通信装置。
【請求項８】
前記２つの隣り合うサブアンテナアレイは、第１のサブアンテナアレイ及び第２のサブアンテナアレイを有し、且つ
前記第１のサブアンテナアレイが、前方に置かれたサブアンテナアレイであり、前記第２のサブアンテナアレイが、後方に置かれたサブアンテナアレイである場合、前記第２のサブアンテナアレイの最初のｎ個のエレメントが、前記第１のサブアンテナアレイの最後のｎ個のエレメントと同じであり、又は
前記第１のサブアンテナアレイが、後方に置かれたサブアンテナアレイであり、前記第２のサブアンテナアレイが、前方に置かれたサブアンテナアレイである場合、前記第２のサブアンテナアレイの最後のｎ個のエレメントが、前記第１のサブアンテナアレイの最初のｎ個のエレメントと同じである、
請求項７に記載の通信装置。
【請求項９】
同一サブアンテナアレイ内のＮ個のエレメントのうちの２つの隣り合うエレメント間の距離をｄｉとし、前記隣り合うサブアンテナアレイ間の距離をＤとして、
【数２】
2018538759.tif 000009
であり、ｉ＝１，２，…，Ｎ−１である、請求項７又は８に記載の通信装置。
【請求項１０】
各通信サブリンクが更に、Ｎ個の電力制御ユニットを有し、各電力制御ユニットが、前記Ｎ個のアナログ位相シフタのうちの何れかのアナログ位相シフタと、前記Ｎ個のエレメントのうちの該何れかのアナログ位相シフタと通信する１つのエレメントとの間に接続され、前記Ｎ個の電力制御ユニットは、前記Ｎ個のエレメントに送信される電波ビームの信号又は前記Ｎ個のエレメントから受信される電波ビームの信号に対して、一定振幅重み付け処理を実行するように構成されている、請求項７乃至９の何れか一項に記載の通信装置。
【請求項１１】
各通信サブリンクの前記Ｎ個のアナログ位相シフタのＪ番目のアナログ位相シフタに位相（Ｊ−１）＊δが投入され、Ｊは正の整数であり、且つＪ≦Ｎである、請求項７乃至１０の何れか一項に記載の通信装置。
【請求項１２】
前記Ｍ個の通信サブリンクのＩ番目の通信サブリンクのＬ個のデジタル位相シフタに別々に位相（Ｉ−１）＊Δが投入され、Ｉは正の整数であり、且つＩ≦Ｍである、請求項７乃至１１の何れか一項に記載の通信装置。
【請求項１３】
当該通信装置は更に、ｎ＊Ｍ個の無線周波数コンバイナと、ｎ＊Ｍ個のビデオスプリッタとを有し、前記２つの隣り合うサブアンテナアレイはそれぞれ第１の通信サブリンク及び第２の通信サブリンクに属し、
各無線周波数コンバイナが、前記ｎ個のエレメントのうちの何れかのエレメントに接続され、さらに、前記第１の通信サブリンクの、該何れかのエレメントと通信する１つのアナログ位相シフタと、前記第２の通信サブリンクの、該何れかのエレメントと通信する１つのアナログ位相シフタと、の間に接続され、且つ、これら２つのアナログ位相シフタによって受け取られた電波ビームの信号を結合し、そして、結合した信号を該何れかのエレメントに送るように構成されており、且つ
各無線周波数コンバイナが、前記ｎ個のエレメントのうちの何れかのエレメントに接続され、さらに、前記第１の通信サブリンクの、該何れかのエレメントと通信する１つのアナログ位相シフタと、前記第２の通信サブリンクの、該何れかのエレメントと通信する１つのアナログ位相シフタと、の間に接続され、且つ、該何れかのエレメントから受け取った電波ビームの信号を分割し、そして、分割した信号をこれら２つのアナログ位相シフタそれぞれに送るように構成されている、
請求項７乃至１２の何れか一項に記載の通信装置。
【請求項１４】
請求項１乃至６の何れか一項に記載の通信装置を有する無線通信機器。
【請求項１５】
請求項７乃至１３の何れか一項に記載の通信装置を有する無線通信機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、移動通信分野に関し、特に、通信装置及び無線通信機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
無線通信技術が発展するにつれて、無線通信機器の通信装置が、ますます多くの関心及び研究を引き付けている。しかしながら、無線通信機器の通信装置においては、アンテナアレイによって生成される電波ビーム間の相互干渉が、解決されるべき１つの主問題である。
【０００３】
従来技術においては、より高いアンテナ利得及びより多くの直交電波ビームは、一般に、電波ビーム間の相互干渉を抑制するように、アンテナアレイのサブアンテナアレイ（Ｓｕｂ  Ａｎｔｅｎｎａ  Ａｒｒａｙ、ＳＡＡ）内のエレメントを増加させることによって得られる。しかし、研究が示すことには、アンテナアレイの偏向中、アンテナアレイによって生成される電波ビーム上にグレーティングローブ（ｇｒａｔｉｎｇ  ｌｏｂｅ）が発生しないのは、サブアンテナアレイ間の距離が０．５λよりも大きくないときのみである。λは電波ビームの長さである。しかしながら、サブアンテナアレイ内のエレメント数の増加は、サブアンテナアレイ間の距離の増加をもたらす。サブアンテナアレイ間の距離が０．５λよりも大きいとき、アンテナアレイの偏向中に、アンテナアレイによって生成される電波ビーム上にグレーティングローブが発生する。サブアンテナアレイ間の距離が増加すると、グレーティングローブはメインローブにますます接近する。その結果、グレーティングローブを制御することは困難であり、電波ビームの直交性が影響を受ける。電波ビームの直交性は、ここでは、２つの方向の電波ビームが互いに干渉しないことを意味する。一般に、電波ビームは、要求される方向及び別方向の双方にエネルギーを持つ。グレーティングローブが発生するのは非常に深刻なケースである。すなわち、別方向のエネルギーが、要求される方向のものと同じである。例えば、ビームＢの方向がビームＡのグレーティングローブの方向と一致する場合、ビームＢは完全に干渉されてしまう。この場合、ビームＡとビームＢとの直交性は乏しいと考えられ得る。
【０００４】
故に、エレメント数と、電波ビームの直交性を改善するようにグレーティングローブを制御することにおける難しさと、の間の不両立をどのように軽減するかが、解決されるべき１つの問題となる。
【発明の概要】
【０００５】
本発明の実施形態は、電波ビームの直交性を改善するような通信装置及び無線通信機器を提供する。
【０００６】
一態様によれば、本発明の一実施形態は通信装置を提供し、当該通信装置は、Ｍ個の通信サブリンクを含み、各通信サブリンクが、
１つのサブアンテナアレイであり、各サブアンテナアレイが、空間内で電波ビームを放射又は受信するように構成されたＮ個のエレメントを含む、１つのサブアンテナアレイと、
Ｎ個のアナログ位相シフタであり、各アナログ位相シフタが、上記Ｎ個のエレメントのうちの何れかのエレメントと通信し、当該Ｎ個のアナログ位相シフタは、空間内で上記Ｎ個のエレメントによって放射又は受信される上記電波ビームの方向を制御するように構成される、Ｎ個のアナログ位相シフタと、
上記Ｎ個のアナログ位相シフタと通信するとともに、デジタルデータストリームを上記電波ビームの信号へと変換する、又は上記電波ビームの信号をデジタルデータストリームへと変換するように構成された、Ｘ個のトランシーバユニットと、
上記Ｘ個のトランシーバユニットと通信するとともに、上記デジタルデータストリームを形成する、又は上記デジタルデータストリームを受信し、受信した上記デジタルデータストリームを複数のデジタルデータストリームへと分解する、ように構成されたＬ個のデジタル位相シフタと
を含み、
上記Ｍ個の通信サブリンクのＭ個のサブアンテナアレイが、少なくとも２列に分割され、２つの隣り合うサブアンテナアレイがインターリーブ方式で配置され、Ｎ、Ｍ、Ｘ、及びＬは全て正の整数であり、Ｌ≦Ｍ、且つＸ≦Ｎである。
【０００７】
取り得る一設計において、上記Ｍ個のサブアンテナアレイは、上側の列と下側の列とに分割され、上記２つの隣り合うサブアンテナアレイは、第１のサブアンテナアレイ及び第２のサブアンテナアレイを含み、且つ、上記第１のサブアンテナアレイが上記上側の列に置かれ、上記第２のアンテナアレイが上記下側の列に置かれる場合、上記第２のサブアンテナアレイは上記第１のサブアンテナアレイの右下に置かれ、又は上記第１のサブアンテナアレイが上記下側の列に置かれ、上記第２のアンテナアレイが上記上側の列に置かれる場合、上記第２のサブアンテナアレイは上記第１のサブアンテナアレイの右上に置かれる。故に、エレメントが増加されるときに、サブアンテナアレイ間の距離を短縮することができる。これは、ある程度、多数のエレメントと、サブアンテナアレイ間の短い距離に関する要求との間の不両立を軽減する。
【０００８】
取り得る一設計において、同一サブアンテナアレイ内のＮ個のエレメントのうちの２つの隣り合うエレメント間の距離をｄｉとし、上記隣り合うサブアンテナアレイ間の距離をＤとして、
【数１】
2018538759.tif 000003
であり、ｉ＝１，２，…，Ｎ−１である。
【０００９】
取り得る一設計において、各通信サブリンクが更に、Ｎ個の電力制御ユニットを含み、各電力制御ユニットが、上記Ｎ個のアナログ位相シフタのうちの何れかのアナログ位相シフタと、上記Ｎ個のエレメントのうちの該何れかのアナログ位相シフタと通信する１つのエレメントとの間に接続され、上記Ｎ個の電力制御ユニットは、上記Ｎ個のエレメントに送信される電波ビームの信号又は上記Ｎ個のエレメントから受信される電波ビームの信号に対して、一定振幅重み付け処理を実行するように構成される。故に、サブアンテナアレイ間の距離が０．５λよりも大きいときに、アンテナアレイの偏向中に生成されるグレーティングローブを特定の範囲内に制御することができ（すなわち、グレーティングローブは生成されない）、電波ビームの直交性を改善することができる。
【００１０】
取り得る一設計において、各通信サブリンクの上記Ｎ個のアナログ位相シフタのＪ番目のアナログ位相シフタに位相（Ｊ−１）＊δが投入され、Ｊは正の整数であり、且つＪ≦Ｎである。故に、空間内で当該通信装置にて形成される電波ビームの方向を制御することができる。
【００１１】
取り得る一設計において、上記Ｍ個の通信サブリンクのＩ番目の通信サブリンクのＬ個のデジタル位相シフタに別々に位相（Ｉ−１）＊Δが投入され、Ｉは正の整数であり、且つＩ≦Ｍである。故に、空間内で当該通信装置にて形成される電波ビームの方向を制御することができる。
【００１２】
他の一態様によれば、本発明の一実施形態は通信装置を提供し、当該通信装置は、Ｍ個の通信サブリンクを含み、各通信サブリンクが、
１つのサブアンテナアレイであり、各サブアンテナアレイが、空間内で電波ビームを放射又は受信するように構成されたＮ個のエレメントを含む、１つのサブアンテナアレイと、
Ｎ個のアナログ位相シフタであり、各アナログ位相シフタが、上記Ｎ個のエレメントのうちの何れかのエレメントと通信し、当該Ｎ個のアナログ位相シフタは、空間内で上記Ｎ個のエレメントによって放射又は受信される上記電波ビームの方向を制御するように構成される、Ｎ個のアナログ位相シフタと、
上記Ｎ個のアナログ位相シフタと通信するとともに、デジタルデータストリームを上記電波ビームの信号へと変換する、又は上記電波ビームの信号をデジタルデータストリームへと変換するように構成された、Ｘ個のトランシーバユニットと、
上記Ｘ個のトランシーバユニットと通信するとともに、上記デジタルデータストリームを形成する、又は上記デジタルデータストリームを受信し、受信した上記デジタルデータストリームを複数のデジタルデータストリームへと分解する、ように構成されたＬ個のデジタル位相シフタと
を含み、
上記Ｍ個の通信サブリンクのＭ個のサブアンテナアレイが直線上に配置され、２つの隣り合うサブアンテナアレイが、ｎ個のエレメントを共有し、Ｎは偶数であり、Ｍ、Ｘ、Ｌ、及びｎは全て正の整数であり、Ｌ≦Ｍ、Ｘ≦Ｎ、且つ１≦ｎ≦Ｎ／２である。
【００１３】
取り得る一設計において、上記２つの隣り合うサブアンテナアレイは、第１のサブアンテナアレイ及び第２のサブアンテナアレイを含み、且つ、上記第１のサブアンテナアレイが、前方に置かれたサブアンテナアレイであり、上記第２のサブアンテナアレイが、後方に置かれたサブアンテナアレイである場合、上記第２のサブアンテナアレイの最初のｎ個のエレメントが、上記第１のサブアンテナアレイの最後のｎ個のエレメントと同じであり、又は上記第１のサブアンテナアレイが、後方に置かれたサブアンテナアレイであり、上記第２のサブアンテナアレイが、前方に置かれたサブアンテナアレイである場合、上記第２のサブアンテナアレイの最後のｎ個のエレメントが、上記第１のサブアンテナアレイの最初のｎ個のエレメントと同じである。故に、エレメントが増加されるときに、サブアンテナアレイ間の距離を短縮することができる。これは、ある程度、多数のエレメントと、サブアンテナアレイ間の短い距離に関する要求との間の不両立を軽減する。
【００１４】
取り得る一設計において、同一サブアンテナアレイ内のＮ個のエレメントのうちの２つの隣り合うエレメント間の距離をｄｉとし、上記隣り合うサブアンテナアレイ間の距離をＤとして、
【数２】
2018538759.tif 000004
であり、ｉ＝１，２，…，Ｎ−１である。
【００１５】
取り得る一設計において、各通信サブリンクが更に、Ｎ個の電力制御ユニットを含み、各電力制御ユニットが、上記Ｎ個のアナログ位相シフタのうちの何れかのアナログ位相シフタと、上記Ｎ個のエレメントのうちの該何れかのアナログ位相シフタと通信する１つのエレメントとの間に接続され、上記Ｎ個の電力制御ユニットは、上記Ｎ個のエレメントに送信される電波ビームの信号又は上記Ｎ個のエレメントから受信される電波ビームの信号に対して、一定振幅重み付け処理を実行するように構成される。故に、サブアンテナアレイ間の距離が０．５λよりも大きいときに、アンテナアレイの偏向中に生成されるグレーティングローブを特定の範囲内に制御することができ（すなわち、グレーティングローブは生成されない）、電波ビームの直交性を改善することができる。
【００１６】
取り得る一設計において、各通信サブリンクの上記Ｎ個のアナログ位相シフタのＪ番目のアナログ位相シフタに位相（Ｊ−１）＊δが投入され、Ｊは正の整数であり、且つＪ≦Ｎである。故に、空間内で当該通信装置にて形成される電波ビームの方向を制御することができる。
【００１７】
取り得る一設計において、上記Ｍ個の通信サブリンクのＩ番目の通信サブリンクのＬ個のデジタル位相シフタに別々に位相（Ｉ−１）＊Δが投入され、Ｉは正の整数であり、且つＩ≦Ｍである。故に、空間内で当該通信装置にて形成される電波ビームの方向を制御することができる。
【００１８】
取り得る一設計において、当該通信装置は更に、ｎ＊Ｍ個の無線周波数コンバイナと、ｎ＊Ｍ個のビデオスプリッタとを含み、上記２つの隣り合うサブアンテナアレイはそれぞれ第１の通信サブリンク及び第２の通信サブリンクに属し、
各無線周波数コンバイナが、上記ｎ個のエレメントのうちの何れかのエレメントに接続され、さらに、上記第１の通信サブリンクの、該何れかのエレメントと通信する１つのアナログ位相シフタと、上記第２の通信サブリンクの、該何れかのエレメントと通信する１つのアナログ位相シフタと、の間に接続され、且つ、これら２つのアナログ位相シフタによって受け取られた電波ビームの信号を結合し、そして、結合した信号を該何れかのエレメントに送るように構成され、且つ
各無線周波数コンバイナが、上記ｎ個のエレメントのうちの何れかのエレメントに接続され、さらに、上記第１の通信サブリンクの、該何れかのエレメントと通信する１つのアナログ位相シフタと、上記第２の通信サブリンクの、該何れかのエレメントと通信する１つのアナログ位相シフタと、の間に接続され、且つ、該何れかのエレメントから受け取った電波ビームの信号を分割し、そして、分割した信号をこれら２つのアナログ位相シフタそれぞれに送るように構成される。
【００１９】
更なる他の一態様によれば、本発明の一実施形態は更に無線通信機器を提供し、当該無線通信機器は、上記一態様に従った通信装置を含む。
【００２０】
より他の一態様によれば、本発明の一実施形態は更に無線通信機器を提供し、当該無線通信機器は、上記他の一態様に従った通信装置を含む。
【００２１】
本発明の実施形態にて提供される通信装置及び無線通信機器によれば、通信装置は、Ｍ個の通信サブリンクを含み、Ｍ個の通信サブリンクは、Ｍ個のサブアンテナアレイを含み、Ｍ個のサブアンテナアレイは、少なくとも２列に分割され、２つの隣り合うサブアンテナアレイがインターリーブ方式で配置され、又は、Ｍ個のサブアンテナアレイは、直線上に配置され、２つの隣り合うサブアンテナアレイが、ｎ個のエレメントを共有する。故に、サブアンテナアレイ間の距離を短縮することができ、電波ビームのメインローブとグレーティングローブとの間の距離を増大させることができ、エレメント数の増加と、グレーティングローブを制御することにおける難しさとの間の不両立を軽減することができ、そして更には、電波ビームの直交性を改善することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明に従ったアンテナアレイを駆動する一手法の概略図である。
【図２】本発明に従ったアンテナアレイを駆動する他の一手法の第１の概略図である。
【図３】本発明に従ったアンテナアレイを駆動する他の一手法の第２の概略図である。
【図４】本発明に従ったアンテナアレイを駆動する他の一手法の第３の概略図である。
【図５】本発明の第１の実施形態に従った通信装置の第１の概略図である。
【図６】本発明に従った隣り合うサブアンテナアレイ間の距離の概略図である。
【図７】本発明の第１の実施形態に従った通信装置の第２の概略図である。
【図８】本発明に従った隣接するサブアンテナアレイを配置する一手法の概略図である。
【図９】本発明に従った通信装置によって生成される電波ビームの第１の概略図である。
【図１０】本発明に従った通信装置によって生成される電波ビームの第２の概略図である。
【図１１】本発明の第２の実施形態に従った通信装置の第１の概略図である。
【図１２】本発明の第２の実施形態に従った通信装置の第２の概略図である。
【図１３】本発明に従った無線周波数コンバイナと無線周波数スプリッタとの間の接続関係の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、添付図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。
【００２４】
電波ビーム間の相互干渉の問題を解決するために、本発明においては、通信装置内のアンテナアレイのサイズを大きくする（すなわち、サブアンテナアレイ内のエレメント数を増やす）方法を用いる。しかしながら、アンテナアレイのサイズを大きくした後には、これらのアンテナアレイをどのように駆動するかが、解決すべき問題となる。アンテナアレイは、ここでは、線形アレイ及び平面アレイを含む。本明細書では、アンテナアレイが線形アレイであるものを説明する。図１は、本発明に従ったアンテナアレイを駆動する一手法の概略図である。図１の駆動法は、フルディジットベース（ｆｕｌｌ−ｄｉｇｉｔ−ｂａｓｅｄ）の駆動法としても参照される。図１において、ベースバンドユニット（Ｂａｓｅ  Ｂａｎｄ  Ｕｎｉｔ、ＢＢＵ）とリモート無線ユニット（Ｒｅｍｏｔｅ  ＲＦ  Ｕｎｉｔ、ＲＲＵ）は、無線通信機器内の２つのユニットである。無線通信機器は、ここでは、様々なタイプの基地局、又はモバイル端末とし得る。ＢＢＵは、入力データストリーム（例えば、Ｓ１又はＳ２）に対してデジタルビームフォーミング（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｂｅａｍ−Ｆｏｒｍｉｎｇ、ＤＢＦ）を実行し、入力データストリームに対応する電波ビームの方向を空間内で制御するように構成される。データストリームは、ここでは、基幹ネットワークから受信され得る。一実装において、入力データストリームに対してデジタルビームフォーミングを実行することは、デジタル振幅位相重み付けデバイスを使用することによって実装され得る。
【００２５】
図１において、θ１及びθ２は、それぞれ、データストリームＳ１とアンテナアレイの法線との間、及びデータストリームＳ２とアンテナアレイの法線との間の夾角である。ＲＲＵは、デジタル振幅位相重み付けデバイスによって受け取られた信号に対して電力増幅を実行し、次いで、その信号をアンテナアレイに出力するように構成された電力増幅器（Ｐｏｗｅｒ  Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ、ＰＡ）を含んでいる。Ａ１及びＡ２はそれぞれ２つのエレメントである。複数のエレメントが１つのサブアンテナアレイを形成し得るとともに、複数のサブアンテナアレイが１つのアンテナアレイを形成し得る。また、Ｕ１及びＵ２はそれぞれ２人のユーザを示している。Ｕ１に送られるビームＳ１は、ＢＢＵ及びＲＲＵが入力データストリームＳ１に対してデジタルビームフォーミング及び電力増幅を行った後に空間内に生成される電波ビームである。Ｕ２に送られるビームＳ２は、ＢＢＵ及びＲＲＵが入力データストリームＳ２に対してデジタルビームフォーミング及び電力増幅を行った後に空間内に生成される電波ビームである。
【００２６】
なお、図１は、一例として、２つのエレメントを駆動する一手法を示しているに過ぎない。エレメント数が例えばｎ個に増加されるとき、ＢＢＵの動作時間量が、元の２からｎに変化する。すなわち、エレメント数の線形増加がＢＢＵの動作時間量の幾何学的増加をもたらし、コストが比較的高い。しかしながら、実際の適用では、ＢＢＵの電力消費を低減させることが期待される。故に、現在、ハイブリッドビームフォーミング（Ｈｙｂｒｉｄ  Ｂｅａｍ−Ｆｏｒｍｉｎｇ、ＨＢＦ）が、業界内でますます注目を集めている。
【００２７】
図２は、本発明に従ったアンテナアレイを駆動する他の一手法の第１の概略図である。図２において、ＢＢＵは、入力データストリーム（例えば、Ｓ１又はＳ２）に対してデジタルビームフォーミングを実行するように構成されたデジタル振幅位相重み付けデバイスを含んでおり、ＲＲＵは、デジタルビームフォーミングを受けたデータストリームに対してアナログビームフォーミング（Ａｎａｌｏｇ  Ｂｅａｍ−Ｆｏｒｍｉｎｇ、ＡＢＦ）を実行するように構成されたアナログ位相シフタを含んでいる。確かなことには、アナログビームフォーミングの前に、デジタルデータストリームが先ず、アナログ信号に変換され得る。図２において、ＳＡＡ１及びＳＡＡ２はそれぞれ２つのサブアンテナアレイを指し示すために使用されている。各サブアンテナアレイが、４つのエレメントＡ１、Ａ２、Ａ３、及びＡ４を含んでいる。すなわち、図１と比較して、図２ではエレメント数が増加されている。しかしながら、入力データストリームの数が不変であるとき、ＢＢＵは２チャネルの信号を出力するのみである。すなわち、ＢＢＵの動作時間量は不変であり、対応するアナログチャネル数のみがＲＲＵにおいて増加される（例えば、電力増幅器数が増加される）。すなわち、アンテナアレイを駆動するこの手法によれば、エレメント数が増加されるときに、ＢＢＵの動作時間量は影響を受けない。故に、比較的低いコストで比較的高い利益を得ることができる。本明細書では、図２に示した駆動法を用いてアンテナアレイを駆動する。
【００２８】
なお、図２のアンテナアレイがＭ個のＳＡＡを含み、各ＳＡＡがＮ個のエレメントを含み（すなわち、アンテナアレイ全体ではＮ＊Ｍ個のエレメントを含む）、Ｎ個ずつのエレメントが１つのトランシーバユニット（Ｔｒａｎｓｃｅｉｖｅｒ、ＴＲＸ）によって駆動されるとき、図２のアンテナ駆動法に関して、図３を更に参照する。図３において、黒丸は図２におけるエレメントを示し、ＴＲＸより上の白丸＋矢印の記号はＡＢＦを実行するアナログ位相シフタを示し、ＴＲＸより下の白丸＋矢印の記号はデジタル位相シフタを示しており、Ｌ＊Ｍ個のデジタル位相シフタが、ＤＢＦを実行するデジタル振幅位相重み付けデバイスを形成している。
【００２９】
なお、図３は、説明のための一例として使用されているに過ぎない。実際の適用では、Ｎ個ずつのエレメントがＸ個のトランシーバユニットによって駆動されてもよく、Ｘ≦Ｎである。Ｘ個のトランシーバユニットがＮ個のエレメントを駆動する原理は、１つのトランシーバユニットがＮ個のエレメントを駆動する原理と同じである。詳細をここで再び説明することはしない。また、各ＳＡＡが異なる数のエレメントを含んでいてもよく、本出願においてこれは限定されることではない。
【００３０】
図３において、アンテナアレイ内の隣り合うエレメント間の距離は、何れも同じであってもよいし異なっていてもよい。ここでは、従来技術において存在している問題を説明するために、アンテナアレイ内の隣り合うエレメント間の距離は同じであり、その同じ距離はｄ＝０．５λに設定されている。理解され得ることには、アンテナアレイ内の何れかの隣り合うエレメント間の距離が異なるときにも同様の問題が存在する。上述のように、アンテナアレイ内の何れの隣り合うエレメント間の距離も同一距離であり、且つｄ＝０．５λであるとき、ＳＡＡの中心間距離はＮｄであり、一般にＮは１より大きい値であり、すなわち、Ｎｄ＞０．５λである。研究が示すことには、ＳＡＡ間の距離が０．５λよりも大きいとき、アンテナアレイの偏向中に、アンテナアレイによって生成される電波ビーム上にグレーティングローブが発生する。ＳＡＡ間の距離が増加すると、グレーティングローブがメインローブにますます接近することになる。その結果、グレーティングローブを制御することは困難であり、電波ビームの直交性が影響を受け、そして、アンテナアレイのサイズを大きくする意味がない。
【００３１】
故に、本発明の１つの目的は、ＳＡＡ間の距離が０．５λよりも大きいときに、アンテナアレイの偏向によってグレーティングローブが生成されるために、電波ビームの直交性が影響を受ける、という問題を解決することである。
【００３２】
実施形態を用いて本発明におけるソリューションを説明する前に、先ず、図３に対して以下の仮定を行う。各ＳＡＡの内部位相に値δの等差数列が割り当てられ、（最も左側の）開始エレメントの位相に値０が割り当てられ、各ＴＲＸの下の位相に、値Δの等差数列が割り当てられ、（最も左側の）開始ＴＲＸの下の位相に値０が割り当てられる。詳細については図４を参照されたい。そして、図４において、アンテナアレイの法線に対して夾角θを持つデータストリームが入力された後、アンテナアレイによって最終的に生成される電波ビームは、式１のように表される。
【数３】
2018538759.tif 000005
【００３３】
式１において、Ｋは電波ビームの数（波数としても参照される）を指し示し、２π／λを用いて解かれ得る。ＡＦＳＡＡは、サブアレイファクタ、すなわち、図４においてＮ個ずつのエレメントを含むサブアンテナアレイによって生成される電波ビームを指し示す。この式から学ぶことができることには、ＡＦＳＡＡの値は、Ｋ、ｄ、θ、Ｎ、及びδなどの変数に関連付けられる。異なる方向の異なるデータストリームに対し、変数はＭ個のサブアンテナアレイに対して同じであり、Ｍ個のサブアンテナアレイによって生成される電波ビームは同じである。ＡＦＡＬＬは、フルアレイファクタ、すなわち、Ｎ個ずつのエレメントが１つの大エレメントを形成するとして、図４のアンテナアレイ全体を形成するＭ個の大エレメントによって生成される電波ビームを指し示す。この式から学ぶことができることには、ＡＦＡＬＬの値は、Ｋ、ｄ、θ、Ｎ、Ｍ、及びΔなどの変数に関連付けられる。異なる方向の異なるデータストリームに対し、Δは異なる。故に、アンテナアレイ全体で異なる電波ビームを生成し得る。
【００３４】
図４及びこの式を参照するに、アンテナアレイの偏向によってグレーティングローブが生成されるという上述の問題は、以下のように説明される。アンテナアレイの走査原理によれば、一般に、ＡＦＡＬＬが最大値に達するときに信号が最も強い。Ψが０であるとき、ＡＦＡＬＬは最大値に達する。この式によれば、Ψは、Δを調節することによって０に等しくなることができる。しかし、θは（０，π）内に複数の値を持つ。故に、アンテナアレイが電波ビームの方向を偏向させるようにΔが設定されるときに、グレーティングローブが生成される。
【００３５】
以下、本発明の発明概念を分析する。
【００３６】
図４に示したアンテナアレイによって生成される電波ビームは、次式：ＡＦ＝ＡＦＳＡＡ・ＡＦＡＬＬを用いて表現され得る。すなわち、アンテナアレイによって最終的に生成される電波ビームは、フルアレイファクタとサブアレイファクタとの積である。故に、サブアレイファクタを制御することによって、すなわち、サブアンテナアレイによって生成される電波ビームを制御することによって、アンテナアレイによって最終的に生成される電波ビームを制御することができる。例えば、メインローブから比較的遠い位置にあるようにグレーティングローブを制御するよう、２つの隣り合うサブアンテナアレイをインターリーブ方式で配置することによって、サブアンテナアレイ間の距離を短縮させ得る。加えて、最終的に生成される電波ビームのグレーティングローブの振幅が特定の範囲内に制御されるよう、ＡＦＡＬＬがグレーティングローブを生成する位置でＡＦＳＡＡの指向性パターンゲインが比較的低くなるように制御するために、サブアレイアンテナのエレメント上の電波ビームの信号に対して、更に一定振幅重み付けが実行され得る。
【００３７】
具体的には、本発明においては、第１の実施形態及び第２の実施形態におけるソリューションを用いて電波ビームの直交性を改善する。
【００３８】
図５は、本発明の第１の実施形態に従った通信装置の第１の概略図である。図５において、通信装置は、Ｍ個の通信サブリンクを含み得る。各通信サブリンクが、１つのサブアンテナアレイと、Ｎ個のアナログ位相シフタと、Ｘ個のトランシーバユニットと、Ｌ個のデジタル位相シフタとを含み得る。Ｎ、Ｍ、Ｘ、及びＬは全て、正の整数である。Ｌ≦Ｍ、且つＸ≦Ｎである。好ましくは、Ｘは１である。説明の容易さのため、Ｎが４であり、Ｘが１であるものを、説明のために図５で使用する。
【００３９】
図５において、１つのサブアンテナアレイが、空間内で電波ビームを放射又は受信するように構成された４つのエレメントを含んでいる。４つのアナログ位相シフタの各アナログ位相シフタが、４つのエレメントのうちの何れかのエレメントと通信する。４つのアナログ位相シフタは、空間内で４つのエレメントによって放射又は受信される電波ビームの方向を制御するように構成される。１つのトランシーバユニットが、４つのアナログ位相シフタと通信する。具体的には、トランシーバユニットは、１つのアナログデータストリームインタフェースを使用することによって４つのアナログ位相シフタと通信し得る。トランシーバユニットは、デジタルデータストリームを電波ビームの信号へと変換する、又は電波ビームの信号をデジタルデータストリームへと変換するように構成される。Ｌ個のデジタル位相シフタが、トランシーバユニットと通信するとともに、デジタルデータストリームを形成する、又はデジタルデータストリームを受信し、受信したデジタルデータストリームを複数のデジタルデータストリームへと分解する、ように構成される。
【００４０】
図５において、Ｍ個のサブアンテナアレイは、ＳＡＡ１、ＳＡＡ２、…、ＳＡＡＭを含む。ＳＡＡ２、ＳＡＡ４、…、ＳＡＡＭは上側の列に配置され、ＳＡＡ１、ＳＡＡ３、…、ＳＡＡＭ−１は下側の列に配置されている。ＳＡＡ２はＳＡＡ１の右上に置かれ、ＳＡＡ３はＳＡＡ２の右下に置かれ、…、そして、ＳＡＡＭはＳＡＡＭ−１の右上に置かれている。
【００４１】
なお、図５では、一例として、Ｍ個の通信サブリンクのＭ個のサブアンテナアレイが上側の列と下側の列とに分割されている。実際の適用では、Ｍ個の通信サブリンクのＭ個のサブアンテナアレイは、少なくとも３つの列に分割される。Ｍ個のサブアンテナアレイが少なくとも３列に分割されるとき、Ｍ個のサブアレイを配置する手法については、図５における２列にサブアンテナアレイを配置する手法を参照されたい。本発明においてここで再び詳細を説明することはしない。
【００４２】
好ましくは、図５における同一のサブアンテナアレイ内のＮ個のエレメントのうち２つの隣り合うエレメント間の距離がｄｉとして表記されるとき、隣り合うサブアンテナアレイ間の距離Ｄは、次の条件：
【数４】
2018538759.tif 000006
を満たすことができ、ｉ＝１，２，…，Ｎ−１である。理解され得ることには、図５において何れの隣り合うエレメント間の距離も同じであるとき、ｄｉはｄとして表記され得る。それに対応して、Ｄは、次の条件：（Ｎｄ）／２≦Ｄ＜Ｎｄを満たし得る。好ましくは、Ｄ＝（Ｎｄ）／２である。何れの隣り合うエレメント間の距離も同じであるとき、ｄ及びＤについて、図６を参照されたい。図６では、２つの隣り合うサブアンテナアレイが、第１のサブアンテナアレイと第２のサブアンテナアレイとを含むと仮定している。Ｎが偶数であるとき、Ｄは、第１のサブアンテナアレイ内の（Ｎ／２）番目のエレメントと（（Ｎ／２）＋１）番目のエレメントとの中心位置と、第２のサブアンテナ内の（Ｎ／２）番目のエレメントと（（Ｎ／２）＋１）番目のエレメントとの中心位置と、の間の距離である。Ｎが奇数であるとき、Ｄは、第１のサブアンテナアレイ内の（（Ｎ＋１）／２＋１）番目のエレメントと第２のサブアンテナ内の（（Ｎ＋１）／２＋１）番目のエレメントとの間の距離である。
【００４３】
また、図５の各通信サブリンクは更に、４つの電力制御ユニットを含んでいてもよい。各通信サブリンクに４つの電力制御ユニットが付加された後の通信装置について、図７を参照されたい。図７において、各電力制御ユニットは、４つのアナログ位相シフタのうちの何れかのアナログ位相シフタと、４つのエレメントのうちの該何れかのアナログ位相シフタと通信する１つのエレメントとの間に接続されている。４つの電力制御ユニットは、４つのエレメントに送信される電波ビームの信号又は４つのエレメントから受信される電波ビームの信号に対して、一定振幅重み付け処理を実行するように構成される。
【００４４】
図７における電力制御ユニットは、電力分配器、電力増幅器、電力減衰器、及びこれらに類するものを含み得る。一例において、電力制御ユニットが、４つのエレメント上の電波ビームの信号に対して係数０．８１２、１、１、及び０．８１２に従って振幅重み付けを実行するように構成されるとき、その振幅重み付けは、４つのエレメント上の電波ビームの信号に対して実行される３０ｄＢチェビシェフ（Ｃｈｅｂｙｓｈｅｖ）振幅重み付けと呼ばれる。異なるエレメント上の電波ビームの信号に対して異なる係数に従って振幅重み付け処理が実行された後、ＡＦＳＡＡの指向性パターン利得は、ＡＦＡＬＬがグレーティングローブを生成する位置で比較的低いように制御されることができ、それにより、最終的に生成される電波ビームのグレーティングローブの振幅が、特定の範囲内に制御される。
【００４５】
他の一例において、振幅重み付けは、４つのエレメント上の電波ビームの信号に対して、例えばカイザー（Ｋａｉｓｅｒ）振幅重み付け又はガウスウィン（Ｇａｕｓｓｗｉｎ）振幅重み付けなどの、他の振幅重み付け手法で実行されてもよい。
【００４６】
なお、図５又は図７では、一例として、Ｎは４である。実際の適用において、Ｎは別の数であってもよい。Ｎは、例えば、５、６、７、又は８とすることができ、本発明においてこれは限定されることではない。
【００４７】
Ｎが偶数であるとき、通信装置内での配置手法について、図５を参照されたい。Ｎが奇数であるとき、例えば、Ｎが５であるとき、そして、何れの隣り合うエレメント間の距離も同じであり（例えば、距離がｄ）、Ｄ＝（Ｎｄ）／２＝２．５ｄであるとき、通信装置内で隣り合うサブアンテナアレイを配置する手法について、図８を参照されたい。図８において、ＳＡＡ１とＳＡＡ２との間の距離Ｄは、ＳＡＡ１内の３番目のエレメントとＳＡＡ２内の３番目のエレメントとの間の距離であり、すなわち、Ｄ＝２．５ｄである。
【００４８】
図７に示した通信装置について、Ｍ＝４、且つＮ＝８であると仮定する。無線通信機器に、データストリームＳ１、Ｓ２がそれぞれ５°及び−２．１６３°の２方向（メインローブ間の最小距離が、等価直径が略８λであるときに７．１６３であるので）で入力されるとき、各ＳＡＡ内部のＮ個のアナログ位相シフタのＪ番目のアナログ位相シフタに位相（Ｊ−１）＊δが投入され、Ｊは正の整数であり、且つＪ≦Ｎであり、また、Ｍ個の通信サブリンクのＩ番目の通信サブリンクのＬ個のデジタル位相シフタに別々に位相（Ｉ−１）＊Δが投入され、Ｉは正の整数であり、且つＩ≦Ｍである。すなわち、フルアレイファクタの式及びサブアレイファクタの式に値を代入すると、図９に示す電波ビームが生成され得る。
【００４９】
図９において、第１の電波ビームは、データストリームＳ１に対して通信装置が対応する信号処理（デジタルビームフォーミング、アナログビームフォーミング、３０ｄＢチェビシェフ重み付けを含む）を行った後に、Ｍ個の大エレメント（各々がＮ個の小エレメントを含む）を用いることによって遠距離場に生成される電波ビーム、すなわち、データストリームＳ１のフルアレイファクタの水平指向性パターンである。第２の電波ビームは、データストリームＳ２に対して通信装置が上記対応する信号処理を行った後に、Ｍ個の大エレメント（各々がＮ個の小エレメントを含む）を用いることによって遠距離場に生成される電波ビーム、すなわち、データストリームＳ２のフルアレイファクタの水平指向性パターンである。第３の電波ビームは、データストリームＳ１又はデータストリームＳ２に対して上記対応する信号処理が行われた後に、ＭグループのＮエレメントを用いることによって遠距離場に生成される電波ビーム、すなわち、データストリームＳ１又はデータストリームＳ２のサブアレイファクタの水平指向性パターンである。
【００５０】
図９において、第１の電波ビームのピーク（主方向内）は、第２の電波ビームのオフピーク（ヌル位置）に対応しており、すなわち、第２の電波ビームのピークは、第１の電波ビームのオフピークに対応している。すなわち、これらの電波ビーム間に干渉は生じない。また、本明細書では、一例としてアンテナアレイが線形アレイであるものを用いている。故に、最終的に生成される電波ビームの指向性パターンは、鉛直方向では無指向性である。実際の設計において、アンテナアレイが平面アレイとして設計されるとき、そのアンテナアレイは、鉛直方向における実際の要求に従って調節及び設計され得る。
【００５１】
アンテナアレイによって最終的に生成される電波ビームは、フルアレイファクタとサブアレイファクタとの積である。そこで、データストリームＳ１及びＳ２に対してアンテナアレイによって最終的に生成される２つの電波ビームについて、図１０を参照されたい。図１０は、データストリームＳ１に対して通信装置が上記対応する信号処理を行った後に最終的に生成される第４の電波ビームの指向性パターンと、データストリームＳ２に対して通信装置が上記対応する信号処理を行った後に最終的に生成される第５の電波ビームの指向性パターンとを示している。
【００５２】
本発明の第１の実施形態にて提供される通信装置によれば、Ｍ個の通信サブリンクのＭ個のサブアンテナアレイが、少なくとも２つの列に分割され、２つの隣り合うサブアンテナアレイがインターリーブ方式で配置される。故に、エレメントが増加されるときに、サブアンテナアレイ間の距離を短縮することができる。これは、ある程度、多数のエレメントと、サブアンテナアレイ間の短い距離に関する要求との間の不両立を軽減する。例えば、隣り合うサブアンテナアレイ間の距離がＮｄ／２であるとき、且つ各サブアンテナアレイ内のエレメント数がｍだけ増加させるとき、サブアンテナアレイ間の距離はｍｄ／２だけ増加する。また、各サブアンテナアレイ内のエレメント上の電波ビームの信号に対して一定振幅重み付けが実行される。サブアンテナアレイ間の距離が０．５λよりも大きいとき、アンテナアレイの偏向中に生成されるグレーティングローブを特定の範囲内に制御することができる（すなわち、グレーティングローブは生成されない）。故に、電波ビームの直交性を改善することができる。
【００５３】
図１１は、本発明の第２の実施形態に従った通信装置の第１の概略図である。図１１において、通信装置は、Ｍ個の通信サブリンクを含み得る。各通信サブリンクは、１つのサブアンテナアレイと、Ｎ個のアナログ位相シフタと、Ｘ個のトランシーバユニットと、Ｌ個のデジタル位相シフタとを含み得る。Ｍ、Ｘ、及びＬは全て、正の整数である。Ｎは偶数である。Ｌ≦Ｍ、且つＸ≦Ｎである。好ましくは、Ｘは１である。説明の容易さのため、Ｎが４であり、Ｘが１であるものを、説明のために図１１で使用する。
【００５４】
図１１において、１つのサブアンテナアレイが、空間内で電波ビームを放射又は受信するように構成された４つのエレメントを含んでいる。４つのアナログ位相シフタの各アナログ位相シフタが、４つのエレメントのうちの何れかのエレメントと通信する。４つのアナログ位相シフタは、空間内で４つのエレメントによって放射又は受信される電波ビームの方向を制御するように構成される。１つのトランシーバユニットが、４つのアナログ位相シフタと通信する。具体的には、トランシーバユニットは、１つのアナログデータストリームインタフェースを使用することによって４つのアナログ位相シフタと通信し得る。トランシーバユニットは、デジタルデータストリームを電波ビームの信号へと変換する、又は電波ビームの信号をデジタルデータストリームへと変換するように構成される。Ｌ個のデジタル位相シフタが、トランシーバユニットと通信するとともに、デジタルデータストリームを形成する、又はデジタルデータストリームを受信し、受信したデジタルデータストリームを複数のデジタルデータストリームへと分解する、ように構成される。
【００５５】
図１１において、Ｍ個のサブアンテナアレイは、ＳＡＡ１、ＳＡＡ２、…、ＳＡＡＭを含む。ＳＡＡ１、ＳＡＡ２、…、及びＳＡＡＭは直線上に配置されている。ＳＡＡ２内の最初の２つのエレメントは、ＳＡＡ１内の最後の２つのエレメントと同じであり、ＳＡＡ３内の最初の２つのエレメントは、ＳＡＡ２内の最後の２つのエレメントと同じであり、…、そして、ＳＡＡＭ−１内の最初の２つのエレメントは、ＳＡＡＭ内の最後の２つのエレメントと同じである。
【００５６】
なお、図１１における通信装置は、一例として、４つのエレメントを含んでおり、２つの隣り合うサブアンテナアレイが２つのエレメントを共有している。実際の適用では、図１１における通信装置は更に、例えば８、１６、又はその他の偶数である他のエレメント数を含んでいてもよく、また、２つの隣り合うサブアンテナアレイによって共有されるエレメント数ｎは、１≦ｎ≦Ｎ／２なる条件が満たされれば、２に限定されない。好ましくは、ｎ＝Ｎ／２である。
【００５７】
理解され得ることには、２つの隣り合うサブアンテナアレイによって共有されるｎ個のエレメントの各エレメントは、第１のサブアンテナアレイが属する第１の通信サブリンクに含まれるだけでなく、第２のサブアンテナアレイが属する第２の通信サブリンクにも含まれる。すなわち、２つの隣り合うサブアンテナアレイによって共有されるｎ個のエレメントの各エレメントは、第１の通信サブリンクのアナログ位相シフタと通信し得るだけでなく、第２の通信サブリンクのアナログ位相シフタとも通信し得る。
【００５８】
好ましくは、図１１における同一のサブアンテナアレイ内のＮ個のエレメントのうち２つの隣り合うエレメント間の距離がｄｉとして表記されるとき、隣り合うサブアンテナアレイ間の距離Ｄは、次の条件：
【数５】
2018538759.tif 000007
を満たすことができ、ｉ＝１，２，…，Ｎ−１である。理解され得ることには、何れの隣り合うエレメント間の距離も同じであるとき、ｄｉはｄとして表記され得る。それに対応して、Ｄは、次の条件：（Ｎｄ）／２≦Ｄ＜Ｎｄを満たし得る。好ましくは、Ｄ＝（Ｎｄ）／２である。
【００５９】
また、図１１において、各通信サブリンクは更に、４つの電力制御ユニットを含んでいてもよい。各通信サブリンクに４つの電力制御ユニットが付加された後の通信装置について、図１２を参照されたい。図１２において、各電力制御ユニットは、４つのアナログ位相シフタのうちの何れかのアナログ位相シフタと、４つのエレメントのうちの該何れかのアナログ位相シフタと通信する１つのエレメントとの間に接続されている。４つの電力制御ユニットは、４つのエレメントに送信される電波ビームの信号又は４つのエレメントから受信される電波ビームの信号に対して、一定振幅重み付け処理を実行するように構成される。
【００６０】
図１２における電力制御ユニットは、電力分配器、電力増幅器、電力減衰器、及びこれらに類するものを含み得る。一例において、電力制御ユニットが、４つのエレメント上の信号に対して係数０．８１２、１、１、及び０．８１２に従って振幅重み付けを実行するように構成されるとき、その振幅重み付けは、４つのエレメント上の信号に対して実行される３０ｄＢチェビシェフ振幅重み付けと呼ばれる。異なるエレメント上の電波ビームの信号に対して異なる係数に従って振幅重み付け処理が実行された後、ＡＦＳＡＡの指向性パターン利得は、ＡＦＡＬＬがグレーティングローブを生成する位置で比較的低いように制御されることができ、それにより、最終的に生成される電波ビームのグレーティングローブの振幅が、特定の範囲内に制御される。
【００６１】
他の一例において、振幅重み付けは、４つのエレメント上の信号に対して、例えばカイザー（Ｋａｉｓｅｒ）振幅重み付け又はガウスウィン（Ｇａｕｓｓｗｉｎ）振幅重み付けなどの、他の振幅重み付け手法で実行されてもよい。
【００６２】
なお、図１１又は図１２に示した通信装置は更に、ｎ＊Ｍ個の無線周波数コンバイナと、ｎ＊Ｍ個のビデオスプリッタとを含んでいてもよい。２つの隣り合うサブアンテナアレイがそれぞれ第１の通信サブリンク及び第２の通信サブリンクに属するとき、ｎ＊Ｍ個の無線周波数コンバイナの各無線周波数コンバイナの接続関係は、具体的に以下の通りである：各無線周波数コンバイナが、ｎ個のエレメントのうちの何れかのエレメントに接続されるとともに、第１の通信サブリンクの、該何れかのエレメントと通信する１つのアナログ位相シフタと、第２の通信サブリンクの、該何れかのエレメントと通信する１つのアナログ位相シフタと、の間に接続され、且つ、これら２つのアナログ位相シフタによって受け取られた電波ビームの信号を結合し、そして、結合した信号を該何れかのエレメントに送るように構成される。ｎ＊Ｍ個のビデオスプリッタの各無線周波数スプリッタの接続関係は、具体的に以下の通りである：各無線周波数コンバイナが、ｎ個のエレメントのうちの何れかのエレメントに接続されるとともに、第１の通信サブリンクの、該何れかのエレメントと通信する１つのアナログ位相シフタと、第２の通信サブリンクの、該何れかのエレメントと通信する１つのアナログ位相シフタと、の間に接続され、且つ、該エレメントによって受け取られた電波ビームの信号を分割し、そして、分割した信号をこれら２つのアナログ位相シフタそれぞれに送るように構成される。
【００６３】
図１１又は図１２の通信装置における１つの無線周波数コンバイナと１つの無線周波数スプリッタとの接続関係を、説明のための一例として用いる。図１３に示すように、図１３におけるエレメントは、２つの隣り合うサブアンテナアレイによって共有されるｎ個のエレメントのうちの何れのエレメントともし得る。第１のアナログ位相シフタは、第１の通信サブリンクの、該エレメントと通信するアナログ位相シフタである。第２のアナログ位相シフタは、第２の通信サブリンクの、該エレメントと通信するアナログ位相シフタである。
【００６４】
図１２に示した通信装置について、Ｍ＝４、且つＮ＝８であると仮定する。各ＳＡＡ内部のＮ個のアナログ位相シフタのＪ番目のアナログ位相シフタに位相（Ｊ−１）＊δが投入され、Ｊは正の整数であり、且つＪ≦Ｎである。Ｍ個の通信サブリンクのＩ番目の通信サブリンクのＬ個のデジタル位相シフタに別々に位相（Ｉ−１）＊Δが投入され、Ｉは正の整数であり、且つＩ≦Ｍである。すなわち、フルアレイファクタの式及びサブアレイファクタの式に値を代入すると、図９に示す電波ビームが生成され得る。最終的に生成される２つの電波ビームについては、図１０を参照されたい。
【００６５】
本発明の第２の実施形態にて提供される通信装置によれば、Ｍ個の通信サブリンクのＭ個のサブアンテナアレイが直線上に配置され、２つの隣り合うサブアンテナアレイが、ｎ個のエレメントを共有する。故に、エレメントが増加されるときに、サブアンテナアレイ間の距離を短縮することができる。これは、ある程度、多数のエレメントと、サブアンテナアレイ間の短い距離に関する要求との間の不両立を軽減する。例えば、隣り合うサブアンテナアレイ間の距離がＮｄ／２であるとき、且つ各サブアンテナアレイ内のエレメント数がｍだけ増加させるとき、サブアンテナアレイ間の距離はｍｄ／２だけ増加する。また、各サブアンテナアレイ内のエレメント上の電波ビームの信号に対して一定振幅重み付けが実行される。サブアンテナアレイ間の距離が０．５λよりも大きいとき、アンテナアレイの偏向中に生成されるグレーティングローブを特定の範囲内に制御することができる（すなわち、グレーティングローブは生成されない）。故に、電波ビームの直交性を改善することができる。
【００６６】
最後に、本発明は更に、本発明の第１の実施形態にて提供される通信装置を含んだ無線通信機器を提供する。具体的には、この無線通信機器は、第１の実施形態にて提供される通信装置を用いることによって、ユーザ側から電波ビームを受信し又はユーザに電波ビームを送信し得る。また、本発明は更に、本発明の第２の実施形態にて提供される通信装置を含んだ無線通信機器を提供する。同様に、この無線通信機器は、第２の実施形態にて提供される通信装置を用いることによって、ユーザ側から電波ビームを受信し又はユーザに電波ビームを送信し得る。
【００６７】
当業者が更に認識し得ることには、本明細書に開示された実施形態にて記述された実施例と組み合わせて、ユニット及びアルゴリズムステップが、エレクトロニクスハードウェア、コンピュータソフトウェア、又はこれらの組み合わせによって実装され得る。ハードウェアとソフトウェアとの間の互換性を明瞭に記述するために、以上では概して、機能に従って各例の構成とステップとを記述した。これらの機能がハードウェアによって実行されるのかソフトウェアによって実行されるのかは、技術的ソリューションの設計制約条件及び具体的な用途に依存する。当業者は、具体的な用途ごとに、記述された機能を実装するために異なる方法を使用することができるが、その実装は本発明の範囲を超えるものと見なされるべきでない。
【００６８】
本明細書に開示された実施形態にて記述された方法又はアルゴリズムのステップは、ハードウェア、プロセッサによって実行されるソフトウェアモジュール、又はこれらの組み合わせによって実装され得る。ソフトウェアモジュールは、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、メモリ、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）、電気的プログラム可能ＲＯＭ、電気的消去プログラム可能ＲＯＭ、レジスタ、ハードディスク、リムーバブルディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、又は技術的に知られる任意のその他の形態の記憶媒体の中に存在し得る。
【００６９】
以上の特定の実装においては、本発明の目的、技術的ソリューション、及び利益が更に詳細に説明されている。以上の説明は、単に本発明の特定の実装に過ぎず、本発明の保護範囲を限定することを意図したものではない。本発明の精神及び原理を逸脱することなく為される如何なる変更、均等物、置換、又は改良も、本発明の保護範囲に入るべきである。
【図１】
2018538759.tif 000010
【図２】
2018538759.tif 000011
【図３】
2018538759.tif 000012
【図４】
2018538759.tif 000013
【図５】
2018538759.tif 000014
【図６】
2018538759.tif 000015
【図７】
2018538759.tif 000016
【図８】
2018538759.tif 000017
【図９】
2018538759.tif 000018
【図１０】
2018538759.tif 000019
【図１１】
2018538759.tif 000020
【図１２】
2018538759.tif 000021
【図１３】
2018538759.tif 000022
【手続補正書】
【提出日】平成30年6月27日(2018.6.27)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
通信装置であって、当該通信装置は、Ｍ個の通信サブリンクを有し、各通信サブリンクが、
１つのサブアンテナアレイであり、各サブアンテナアレイが、空間内で電波ビームを放射又は受信するように構成されたＮ個のエレメントを有する、１つのサブアンテナアレイと、
Ｎ個のアナログ位相シフタであり、各アナログ位相シフタが、前記Ｎ個のエレメントのうちの何れかのエレメントと通信し、当該Ｎ個のアナログ位相シフタは、空間内で前記Ｎ個のエレメントによって放射又は受信される前記電波ビームの方向を制御するように構成される、Ｎ個のアナログ位相シフタと、
前記Ｎ個のアナログ位相シフタと通信するとともに、デジタルデータストリームを前記電波ビームの信号へと変換する、又は前記電波ビームの信号をデジタルデータストリームへと変換するように構成された、Ｘ個のトランシーバユニットと、
前記Ｘ個のトランシーバユニットと通信するとともに、前記デジタルデータストリームを形成する、又は前記デジタルデータストリームを受信し、受信した前記デジタルデータストリームを複数のデジタルデータストリームへと分解する、ように構成されたＬ個のデジタル位相シフタと
を有し、
前記Ｍ個の通信サブリンクのＭ個のサブアンテナアレイが、少なくとも２列に分割され、２つの隣り合うサブアンテナアレイがインターリーブ方式で配置され、Ｎ、Ｍ、Ｘ、及びＬは全て正の整数であり、Ｌ≦Ｍ、且つＸ≦Ｎである、
通信装置。
【請求項２】
前記Ｍ個のサブアンテナアレイは、上側の列と下側の列とに分割され、前記２つの隣り合うサブアンテナアレイはそれぞれ第１のサブアンテナアレイ及び第２のサブアンテナアレイを有し、且つ
前記第１のサブアンテナアレイが前記上側の列に置かれ、前記第２のサブアンテナアレイが前記下側の列に置かれる場合、前記第２のサブアンテナアレイは前記第１のサブアンテナアレイの右下に置かれ、又は
前記第１のサブアンテナアレイが前記下側の列に置かれ、前記第２のサブアンテナアレイが前記上側の列に置かれる場合、前記第２のサブアンテナアレイは前記第１のサブアンテナアレイの右上に置かれる、
請求項１に記載の通信装置。
【請求項３】
同一サブアンテナアレイ内のＮ個のエレメントのうちの２つの隣り合うエレメント間の距離をｄｉとし、前記隣り合うサブアンテナアレイ間の距離をＤとして、
【数１】
2018538759.tif 000023
であり、ｉ＝１，２，…，Ｎ−１である、請求項１又は２に記載の通信装置。
【請求項４】
各通信サブリンクが更に、Ｎ個の電力制御ユニットを有し、各電力制御ユニットが、前記Ｎ個のアナログ位相シフタのうちの何れかのアナログ位相シフタと、前記Ｎ個のエレメントのうちの該何れかのアナログ位相シフタと通信する１つのエレメントとの間に接続され、前記Ｎ個の電力制御ユニットは、前記Ｎ個のエレメントに送信される電波ビームの信号又は前記Ｎ個のエレメントから受信される電波ビームの信号に対して、一定振幅重み付け処理を実行するように構成されている、請求項１乃至３の何れか一項に記載の通信装置。
【請求項５】
各通信サブリンクの前記Ｎ個のアナログ位相シフタのＪ番目のアナログ位相シフタに位相（Ｊ−１）＊δが投入され、Ｊは正の整数であり、且つＪ≦Ｎである、請求項１乃至４の何れか一項に記載の通信装置。
【請求項６】
前記Ｍ個の通信サブリンクのＩ番目の通信サブリンクのＬ個のデジタル位相シフタに別々に位相（Ｉ−１）＊Δが投入され、Ｉは正の整数であり、且つＩ≦Ｍである、請求項１乃至５の何れか一項に記載の通信装置。
【請求項７】
通信装置であって、当該通信装置は、Ｍ個の通信サブリンクを有し、各通信サブリンクが、
１つのサブアンテナアレイであり、各サブアンテナアレイが、空間内で電波ビームを放射又は受信するように構成されたＮ個のエレメントを有する、１つのサブアンテナアレイと、
Ｎ個のアナログ位相シフタであり、各アナログ位相シフタが、前記Ｎ個のエレメントのうちの何れかのエレメントと通信し、当該Ｎ個のアナログ位相シフタは、空間内で前記Ｎ個のエレメントによって放射又は受信される前記電波ビームの方向を制御するように構成される、Ｎ個のアナログ位相シフタと、
前記Ｎ個のアナログ位相シフタと通信するとともに、デジタルデータストリームを前記電波ビームの信号へと変換する、又は前記電波ビームの信号をデジタルデータストリームへと変換するように構成された、Ｘ個のトランシーバユニットと、
前記Ｘ個のトランシーバユニットと通信するとともに、前記デジタルデータストリームを形成する、又は前記デジタルデータストリームを受信し、受信した前記デジタルデータストリームを複数のデジタルデータストリームへと分解する、ように構成されたＬ個のデジタル位相シフタと
を有し、
前記Ｍ個の通信サブリンクのＭ個のサブアンテナアレイが直線上に配置され、２つの隣り合うサブアンテナアレイが、ｎ個のエレメントを共有し、Ｎは偶数であり、Ｍ、Ｘ、Ｌ、及びｎは全て正の整数であり、Ｌ≦Ｍ、Ｘ≦Ｎ、且つ１≦ｎ≦Ｎ／２である、
通信装置。
【請求項８】
前記２つの隣り合うサブアンテナアレイはそれぞれ第１のサブアンテナアレイ及び第２のサブアンテナアレイを有し、且つ
前記第１のサブアンテナアレイが、前方に置かれたサブアンテナアレイであり、前記第２のサブアンテナアレイが、後方に置かれたサブアンテナアレイである場合、前記第２のサブアンテナアレイの最初のｎ個のエレメントが、前記第１のサブアンテナアレイの最後のｎ個のエレメントと同じであり、又は
前記第１のサブアンテナアレイが、後方に置かれたサブアンテナアレイであり、前記第２のサブアンテナアレイが、前方に置かれたサブアンテナアレイである場合、前記第２のサブアンテナアレイの最後のｎ個のエレメントが、前記第１のサブアンテナアレイの最初のｎ個のエレメントと同じである、
請求項７に記載の通信装置。
【請求項９】
同一サブアンテナアレイ内のＮ個のエレメントのうちの２つの隣り合うエレメント間の距離をｄｉとし、前記隣り合うサブアンテナアレイ間の距離をＤとして、
【数２】
2018538759.tif 000024
であり、ｉ＝１，２，…，Ｎ−１である、請求項７又は８に記載の通信装置。
【請求項１０】
各通信サブリンクが更に、Ｎ個の電力制御ユニットを有し、各電力制御ユニットが、前記Ｎ個のアナログ位相シフタのうちの何れかのアナログ位相シフタと、前記Ｎ個のエレメントのうちの該何れかのアナログ位相シフタと通信する１つのエレメントとの間に接続され、前記Ｎ個の電力制御ユニットは、前記Ｎ個のエレメントに送信される電波ビームの信号又は前記Ｎ個のエレメントから受信される電波ビームの信号に対して、一定振幅重み付け処理を実行するように構成されている、請求項７乃至９の何れか一項に記載の通信装置。
【請求項１１】
各通信サブリンクの前記Ｎ個のアナログ位相シフタのＪ番目のアナログ位相シフタに位相（Ｊ−１）＊δが投入され、Ｊは正の整数であり、且つＪ≦Ｎである、請求項７乃至１０の何れか一項に記載の通信装置。
【請求項１２】
前記Ｍ個の通信サブリンクのＩ番目の通信サブリンクのＬ個のデジタル位相シフタに別々に位相（Ｉ−１）＊Δが投入され、Ｉは正の整数であり、且つＩ≦Ｍである、請求項７乃至１１の何れか一項に記載の通信装置。
【請求項１３】
当該通信装置は更に、ｎ＊Ｍ個の無線周波数コンバイナと、ｎ＊Ｍ個の無線周波数スプリッタとを有し、前記２つの隣り合うサブアンテナアレイはそれぞれ第１の通信サブリンク及び第２の通信サブリンクに属し、
各無線周波数コンバイナが、前記ｎ個のエレメントのうちの何れかのエレメントに接続され、さらに、前記第１の通信サブリンクの、該何れかのエレメントと通信する１つのアナログ位相シフタと、前記第２の通信サブリンクの、該何れかのエレメントと通信する１つのアナログ位相シフタと、の間に接続され、且つ、これら２つのアナログ位相シフタによって受け取られた電波ビームの信号を結合し、そして、結合した信号を該何れかのエレメントに送るように構成されており、且つ
各無線周波数スプリッタが、前記ｎ個のエレメントのうちの何れかのエレメントに接続され、さらに、前記第１の通信サブリンクの、該何れかのエレメントと通信する１つのアナログ位相シフタと、前記第２の通信サブリンクの、該何れかのエレメントと通信する１つのアナログ位相シフタと、の間に接続され、且つ、該何れかのエレメントから受け取った電波ビームの信号を分割し、そして、分割した信号をこれら２つのアナログ位相シフタそれぞれに送るように構成されている、
請求項７乃至１２の何れか一項に記載の通信装置。
【請求項１４】
請求項１乃至６の何れか一項に記載の通信装置を有する無線通信機器。
【請求項１５】
請求項７乃至１３の何れか一項に記載の通信装置を有する無線通信機器。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、移動通信分野に関し、特に、通信装置及び無線通信機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
無線通信技術が発展するにつれて、無線通信機器の通信装置が、ますます多くの関心及び研究を引き付けている。しかしながら、無線通信機器の通信装置においては、アンテナアレイによって生成される電波ビーム間の相互干渉が、解決されるべき１つの主問題である。
【０００３】
従来技術においては、より高いアンテナ利得及びより多くの直交電波ビームは、一般に、電波ビーム間の相互干渉を抑制するように、アンテナアレイのサブアンテナアレイ（ＳＡＡ）内のエレメントを増加させることによって得られる。しかし、研究が示すことには、アンテナアレイの偏向中、アンテナアレイによって生成される電波ビーム上にグレーティングローブ（ｇｒａｔｉｎｇ  ｌｏｂｅ）が発生しないのは、隣り合うサブアンテナアレイ間の距離が０．５λよりも大きくないときのみである。λは電波ビームの長さである。しかしながら、サブアンテナアレイ内のエレメント数の増加は、サブアンテナアレイ間の距離の増加をもたらす。サブアンテナアレイ間の距離が０．５λよりも大きいとき、アンテナアレイの偏向中に、アンテナアレイによって生成される電波ビーム上にグレーティングローブが発生する。サブアンテナアレイ間の距離が増加すると、グレーティングローブはメインローブにますます接近する。その結果、グレーティングローブを制御することは困難であり、電波ビームの直交性が影響を受ける。電波ビームの直交性は、ここでは、２つの方向の電波ビームが互いに干渉しないことを意味する。一般に、電波ビームは、要求される方向及び別方向の双方にエネルギーを持つ。グレーティングローブが発生するのは非常に深刻なケースである。すなわち、別方向のエネルギーが、要求される方向のものと同じである。例えば、ビームＢの方向がビームＡのグレーティングローブの方向と一致する場合、ビームＢは完全に干渉されてしまう。この場合、ビームＡとビームＢとの直交性は乏しいと考えられ得る。
【０００４】
故に、エレメント数と、電波ビームの直交性を改善するようにグレーティングローブを制御することにおける難しさと、の間の不両立をどのように軽減するかが、解決されるべき１つの問題となる。
【発明の概要】
【０００５】
本発明の実施形態は、電波ビームの直交性を改善するような通信装置及び無線通信機器を提供する。
【０００６】
一態様によれば、本発明の一実施形態は通信装置を提供し、当該通信装置は、Ｍ個の通信サブリンクを含み、各通信サブリンクが、
１つのサブアンテナアレイであり、各サブアンテナアレイが、空間内で電波ビームを放射又は受信するように構成されたＮ個のエレメントを含む、１つのサブアンテナアレイと、
Ｎ個のアナログ位相シフタであり、各アナログ位相シフタが、上記Ｎ個のエレメントのうちの何れかのエレメントと通信し、当該Ｎ個のアナログ位相シフタは、空間内で上記Ｎ個のエレメントによって放射又は受信される上記電波ビームの方向を制御するように構成される、Ｎ個のアナログ位相シフタと、
上記Ｎ個のアナログ位相シフタと通信するとともに、デジタルデータストリームを上記電波ビームの信号へと変換する、又は上記電波ビームの信号をデジタルデータストリームへと変換するように構成された、Ｘ個のトランシーバユニットと、
上記Ｘ個のトランシーバユニットと通信するとともに、上記デジタルデータストリームを形成する、又は上記デジタルデータストリームを受信し、受信した上記デジタルデータストリームを複数のデジタルデータストリームへと分解する、ように構成されたＬ個のデジタル位相シフタと
を含み、
上記Ｍ個の通信サブリンクのＭ個のサブアンテナアレイが、少なくとも２列に分割され、２つの隣り合うサブアンテナアレイがインターリーブ方式で配置され、Ｎ、Ｍ、Ｘ、及びＬは全て正の整数であり、Ｌ≦Ｍ、且つＸ≦Ｎである。
【０００７】
取り得る一設計において、上記Ｍ個のサブアンテナアレイは、上側の列と下側の列とに分割され、上記２つの隣り合うサブアンテナアレイは、第１のサブアンテナアレイ及び第２のサブアンテナアレイを含み、且つ、上記第１のサブアンテナアレイが上記上側の列に置かれ、上記第２のサブアンテナアレイが上記下側の列に置かれる場合、上記第２のサブアンテナアレイは上記第１のサブアンテナアレイの右下に置かれ、又は上記第１のサブアンテナアレイが上記下側の列に置かれ、上記第２のサブアンテナアレイが上記上側の列に置かれる場合、上記第２のサブアンテナアレイは上記第１のサブアンテナアレイの右上に置かれる。故に、エレメントが増加されるときに、サブアンテナアレイ間の距離を短縮することができる。これは、ある程度、多数のエレメントと、サブアンテナアレイ間の短い距離に関する要求との間の不両立を軽減する。
【０００８】
取り得る一設計において、同一サブアンテナアレイ内のＮ個のエレメントのうちの２つの隣り合うエレメント間の距離をｄｉとし、上記隣り合うサブアンテナアレイ間の距離をＤとして、
【数１】
2018538759.tif 000025
であり、ｉ＝１，２，…，Ｎ−１である。
【０００９】
取り得る一設計において、各通信サブリンクが更に、Ｎ個の電力制御ユニットを含み、各電力制御ユニットが、上記Ｎ個のアナログ位相シフタのうちの何れかのアナログ位相シフタと、上記Ｎ個のエレメントのうちの該何れかのアナログ位相シフタと通信する１つのエレメントとの間に接続され、上記Ｎ個の電力制御ユニットは、上記Ｎ個のエレメントに送信される電波ビームの信号又は上記Ｎ個のエレメントから受信される電波ビームの信号に対して、一定振幅重み付け処理を実行するように構成される。故に、隣り合うサブアンテナアレイ間の距離が０．５λよりも大きいときに、アンテナアレイの偏向中に生成されるグレーティングローブを特定の範囲内に制御することができ（すなわち、グレーティングローブは生成されない）、電波ビームの直交性を改善することができる。
【００１０】
取り得る一設計において、各通信サブリンクの上記Ｎ個のアナログ位相シフタのＪ番目のアナログ位相シフタに位相（Ｊ−１）＊δが投入され、Ｊは正の整数であり、且つＪ≦Ｎである。故に、空間内で当該通信装置にて形成される電波ビームの方向を制御することができる。
【００１１】
取り得る一設計において、上記Ｍ個の通信サブリンクのＩ番目の通信サブリンクのＬ個のデジタル位相シフタに別々に位相（Ｉ−１）＊Δが投入され、Ｉは正の整数であり、且つＩ≦Ｍである。故に、空間内で当該通信装置にて形成される電波ビームの方向を制御することができる。
【００１２】
他の一態様によれば、本発明の一実施形態は通信装置を提供し、当該通信装置は、Ｍ個の通信サブリンクを含み、各通信サブリンクが、
１つのサブアンテナアレイであり、各サブアンテナアレイが、空間内で電波ビームを放射又は受信するように構成されたＮ個のエレメントを含む、１つのサブアンテナアレイと、
Ｎ個のアナログ位相シフタであり、各アナログ位相シフタが、上記Ｎ個のエレメントのうちの何れかのエレメントと通信し、当該Ｎ個のアナログ位相シフタは、空間内で上記Ｎ個のエレメントによって放射又は受信される上記電波ビームの方向を制御するように構成される、Ｎ個のアナログ位相シフタと、
上記Ｎ個のアナログ位相シフタと通信するとともに、デジタルデータストリームを上記電波ビームの信号へと変換する、又は上記電波ビームの信号をデジタルデータストリームへと変換するように構成された、Ｘ個のトランシーバユニットと、
上記Ｘ個のトランシーバユニットと通信するとともに、上記デジタルデータストリームを形成する、又は上記デジタルデータストリームを受信し、受信した上記デジタルデータストリームを複数のデジタルデータストリームへと分解する、ように構成されたＬ個のデジタル位相シフタと
を含み、
上記Ｍ個の通信サブリンクのＭ個のサブアンテナアレイが直線上に配置され、２つの隣り合うサブアンテナアレイが、ｎ個のエレメントを共有し、Ｎは偶数であり、Ｍ、Ｘ、Ｌ、及びｎは全て正の整数であり、Ｌ≦Ｍ、Ｘ≦Ｎ、且つ１≦ｎ≦Ｎ／２である。
【００１３】
取り得る一設計において、上記２つの隣り合うサブアンテナアレイは、第１のサブアンテナアレイ及び第２のサブアンテナアレイを含み、且つ、上記第１のサブアンテナアレイが、前方に置かれたサブアンテナアレイであり、上記第２のサブアンテナアレイが、後方に置かれたサブアンテナアレイである場合、上記第２のサブアンテナアレイの最初のｎ個のエレメントが、上記第１のサブアンテナアレイの最後のｎ個のエレメントと同じであり、又は上記第１のサブアンテナアレイが、後方に置かれたサブアンテナアレイであり、上記第２のサブアンテナアレイが、前方に置かれたサブアンテナアレイである場合、上記第２のサブアンテナアレイの最後のｎ個のエレメントが、上記第１のサブアンテナアレイの最初のｎ個のエレメントと同じである。故に、エレメントが増加されるときに、サブアンテナアレイ間の距離を短縮することができる。これは、ある程度、多数のエレメントと、サブアンテナアレイ間の短い距離に関する要求との間の不両立を軽減する。
【００１４】
取り得る一設計において、同一サブアンテナアレイ内のＮ個のエレメントのうちの２つの隣り合うエレメント間の距離をｄｉとし、上記隣り合うサブアンテナアレイ間の距離をＤとして、
【数２】
2018538759.tif 000026
であり、ｉ＝１，２，…，Ｎ−１である。
【００１５】
取り得る一設計において、各通信サブリンクが更に、Ｎ個の電力制御ユニットを含み、各電力制御ユニットが、上記Ｎ個のアナログ位相シフタのうちの何れかのアナログ位相シフタと、上記Ｎ個のエレメントのうちの該何れかのアナログ位相シフタと通信する１つのエレメントとの間に接続され、上記Ｎ個の電力制御ユニットは、上記Ｎ個のエレメントに送信される電波ビームの信号又は上記Ｎ個のエレメントから受信される電波ビームの信号に対して、一定振幅重み付け処理を実行するように構成される。故に、隣り合うサブアンテナアレイ間の距離が０．５λよりも大きいときに、アンテナアレイの偏向中に生成されるグレーティングローブを特定の範囲内に制御することができ（すなわち、グレーティングローブは生成されない）、電波ビームの直交性を改善することができる。
【００１６】
取り得る一設計において、各通信サブリンクの上記Ｎ個のアナログ位相シフタのＪ番目のアナログ位相シフタに位相（Ｊ−１）＊δが投入され、Ｊは正の整数であり、且つＪ≦Ｎである。故に、空間内で当該通信装置にて形成される電波ビームの方向を制御することができる。
【００１７】
取り得る一設計において、上記Ｍ個の通信サブリンクのＩ番目の通信サブリンクのＬ個のデジタル位相シフタに別々に位相（Ｉ−１）＊Δが投入され、Ｉは正の整数であり、且つＩ≦Ｍである。故に、空間内で当該通信装置にて形成される電波ビームの方向を制御することができる。
【００１８】
取り得る一設計において、当該通信装置は更に、ｎ＊Ｍ個の無線周波数コンバイナと、ｎ＊Ｍ個の無線周波数スプリッタとを含み、上記２つの隣り合うサブアンテナアレイはそれぞれ第１の通信サブリンク及び第２の通信サブリンクに属し、
各無線周波数コンバイナが、上記ｎ個のエレメントのうちの何れかのエレメントに接続され、さらに、上記第１の通信サブリンクの、該何れかのエレメントと通信する１つのアナログ位相シフタと、上記第２の通信サブリンクの、該何れかのエレメントと通信する１つのアナログ位相シフタと、の間に接続され、且つ、これら２つのアナログ位相シフタによって受け取られた電波ビームの信号を結合し、そして、結合した信号を該何れかのエレメントに送るように構成され、且つ
各無線周波数スプリッタが、上記ｎ個のエレメントのうちの何れかのエレメントに接続され、さらに、上記第１の通信サブリンクの、該何れかのエレメントと通信する１つのアナログ位相シフタと、上記第２の通信サブリンクの、該何れかのエレメントと通信する１つのアナログ位相シフタと、の間に接続され、且つ、該何れかのエレメントから受け取った電波ビームの信号を分割し、そして、分割した信号をこれら２つのアナログ位相シフタそれぞれに送るように構成される。
【００１９】
更なる他の一態様によれば、本発明の一実施形態は更に無線通信機器を提供し、当該無線通信機器は、上記一態様に従った通信装置を含む。
【００２０】
より他の一態様によれば、本発明の一実施形態は更に無線通信機器を提供し、当該無線通信機器は、上記他の一態様に従った通信装置を含む。
【００２１】
本発明の実施形態にて提供される通信装置及び無線通信機器によれば、通信装置は、Ｍ個の通信サブリンクを含み、Ｍ個の通信サブリンクは、Ｍ個のサブアンテナアレイを含み、Ｍ個のサブアンテナアレイは、少なくとも２列に分割され、２つの隣り合うサブアンテナアレイがインターリーブ方式で配置され、又は、Ｍ個のサブアンテナアレイは、直線上に配置され、２つの隣り合うサブアンテナアレイが、ｎ個のエレメントを共有する。故に、サブアンテナアレイ間の距離を短縮することができ、電波ビームのメインローブとグレーティングローブとの間の距離を増大させることができ、エレメント数の増加と、グレーティングローブを制御することにおける難しさとの間の不両立を軽減することができ、そして更には、電波ビームの直交性を改善することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明に従ったアンテナアレイを駆動する一手法の概略図である。
【図２】本発明に従ったアンテナアレイを駆動する他の一手法の第１の概略図である。
【図３】本発明に従ったアンテナアレイを駆動する他の一手法の第２の概略図である。
【図４】本発明に従ったアンテナアレイを駆動する他の一手法の第３の概略図である。
【図５】本発明の第１の実施形態に従った通信装置の第１の概略図である。
【図６】本発明に従った隣り合うサブアンテナアレイ間の距離の概略図である。
【図７】本発明の第１の実施形態に従った通信装置の第２の概略図である。
【図８】本発明に従った隣接するサブアンテナアレイを配置する一手法の概略図である。
【図９】本発明に従った通信装置によって生成される電波ビームの第１の概略図である。
【図１０】本発明に従った通信装置によって生成される電波ビームの第２の概略図である。
【図１１】本発明の第２の実施形態に従った通信装置の第１の概略図である。
【図１２】本発明の第２の実施形態に従った通信装置の第２の概略図である。
【図１３】本発明に従った無線周波数コンバイナと無線周波数スプリッタとの間の接続関係の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、添付図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。
【００２４】
電波ビーム間の相互干渉の問題を解決するために、本発明においては、通信装置内のアンテナアレイのサイズを大きくする（すなわち、サブアンテナアレイ内のエレメント数を増やす）方法を用いる。しかしながら、アンテナアレイのサイズを大きくした後には、アンテナアレイをどのように駆動するかが、解決すべき問題となる。アンテナアレイは、ここでは、線形アレイ及び平面アレイとし得る。本明細書では、アンテナアレイが線形アレイであるものを説明する。図１は、本発明に従ったアンテナアレイを駆動する一手法の概略図である。図１の駆動法は、フルディジットベース（ｆｕｌｌ−ｄｉｇｉｔ−ｂａｓｅｄ）の駆動法としても参照される。図１において、ベースバンドユニット（Ｂａｓｅ  Ｂａｎｄ  Ｕｎｉｔ、ＢＢＵ）とリモート無線ユニット（ＲＲＵ）は、無線通信機器内の２つのユニットである。無線通信機器は、ここでは、様々なタイプの基地局、又はモバイル端末とし得る。ＢＢＵは、入力データストリーム（例えば、Ｓ１又はＳ２）に対してデジタルビームフォーミング（ＤＢＦ）を実行し、入力データストリームに対応する電波ビームの方向を空間内で制御するように構成される。データストリームは、ここでは、基幹ネットワークから受信され得る。一実装において、入力データストリームに対してデジタルビームフォーミングを実行することは、デジタル振幅位相重み付けデバイスを使用することによって実装され得る。
【００２５】
図１において、θ１及びθ２は、それぞれ、データストリームＳ１とアンテナアレイの法線との間、及びデータストリームＳ２とアンテナアレイの法線との間の夾角である。ＲＲＵは、デジタル振幅位相重み付けデバイスによって受け取られた信号に対して電力増幅を実行し、次いで、その信号をアンテナアレイに出力するように構成された電力増幅器（Ｐｏｗｅｒ  Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ、ＰＡ）を含んでいる。Ａ１及びＡ２はそれぞれ２つのエレメントである。複数のエレメントが１つのサブアンテナアレイを形成し得るとともに、複数のサブアンテナアレイが１つのアンテナアレイを形成し得る。また、Ｕ１及びＵ２はそれぞれ２人のユーザを示している。Ｕ１に送られるビームＳ１は、ＢＢＵ及びＲＲＵが入力データストリームＳ１に対してデジタルビームフォーミング及び電力増幅を行った後に空間内に生成される電波ビームである。Ｕ２に送られるビームＳ２は、ＢＢＵ及びＲＲＵが入力データストリームＳ２に対してデジタルビームフォーミング及び電力増幅を行った後に空間内に生成される電波ビームである。
【００２６】
なお、図１は、一例として、２つのエレメントを駆動する一手法を示しているに過ぎない。エレメント数が例えばｎ個に増加されるとき、ＢＢＵの動作時間量が、元の２からｎに変化する。すなわち、エレメント数の線形増加がＢＢＵの動作時間量の幾何学的増加をもたらし、コストが比較的高い。しかしながら、実際の適用では、ＢＢＵの電力消費を低減させることが期待される。故に、現在、ハイブリッドビームフォーミング（Ｈｙｂｒｉｄ  Ｂｅａｍ−Ｆｏｒｍｉｎｇ、ＨＢＦ）が、業界内でますます注目を集めている。
【００２７】
図２は、本発明に従ったアンテナアレイを駆動する他の一手法の第１の概略図である。図２において、ＢＢＵは、入力データストリーム（例えば、Ｓ１又はＳ２）に対してデジタルビームフォーミングを実行するように構成されたデジタル振幅位相重み付けデバイスを含んでおり、ＲＲＵは、デジタルビームフォーミングを受けたデータストリームに対してアナログビームフォーミング（Ａｎａｌｏｇ  Ｂｅａｍ−Ｆｏｒｍｉｎｇ、ＡＢＦ）を実行するように構成されたアナログ位相シフタを含んでいる。確かなことには、アナログビームフォーミングの前に、デジタルデータストリームが先ず、アナログ信号に変換され得る。図２において、ＳＡＡ１及びＳＡＡ２はそれぞれ２つのサブアンテナアレイを指し示すために使用されている。各サブアンテナアレイが、４つのエレメントＡ１、Ａ２、Ａ３、及びＡ４を含んでいる。すなわち、図１と比較して、図２ではエレメント数が増加されている。しかしながら、入力データストリームの数が不変であるとき、ＢＢＵは２チャネルの信号を出力するのみである。すなわち、ＢＢＵの動作時間量は不変であり、対応するアナログチャネル数のみがＲＲＵにおいて増加される（例えば、電力増幅器数が増加される）。すなわち、アンテナアレイを駆動するこの手法によれば、エレメント数が増加されるときに、ＢＢＵの動作時間量は影響を受けない。故に、比較的低いコストで比較的高い利益を得ることができる。本明細書では、図２に示した駆動法を用いてアンテナアレイを駆動する。
【００２８】
なお、図２のアンテナアレイがＭ個のＳＡＡを含み、各ＳＡＡがＮ個のエレメントを含み（すなわち、アンテナアレイ全体ではＮ＊Ｍ個のエレメントを含む）、Ｎ個ずつのエレメントが１つのトランシーバユニット（ＴＲＸ）によって駆動されるとき、図２のアンテナ駆動法に関して、図３を更に参照する。図３において、黒丸は図２におけるエレメントを示し、ＴＲＸより上の白丸＋矢印の記号はＡＢＦを実行するアナログ位相シフタを示し、ＴＲＸより下の白丸＋矢印の記号はデジタル位相シフタを示しており、Ｌ＊Ｍ個のデジタル位相シフタが、ＤＢＦを実行するデジタル振幅位相重み付けデバイスを形成している。
【００２９】
なお、図３は、説明のための一例として使用されているに過ぎない。実際の適用では、Ｎ個ずつのエレメントがＸ個のトランシーバユニットによって駆動されてもよく、Ｘ≦Ｎである。Ｘ個のトランシーバユニットがＮ個のエレメントを駆動する原理は、１つのトランシーバユニットがＮ個のエレメントを駆動する原理と同じである。詳細をここで再び説明することはしない。また、各ＳＡＡが異なる数のエレメントを含んでいてもよく、本出願においてこれは限定されることではない。
【００３０】
図３において、アンテナアレイ内の隣り合うエレメント間の距離は、何れも同じであってもよいし異なっていてもよい。ここでは、従来技術において存在している問題を説明するために、アンテナアレイ内の隣り合うエレメント間の距離は同じであり、その同じ距離はｄ＝０．５λに設定されている。理解され得ることには、アンテナアレイ内の何れかの隣り合うエレメント間の距離が異なるときにも同様の問題が存在する。上述のように、アンテナアレイ内の何れの隣り合うエレメント間の距離も同一距離であり、且つｄ＝０．５λであるとき、ＳＡＡの中心間距離はＮｄであり、一般にＮは１より大きい値であり、すなわち、Ｎｄ＞０．５λである。研究が示すことには、ＳＡＡ間の距離が０．５λよりも大きいとき、アンテナアレイの偏向中に、アンテナアレイによって生成される電波ビーム上にグレーティングローブが発生する。ＳＡＡ間の距離が増加すると、グレーティングローブがメインローブにますます接近することになる。その結果、グレーティングローブを制御することは困難であり、電波ビームの直交性が影響を受け、そして、アンテナアレイのサイズを大きくする意味がない。
【００３１】
故に、本発明の１つの目的は、ＳＡＡ間の距離が０．５λよりも大きいときに、アンテナアレイの偏向によってグレーティングローブが生成されるために、電波ビームの直交性が影響を受ける、という問題を解決することである。
【００３２】
実施形態を用いて本発明におけるソリューションを説明する前に、先ず、図３に対して以下の仮定を行う。各ＳＡＡの内部位相に、公差δの等差数列が割り当てられ、（最も左側の）開始エレメントの位相に値０が割り当てられ、各ＴＲＸの下の位相に、公差Δの等差数列が割り当てられ、（最も左側の）開始ＴＲＸの下の位相に値０が割り当てられる。詳細については図４を参照されたい。そして、図４において、アンテナアレイの法線に対して夾角θを持つデータストリームが入力された後、アンテナアレイによって最終的に生成される電波ビームは、式１のように表される。
【数３】
2018538759.tif 000027
【００３３】
式１において、ｋは電波ビームの数（波数としても参照される）を指し示し、２π／λを用いて解かれ得る。ＡＦＳＡＡは、サブアレイファクタ、すなわち、図４においてＮ個のエレメントを含むサブアンテナアレイによって生成される電波ビームを指し示す。この式から学ぶことができることには、ＡＦＳＡＡの値は、ｋ、ｄ、θ、Ｎ、及びδなどの変数に関連付けられる。異なる方向の異なるデータストリームに対し、変数はＭ個のサブアンテナアレイに対して同じであり、Ｍ個のサブアンテナアレイによって生成される電波ビームは同じである。ＡＦＡＬＬは、フルアレイファクタ、すなわち、Ｎ個ずつのエレメントが１つの大エレメントを形成するとして、図４のアンテナアレイ全体を形成するＭ個の大エレメントによって生成される電波ビームを指し示す。この式から学ぶことができることには、ＡＦＡＬＬの値は、ｋ、ｄ、θ、Ｎ、Ｍ、及びΔなどの変数に関連付けられる。異なる方向の異なるデータストリームに対し、Δは異なる。故に、アンテナアレイ全体で異なる電波ビームを生成し得る。
【００３４】
図４及びこの式を参照するに、アンテナアレイの偏向によってグレーティングローブが生成されるという上述の問題は、以下のように説明される。アンテナアレイの走査原理によれば、一般に、ＡＦＡＬＬが最大値に達するときに信号が最も強い。Ψが０であるとき、ＡＦＡＬＬは最大値に達する。この式によれば、Ψは、Δを調節することによって０に等しくなることができる。しかし、θは（０，π）内に複数の値を持つ。故に、アンテナアレイが電波ビームの方向を偏向させるようにΔが設定されるときに、グレーティングローブが生成される。
【００３５】
以下、本発明の発明概念を分析する。
【００３６】
図４に示したアンテナアレイによって生成される電波ビームは、次式：ＡＦ＝ＡＦＳＡＡ・ＡＦＡＬＬを用いて表現され得る。すなわち、アンテナアレイによって最終的に生成される電波ビームは、フルアレイファクタとサブアレイファクタとの積である。故に、サブアレイファクタを制御することによって、すなわち、サブアンテナアレイによって生成される電波ビームを制御することによって、アンテナアレイによって最終的に生成される電波ビームを制御することができる。例えば、メインローブから比較的遠い位置にあるようにグレーティングローブを制御するよう、２つの隣り合うサブアンテナアレイをインターリーブ方式で配置することによって、サブアンテナアレイ間の距離を短縮させ得る。加えて、最終的に生成される電波ビームのグレーティングローブの振幅が特定の範囲内に制御されるよう、ＡＦＡＬＬがグレーティングローブを生成する位置でＡＦＳＡＡの指向性パターンゲインが比較的低くなるように制御するために、サブアンテナアレイのエレメント上の電波ビームの信号に対して、更に一定振幅重み付けが実行され得る。
【００３７】
具体的には、本発明においては、第１の実施形態及び第２の実施形態におけるソリューションを用いて電波ビームの直交性を改善する。
【００３８】
図５は、本発明の第１の実施形態に従った通信装置の第１の概略図である。図５において、通信装置は、Ｍ個の通信サブリンクを含み得る。各通信サブリンクが、１つのサブアンテナアレイと、Ｎ個のアナログ位相シフタと、Ｘ個のトランシーバユニットと、Ｌ個のデジタル位相シフタとを含み得る。Ｎ、Ｍ、Ｘ、及びＬは全て、正の整数である。Ｌ≦Ｍ、且つＸ≦Ｎである。好ましくは、Ｘは１である。説明の容易さのため、Ｎが４であり、Ｘが１であるものを、説明のために図５で使用する。
【００３９】
図５において、１つのサブアンテナアレイが、空間内で電波ビームを放射又は受信するように構成された４つのエレメントを含んでいる。４つのアナログ位相シフタの各アナログ位相シフタが、４つのエレメントのうちの何れかのエレメントと通信する。４つのアナログ位相シフタは、空間内で４つのエレメントによって放射又は受信される電波ビームの方向を制御するように構成される。１つのトランシーバユニットが、４つのアナログ位相シフタと通信する。具体的には、トランシーバユニットは、１つのアナログデータストリームインタフェースを使用することによって４つのアナログ位相シフタと通信し得る。トランシーバユニットは、デジタルデータストリームを電波ビームの信号へと変換する、又は電波ビームの信号をデジタルデータストリームへと変換するように構成される。Ｌ個のデジタル位相シフタが、トランシーバユニットと通信するとともに、デジタルデータストリームを形成する、又はデジタルデータストリームを受信し、受信したデジタルデータストリームを複数のデジタルデータストリームへと分解する、ように構成される。
【００４０】
図５において、Ｍ個のサブアンテナアレイは、ＳＡＡ１、ＳＡＡ２、…、ＳＡＡＭを含む。ＳＡＡ２、ＳＡＡ４、…、ＳＡＡＭは上側の列に配置され、ＳＡＡ１、ＳＡＡ３、…、ＳＡＡＭ−１は下側の列に配置されている。ＳＡＡ２はＳＡＡ１の右上に置かれ、ＳＡＡ３はＳＡＡ２の右下に置かれ、…、そして、ＳＡＡＭはＳＡＡＭ−１の右上に置かれている。
【００４１】
なお、図５では、一例として、Ｍ個の通信サブリンクのＭ個のサブアンテナアレイが上側の列と下側の列とに分割されている。実際の適用では、Ｍ個の通信サブリンクのＭ個のサブアンテナアレイは、少なくとも３つの列に分割される。Ｍ個のサブアンテナアレイが少なくとも３列に分割されるとき、Ｍ個のサブアレイを配置する手法については、図５における２列にサブアンテナアレイを配置する手法を参照されたい。本発明においてここで再び詳細を説明することはしない。
【００４２】
好ましくは、図５における同一のサブアンテナアレイ内のＮ個のエレメントのうち２つの隣り合うエレメント間の距離がｄｉとして表記されるとき、隣り合うサブアンテナアレイ間の距離Ｄは、次の条件：
【数４】
2018538759.tif 000028
を満たすことができ、ｉ＝１，２，…，Ｎ−１である。理解され得ることには、図５において何れの隣り合うエレメント間の距離も同じであるとき、ｄｉはｄとして表記され得る。それに対応して、Ｄは、次の条件：（Ｎｄ）／２≦Ｄ＜Ｎｄを満たし得る。好ましくは、Ｄ＝（Ｎｄ）／２である。何れの隣り合うエレメント間の距離も同じであるとき、ｄ及びＤについて、図６を参照されたい。図６では、２つの隣り合うサブアンテナアレイが、第１のサブアンテナアレイと第２のサブアンテナアレイとを含むと仮定している。Ｎが偶数であるとき、Ｄは、第１のサブアンテナアレイ内の（Ｎ／２）番目のエレメントと（（Ｎ／２）＋１）番目のエレメントとの中心位置と、第２のサブアンテナアレイ内の（Ｎ／２）番目のエレメントと（（Ｎ／２）＋１）番目のエレメントとの中心位置と、の間の距離である。Ｎが奇数であるとき、Ｄは、第１のサブアンテナアレイ内の（（Ｎ＋１）／２＋１）番目のエレメントと第２のサブアンテナアレイ内の（（Ｎ＋１）／２＋１）番目のエレメントとの間の距離である。
【００４３】
また、図５の各通信サブリンクは更に、４つの電力制御ユニットを含んでいてもよい。各通信サブリンクに４つの電力制御ユニットが付加された後の通信装置について、図７を参照されたい。図７において、各電力制御ユニットは、４つのアナログ位相シフタのうちの何れかのアナログ位相シフタと、４つのエレメントのうちの該何れかのアナログ位相シフタと通信する１つのエレメントとの間に接続されている。４つの電力制御ユニットは、４つのエレメントに送信される電波ビームの信号又は４つのエレメントから受信される電波ビームの信号に対して、一定振幅重み付け処理を実行するように構成される。
【００４４】
図７における電力制御ユニットは、電力分配器、電力増幅器、電力減衰器、及びこれらに類するものを含み得る。一例において、電力制御ユニットが、４つのエレメント上の電波ビームの信号に対して係数０．８１２、１、１、及び０．８１２に従って振幅重み付けを実行するように構成されるとき、その振幅重み付けは、４つのエレメント上の電波ビームの信号に対して実行される３０ｄＢチェビシェフ（Ｃｈｅｂｙｓｈｅｖ）振幅重み付けと呼ばれる。異なるエレメント上の電波ビームの信号に対して異なる係数に従って振幅重み付け処理が実行された後、ＡＦＳＡＡの指向性パターン利得は、ＡＦＡＬＬがグレーティングローブを生成する位置で比較的低いように制御されることができ、それにより、最終的に生成される電波ビームのグレーティングローブの振幅が、特定の範囲内に制御される。
【００４５】
他の一例において、振幅重み付けは、４つのエレメント上の電波ビームの信号に対して、例えばカイザー（Ｋａｉｓｅｒ）振幅重み付け又はガウスウィン（Ｇａｕｓｓｗｉｎ）振幅重み付けなどの、他の振幅重み付け手法で実行されてもよい。
【００４６】
なお、図５又は図７では、一例として、Ｎは４である。実際の適用において、Ｎは別の数であってもよい。Ｎは、例えば、５、６、７、又は８とすることができ、本発明においてこれは限定されることではない。
【００４７】
Ｎが偶数であるとき、通信装置内での配置手法について、図５を参照されたい。Ｎが奇数であるとき、例えば、Ｎが５であるとき、そして、何れの隣り合うエレメント間の距離も同じであり（例えば、距離がｄ）、Ｄ＝（Ｎｄ）／２＝２．５ｄであるとき、通信装置内で隣り合うサブアンテナアレイを配置する手法について、図８を参照されたい。図８において、ＳＡＡ１とＳＡＡ２との間の距離Ｄは、ＳＡＡ１内の３番目のエレメントとＳＡＡ２内の３番目のエレメントとの間の距離であり、すなわち、Ｄ＝２．５ｄである。
【００４８】
図７に示した通信装置について、Ｍ＝４、且つＮ＝８であると仮定する。無線通信機器に、データストリームＳ１、Ｓ２がそれぞれ５°及び−２．１６３°の２方向（メインローブ間の最小距離が、等価直径が略８λであるときに７．１６３であるので）で入力されるとき、各ＳＡＡ内部のＮ個のアナログ位相シフタのＪ番目のアナログ位相シフタに位相（Ｊ−１）＊δが投入され、Ｊは正の整数であり、且つＪ≦Ｎであり、また、Ｍ個の通信サブリンクのＩ番目の通信サブリンクのＬ個のデジタル位相シフタに別々に位相（Ｉ−１）＊Δが投入され、Ｉは正の整数であり、且つＩ≦Ｍである。すなわち、フルアレイファクタの式及びサブアレイファクタの式に値を代入すると、図９に示す電波ビームが生成され得る。
【００４９】
図９において、第１の電波ビームは、データストリームＳ１に対して通信装置が対応する信号処理（デジタルビームフォーミング、アナログビームフォーミング、３０ｄＢチェビシェフ重み付けを含む）を行った後に、Ｍ個の大エレメント（各々がＮ個の小エレメントを含む）を用いることによって遠距離場に生成される電波ビーム、すなわち、データストリームＳ１のフルアレイファクタの水平指向性パターンである。第２の電波ビームは、データストリームＳ２に対して通信装置が上記対応する信号処理を行った後に、Ｍ個の大エレメント（各々がＮ個の小エレメントを含む）を用いることによって遠距離場に生成される電波ビーム、すなわち、データストリームＳ２のフルアレイファクタの水平指向性パターンである。第３の電波ビームは、データストリームＳ１又はデータストリームＳ２に対して上記対応する信号処理が行われた後に、ＭグループのＮエレメントを用いることによって遠距離場に生成される電波ビーム、すなわち、データストリームＳ１又はデータストリームＳ２のサブアレイファクタの水平指向性パターンである。
【００５０】
図９において、第１の電波ビームのピーク（主方向内）は、第２の電波ビームのオフピーク（ヌル位置）に対応しており、すなわち、第２の電波ビームのピークは、第１の電波ビームのオフピークに対応している。すなわち、これらの電波ビーム間に干渉は生じない。また、本明細書では、一例としてアンテナアレイが線形アレイであるものを用いている。故に、最終的に生成される電波ビームの指向性パターンは、鉛直方向では無指向性である。実際の設計において、アンテナアレイが平面アレイとして設計されるとき、そのアンテナアレイは、鉛直方向における実際の要求に従って調節及び設計され得る。
【００５１】
アンテナアレイによって最終的に生成される電波ビームは、フルアレイファクタとサブアレイファクタとの積である。そこで、データストリームＳ１及びＳ２に対してアンテナアレイによって最終的に生成される２つの電波ビームについて、図１０を参照されたい。図１０は、データストリームＳ１に対して通信装置が上記対応する信号処理を行った後に最終的に生成される第４の電波ビームの指向性パターンと、データストリームＳ２に対して通信装置が上記対応する信号処理を行った後に最終的に生成される第５の電波ビームの指向性パターンとを示している。
【００５２】
本発明の第１の実施形態にて提供される通信装置によれば、Ｍ個の通信サブリンクのＭ個のサブアンテナアレイが、少なくとも２つの列に分割され、２つの隣り合うサブアンテナアレイがインターリーブ方式で配置される。故に、エレメントが増加されるときに、サブアンテナアレイ間の距離を短縮することができる。これは、ある程度、多数のエレメントと、サブアンテナアレイ間の短い距離に関する要求との間の不両立を軽減する。例えば、隣り合うサブアンテナアレイ間の距離がＮｄ／２であるとき、且つ各サブアンテナアレイ内のエレメント数がｍだけ増加させるとき、サブアンテナアレイ間の距離はｍｄ／２だけ増加する。また、各サブアンテナアレイ内のエレメント上の電波ビームの信号に対して一定振幅重み付けが実行される。サブアンテナアレイ間の距離が０．５λよりも大きいとき、アンテナアレイの偏向中に生成されるグレーティングローブを特定の範囲内に制御することができる（すなわち、グレーティングローブは生成されない）。故に、電波ビームの直交性を改善することができる。
【００５３】
図１１は、本発明の第２の実施形態に従った通信装置の第１の概略図である。図１１において、通信装置は、Ｍ個の通信サブリンクを含み得る。各通信サブリンクは、１つのサブアンテナアレイと、Ｎ個のアナログ位相シフタと、Ｘ個のトランシーバユニットと、Ｌ個のデジタル位相シフタとを含み得る。Ｍ、Ｘ、及びＬは全て、正の整数である。Ｎは偶数である。Ｌ≦Ｍ、且つＸ≦Ｎである。好ましくは、Ｘは１である。説明の容易さのため、Ｎが４であり、Ｘが１であるものを、説明のために図１１で使用する。
【００５４】
図１１において、１つのサブアンテナアレイが、空間内で電波ビームを放射又は受信するように構成された４つのエレメントを含んでいる。４つのアナログ位相シフタの各アナログ位相シフタが、４つのエレメントのうちの何れかのエレメントと通信する。４つのアナログ位相シフタは、空間内で４つのエレメントによって放射又は受信される電波ビームの方向を制御するように構成される。１つのトランシーバユニットが、４つのアナログ位相シフタと通信する。具体的には、トランシーバユニットは、１つのアナログデータストリームインタフェースを使用することによって４つのアナログ位相シフタと通信し得る。トランシーバユニットは、デジタルデータストリームを電波ビームの信号へと変換する、又は電波ビームの信号をデジタルデータストリームへと変換するように構成される。Ｌ個のデジタル位相シフタが、トランシーバユニットと通信するとともに、デジタルデータストリームを形成する、又はデジタルデータストリームを受信し、受信したデジタルデータストリームを複数のデジタルデータストリームへと分解する、ように構成される。
【００５５】
図１１において、Ｍ個のサブアンテナアレイは、ＳＡＡ１、ＳＡＡ２、…、ＳＡＡＭを含む。ＳＡＡ１、ＳＡＡ２、…、及びＳＡＡＭは直線上に配置されている。ＳＡＡ２内の最初の２つのエレメントは、ＳＡＡ１内の最後の２つのエレメントと同じであり、ＳＡＡ３内の最初の２つのエレメントは、ＳＡＡ２内の最後の２つのエレメントと同じであり、…、そして、ＳＡＡＭ内の最初の２つのエレメントは、ＳＡＡＭ−１内の最後の２つのエレメントと同じである。
【００５６】
なお、図１１における通信装置は、一例として、４つのエレメントを含んでおり、２つの隣り合うサブアンテナアレイが２つのエレメントを共有している。実際の適用では、図１１における通信装置は更に、例えば８、１６、又はその他の偶数である他のエレメント数を含んでいてもよく、また、２つの隣り合うサブアンテナアレイによって共有されるエレメント数ｎは、１≦ｎ≦Ｎ／２なる条件が満たされれば、２に限定されない。好ましくは、ｎ＝Ｎ／２である。
【００５７】
理解され得ることには、２つの隣り合うサブアンテナアレイによって共有されるｎ個のエレメントの各エレメントは、第１のサブアンテナアレイが属する第１の通信サブリンクに含まれるだけでなく、第２のサブアンテナアレイが属する第２の通信サブリンクにも含まれる。すなわち、２つの隣り合うサブアンテナアレイによって共有されるｎ個のエレメントの各エレメントは、第１の通信サブリンクのアナログ位相シフタと通信し得るだけでなく、第２の通信サブリンクのアナログ位相シフタとも通信し得る。
【００５８】
好ましくは、図１１における同一のサブアンテナアレイ内のＮ個のエレメントのうち２つの隣り合うエレメント間の距離がｄｉとして表記されるとき、隣り合うサブアンテナアレイ間の距離Ｄは、次の条件：
【数５】
2018538759.tif 000029
を満たすことができ、ｉ＝１，２，…，Ｎ−１である。理解され得ることには、何れの隣り合うエレメント間の距離も同じであるとき、ｄｉはｄとして表記され得る。それに対応して、Ｄは、次の条件：（Ｎｄ）／２≦Ｄ＜Ｎｄを満たし得る。好ましくは、Ｄ＝（Ｎｄ）／２である。
【００５９】
また、図１１において、各通信サブリンクは更に、４つの電力制御ユニットを含んでいてもよい。各通信サブリンクに４つの電力制御ユニットが付加された後の通信装置について、図１２を参照されたい。図１２において、各電力制御ユニットは、４つのアナログ位相シフタのうちの何れかのアナログ位相シフタと、４つのエレメントのうちの該何れかのアナログ位相シフタと通信する１つのエレメントとの間に接続されている。４つの電力制御ユニットは、４つのエレメントに送信される電波ビームの信号又は４つのエレメントから受信される電波ビームの信号に対して、一定振幅重み付け処理を実行するように構成される。
【００６０】
図１２における電力制御ユニットは、電力分配器、電力増幅器、電力減衰器、及びこれらに類するものを含み得る。一例において、電力制御ユニットが、４つのエレメント上の信号に対して係数０．８１２、１、１、及び０．８１２に従って振幅重み付けを実行するように構成されるとき、その振幅重み付けは、４つのエレメント上の信号に対して実行される３０ｄＢチェビシェフ振幅重み付けと呼ばれる。異なるエレメント上の電波ビームの信号に対して異なる係数に従って振幅重み付け処理が実行された後、ＡＦＳＡＡの指向性パターン利得は、ＡＦＡＬＬがグレーティングローブを生成する位置で比較的低いように制御されることができ、それにより、最終的に生成される電波ビームのグレーティングローブの振幅が、特定の範囲内に制御される。
【００６１】
他の一例において、振幅重み付けは、４つのエレメント上の信号に対して、例えばカイザー（Ｋａｉｓｅｒ）振幅重み付け又はガウスウィン（Ｇａｕｓｓｗｉｎ）振幅重み付けなどの、他の振幅重み付け手法で実行されてもよい。
【００６２】
なお、図１１又は図１２に示した通信装置は更に、ｎ＊Ｍ個の無線周波数コンバイナと、ｎ＊Ｍ個の無線周波数スプリッタとを含んでいてもよい。２つの隣り合うサブアンテナアレイがそれぞれ第１の通信サブリンク及び第２の通信サブリンクに属するとき、ｎ＊Ｍ個の無線周波数コンバイナの各無線周波数コンバイナの接続関係は、具体的に以下の通りである：各無線周波数コンバイナが、ｎ個のエレメントのうちの何れかのエレメントに接続されるとともに、第１の通信サブリンクの、該何れかのエレメントと通信する１つのアナログ位相シフタと、第２の通信サブリンクの、該何れかのエレメントと通信する１つのアナログ位相シフタと、の間に接続され、且つ、これら２つのアナログ位相シフタによって受け取られた電波ビームの信号を結合し、そして、結合した信号を該何れかのエレメントに送るように構成される。ｎ＊Ｍ個の無線周波数スプリッタの各無線周波数スプリッタの接続関係は、具体的に以下の通りである：各無線周波数スプリッタが、ｎ個のエレメントのうちの何れかのエレメントに接続されるとともに、第１の通信サブリンクの、該何れかのエレメントと通信する１つのアナログ位相シフタと、第２の通信サブリンクの、該何れかのエレメントと通信する１つのアナログ位相シフタと、の間に接続され、且つ、該エレメントによって受け取られた電波ビームの信号を分割し、そして、分割した信号をこれら２つのアナログ位相シフタそれぞれに送るように構成される。
【００６３】
図１１又は図１２の通信装置における１つの無線周波数コンバイナと１つの無線周波数スプリッタとの接続関係を、説明のための一例として用いる。図１３に示すように、図１３におけるエレメントは、２つの隣り合うサブアンテナアレイによって共有されるｎ個のエレメントのうちの何れのエレメントともし得る。第１のアナログ位相シフタは、第１の通信サブリンクの、該エレメントと通信するアナログ位相シフタである。第２のアナログ位相シフタは、第２の通信サブリンクの、該エレメントと通信するアナログ位相シフタである。
【００６４】
図１２に示した通信装置について、Ｍ＝４、且つＮ＝８であると仮定する。各ＳＡＡ内部のＮ個のアナログ位相シフタのＪ番目のアナログ位相シフタに位相（Ｊ−１）＊δが投入され、Ｊは正の整数であり、且つＪ≦Ｎである。Ｍ個の通信サブリンクのＩ番目の通信サブリンクのＬ個のデジタル位相シフタに別々に位相（Ｉ−１）＊Δが投入され、Ｉは正の整数であり、且つＩ≦Ｍである。すなわち、フルアレイファクタの式及びサブアレイファクタの式に値を代入すると、図９に示す電波ビームが生成され得る。最終的に生成される２つの電波ビームについては、図１０を参照されたい。
【００６５】
本発明の第２の実施形態にて提供される通信装置によれば、Ｍ個の通信サブリンクのＭ個のサブアンテナアレイが直線上に配置され、２つの隣り合うサブアンテナアレイが、ｎ個のエレメントを共有する。故に、エレメントが増加されるときに、サブアンテナアレイ間の距離を短縮することができる。これは、ある程度、多数のエレメントと、サブアンテナアレイ間の短い距離に関する要求との間の不両立を軽減する。例えば、隣り合うサブアンテナアレイ間の距離がＮｄ／２であるとき、且つ各サブアンテナアレイ内のエレメント数がｍだけ増加させるとき、サブアンテナアレイ間の距離はｍｄ／２だけ増加する。また、各サブアンテナアレイ内のエレメント上の電波ビームの信号に対して一定振幅重み付けが実行される。サブアンテナアレイ間の距離が０．５λよりも大きいとき、アンテナアレイの偏向中に生成されるグレーティングローブを特定の範囲内に制御することができる（すなわち、グレーティングローブは生成されない）。故に、電波ビームの直交性を改善することができる。
【００６６】
最後に、本発明は更に、本発明の第１の実施形態にて提供される通信装置を含んだ無線通信機器を提供する。具体的には、この無線通信機器は、第１の実施形態にて提供される通信装置を用いることによって、ユーザ側から電波ビームを受信し又はユーザ側に電波ビームを送信し得る。また、本発明は更に、本発明の第２の実施形態にて提供される通信装置を含んだ無線通信機器を提供する。同様に、この無線通信機器は、第２の実施形態にて提供される通信装置を用いることによって、ユーザ側から電波ビームを受信し又はユーザ側に電波ビームを送信し得る。
【００６７】
当業者が更に認識し得ることには、本明細書に開示された実施形態にて記述された実施例と組み合わせて、ユニット及びアルゴリズムステップが、エレクトロニクスハードウェア、コンピュータソフトウェア、又はこれらの組み合わせによって実装され得る。ハードウェアとソフトウェアとの間の互換性を明瞭に記述するために、以上では概して、機能に従って各例の構成とステップとを記述した。これらの機能がハードウェアによって実行されるのかソフトウェアによって実行されるのかは、技術的ソリューションの設計制約条件及び具体的な用途に依存する。当業者は、具体的な用途ごとに、記述された機能を実装するために異なる方法を使用することができるが、その実装は本発明の範囲を超えるものと見なされるべきでない。
【００６８】
本明細書に開示された実施形態にて記述された方法又はアルゴリズムのステップは、ハードウェア、プロセッサによって実行されるソフトウェアモジュール、又はこれらの組み合わせによって実装され得る。ソフトウェアモジュールは、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、メモリ、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）、電気的プログラム可能ＲＯＭ、電気的消去プログラム可能ＲＯＭ、レジスタ、ハードディスク、リムーバブルディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、又は技術的に知られる任意のその他の形態の記憶媒体の中に存在し得る。
【００６９】
以上の特定の実装においては、本発明の目的、技術的ソリューション、及び利益が更に詳細に説明されている。以上の説明は、単に本発明の特定の実装に過ぎず、本発明の保護範囲を限定することを意図したものではない。本発明の精神及び原理を逸脱することなく為される如何なる変更、均等物、置換、又は改良も、本発明の保護範囲に入るべきである。
【国際調査報告】
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