(57)【要約】【課題】所望の垂直面指向性を得ることができ、かつ同一の領域向けの複数の送信信号を、その送信信号の数よりも少ない数のアンテナで送信することができるようにする。【解決手段】同一の領域向けの複数の送信信号を生成するベースバンド部と、複数のアンテナ素子を有するアンテナと、前記ベースバンド部で生成された複数の送信信号を前記アンテナを共用して送信するための信号処理として、当該複数の送信信号それぞれを前記複数のアンテナ素子それぞれに対応して分配し、分配された複数の送信信号それぞれに第１ウェイト行列の対応する成分を乗算した後に各アンテナ素子に対応する送信信号同士を合成する処理を行う信号処理部と、を備え、前記信号処理部は、前記分配された又は合成された複数の送信信号それぞれに、所望の垂直面指向性を得るための第２ウェイト行列の対応する成分を乗算する無線通信装置。【選択図】図２
2016213779.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
同一の領域向けの複数の送信信号を生成するベースバンド部と、
複数のアンテナ素子を有するアンテナと、
前記ベースバンド部で生成された複数の送信信号を前記アンテナを共用して送信するための信号処理として、当該複数の送信信号それぞれを前記複数のアンテナ素子それぞれに対応して分配し、分配された複数の送信信号それぞれに第１ウェイト行列の対応する成分を乗算した後に各アンテナ素子に対応する送信信号同士を合成する処理を行う信号処理部と、を備え、
前記信号処理部は、前記分配された又は合成された複数の送信信号それぞれに、所望の垂直面指向性を得るための第２ウェイト行列の対応する成分を乗算する無線通信装置。
【請求項２】
前記信号処理部は、
前記ベースバンド部で生成された複数のデジタルの送信信号それぞれをアナログの送信信号に変換する複数のデジタルアナログ変換器と、
変換された複数の送信信号それぞれを前記複数のアンテナ素子それぞれに対応して分配する複数の分配器と、
分配された複数の送信信号それぞれに前記第１ウェイト行列の対応する成分に基づいて位相調整を行う複数の第１移相器と、
前記第１移相器により位相調整された複数の送信信号のうち、各アンテナ素子に対応する送信信号同士を合成する複数の合成器と、
合成された複数の送信信号それぞれに前記第２ウェイト行列の対応する成分に基づいて位相調整を行う複数の第２移相器と、を有し、
前記アンテナは、前記第２移相器で位相調整された複数の送信信号それぞれを増幅して対応する前記アンテナ素子に与える複数の増幅器をさらに有する請求項１に記載の無線通信装置。
【請求項３】
前記信号処理部は、
前記ベースバンド部で生成された複数のデジタルの送信信号それぞれをアナログの送信信号に変換する複数のデジタルアナログ変換器と、
変換された複数の送信信号それぞれを前記複数のアンテナ素子それぞれに対応して分配する複数の分配器と、
分配された複数の送信信号それぞれに前記第１ウェイト行列の対応する成分に基づいて位相調整を行う複数の第１移相器と、
前記第１移相器により位相調整された複数の送信信号のうち、各アンテナ素子に対応する送信信号同士を合成する複数の合成器と、
合成された複数の送信信号それぞれに前記第２ウェイト行列の対応する成分に基づいて位相調整を行う複数の第２移相器と、を有し、
前記アンテナよりも前段側に設けられ、複数の送信信号それぞれを増幅する複数の増幅器をさらに備える請求項１に記載の無線通信装置。
【請求項４】
前記信号処理部は、
前記ベースバンド部で生成された複数のデジタルの送信信号それぞれを前記複数のアンテナ素子それぞれに対応して分配し、分配された複数のデジタルの送信信号それぞれに前記第１ウェイト行列の対応する成分を乗算した後に各アンテナ素子に対応する送信信号同士を合成するデジタル信号処理部と、
前記デジタル信号処理部から出力された複数のデジタルの送信信号それぞれをアナログの送信信号に変換する複数のデジタルアナログ変換器を有するアナログ信号処理部と、を備え、
前記デジタル信号処理部は、分配された又は合成された複数のデジタルの送信信号それぞれに前記第２ウェイト行列の対応する成分を乗算するものであり、
前記アンテナは、前記アナログ信号処理部から出力された複数の送信信号それぞれを増幅して対応する前記アンテナ素子に与える複数の増幅器をさらに有する請求項１に記載の無線通信装置。
【請求項５】
前記信号処理部は、
前記ベースバンド部で生成された複数のデジタルの送信信号それぞれを前記複数のアンテナ素子それぞれに対応して分配し、分配された複数のデジタルの送信信号それぞれに前記第１ウェイト行列の対応する成分を乗算した後に各アンテナ素子に対応する送信信号同士を合成するデジタル信号処理部と、
前記デジタル信号処理部から出力された複数のデジタルの送信信号それぞれをアナログの送信信号に変換する複数のデジタルアナログ変換器、及び変換された複数の送信信号それぞれに前記第２ウェイト行列の対応する成分に基づいて位相調整を行う複数の移相器を有するアナログ信号処理部と、を備え、
前記アンテナは、前記アナログ信号処理部から出力された複数の送信信号それぞれを増幅して対応する前記アンテナ素子に与える複数の増幅器をさらに有する請求項１に記載の無線通信装置。
【請求項６】
前記信号処理部は、
前記ベースバンド部で生成された複数のデジタルの送信信号それぞれを前記複数のアンテナ素子それぞれに対応して分配し、分配された複数のデジタルの送信信号それぞれに前記第１ウェイト行列の対応する成分を乗算した後に各アンテナ素子に対応する送信信号同士を合成するデジタル信号処理部と、
前記デジタル信号処理部から出力された複数のデジタルの送信信号それぞれをアナログの送信信号に変換する複数のデジタルアナログ変換器を有するアナログ信号処理部と、を備え、
前記デジタル信号処理部は、分配された又は合成された複数のデジタルの送信信号それぞれに前記第２ウェイト行列の対応する成分を乗算するものであり、
前記アンテナよりも前段側に設けられ、複数の送信信号それぞれを増幅する複数の増幅器をさらに備える請求項１に記載の無線通信装置。
【請求項７】
前記信号処理部は、
前記ベースバンド部で生成された複数のデジタルの送信信号それぞれを前記複数のアンテナ素子それぞれに対応して分配し、分配された複数のデジタルの送信信号それぞれに前記第１ウェイト行列の対応する成分を乗算した後に各アンテナ素子に対応する送信信号同士を合成するデジタル信号処理部と、
前記デジタル信号処理部から出力された複数のデジタルの送信信号それぞれをアナログの送信信号に変換する複数のデジタルアナログ変換器、及び変換された複数の送信信号それぞれに前記第２ウェイト行列の対応する成分に基づいて位相調整を行う複数の移相器を有するアナログ信号処理部と、を備え、
前記アンテナよりも前段側に設けられ、複数の送信信号それぞれを増幅する複数の増幅器をさらに備える請求項１に記載の無線通信装置。
【請求項８】
前記第１ウェイト行列において、前記ベースバンド部で生成された複数の送信信号それぞれに対応するウェイト行ベクトル同士またはウェイト列ベクトル同士が互いに直交している請求項１〜請求項７のいずれか１項に記載の無線通信装置。
【請求項９】
前記第２ウェイト行列は、前記第１ウェイト行列の成分と当該第２ウェイト行列の成分とを乗算してなるウェイト行列が直交性を維持するように設定されている請求項８に記載の無線通信装置。
【請求項１０】
前記第１ウェイト行列における、前記ベースバンド部で生成された複数の送信信号それぞれに対応するウェイト行ベクトルまたはウェイト列ベクトルの候補として、当該ウェイト行ベクトルまたはウェイト列ベクトルの数よりも多い数のウェイト候補を、前記領域へのビームのチルト角に基づいて選択する選択部と、
前記選択部で選択されたウェイト候補のうちから所望の通信品質を満たすウェイト候補を前記ウェイト行ベクトルまたはウェイト列ベクトルとして決定する決定部と、をさらに備える請求項１〜請求項９のいずれか１項に記載の無線通信装置。
【請求項１１】
ベースバンド部で生成された同一の領域向けの複数の送信信号を一のアンテナを共用して送信するために当該複数の送信信号に乗算するウェイト行列の決定方法であって、
選択部が、前記ウェイト行列における、前記ベースバンド部で生成された複数の送信信号それぞれに対応するウェイト行ベクトルまたはウェイト列ベクトルの候補として、当該ウェイト行ベクトルまたはウェイト列ベクトルの数よりも多い数のウェイト候補を、前記領域へのビームのチルト角に基づいて選択する選択ステップと、
決定部が、前記選択ステップで選択されたウェイト候補のうちから所望の通信品質を満たすウェイト候補を前記ウェイト行ベクトルまたはウェイト列ベクトルとして決定する決定ステップと、を含むウェイト行列の決定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無線通信装置およびウェイト行列の決定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
マルチアンテナ技術は、無線通信において、送信・受信を複数のアンテナを用いて行うことにより、通信容量、周波数の利用効率、消費電力等の改善を行う技術である。なお、送信側・受信側いずれかのアンテナ数が１つであっても、他方のアンテナ数に応じて通信品質の改善等を行うことが可能である。
このようなマルチアンテナ技術に関する用語として、ＭＩＭＯ（Multiple Input Multiple Output）がある。ＭＩＭＯとは、通信用語として用いられる場合、送信側及び受信側両方が複数のアンテナを用いる通信方式を指すことが多いが、マルチアンテナ技術全般を指して使われることもある（例えば、非特許文献１参照）。
【０００３】
マルチアンテナ信号の処理アルゴリズムによって得られる利点としては、次の４つが挙げられる。
（１）空間ダイバーシチ（Spatial Diversity）
（２）合成利得（Coherent Gain）
（３）干渉波除去（Interference Mitigation）
（４）空間多重（Spatial Multiplexing）
【０００４】
前記空間ダイバーシチは、空間的に離れたアンテナを用いることで、マルチパスなどの影響による通信品質の劣化を小さくすることである。
前記合成利得は、受信側・送信側の各アンテナの信号に対して伝搬路の情報（振幅、位相の変化）を利用した重み（ウェイト）をかけることで、希望方向からの受信電力と雑音の比を大きくすることである。
【０００５】
前記干渉波除去は、各アンテナからの受信信号に対して、所望信号以外の到来信号（干渉信号）を打ち消すように重みをかけて合成する。受信アンテナ数よりも一つ小さい数の干渉信号を除去することができる。到来信号の伝搬係数が未知であるならば、なんらかの学習アルゴリズムを用いる必要がある。
前記空間多重は、干渉波除去を応用して同時に複数の通信路を確立する方法である。一人のユーザが複数のアンテナから異なる信号を送信して通信容量を増やす方法と、複数のユーザが同時に通信を行って周波数利用効率を高める方法とがある。後者の方法は、ＳＤＭＡ（Space Division Multiple Access）と呼ばれる。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】服部武、藤岡雅宣編著、改訂版ワイヤレス・ブロードバンド教科書高速ＩＰワイヤレス編、株式会社インプレスＲ＆Ｄ、２００６年６月２１日、ｐ１９３
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ＭＩＭＯ通信において、例えば同一のセクタ向けの複数のベースバンド信号を送信するためには、これら複数のベースバンド信号それぞれに対応した複数のアンテナを設置する必要がある。このため、アンテナサイトに複数のアンテナが設置されることで美観が損なわれるという問題や、複数のアンテナを設置することができるアンテナサイト自体を確保するのが難しくなるという問題がある。
そこで、本出願人は、ベースバンド部で生成された複数の送信信号それぞれを、一のアンテナが有する複数のアンテナ素子それぞれに対応して分配し、分配した複数の送信信号それぞれにウェイト行列の対応する成分を乗算した後に各アンテナ素子に対応する送信信号同士を合成する信号処理部を備えた無線通信装置を既に提案している（特願２０１４−２３５９０４。以下、「先願発明」という）。
【０００８】
上記の先願発明によれば、同一の領域向けの複数の送信信号を、一のアンテナを共用して送信することができるので、同一の領域向けの複数の送信信号を、その送信信号の数よりも少ない数のアンテナにより送信することができる。
このような先願発明の無線通信装置では、さらにアンテナについて所望の垂直面指向性を得ることができるようにするのが望ましい。
【０００９】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、所望の垂直面指向性を得ることができ、かつ同一の領域向けの複数の送信信号を、その送信信号の数よりも少ない数のアンテナで送信することができるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の一態様に係る無線通信装置は、同一の領域向けの複数の送信信号を生成するベースバンド部と、複数のアンテナ素子を有するアンテナと、前記ベースバンド部で生成された複数の送信信号を前記アンテナを共用して送信するための信号処理として、当該複数の送信信号それぞれを前記複数のアンテナ素子それぞれに対応して分配し、分配された複数の送信信号それぞれに第１ウェイト行列の対応する成分を乗算した後に各アンテナ素子に対応する送信信号同士を合成する処理を行う信号処理部と、を備え、前記信号処理部は、前記分配された又は合成された複数の送信信号それぞれに、所望の垂直面指向性を得るための第２ウェイト行列の対応する成分を乗算する無線通信装置である。
【００１１】
本発明の一態様に係るウェイト行列の決定方法は、ベースバンド部で生成された同一の領域向けの複数の送信信号を一のアンテナを共用して送信するために当該複数の送信信号に乗算するウェイト行列の決定方法であって、前記ウェイト行列における、前記ベースバンド部で生成された複数の送信信号それぞれに対応するウェイト行ベクトルまたはウェイト列ベクトルの候補として、当該ウェイト行ベクトルまたはウェイト列ベクトルの数よりも多い数のウェイト候補を、前記領域へのビームのチルト角に基づいて選択する選択ステップと、前記選択ステップで選択されたウェイト候補のうちから所望の通信品質を満たすウェイト候補を前記ウェイト行ベクトルまたはウェイト列ベクトルとして決定する決定ステップと、を含むウェイト行列の決定方法である。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、所望の垂直面指向性を得ることができ、かつ同一の領域向けの複数の送信信号を、その送信信号の数よりも少ない数のアンテナで送信することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の第１実施形態に係る無線通信装置を示す図である。
【図２】アンテナシステムの送信側の構成を示したブロック図である。
【図３】無線通信装置の制御構成を示すブロック図である。
【図４】制御部が実行する第１ウェイト行列の決定手順を示すフローチャートである。
【図５】アンテナの所望の垂直面指向性の一例を示す図である。
【図６】先願発明のアンテナの垂直面指向性を示す図である。
【図７】本実施形態のアンテナの垂直面指向性を示す図である。
【図８】本実施形態のウェイト行例の条件数と、先願発明のウェイト行列の条件数とを比較したグラフである。
【図９】本発明の第２実施形態に係る無線通信装置が備えるアンテナシステムの送信側の構成を示すブロック図である。
【図１０】図９のアンテナシステムが備えるバトラーマトリックス回路の構成の一例を示すブロック図である。
【図１１】本発明の第３実施形態に係る無線通信装置が備えるアンテナシステムの送信側の構成を示すブロック図である。
【図１２】図１１の無線通信装置の制御構成を示すブロック図である。
【図１３】本発明の第４実施形態に係る無線通信装置が備えるアンテナシステムの送信側の構成を示すブロック図である。
【図１４】図１３の無線通信装置の制御構成を示すブロック図である。
【図１５】本発明の第５実施形態に係る無線通信装置が備えるアンテナシステムの送信側の構成を示すブロック図である。
【図１６】本発明の第６実施形態に係る無線通信装置が備えるアンテナシステムの送信側の構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
［本発明の実施形態の説明］
最初に本発明の実施形態の内容を列記して説明する。
（１）本発明の実施形態に係る無線通信装置は、同一の領域向けの複数の送信信号を生成するベースバンド部と、複数のアンテナ素子を有するアンテナと、前記ベースバンド部で生成された複数の送信信号を前記アンテナを共用して送信するための信号処理として、当該複数の送信信号それぞれを前記複数のアンテナ素子それぞれに対応して分配し、分配された複数の送信信号それぞれに第１ウェイト行列の対応する成分を乗算した後に各アンテナ素子に対応する送信信号同士を合成する処理を行う信号処理部と、を備え、前記信号処理部は、前記分配された又は合成された複数の送信信号それぞれに、所望の垂直面指向性を得るための第２ウェイト行列の対応する成分を乗算する。
ここで、「領域」とは、単一のセクタ、または複数のセクタに分割されていない単一のセルであって、無線通信装置と無線通信を行う移動端末がハンドオーバーせずに移動可能な領域を意味する。
【００１５】
上記無線通信装置によれば、ベースバンド部で生成された同一の領域向けの複数の送信信号それぞれを、一のアンテナが有する複数のアンテナ素子それぞれに対応して分配し、分配された複数の送信信号それぞれに第１ウェイト行列を乗算して各アンテナ素子に対応する送信信号同士を合成することになる。このため、同一の領域向けの複数の送信信号を、一のアンテナを共用して送信することができる。この結果、同一の領域向けの複数の送信信号を、その送信信号の数よりも少ない数のアンテナにより送信することができる。
また、上記分配された又は上記合成された複数の送信信号それぞれに、所望の垂直面指向性を得るための第２ウェイト行列も乗算されるので、同一の領域向けの複数の送信信号を送信する一のアンテナについて所望の垂直面指向性を得ることができる。
【００１６】
（２）前記無線通信装置において、前記信号処理部は、前記ベースバンド部で生成された複数のデジタルの送信信号それぞれをアナログの送信信号に変換する複数のデジタルアナログ変換器と、変換された複数の送信信号それぞれを前記複数のアンテナ素子それぞれに対応して分配する複数の分配器と、分配された複数の送信信号それぞれに前記第１ウェイト行列の対応する成分に基づいて位相調整を行う複数の第１移相器と、前記第１移相器により位相調整された複数の送信信号のうち、各アンテナ素子に対応する送信信号同士を合成する複数の合成器と、合成された複数の送信信号それぞれに前記第２ウェイト行列の対応する成分に基づいて位相調整を行う複数の第２移相器と、を有し、前記アンテナは、前記第２移相器で位相調整された複数の送信信号それぞれを増幅して対応する前記アンテナ素子に与える複数の増幅器をさらに有するのが好ましい。
【００１７】
この場合、複数のデジタルアナログ変換器は、複数の分配器の前段に設けられることになる。このため、当該デジタルアナログ変換器を、同一の領域向けの複数の送信信号それぞれに対応して設ければよく、複数のアンテナ素子ごとにデジタルアナログ変換器を設ける場合よりもデジタルアナログ変換器の数を減らすことができる。この結果、低コスト化が可能となる。
また、第１及び第２移相器は増幅器の前段に設けられるため、第１及び第２移相器には増幅前の送信信号が与えられる。増幅前の送信信号は、増幅後の送信信号と比較してより低い電力であるため、取り扱うことが可能な信号電力の値が比較的低い移相器の使用が可能となる。これにより、より小型で低コストな第１及び第２移相器を用いることが可能となり、より低コストとすることができるとともに小型化も可能となる。
【００１８】
（３）前記無線通信装置において、前記信号処理部は、前記ベースバンド部で生成された複数のデジタルの送信信号それぞれをアナログの送信信号に変換する複数のデジタルアナログ変換器と、変換された複数の送信信号それぞれを前記複数のアンテナ素子それぞれに対応して分配する複数の分配器と、分配された複数の送信信号それぞれに前記第１ウェイト行列の対応する成分に基づいて位相調整を行う複数の第１移相器と、前記第１移相器により位相調整された複数の送信信号のうち、各アンテナ素子に対応する送信信号同士を合成する複数の合成器と、合成された複数の送信信号それぞれに前記第２ウェイト行列の対応する成分に基づいて位相調整を行う複数の第２移相器と、を有し、前記アンテナよりも前段側に設けられ、複数の送信信号それぞれを増幅する複数の増幅器をさらに備えていてもよい。
【００１９】
この場合、複数のデジタルアナログ変換器は、複数の分配器よりも前段側に設けられることになる。このため、当該デジタルアナログ変換器を、同一の領域向けの複数の送信信号それぞれに対応して設ければよく、複数のアンテナ素子ごとにデジタルアナログ変換器を設ける場合よりもデジタルアナログ変換器の数を減らすことができる。この結果、低コスト化が可能となる。
【００２０】
（４）前記無線通信装置において、前記信号処理部は、前記ベースバンド部で生成された複数のデジタルの送信信号それぞれを前記複数のアンテナ素子それぞれに対応して分配し、分配された複数のデジタルの送信信号それぞれに前記第１ウェイト行列の対応する成分を乗算した後に各アンテナ素子に対応する送信信号同士を合成するデジタル信号処理部と、前記デジタル信号処理部から出力された複数のデジタルの送信信号それぞれをアナログの送信信号に変換する複数のデジタルアナログ変換器を有するアナログ信号処理部と、を備え、前記デジタル信号処理部は、分配された又は合成された複数のデジタルの送信信号それぞれに前記第２ウェイト行列の対応する成分を乗算するものであり、前記アンテナは、前記アナログ信号処理部から出力された複数の送信信号それぞれを増幅して対応する前記アンテナ素子に与える複数の増幅器をさらに有していてもよい。
この場合、ベースバンド部で生成された送信信号の分配から合成までの信号処理、及び第２ウェイト行列の対応する成分を乗算する信号処理をデジタル信号処理によって行うことができるため、当該信号処理をアナログ信号処理によって行う場合と比較して高度な通信制御を行うことができる。
【００２１】
（５）前記無線通信装置において、前記信号処理部は、前記ベースバンド部で生成された複数のデジタルの送信信号それぞれを前記複数のアンテナ素子それぞれに対応して分配し、分配された複数のデジタルの送信信号それぞれに前記第１ウェイト行列の対応する成分を乗算した後に各アンテナ素子に対応する送信信号同士を合成するデジタル信号処理部と、前記デジタル信号処理部から出力された複数のデジタルの送信信号それぞれをアナログの送信信号に変換する複数のデジタルアナログ変換器、及び変換された複数の送信信号それぞれに前記第２ウェイト行列の対応する成分に基づいて位相調整を行う複数の移相器を有するアナログ信号処理部と、を備え、前記アンテナは、前記アナログ信号処理部から出力された複数の送信信号それぞれを増幅して対応する前記アンテナ素子に与える複数の増幅器をさらに有していてもよい。
この場合、ベースバンド部で生成された送信信号の分配から合成までの信号処理をデジタル信号処理によって行うことができるため、当該信号処理をアナログ信号処理によって行う場合と比較して高度な通信制御を行うことができる。
【００２２】
（６）前記無線通信装置において、前記信号処理部は、前記ベースバンド部で生成された複数のデジタルの送信信号それぞれを前記複数のアンテナ素子それぞれに対応して分配し、分配された複数のデジタルの送信信号それぞれに前記第１ウェイト行列の対応する成分を乗算した後に各アンテナ素子に対応する送信信号同士を合成するデジタル信号処理部と、前記デジタル信号処理部から出力された複数のデジタルの送信信号それぞれをアナログの送信信号に変換する複数のデジタルアナログ変換器を有するアナログ信号処理部と、を備え、前記デジタル信号処理部は、分配された又は合成された複数のデジタルの送信信号それぞれに前記第２ウェイト行列の対応する成分を乗算するものであり、前記アンテナよりも前段側に設けられ、複数の送信信号それぞれを増幅する複数の増幅器をさらに備えていてもよい。
この場合、ベースバンド部で生成された送信信号の分配から合成までの信号処理、及び第２ウェイト行列の対応する成分を乗算する信号処理をデジタル信号処理によって行うことができるため、当該信号処理をアナログ信号処理によって行う場合と比較して高度な通信制御を行うことができる。
【００２３】
（７）前記無線通信装置において、前記信号処理部は、前記ベースバンド部で生成された複数のデジタルの送信信号それぞれを前記複数のアンテナ素子それぞれに対応して分配し、分配された複数のデジタルの送信信号それぞれに前記第１ウェイト行列の対応する成分を乗算した後に各アンテナ素子に対応する送信信号同士を合成するデジタル信号処理部と、前記デジタル信号処理部から出力された複数のデジタルの送信信号それぞれをアナログの送信信号に変換する複数のデジタルアナログ変換器、及び変換された複数の送信信号それぞれに前記第２ウェイト行列の対応する成分に基づいて位相調整を行う複数の移相器を有するアナログ信号処理部と、を備え、前記アンテナよりも前段側に設けられ、複数の送信信号それぞれを増幅する複数の増幅器をさらに備えていてもよい。
この場合、ベースバンド部で生成された送信信号の分配から合成までの信号処理をデジタル信号処理によって行うことができるため、当該信号処理をアナログ信号処理によって行う場合と比較して高度な通信制御を行うことができる。
【００２４】
（８）前記第１ウェイト行列において、前記ベースバンド部で生成された複数の送信信号それぞれに対応するウェイト行ベクトル同士またはウェイト列ベクトル同士が互いに直交しているのが好ましい。
ここで、ウェイト行ベクトル同士またはウェイト列ベクトル同士が互いに「直交している」とは、２つのウェイト行ベクトルまたはウェイト列ベクトルの相互相関の和が０になることを意味する。
この場合、同一の領域向けの複数の送信信号の相互相関を小さくすることができる。
【００２５】
（９）前記無線通信装置において、前記第２ウェイト行列は、前記第１ウェイト行列の成分と当該第２ウェイト行列の成分とを乗算してなるウェイト行列が直交性を維持するように設定されているのが好ましい。
ここで、「直交性を維持する」とは、直交性を完全に維持する場合だけでなく、直交性の高い状態を維持する場合も含む意味である。
この場合、上記ウェイト行列の直交性を維持しつつ、所望の垂直面指向性を得ることができる。
【００２６】
（１０）前記無線通信装置において、前記第１ウェイト行列における、前記ベースバンド部で生成された複数の送信信号それぞれに対応するウェイト行ベクトルまたはウェイト列ベクトルの候補として、当該ウェイト行ベクトルまたはウェイト列ベクトルの数よりも多い数のウェイト候補を、前記領域へのビームのチルト角に基づいて選択する選択部と、前記選択部で選択されたウェイト候補のうちから所望の通信品質を満たすウェイト候補を前記ウェイト行ベクトルまたはウェイト列ベクトルとして決定する決定部と、をさらに備えるのが好ましい。
【００２７】
この場合、選択部において、ベースバンド部で生成された複数の送信信号それぞれに対応する第１ウェイト行列のウェイト行ベクトルまたはウェイト列ベクトルの候補となる多数のウェイト候補を、領域へのビームのチルト角に基づいて選択するため、これらのウェイト候補を容易かつ迅速に絞り込みことができる。また、決定部において、多数のウェイト候補のうちから所望の通信品質を満たすウェイト候補をウェイト行ベクトルまたはウェイト列ベクトルとして決定するため、所望の通信品質を得ることができる。
【００２８】
（１１）本発明の実施形態に係るウェイト行列の決定方法は、ベースバンド部で生成された同一の領域向けの複数の送信信号を一のアンテナを共用して送信するために当該複数の送信信号に乗算するウェイト行列の決定方法であって、選択部が、前記ウェイト行列における、前記ベースバンド部で生成された複数の送信信号それぞれに対応するウェイト行ベクトルまたはウェイト列ベクトルの候補として、当該ウェイト行ベクトルまたはウェイト列ベクトルの数よりも多い数のウェイト候補を、前記領域へのビームのチルト角に基づいて選択する選択ステップと、決定部が、前記選択ステップで選択されたウェイト候補のうちから所望の通信品質を満たすウェイト候補を前記ウェイト行ベクトルまたはウェイト列ベクトルとして決定する決定ステップと、を含む。
【００２９】
上記ウェイト行列の決定方法によれば、選択ステップにおいて、ベースバンド部で生成された複数の送信信号それぞれに対応するウェイト行ベクトルまたはウェイト列ベクトルの候補となる多数のウェイト候補を、領域へのビームのチルト角に基づいて選択するため、これらのウェイト候補を容易かつ迅速に絞り込みことができる。また、決定ステップにおいて、多数のウェイト候補のうちから所望の通信品質を満たすウェイト候補をウェイト行ベクトルまたはウェイト列ベクトルとして決定するため、所望の通信品質を得ることができる。
【００３０】
［本発明の実施形態の詳細］
以下、本発明の実施形態について添付図面に基づき詳細に説明する。
＜無線通信装置の全体構成について＞
図１は、本発明の第１実施形態に係る無線通信装置を示す図である。図中、無線通信装置１は、例えば、ＬＴＥ（Long Term Evolution）が適用される携帯電話用の無線通信システムにおいて基地局装置として用いられるものであり、携帯電話といった移動端末（図示せず）と無線通信を行う機能を有している。
図１に示すように、無線通信装置１は、ベースバンド部であるベースバンドユニット（ＢＢＵ）２と、アンテナシステム３とを備えている。
【００３１】
ベースバンドユニット２は、当該ベースバンドユニット２から延びる信号伝送路（光伝送路または電気伝送路）４によってアンテナシステム３に接続されている。
ベースバンドユニット２は、上位ネットワークから与えられる送信データに対してデジタル変調処理を行い、デジタル信号として、同一のセルＣ（後述）向けの複数の送信ベースバンド信号を生成する機能を有している。
ベースバンドユニット２は、送信データを変調して得た送信ベースバンド信号（Ｉ／Ｑ信号）を信号伝送路４を介してアンテナシステム３に与える。
【００３２】
また、ベースバンドユニット２は、アンテナシステム３から信号伝送路４を介して与えられるデジタル信号である受信ベースバンド信号（Ｉ／Ｑ信号）を取得し、この受信ベースバンド信号に対してデジタル復調処理を行い受信データを生成する機能を有している。ベースバンドユニット２は、受信ベースバンド信号を復調して得た受信データを上位ネットワークに与える。
このように、ベースバンドユニット２は、無線通信によって送受信されるデータ及びベースバンド信号に対してデジタル変復調処理等の処理を行う機能を有している。
【００３３】
アンテナシステム３は、支柱５によって上方に支持されている複数（図例では３つ）のアンテナ６を備えている。
各アンテナ６は、無線通信装置１の周囲を３つに分割したときの内の１つの領域が移動端末との間で通信可能な領域であるセルＣとして設定される。
アンテナシステム３は、３つのアンテナ６を備えることで、移動端末との間で通信可能なセルＣを当該アンテナシステム３の周囲に形成する。
【００３４】
本実施形態の各アンテナ６は、後述するように、複数のアンテナ素子を備えており、各アンテナ素子によって送信される信号それぞれの位相や利得を調整することによって、当該アンテナ６のチルト角（指向性）を制御することができる。これにより、各アンテナ６は、同一の領域（セル）に向けて互いに異なるチルト角で、アンテナ６から遠ざかる方向に沿って複数（図例では２つ）の送信信号を送信することができる。
なお、本実施形態における「領域」はセクタ分割なしの単一のセルＣとされているが、単一のセルＣを複数のセクタに分割している場合には単一のセクタを「領域」としても良い。すなわち、「領域」は、無線通信装置１と無線通信を行う移動端末がハンドオーバーせずに移動できる領域であれば良い。
【００３５】
＜アンテナシステムの構成について＞
図２は、第１実施形態に係るアンテナシステム３の送信側の構成を示したブロック図である。本実施形態におけるアンテナシステム３は、送信信号の分配、位相調整および合成等の信号処理をアナログ信号処理によって行うように構成されたアクティブアンテナシステムからなる。
アンテナシステム３は、デジタル信号処理部１０と、アナログ信号処理部７と、アンテナ６とを備えている。アンテナ６は、複数（図例では６つ）のアンテナ素子９と、これらのアンテナ素子９それぞれに対応する複数（図例では６つ）の電力増幅器２０とを有している。
【００３６】
デジタル信号処理部１０は、同一の領域向けの複数（図例では２つ）の送信ベースバンド信号がベースバンドユニット２から与えられる。以下、これら２つの送信ベースバンド信号のうち、一方を第１送信ベースバンド信号、他方を第２送信ベースバンド信号ともいう。
デジタル信号処理部１０は、第１送信ベースバンド信号及び第２送信ベースバンド信号に対し必要に応じてデジタル信号処理を行った後、これら送信ベースバンド信号をアナログ信号処理部７に与える。
【００３７】
アナログ信号処理部７は、デジタル信号処理部１０から与えられる複数の送信信号それぞれを複数のアンテナ素子９それぞれに対応して分配し、分配された複数の送信信号それぞれに、位相調整等を利用して第１ウェイト行列（後述）の対応する成分を乗算した後に各アンテナ素子９に対応する送信信号同士を合成し、合成された複数の送信信号それぞれに、位相調整等を利用して第２ウェイト行列（後述）の対応する成分を乗算する処理を行う信号処理部として機能する。
【００３８】
アナログ信号処理部７は、複数のデジタルアナログ変換器１１と、複数のアップコンバータ１２と、分配器１４と、複数の第１可変減衰器１５と、複数の第１移相器１６と、複数の合成器１７と、複数の第２可変減衰器１８と、複数の第２移相器１９とを備えている。
デジタルアナログ変換器１１は、２つの送信ベースバンド信号それぞれに対応して一対設けられている。一方のデジタルアナログ変換器１１ａには、デジタル信号処理部１０から第１送信ベースバンド信号が与えられ、他方のデジタルアナログ変換器１１ｂには、デジタル信号処理部１０から第２送信ベースバンド信号が与えられる。
【００３９】
デジタルアナログ変換器１１ａは、デジタル信号である第１送信ベースバンド信号をアナログ信号に変換する機能を有している。また、デジタルアナログ変換器１１ｂは、デジタル信号である第２送信ベースバンド信号をアナログ信号に変換する機能を有している。
デジタルアナログ変換器１１（１１ａ、１１ｂ）は、アナログ信号に変換した第１送信ベースバンド信号および第２送信ベースバンド信号をアップコンバータ１２に与える。
【００４０】
アップコンバータ１２は、一対のデジタルアナログ変換器１１それぞれに対応して一対設けられている。一方のアップコンバータ１２ａには、アナログ信号に変換された第１送信ベースバンド信号が与えられ、他方のアップコンバータ１２ｂには、アナログ信号に変換された第２送信ベースバンド信号が与えられる。
【００４１】
アップコンバータ１２ａは、発振器１３が生成する無線周波数のローカル信号を第１送信ベースバンド信号に乗算することで第１送信ベースバンド信号を無線周波数の信号（第１無線周波数信号）に変換（アップコンバート）する機能を有している。
アップコンバータ１２ｂは、発振器１３が生成する無線周波数のローカル信号を第２送信ベースバンド信号に乗算することで第２送信ベースバンド信号を無線周波数の信号（第２無線周波数信号）に変換（アップコンバート）する機能を有している。
アップコンバータ１２（１２ａ、１２ｂ）は、第１送信ベースバンド信号を周波数変換することにより得た第１無線周波数信号、および第２送信ベースバンド信号を周波数変換することにより得た第２無線周波数信号を分配器１４に与える。
【００４２】
分配器１４は、一対のデジタルアナログ変換器１１それぞれに対応して一対設けられている。一方の分配器１４ａには、アップコンバータ１２ａから第１無線周波数信号が与えられ、他方の分配器１４ｂには、アップコンバータ１２ｂから第２無線周波数信号が与えられる。
【００４３】
分配器１４ａは、第１無線周波数信号を複数のアンテナ素子９それぞれに対応して複数に分配する。
また、分配器１４ｂは、第２無線周波数信号を複数のアンテナ素子９それぞれに対応して複数に分配する。
本実施形態において、アンテナ６はアンテナ素子９を６つ備えているので、分配器１４ａ、１４ｂは、アップコンバータ１２から与えられる無線周波数信号を６つに分配する。
【００４４】
複数の合成器１７は、両分配器１４ａ、１４ｂの後段に設けられている。合成器１７は、複数のアンテナ素子９それぞれに対応して複数（６つ）設けられている。各合成器１７は、複数の第１移相器１６および複数の第１可変減衰器１５を介して各分配器１４に接続されている。
【００４５】
両分配器１４ａ、１４ｂによって分配された複数の無線周波数信号は、これらの無線周波数信号それぞれに第１ウェイト行列の対応する各成分を乗算するために、第１可変減衰器１５による利得調整、および第１移相器１６による位相調整が行われる。
第１ウェイト行列は、デジタル信号処理部１０から与えられる第１及び第２無線周波数信号をアンテナ１を共用して送信するためのウェイト行列である。
【００４６】
第１可変減衰器１５による利得調整、および第１移相器１６による位相調整が行われた複数の無線周波数信号は、合成器１７に与えられる。その際、各合成器１７には、分配器１４ａ、１４ｂによって分配された無線周波数信号のうち、互いに同一のアンテナ素子に対応して分配された無線周波数信号が与えられる。
各合成器１７は、互いに同一のアンテナ素子に対応して分配された無線周波数信号同士を合成するように構成されている。
【００４７】
例えば、図２中、紙面上最も上側に位置する合成器１７は、紙面上最も上側に位置するアンテナ素子９に対応して設けられている。この紙面上最も上側に位置する合成器１７には、分配器１４ａにより紙面上最も上側に位置するアンテナ素子９に対応して分配された無線周波数信号と、分配器１４ｂにより紙面上最も上側に位置するアンテナ素子９に対応して分配された無線周波数信号とが与えられる。
【００４８】
このように、各合成器１７には、同一のアンテナ素子９に対応する信号同士である、分配器１４ａからの無線周波数信号と、分配器１４ｂからの無線周波数信号とが与えられる。
各合成器１７は、これら同一のアンテナ素子９に対応する無線周波数信号同士を合成し、その合成信号を出力する。
【００４９】
各合成器１７が出力する合成信号は、これらの合成信号それぞれに第２ウェイト行列の対応する各成分を乗算するために、第２可変減衰器１８による利得調整、および第２移相器１９による位相調整が行われる。
第２ウェイト行列は、アンテナ６について所望の垂直面指向性を得るためのウェイト行列である。
なお、本実施形態のアナログ信号処理部７は、第２ウェイト行列の成分を乗算するために、第２可変減衰器１８及び第２移相器１９を備えているが、少なくとも第２移相器１９を備えていれば良い。
【００５０】
第２可変減衰器１８による利得調整、および第２移相器１９による位相調整が行われた複数の合成信号は、アンテナ６の電力増幅器２０に与えられる。電力増幅器２０は、合成信号を増幅してアンテナ素子９に与える。
各アンテナ素子９に与えられた合成信号は、各アンテナ素子９から空間に放射され、無線信号として送信される。
【００５１】
複数の第１可変減衰器１５は、分配器１４の後段であって、分配器１４と第１移相器１６との間に設けられている。複数の第１可変減衰器１５は、一方の分配器１４ａと第１移相器１６との間に接続された複数の第１可変減衰器１５ａと、他方の分配器１４ｂと各合成器１７との間に接続された複数の第１可変減衰器１５ｂとを含んでいる。
第１可変減衰器１５ａ，１５ｂは、いずれも複数のアンテナ素子９それぞれに対応して複数（６つ）設けられている。
【００５２】
複数の第１可変減衰器１５ａには、一方の分配器１４ａによって分配された第１無線周波数信号が与えられる。複数の第１可変減衰器１５ａは、分配器１４ａによって分配された第１無線周波数信号それぞれに対して利得調整を行う。
複数の第１可変減衰器１５ｂには、他方の分配器１４ｂによって分配された第２無線周波数信号が与えられる。複数の第１可変減衰器１５ｂは、分配器１４ｂによって分配された第２無線周波数信号それぞれに対して利得調整を行う。
このように、第１可変減衰器１５は、複数のアンテナ素子９における複数の送信信号（第１無線周波数信号および第２無線周波数信号）ごとに利得調整を行う。
【００５３】
複数の第１移相器１６は、分配器１４よりも後段であって、第１可変減衰器１５と合成器１７との間に設けられている。複数の第１移相器１６は、第１可変減衰器１５ａと各合成器１７との間に接続された複数の第１移相器１６ａと、第１可変減衰器１５ｂと各合成器１７との間に接続された複数の第１移相器１６ｂとを含んでいる。第１移相器１６ａ，１６ｂは、いずれも複数のアンテナ素子９それぞれに対応して複数（６つ）設けられている。また、第１移相器１６ａ，１６ｂは、例えば半導体スイッチによって線路を切り替えるように構成された半導体移相器からなる。
【００５４】
複数の第１移相器１６ａには、第１可変減衰器１５ａによって利得調整された第１無線周波数信号が与えられる。
複数の第１移相器１６ａは、第１可変減衰器１５ａによって利得調整された第１無線周波数信号それぞれに対して位相調整を行う。これによって、複数の第１移相器１６ａは、第１無線周波数信号が複数のアンテナ素子９のそれぞれから送信されたときの当該アンテナ素子９のチルト角（指向性）を制御することができる。
【００５５】
複数の第１移相器１６ｂには、第１可変減衰器１５ｂによって利得調整された第２無線周波数信号が与えられる。
複数の第１移相器１６ｂは、第１可変減衰器１５ｂによって利得調整された第２無線周波数信号それぞれに対して位相調整を行う。これによって、複数の第１移相器１６ｂは、第２無線周波数信号が複数のアンテナ素子９のそれぞれから送信されたときの当該アンテナ素子９のチルト角（指向性）を制御することができる。
【００５６】
複数の第１移相器１６ａ，１６ｂは、第１無線周波数信号を複数のアンテナ素子９から送信する際のチルト角と、第２無線周波数信号を複数のアンテナ素子９から送信する際のチルト角とが互いに異なるように位相調整を行う。
【００５７】
このように、第１移相器１６は、複数のアンテナ素子９における複数の送信信号（第１無線周波数信号及び第２無線周波数信号）ごとのチルト角（指向性）が当該複数の送信信号それぞれに対応するチルト角となるように、複数の送信信号（第１無線周波数信号及び第２無線周波数信号）ごとに位相調整を行う。
【００５８】
以上のように、分配器１４ａによって分配された第１無線周波数信号と、分配器１４ｂによって分配された第２無線周波数信号とは、それぞれ第１可変減衰器１５による利得調整および第１移相器１６による位相調整が行われた後、各合成器１７に与えられる。
各合成器１７は、これら同一のアンテナ素子９に対応する第１無線周波数信号および第２無線周波数信号を合成し、合成信号を出力する。
【００５９】
複数の第２可変減衰器１８は、合成器１７の後段であって、合成器１７と第２移相器１９との間に設けられている。第２可変減衰器１８は、複数のアンテナ素子９それぞれに対応して複数（６つ）設けられている。
複数の第２可変減衰器１８には、合成器１７から出力された合成信号が与えられる。複数の第２可変減衰器１８は、合成器１７から出力された合成信号それぞれに対して利得調整を行う。このように、第２可変減衰器１８は、複数のアンテナ素子９における複数の送信信号ごとに利得調整を行う。
【００６０】
複数の第２移相器１９は、合成器１７の後段であって、第２可変減衰器１８と電力増幅器２０との間に設けられている。第２移相器１９は、複数のアンテナ素子９それぞれに対応して複数（６つ）設けられている。また、第２移相器１９は、例えば半導体スイッチによって線路を切り替えるように構成された半導体移相器からなる。
【００６１】
複数の第２移相器１９には、第２可変減衰器１８によって利得調整された合成信号が与えられる。複数の第２移相器１９は、第２可変減衰器１８によって利得調整された合成信号それぞれに対して位相調整を行う。これによって、複数の第２移相器１９は、合成信号が複数のアンテナ素子９のそれぞれから送信されたときの当該アンテナ素子９のチルト角（指向性）を制御することができる。
【００６２】
各第２移相器１９で位相調整された合成信号は、アンテナ６の電力増幅器２０により増幅されて各アンテナ素子９に与えられ、各アンテナ素子９から無線信号として送信される。各アンテナ素子９は、第１無線周波数信号と第２無線周波数信号とを合成した合成信号を送信することによって、第１無線周波数信号と第２無線周波数信号とを送信することができる。
【００６３】
各アンテナ素子９から送信される第１無線周波数信号は、複数の第１移相器１６ａ及び複数（図中上側の３個）の第２移相器１９によるチルト角の制御によって送信される。
また、各アンテナ素子９から送信される第２無線周波数信号は、複数の第１移相器１６ｂ及び複数（図中下側の３個）の第２移相器１９によるチルト角の制御によって送信される。その際、第２無線周波数信号は、第１無線周波数信号を送信するために制御される第１移相器１６ａ等のチルト角とは異なるチルト角となるように制御される。
これによって、アンテナシステム３は、同一の領域に向けて互いに異なるチルト角で複数の信号を送信信号を送信することができる。
【００６４】
＜無線通信装置の制御構成について＞
図３は、無線通信装置１の制御構成を示すブロック図である。
無線通信装置１は、複数の第１可変減衰器１５、複数の第１移相器１６、複数の第２可変減衰器１８、および複数の第２移相器１９をそれぞれ個別に制御する制御部３０を備えている。
制御部３０は、ＣＰＵや記憶部等を含むコンピュータによって構成されており、記憶部に記憶されたプログラム等を読み出して以下に説明する当該制御部３０が有する各機能部を実現するとともに各種処理を実行する機能を有している。
【００６５】
制御部３０は、ベースバンドユニット２に接続されており、ベースバンドユニット２から各アンテナ素子９のチルト角を変更する制御命令や搬送波周波数を含む制御情報を受ける。
制御部３０は、ベースバンドユニット２から受けた制御情報に基づいて、分配器１４により分配された複数の無線周波数信号に乗算する第１ウェイト行列を決定する機能を有している。
【００６６】
制御部３０は、決定された第１ウェイト行列の各成分を分配器１４により分配された複数の無線周波数信号それぞれに乗算するために、当該各成分に基づいて対応する第１可変減衰器１５および第１移相器１６を制御する機能を有している。
また、制御部３０は、第２ウェイト行列の各成分を合成器１７から出力された複数の合成信号それぞれに乗算するために、当該各成分に基づいて対応する第２可変減衰器１８および第２移相器１９を制御する機能を有している。
【００６７】
ベースバンドユニット２から与えられる無線周波数信号をｘ、合成器１７が出力する合成信号をｙとすると、各信号ｘ，ｙと第１ウェイト行列Ａとの関係は、下記式（１）のように表される。
ｙ＝ＡHｘ    ・・・（１）
ここで、上付のＨは、複素共役転置を表す。
【００６８】
第１ウェイト行列Ａは、無線周波数信号ｘの数をＭ、合成信号ｙの数をＮとすると、Ｍ行Ｎ列（Ｍ×Ｎ）の行列で表される。式（１）を行列表現すると、下記式（２）のように表される。
【数１】
2016213779.tif 000003
【００６９】
本実施形態では、ベースバンドユニット２から与えられる無線周波数信号の数（Ｍ）は２つであり、合成器１７が出力する合成信号の数（Ｎ）は６つであるため、式（２）は下記式（３）のように表される。
【数２】
2016213779.tif 000004
ここで、ｘ１は第１無線周波数信号、ｘ２は第２無線周波数信号を表している。
【００７０】
本実施形態の第１ウェイト行列Ａにおいて、一方のウェイト行ベクトルａ1（ａ11・・・ａ16）の各成分は、分配器１４ａにより分配された６つの第１無線周波数信号それぞれに乗算される。すなわち、制御部３０は、ウェイト行ベクトルａ1（ａ11・・・ａ16）の各成分に基づいて、対応する第１可変減衰器１５ａおよび第１移相器１６ａを制御する。
例えば、制御部３０は、図３中、紙面上最も上側に分配された第１無線周波数信号には、ウェイト行ベクトルａ1（ａ11・・・ａ16）の一の成分ａ11を乗算するために、紙面上最も上側に位置する第１可変減衰器１５ａおよび第１移相器１６ａを成分ａ11に基づいて制御する。
【００７１】
また、本実施形態の第１ウェイト行列Ａにおいて、他方のウェイト行ベクトルａ2（ａ21・・・ａ26）の各成分は、分配器１４ｂにより分配された６つの第２無線周波数信号それぞれに乗算される。すなわち、制御部３０は、ウェイト行ベクトルａ2（ａ21・・・ａ26）の各成分に基づいて、対応する第１可変減衰器１５ｂおよび第１移相器１６ｂを制御する。
例えば、制御部３０は、図３中、紙面上最も下側に分配された第２無線周波数信号には、ウェイト行ベクトルａ2（ａ21・・・ａ26）の一の成分ａ26を乗算するために、紙面上最も下側に位置する第１可変減衰器１５ｂおよび第１移相器１６ｂを成分ａ26に基づいて制御する。
【００７２】
第１ウェイト行列Ａは直交行列であり、ウェイト行ベクトルａ1（ａ11・・・ａ16）とウェイト行ベクトルａ2（ａ21・・・ａ26）とは互いに直交している。すなわち、制御部３０は、２つのウェイト行ベクトルａ1，ａ2同士が互いに直交するように、複数の第１可変減衰器１５および複数の第１移相器１６を制御している。ここで、「直交している」とは、２つのウェイト行ベクトルａ1，ａ2の相互相関の和が０になることを意味する。
なお、本実施形態の第１ウェイト行列Ａは、ウェイト行ベクトルを無線周波数信号に乗算するように設定されているが、ウェイト列ベクトルを乗算するように設定されていても良い。
【００７３】
アンテナ素子９から放射される送信信号をｚとすると、合成信号ｙおよび送信信号ｚと、第２ウェイト行列Ｗとの関係は、下記式（４）のように表される。
ｚ＝Ｗｙ    ・・・（４）
【００７４】
第２ウェイト行列Ｗは、送信信号ｚの数をＮとすると、１行Ｎ列の行列で表される。式（４）を行列表現すると、下記式（５）のように表される。
【数３】
2016213779.tif 000005
【００７５】
本実施形態では、アンテナ素子９から放射される送信信号の数（Ｎ）は６つであるため、式（５）は下記式（６）のように表される。
【数４】
2016213779.tif 000006
【００７６】
本実施形態の第２ウェイト行列Ｗにおいて、ウェイト列ベクトル（ｗ1・・・ｗ6）の各成分は、合成器１７が出力した６つの合成信号それぞれに乗算される。すなわち、制御部３０は、ウェイト列ベクトル（ｗ1・・・ｗ6）の各成分に基づいて、対応する第２可変減衰器１８および第２移相器１９を制御する。
例えば、制御部３０は、図３中、紙面上最も上側に分配された合成信号には、ウェイト列ベクトル（ｗ1・・・ｗ6）の一の成分ｗ1を乗算するために、紙面上最も上側に位置する第２可変減衰器１８および第２移相器１９を成分ｗ1に基づいて制御する。
【００７７】
上記式（６）では、直交行列である第１ウェイト行列Ａの成分に第２ウェイト行列Ｗの成分が乗算されるので、両ウェイト行列同士を乗算してなるウェイト行列が直交性を維持できなくなる可能性がある。このため、本実施形態における第２ウェイト行列Ｗは、上記乗算後のウェイト行列が直交性を維持するように設定されている。ここで、「直交性を維持する」とは、直交性を完全に維持する場合だけでなく、直交性の高い状態を維持する場合も含む意味である。
【００７８】
＜第１ウェイト行列の決定について＞
図３において、制御部３０は、第１ウェイト行列Ａの各ウェイト行ベクトルａ1，ａ2の候補として複数のウェイト候補を選択する選択部３１と、選択されたウェイト候補のうちからウェイト行ベクトルａ1，ａ2を決定する決定部３２とを有している。
【００７９】
選択部３１は、記憶部に予め記憶されている複数のウェイト候補（ここではウェイト行ベクトル）のうちから、第１ウェイト行列Ａのウェイト行ベクトルの数よりも多い数のウェイト候補を選択する機能を有している。その際、選択部３１は、ベースバンドユニット２から受けた制御情報に含まれる領域（セルＣ）へのビームのチルト角に基づいてウェイト候補を選択する。
【００８０】
本実施形態では、アンテナ素子９のチルト角が真上方向から真下方向までの１８０度の角度範囲に対応する１６個のウェイト候補が記憶部に予め記憶されている。選択部３１は、これら１６個のウェイト候補のうちから、領域（セルＣ）へのビームのチルト角に近い角度範囲に対応するウェイト候補に絞り込んで選択する。その際、選択部３１は、第１ウェイト行列Ａのウェイト行ベクトルの数（２個）よりも多い数となるように３個以上のウェイト候補を選択する。
【００８１】
なお、記憶部に記憶されている全てのウェイト候補は、互いに直交するように下記式（７）の関係を満たしている。
【数５】
2016213779.tif 000007
【００８２】
制御部３０の決定部３２は、選択部３１で選択された複数のウェイト候補のうちから、所望の通信品質を満たすが良好となるウェイト候補を、第１ウェイト行列Ａの各ウェイト行ベクトルａ1，ａ2として決定する機能を有している。
具体的には、決定部３２は、まず選択された複数のウェイト候補のうちから、任意の２個のウェイト候補を２つのウェイト行ベクトルａ1，ａ2として実際に無線通信を行うことによって、その通信品質を判定する。
【００８３】
通信品質の判定は、選択された複数のウェイト候補のうち２個一組として組み合わせ可能な全ての組について繰り返し行われる。
そして、決定部３２は、最も所望の通信品質を満たす一組をウェイト行ベクトルａ1，ａ2として決定する。
【００８４】
図４は、制御部３０が実行する第１ウェイト行列Ａの決定手順を示すフローチャートである。
まず、制御部３０の選択部３１は、第１無線周波数信号および第２無線周波数信号それぞれに対応するウェイト行ベクトルａ1，ａ2の候補として、当該ウェイト行ベクトルａ1，ａ2の数よりも多いｋ個のウェイト候補を、ビームのチルト角に基づいて選択する（ステップＳ１、選択ステップ）。
【００８５】
次に、制御部３０の決定部３２は、初期設定として、変数ｉ＝１に設定した後（ステップＳ２）、変数ｊ＝ｉ＋１に設定する（ステップＳ３）。そして、決定部３２は、選択されたウェイト候補のうちから２個一組のウェイト候補であるウェイト行ベクトルａi，ａjを仮のウェイト行ベクトルａ1，ａ2としてセットする（ステップＳ４）。
【００８６】
次に、決定部３２は、ウェイト行ベクトルａi，ａjに基づいて、対応する第１可変減衰器１５および第１移相器１６を制御し、実際に無線通信を行って通信品質を判定する（ステップＳ５）。その後、決定部３２は、変数ｊ＝ｋであるか否かを判定する（ステップＳ６）。
【００８７】
ステップＳ６の判定結果が否定的である場合、決定部３２は、変数ｊ＝ｊ＋１に設定した後（ステップＳ７）、ステップＳ４に戻る。
一方、ステップＳ６の判定結果が肯定的である場合、決定部３２は、変数ｉ＝ｉ＋１に設定した後（ステップＳ８）、変数ｉ＝ｋであるか否かを判定する（ステップＳ９）。
【００８８】
ステップＳ９の判定結果が否定的である場合、決定部３２はステップＳ３に戻る。
一方、ステップＳ９の判定結果が肯定的である場合、すなわち、選択されたｋ個のウェイト候補のうち２個一組として組み合わせ可能な全ての組についての通信品質の判定が終了すると、決定部３２は、最も所望の通信品質を満たすウェイト候補の組を、第１ウェイト行列Ａのウェイト行ベクトルａ1，ａ2として決定する（ステップＳ１０、決定ステップ）。
【００８９】
＜アンテナ性能について＞
例えば、アンテナ６の所望の垂直面指向性として、図５に示すような垂直面指向性を得たい場合がある。図５に示す垂直面指向性の特徴としては、メインビームの下側の方向（約２０〜６０°方向。以下、同様）におけるサイドローブのレベルを高くし、メインビームの上側の方向（約−２０°〜０°方向。以下、同様）におけるサイドローブのレベルを低く抑えている。
【００９０】
図６は、先願発明のアンテナの垂直面指向性を示す図である。また、図７は、本実施形態のアンテナの垂直面指向性を示す図である。なお、図６及び図７に示す両アンテナでは、４つの無線周波数信号を送信した場合の垂直面指向性を示しており、各無線周波数信号の垂直面指向性は、線種を、太実線、点線、細実線及び破線に分けて表示している。
図６に示すように、先願発明のアンテナの垂直面指向性では、メインビームの下側におけるサイドローブのレベルは、図５に示す垂直面指向性に比べて低い値を示している。また、メインビームの上側におけるサイドローブのレベルは、図５に示す垂直面指向性に比べて高い値を示している。このため、先願発明のアンテナの垂直面指向性は、図５に示す所望の垂直面指向性が得られていないのが分かる。
【００９１】
これに対して、図７に示すように、本実施形態のアンテナの垂直面指向性では、メインビームの下側におけるサイドローブのレベルは、図６に示す先願発明の垂直面指向性に比べて高い値を示している。また、メインビームの上側におけるサイドローブのレベルは、図６に示す先願発明の垂直面指向性に比べて低い値を示している。したがって、本実施形態のアンテナの垂直面指向性は、先願発明よりも所望の垂直面指向性を得ているのが分かる。
【００９２】
図８は、本実施形態のウェイト行例の条件数と、先願発明のウェイト行列の条件数とを比較したグラフである。なお、図８では、比較例として、非直交行列であるウェイト行列の条件数も示している。
ウェイト行列の条件数（最大特異値と最小特異値との比）は、ウェイト行列の直交性を評価する指標であり、ウェイト行列の条件数が１に近いほど、そのウェイト行列の直交性が高いことを示している。
【００９３】
図８に示すように、先願発明のウェイト行列は直交行列であるため、その条件数は１となっている。これに対して、比較例のウェイト行列は非直交行列であるため、その条件数は４.５以上の大きい値を示している。
一方、本実施形態のウェイト行列（＝第１ウェイト行例Ａ×第２ウェイト行列Ｗ）の条件数は、比較例の条件数よりも先願発明の条件数に近い値を示している。したがって、本実施形態のウェイト行列は、その直交性が高く、当該直交性を維持しているのが分かる。
【００９４】
＜効果について＞
以上、本実施形態の無線通信装置１によれば、ベースバンドユニット２で生成された同一の領域向けの複数の送信信号それぞれを、一のアンテナ６が有する複数のアンテナ素子９それぞれに対応して分配し、分配された複数の送信信号それぞれに第１ウェイト行列Ａを乗算して各アンテナ素子９に対応する送信信号同士を合成することになる。このため、同一の領域向けの複数の送信信号を、一のアンテナ６を共用して送信することができる。この結果、同一の領域向けの複数の送信信号を、その送信信号の数よりも少ない数のアンテナ６により送信することができる。
また、合成された複数の送信信号それぞれに、所望の垂直面指向性を得るための第２ウェイト行列Ｗも乗算されるので、同一の領域向けの複数の送信信号を送信する一のアンテナ６について所望の垂直面指向性を得ることができる。
【００９５】
また、複数のデジタルアナログ変換器１１は、複数の分配器１４の前段に設けられることになる。このため、当該デジタルアナログ変換器１１を、同一の領域向けの複数の送信信号それぞれに対応して設ければよく、複数のアンテナ素子９ごとにデジタルアナログ変換器１１を設ける場合よりもデジタルアナログ変換器１１の数を減らすことができる。この結果、低コスト化が可能となる。
【００９６】
また、第１及び第２移相器１６，１９は電力増幅器２０よりも前段に設けられるため、第１及び第２移相器１６，１９には増幅前の送信信号が与えられる。増幅前の送信信号は、増幅後の送信信号と比較してより低い電力であるため、取り扱うことが可能な信号電力の値が比較的低い半導体移相器を用いた移相器１６を構成することができる。これにより、より小型で低コストな第１及び第２移相器１６，１９を用いることが可能となり、より低コストとすることができるとともに小型化も可能となる。
【００９７】
また、第１ウェイト行列Ａにおいて、ベースバンドユニット２で生成された複数の送信信号それぞれに対応するウェイト行ベクトルａ1，ａ2同士が互いに直交しているため、同一の領域向けの複数の送信信号の相互相関を小さくすることができる。
また、第２ウェイト行列Ｗは、第１ウェイト行列Ａの成分と第２ウェイト行列Ｗの成分とを乗算してなるウェイト行列が直交性を維持するように設定されているため、このウェイト行列の直交性を維持しつつ、所望の垂直面指向性を得ることができる。
【００９８】
また、制御部３０の選択部３１において、ベースバンドユニット２で生成された複数の送信信号それぞれに対応するウェイト行ベクトルａ1，ａ2の候補となる多数のウェイト候補を、領域へのビームのチルト角に基づいて選択するため、これらのウェイト候補を容易かつ迅速に絞り込みことができる。また、制御部３０の決定部３２において、多数のウェイト候補のうちから所望の通信品質を満たすウェイト候補をウェイト行ベクトルａ1，ａ2として決定するため、所望の通信品質を得ることができる。
【００９９】
＜第２実施形態について＞
図９は、本発明の第２実施形態に係る無線通信装置１が備えるアンテナシステム３の送信側の構成を示すブロック図である。
本実施形態におけるアンテナシステム３は、送信信号の分配、位相調整および合成等の信号処理をアナログ信号処理によって行うように構成されたパッシブアンテナシステムからなる。すなわち、本実施形態のアンテナシステム３は、電力増幅器２０がアンテナ６よりも前段側に設けられている点で、第１実施形態のアンテナシステム３と相違している。
【０１００】
図９において、本実施形態の電力増幅器２０は、アンテナ６よりも前段側であって、アナログ信号処理部７のアップコンバータ１２（１２ａ，１２ｂ）と分配器１４（１４ａ，１４ｂ）との間に設けられている。
アップコンバータ１２（１２ａ、１２ｂ）は、第１送信ベースバンド信号を周波数変換することにより得た第１無線周波数信号、および第２送信ベースバンド信号を周波数変換することにより得た第２無線周波数信号を電力増幅器２０に与える。
【０１０１】
電力増幅器２０は、一対のデジタルアナログ変換器１１それぞれに対応して一対設けられている。一方の電力増幅器２０ａには、アップコンバータ１２ａから第１無線周波数信号が与えられ、他方の電力増幅器２０ｂには、アップコンバータ１２ｂから第２無線周波数信号が与えられる。電力増幅器２０ａは、第１無線周波数信号を増幅して分配器１４ｂに与える。また、電力増幅器２０ｂは、第２無線周波数信号を増幅して分配器１４ｂに与える。
なお、電力増幅器２０は、アナログ信号処理部７に含まれているが、アナログ信号処理部７とアンテナ６との間、すなわち複数の合成器１７それぞれと対応する複数のアンテナ素子９との間に設けられていても良い。
【０１０２】
本実施形態のアンテナ６は、複数のアンテナ素子９のみによって構成されている。各アンテナ素子９には、対応する第２移相器１９で位相調整された合成信号が与えられる。
各アンテナ素子９に与えられた合成信号は、各アンテナ素子９から空間に放射され、無線信号として送信される。
【０１０３】
本実施形態のアンテナシステム３は、アナログ信号処理部７の分配器１４と合成器１７との間の構成が異なる点でも、第１実施形態のアンテナシステム３と相違している。
本実施形態のアナログ信号処理部７は、両分配器１４ａ、１４ｂによって分配された複数の無線周波数信号それぞれに第１ウェイト行列の対応する各成分を乗算するためにバトラーマトリックス回路２１を有している。このバトラーマトリックス回路２１により、第１ウェイト行列は、直交性を有する離散フーリエ変換（Discrete Fourier Transform；ＤＦＴ）行列とされている。
【０１０４】
図１０は、バトラーマトリックス回路２１の構成の一例を示すブロック図である。なお、図１０では、４つの無線周波数信号について位相調整を行う一般的なバトラーマトリックス回路を例示している。
バトラーマトリックス回路２１は、４つの９０度ハイブリッド２２〜２５と、２つの−４５度移相器２６，２７とを備えている。
【０１０５】
９０度ハイブリッド２２には一対の入力端子２８Ａ，２８Ｂが接続され、９０度ハイブリッド２３には一対の入力端子２８Ｃ，２８Ｄが接続されている。入力端子２８Ａ〜２８Ｄは、対応する分配器１４（図９参照）に接続されている。
また、９０度ハイブリッド２４には一対の出力端子２９Ｂ，２９Ｂが接続され、９０度ハイブリッド２５には一対の出力端子２９Ｃ，２９Ｄが接続されている。出力端子２９Ａ〜２９Ｄは、対応する合成器１７（図９参照）に接続されている。
【０１０６】
９０度ハイブリッド２２の出力の一方は、−４５度移相器２６を介して９０度ハイブリッド２４に接続され、出力の他方は９０度ハイブリッド２５に接続されている。
９０度ハイブリッド２３の出力の一方は、−４５度移相器２７を介して９０度ハイブリッド２５に接続され、出力の他方は９０度ハイブリッド２４に接続されている。
以上の構成により、各入力端子２８Ａ〜２８Ｄに入力された無線周波数信号は、互いに異なる位相に調整されて出力端子２９Ａ〜２９Ｄから出力される。
なお、本実施形態のアナログ信号処理部７は、分配された複数の無線周波数信号それぞれに第１ウェイト行列の対応する各成分を乗算するために、バトラーマトリックス回路２１を用いているが、これに替えて、第１実施形態と同様に、第１可変減衰器１５及び第１移相器１６を用いても良い。
本実施形態のその他の点については、第１実施形態と同様である。
【０１０７】
以上、第２実施形態の無線通信装置１によれば、複数のデジタルアナログ変換器１１は、複数の分配器１４よりも前段側に設けられることになる。このため、当該デジタルアナログ変換器１１を、同一の領域向けの複数の送信信号それぞれに対応して設ければよく、複数のアンテナ素子９ごとにデジタルアナログ変換器１１を設ける場合よりもデジタルアナログ変換器１１の数を減らすことができる。この結果、低コスト化が可能となる。
【０１０８】
＜第３実施形態について＞
図１１は、本発明の第３実施形態に係る無線通信装置１が備えるアンテナシステム３の送信側の構成を示すブロック図である。
本実施形態におけるアンテナシステム３は、送信信号の分配から合成までの信号処理、及び第２ウェイト行列の対応する成分を乗算する信号処理をデジタル信号処理によって行うように構成されたアクティブアンテナシステムからなる。
【０１０９】
図１１において、本実施形態のデジタル信号処理部１０は、ベースバンドユニット２から与えられる複数の送信信号をそれぞれを複数のアンテナ素子９それぞれに対応して分配し、分配された複数の送信信号それぞれに第１ウェイト行列の対応する成分を乗算した後に各アンテナ素子９に対応する送信信号同士を合成し、合成された複数の送信信号それぞれに第２ウェイト行列の対応する成分を乗算する処理を行う信号処理部として機能する。
【０１１０】
具体的には、デジタル信号処理部１０は、ベースバンドユニット２から与えられる第１送信ベースバンド信号および第２送信ベースバンド信号を、それぞれ６つのアンテナ素子９に対応して６つに分配する。
デジタル信号処理部１０は、分配した第１及び第２送信ベースバンド信号それぞれに対して、第１ウェイト行列の対応する各成分を乗算するための利得調整および位相調整を行う。
【０１１１】
デジタル信号処理部１０は、上記利得調整と位相調整を行った第１送信ベースバンド信号および第２送信ベースバンド信号のうち、互いに同一のアンテナ素子９に対応して分配された送信ベースバンド信号同士を合成する。
デジタル信号処理部１０は、これらの合成信号それぞれに対して、第２ウェイト行列の対応する各成分を乗算するための利得調整および位相調整を行う。デジタル信号処理部１０は、この利得調整と位相調整を行った合成信号をアナログ信号処理部７に与える。
【０１１２】
なお、本実施形態のデジタル信号処理部１０は、第１ウェイト行列の各成分を乗算するための位相調整等を行った後に、第２ウェイト行列の各成分を乗算するための位相調整等を行っているが、第２ウェイト行列の各成分を乗算するための位相調整等を行った後に、第１ウェイト行列の各成分を乗算するための位相調整等を行うようにしても良い。
この場合、デジタル信号処理部１０は、ベースバンドユニット２から与えられる複数の送信信号をそれぞれを複数のアンテナ素子９それぞれに対応して分配した後に、これらの分配された複数の送信信号それぞれに対して、第２ウェイト行列の対応する各成分を乗算するための利得調整および位相調整を行えば良い。
【０１１３】
本実施形態のアナログ信号処理部７は、複数のデジタルアナログ変換器１１と、複数のアップコンバータ１２とを備えている。
デジタルアナログ変換器１１は、６つのアンテナ素子９それぞれに対応して６つ設けられている。各デジタルアナログ変換器１１は、デジタル信号処理部１０から出力された、対応するデジタル信号の合成信号をアナログ信号に変換する機能を有している。各デジタルアナログ変換器１１は、アナログ信号に変換した合成信号をアップコンバータ１２に与える。
【０１１４】
アップコンバータ１２は、６つのアンテナ素子９それぞれに対応して６つ設けられている。各アップコンバータ１２は、発振器１３が生成する無線周波数のローカル信号を対応する合成信号に乗算することで合成信号を無線周波数の信号（第１無線周波数信号）に変換（アップコンバート）する機能を有している。
各アップコンバータ１２は、対応する合成信号を周波数変換することにより得た無線周波数信号をアンテナ６の対応する電力増幅器２０に与える。
【０１１５】
アンテナ６の電力増幅器２０は、６つのアンテナ素子９それぞれに対応して６つ設けられている。各電力増幅器２０は、アナログ信号処理部７から出力された無線周波数信号を増幅して対応するアンテナ素子９に与える。各アンテナ素子９に与えられた無線周波数信号は、各アンテナ素子９から空間に放射され、無線信号として送信される。
【０１１６】
図１２は、本実施形態の無線通信装置１の制御構成を示すブロック図である。
本実施形態の制御部３０は、ベースバンドユニット２から受けた制御情報に基づいて、デジタル信号処理部１０において分配された複数の送信ベースバンド信号に乗算する第１ウェイト行列を決定する機能を有している。そして、制御部３０は、決定された第１ウェイト行列の各成分に基づいて、対応する送信ベースバンド信号の利得調整および移相調整を行うようにデジタル信号処理部１０を制御する機能を有している。本実施形態のその他の点については、第１実施形態と同様である。
【０１１７】
以上、第３実施形態の無線通信装置１によれば、ベースバンドユニット２で生成された送信信号の分配から合成までの信号処理、及び第２ウェイト行列の対応する成分を乗算する信号処理をデジタル信号処理によって行うことができるため、当該信号処理をアナログ信号処理によって行う場合と比較して高度な通信制御を行うことができる。
【０１１８】
＜第４実施形態について＞
図１３は、本発明の第４実施形態に係る無線通信装置１が備えるアンテナシステム３の送信側の構成を示すブロック図である。
本実施形態におけるアンテナシステム３は、第３実施形態の変形例であり、送信信号の分配から合成までの信号処理をデジタル信号処理によって行い、複数の送信信号それぞれに第２ウェイト行列の対応する成分を乗算する処理をアナログ信号処理によって行うように構成されたアクティブアンテナシステムからなる。すなわち、本実施形態のアンテナシステム３は、複数の送信信号それぞれに第２ウェイト行列の対応する成分を乗算する処理がアナログ信号処理部７で行われる点で、第３実施形態のアンテナシステム３と相違している。
【０１１９】
図１３において、本実施形態のデジタル信号処理部１０は、ベースバンドユニット２から与えられる複数の送信信号をそれぞれを複数のアンテナ素子９それぞれに対応して分配し、分配された複数の送信信号それぞれに第１ウェイト行列の対応する成分を乗算した後に各アンテナ素子９に対応する送信信号同士を合成する処理を行う。
【０１２０】
具体的には、デジタル信号処理部１０は、ベースバンドユニット２から与えられる第１送信ベースバンド信号および第２送信ベースバンド信号を、それぞれ６つのアンテナ素子９に対応して６つに分配する。
デジタル信号処理部１０は、分配した第１及び第２送信ベースバンド信号それぞれに対して、第１ウェイト行列の対応する各成分を乗算するための利得調整および位相調整を行う。
【０１２１】
デジタル信号処理部１０は、上記利得調整と位相調整を行った第１送信ベースバンド信号および第２送信ベースバンド信号のうち、互いに同一のアンテナ素子９に対応して分配された送信ベースバンド信号同士を合成し、これらの合成信号をアナログ信号処理部７に与える。
【０１２２】
本実施形態のアナログ信号処理部７は、複数のデジタルアナログ変換器１１と、複数のアップコンバータ１２と、複数の可変減衰器（第２可変減衰器）１８と、複数の移相器（第２移相器）１９とを備えている。
各アップコンバータ１２は、対応する合成信号を周波数変換することにより得た無線周波数信号を対応する可変減衰器１８に与える。各アップコンバータ１２により変換された無線周波数信号は、これらの無線周波数信号に第２ウェイト行列の対応する各成分を乗算するために、可変減衰器１８による利得調整、および移相器１９による位相調整が行われる。
【０１２３】
複数の可変減衰器１８は、各アップコンバータ１２により変換された無線周波数信号それぞれに対して利得調整を行う。複数の移相器１９には、可変減衰器１８によって利得調整された合成信号が与えられる。
複数の移相器１９は、可変減衰器１８によって利得調整された無線周波数信号それぞれに対して位相調整を行う。これによって、複数の移相器１９は、無線周波数信号が複数のアンテナ素子９のそれぞれから送信されたときの当該アンテナ素子９のチルト角（指向性）を制御することができる。各移相器１９で位相調整された無線周波数信号は、アンテナ６の対応する電力増幅器２０に与えられる。
【０１２４】
図１４は、本実施形態の無線通信装置１の制御構成を示すブロック図である。
本実施形態の制御部３０は、ベースバンドユニット２から受けた制御情報に基づいて、デジタル信号処理部１０において分配された複数の送信ベースバンド信号に乗算する第１ウェイト行列を決定する機能を有している。そして、制御部３０は、決定された第１ウェイト行列の各成分に基づいて、対応する送信ベースバンド信号の利得調整および移相調整を行うようにデジタル信号処理部１０を制御する機能を有している。
【０１２５】
また、制御部３０は、第２ウェイト行列の各成分をアップコンバータ１２により変換された複数の無線周波数信号に乗算するために、当該各成分に基づいて対応する可変減衰器１８および移相器１９を制御する機能を有している。本実施形態のその他の点については、第３実施形態と同様である。
【０１２６】
なお、本実施形態の可変減衰器１８及び移相器１９は、アップコンバータ１２の後段に設けられているが、デジタルアナログ変換器１１とアップコンバータ１２との間に配置されていても良い。
また、本実施形態のアナログ信号処理部７は、デジタルアナログ変換器１１とアップコンバータ１２と可変減衰器１８と移相器１９とにより構成されているが、少なくともデジタルアナログ変換器１１と移相器１９とを含んでいれば良い。この場合、制御部３０は、第２ウェイト行列の各成分に基づいて対応する移相器１９を制御すれば良い。
【０１２７】
以上、第４実施形態の無線通信装置１によれば、ベースバンドユニット２で生成された送信信号の分配から合成までの信号処理をデジタル信号処理によって行うことができるため、当該信号処理をアナログ信号処理によって行う場合と比較して高度な通信制御を行うことができる。
【０１２８】
＜第５実施形態について＞
図１５は、本発明の第５実施形態に係る無線通信装置１が備えるアンテナシステム３の送信側の構成を示すブロック図である。
本実施形態におけるアンテナシステム３は、第３実施形態のアンテナシステム３の変形例であり、送信信号の分配から合成までの信号処理、及び第２ウェイト行列の対応する成分を乗算する信号処理をデジタル信号処理によって行うように構成されたパッシブアンテナシステムからなる。
【０１２９】
すなわち、本実施形態のアンテナシステム３は、電力増幅器２０がアンテナ６よりも前段側であるアナログ信号処理部７に含まれている点で、第３実施形態のアンテナシステム３と相違している。したがって、本実施形態のアンテナ６は、複数のアンテナ素子９のみによって構成されている。本実施形態のその他の点については、第３実施形態と同様である。
なお、本実施形態のアナログ信号処理部７は、デジタルアナログ変換器１１とアップコンバータ１２と電力増幅器２０とにより構成されているが、少なくともデジタルアナログ変換器１１を含んでいれば良い。
【０１３０】
以上、第５実施形態の無線通信装置１によれば、ベースバンドユニット２で生成された送信信号の分配から合成までの信号処理、及び第２ウェイト行列の対応する成分を乗算する信号処理をデジタル信号処理によって行うことができるため、当該信号処理をアナログ信号処理によって行う場合と比較して高度な通信制御を行うことができる。
【０１３１】
＜第６実施形態について＞
図１６は、本発明の第６実施形態に係る無線通信装置１が備えるアンテナシステム３の送信側の構成を示すブロック図である。
本実施形態におけるアンテナシステム３は、第５実施形態の変形例であり、送信信号の分配から合成までの信号処理をデジタル信号処理によって行い、複数の送信信号それぞれに第２ウェイト行列の対応する成分を乗算する処理をアナログ信号処理によって行うように構成されたパッシブアンテナシステムからなる。すなわち、本実施形態のアンテナシステム３は、複数の送信信号それぞれに第２ウェイト行列の対応する成分を乗算する処理がアナログ信号処理部７で行われる点で、第５実施形態のアンテナシステム３と相違している。
【０１３２】
図１６において、本実施形態のデジタル信号処理部１０は、ベースバンドユニット２から与えられる複数の送信信号をそれぞれを複数のアンテナ素子９それぞれに対応して分配し、分配された複数の送信信号それぞれに第１ウェイト行列の対応する成分を乗算した後に各アンテナ素子９に対応する送信信号同士を合成する処理を行う。
【０１３３】
具体的には、デジタル信号処理部１０は、ベースバンドユニット２から与えられる第１送信ベースバンド信号および第２送信ベースバンド信号を、それぞれ６つのアンテナ素子９に対応して６つに分配する。
デジタル信号処理部１０は、分配した第１及び第２送信ベースバンド信号それぞれに対して、第１ウェイト行列の対応する各成分を乗算するための利得調整および位相調整を行う。
【０１３４】
デジタル信号処理部１０は、上記利得調整と位相調整を行った第１送信ベースバンド信号および第２送信ベースバンド信号のうち、互いに同一のアンテナ素子９に対応して分配された送信ベースバンド信号同士を合成し、これらの合成信号をアナログ信号処理部７に与える。
【０１３５】
本実施形態のアナログ信号処理部７は、複数のデジタルアナログ変換器１１と、複数のアップコンバータ１２と、複数の可変減衰器（第２可変減衰器）１８と、複数の移相器（第２移相器）１９と、複数の電力増幅器２０とを備えている。
各アップコンバータ１２は、対応する合成信号を周波数変換することにより得た無線周波数信号を対応する可変減衰器１８に与える。各アップコンバータ１２により変換された無線周波数信号は、これらの無線周波数信号に第２ウェイト行列の対応する各成分を乗算するために、可変減衰器１８による利得調整、および移相器１９による位相調整が行われる。
【０１３６】
複数の可変減衰器１８は、各アップコンバータ１２により変換された無線周波数信号それぞれに対して利得調整を行う。複数の移相器１９には、可変減衰器１８によって利得調整された合成信号が与えられる。
複数の移相器１９は、可変減衰器１８によって利得調整された無線周波数信号それぞれに対して位相調整を行う。
【０１３７】
これによって、複数の移相器１９は、無線周波数信号が複数のアンテナ素子９のそれぞれから送信されたときの当該アンテナ素子９のチルト角（指向性）を制御することができる。各移相器１９で位相調整された無線周波数信号は対応する電力増幅器２０に与えられる。
本実施形態の無線通信装置１の制御構成は、第４実施形態の制御構成（図１４参照）と同様である。また、本実施形態のその他の点については、第５実施形態と同様である。
【０１３８】
以上、第６実施形態の無線通信装置１によれば、ベースバンドユニット２で生成された送信信号の分配から合成までの信号処理をデジタル信号処理によって行うことができるため、当該信号処理をアナログ信号処理によって行う場合と比較して高度な通信制御を行うことができる。
【０１３９】
＜その他＞
なお、今回開示された実施形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した意味ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味、及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【０１４０】
１  無線通信装置
２  ベースバンドユニット（ベースバンド部）
３  アンテナシステム
４  信号伝送路
５  支柱
６  アンテナ
７  アナログ信号処理部
９  アンテナ素子
１０  デジタル信号処理部
１１  デジタルアナログ変換器
１１ａ  デジタルアナログ変換器
１１ｂ  デジタルアナログ変換器
１２  アップコンバータ
１２ａ  アップコンバータ
１２ｂ  アップコンバータ
１３  発振器
１４  分配器
１４ａ  分配器
１４ｂ  分配器
１５  第１可変減衰器
１５ａ  第１可変減衰器
１５ｂ  第１可変減衰器
１６  第１移相器
１６ａ  第１移相器
１６ｂ  第１移相器
１７  合成器
１８  第２可変減衰器
１９  第２移相器
２０  電力増幅器
２０ａ  電力増幅器
２０ｂ  電力増幅器
２１  バトラーマトリックス回路
２２  ９０度ハイブリッド
２３  ９０度ハイブリッド
２４  ９０度ハイブリッド
２５  ９０度ハイブリッド
２６  −４５度移相器
２７  −４５度移相器
２８Ａ  入力端子
２８Ｂ  入力端子
２８Ｃ  入力端子
２８Ｄ  入力端子
２９Ａ  出力端子
２９Ｂ  出力端子
２９Ｃ  出力端子
２９Ｄ  出力端子
３０  制御部
３１  選択部
３２  決定部
Ｃ  セル
【図１】
2016213779.tif 000008
【図２】
2016213779.tif 000009
【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】
2016213779.tif 000015
【図９】
2016213779.tif 000016
【図１０】
2016213779.tif 000017
【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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