(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
円形状に配置されたＮ個（Ｎは２以上の整数）のアンテナ素子を有するアレーアンテナの所望のアンテナパターンを得るための励振振幅位相を決めるアレーアンテナ励振方法であって、前記所望のアンテナパターンのビーム方向とビーム幅の２つの値を用いて、直線状に配置されたＮ個のアンテナ素子を有する直線アレーアンテナの励振重み付けを求め、前記直線アレーアンテナの励振重み付けから前記円形アレーアンテナの励振重み付けに変換することにより円形アレーアンテナの各アンテナ素子の励振重み付けを決定する円形アレーアンテナの励振方法。
【請求項２】
所望のアンテナパターンのビーム方向とビーム幅の２つの値から算出した値で定めた積分範囲でフーリエ級数展開して直線アレーアンテナの励振重み付けを求める請求項１記載の円形アレーアンテナの励振方法。
【請求項３】
複数個のアンテナ素子が円形状に配置されたアレーアンテナと、前記アレーアンテナの出力を受信し、前記アレーアンテナで受信された無線周波数信号を中間周波数信号またはベースバンド信号に変換して出力する受信周波数変換部と、所望のアンテナパターンのビーム方向とビーム幅の２つの値から請求項１又は２記載の方法によって前記アレーアンテナの励振重み付けを算出する円形アレー励振重み付け算出部と、前記円形アレー励振重み付け算出部の出力を受けて前記中間周波数信号または前記ベースバンド信号に対して前記円形アレー励振重み付け算出部で求めた前記アレーアンテナの励振重み付けを掛け合わせ合成し、受信信号として出力する受信ビーム形成部とを有する無線装置。
【請求項４】
所望のアンテナパターンのビーム方向とビーム幅の２つの値から請求項１又は２記載の方法によってアレーアンテナの励振重み付けを算出する円形アレー励振重み付け算出部と、前記円形アレー励振重み付け算出部の出力を受けて、送信信号を前記アレーアンテナのアンテナ素子数に分配し、前記円形アレー励振重み付け算出部で求めた前記アレーアンテナの励振重み付けを掛け合わせ中間周波数信号またはベースバンド信号を出力する送信ビーム形成部と、前記中間周波数信号または前記ベースバンド信号を無線周波数に変換して出力する送信周波数変換部と、前記送信周波数変換部の出力を受けて無線信号として出力する複数個のアンテナ素子が円形状に配置されたアレーアンテナとを有する無線装置。
【請求項５】
複数個のアンテナ素子が円形状に配置されたアレーアンテナと、前記アレーアンテナの出力を受信し、前記アレーアンテナで受信された無線周波数信号を中間周波数信号またはベースバンド信号に変換して出力する受信周波数変換部と、所望のアンテナパターンのビーム方向とビーム幅の２つの値から請求項１又は２記載の方法によって前記アレーアンテナの励振重み付けを算出する円形アレー励振重み付け算出部と、前記円形アレー励振重み付け算出部の出力と前記受信周波数変換部の出力を受けて、前記中間周波数信号または前記ベースバンド信号に対して前記円形アレー励振重み付け算出部で求めた前記アレーアンテナの励振重み付けを掛け合わせ合成して受信信号として出力する受信ビーム形成部と、前記円形アレー励振重み付け算出部の出力を受けて、送信信号を前記アレーアンテナのアンテナ素子数に分配し、前記円形アレー励振重み付け算出部で求めた前記アレーアンテナの励振重み付けを掛け合わせ中間周波数信号またはベースバンド信号を出力する送信ビーム形成部と、前記送信ビーム形成部の出力を受けて前記中間周波数信号または前記ベースバンド信号を無線周波数に変換して前記アレーアンテナに出力する送信周波数変換部とを有する無線装置。
【請求項６】
受信周波数変換部及びビーム形成部を複数有し、互いに並列に接続されている請求項３記載の無線装置。
【請求項７】
送信周波数変換部及びビーム形成部を複数有し、互いに並列に接続されている請求項４記載の無線装置。
【請求項８】
複数個のアンテナ素子が円形状に配置されたアレーアンテナと、所望のアンテナパターンのビーム方向とビーム幅の２つの値から請求項１又は２記載の方法によって前記アレーアンテナの励振重み付けを算出する円形アレー励振重み付け算出部と、前記アレーアンテナの出力と前記円形アレー励振重み付け算出部の出力を受けて前記アレーアンテナの出力に対して前記円形アレー励振重み付け算出部で求めた前記アレーアンテナの励振重み付けを掛け合わせ合成し、受信信号として出力する受信ビーム形成部とを有する無線装置。
【請求項９】
送信周波数変換部がなく、送信ビーム形成部はアレーアンテナと円形アレー励振重み付け算出部に接続され前記アレーアンテナに無線周波数信号を出力する請求項４記載の無線装置。所望のアンテナパターンのビーム方向とビーム幅の２つの値から請求項１又は２記載の方法によってアレーアンテナの励振重み付けを算出する円形アレー励振重み付け算出部と、前記円形アレー励振重み付け算出部の出力を受けて、送信信号を前記アレーアンテナのアンテナ素子数に分配し、前記円形アレー励振重み付け算出部で求めた前記アレーアンテナの励振重み付けを掛け合わせ中間周波数信号またはベースバンド信号を出力する送信ビーム形成部と、前記送信ビーム形成部の出力を受けて無線信号として出力する複数個のアンテナ素子が円形状に配置されたアレーアンテナとを有する無線装置。
【請求項１０】
受信ビーム形成部を複数有し、互いに並列に接続されている請求項３記載の無線装置。
【請求項１１】
送信ビーム形成部を複数有し、互いに並列に接続されている請求項４記載の無線装置。
【請求項１２】
円形アレー励振重み付け算出部がビーム数又はパワーを設定できる請求項３乃至１１のいずれか記載の無線装置。
【請求項１３】
トラフィックに応じて所望のアンテナパターンのビーム方向、ビーム幅、ビーム数又はパワーを算出する手段を持つ請求項３乃至１２のいずれか記載の無線装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、移動体通信などに利用される基地局用アンテナに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
円形アレーのパターン合成に関しては、IEEE Trans. Ant. Prop.,  AP-16,11,pp.758-759,1968.に記載されている。この論文では、奇数素子の直線アレーの励振重み付けを同じ素子数の円形アレーの励振重み付けに変換する計算方法について述べられているが、アレーアンテナの素子数が奇数に限定されていた。
【０００３】
この方法を用いて奇数素子の直線アレーアンテナの励振重み付けを１素子少ない偶数素子の円形アレーの励振重み付けに変換するという、久保田 和雄, 岩間 司,横山 光雄: "アレーアンテナを用いた可変ゾーンシステムの基礎的検討", 信学技報ＲＣＳ５９−７６（１９９５−０９）があるが、ビーム方向とビーム幅でアンテナパターンを制御していなかった。
【０００４】
セクタアンテナの各セクタビームのビーム幅とビーム方向を適応制御するアダプティブアンテナとして、特開平１０−１２６１３９号公報があるが、アンテナパターンが選択性のものであった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
近年、移動体通信の利用者数の増大によって、いかに周波数の有効利用を行うかということが課題となっている。その有効利用のための技術として、セル半径の狭小化、セクタ化などがある。そのセクタアンテナであるが、現在基地局に使われているセクタビームは固定である。
【０００６】
そこで、セクタアンテナのアンテナパターンをアダプティブに変化させることができれば、刻々と変わるトラフィックに対して、トラフィックが集中しているところ、あるいはそうでないところに対して、最適なビームを形成することができ、周波数の有効利用が可能になる。
【０００７】
しかし、従来方法では、セクタアンテナのアンテナパターンとしてビーム方向とビーム幅によって任意のパターンを用意できるものがなかった。
そこで、本発明は、アンテナパターンとしてビーム方向とビーム幅から任意のものを用意することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
この課題を解決するために本発明は、アンテナ素子の励振重み付けの計算として従来の手法を拡張し、偶数素子の直線アレーの励振重み付けを同じ素子数の円形アレーの励振重み付けに変換する計算方法を確立するとともに、所望のアンテナパターンのビーム方向とビーム幅から算出した値を用いて直線アレーの重み付けを計算し、直線アレーの重み付けから円形アレーの重み付けに変換することにより、ビーム方向およびビーム幅によって任意のアンテナパターンを用意することができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明の請求項１記載の発明は、円形状に配置されたＮ個（Ｎは２以上の整数）のアンテナ素子を有するアレーアンテナの所望のアンテナパターンを得るための励振振幅位相を決めるアレーアンテナ励振方法であって、前記所望のアンテナパターンのビーム方向とビーム幅の２つの値を用いて、直線状に配置されたＮ個のアンテナ素子を有する直線アレーアンテナの励振重み付けを求め、前記直線アレーアンテナの励振重み付けから前記円形アレーアンテナの励振重み付けに変換することにより円形アレーアンテナの各アンテナ素子の励振重み付けを決定する円形アレーアンテナの励振方法であり、任意のビーム方向とビーム幅から所望のアンテナパターンを算出することができるという作用を有する。
【００１０】
本発明の請求項２記載の発明は、所望のアンテナパターンのビーム方向とビーム幅の２つの値から算出した値で定めた積分範囲でフーリエ級数展開して直線アレーアンテナの励振重み付けを求める請求項１記載の円形アレーアンテナの励振方法であり、任意のビーム方向とビーム幅から所望のアンテナパターンを算出することができるという作用を有する。
【００１１】
本発明の請求項３記載の発明は、複数個のアンテナ素子が円形状に配置されたアレーアンテナと、前記アレーアンテナの出力を受信し、前記アレーアンテナで受信された無線周波数信号を中間周波数信号またはベースバンド信号に変換して出力する受信周波数変換部と、所望のアンテナパターンのビーム方向とビーム幅の２つの値から請求項１又は２記載の方法によって前記アレーアンテナの励振重み付けを算出する円形アレー励振重み付け算出部と、前記円形アレー励振重み付け算出部の出力を受けて前記中間周波数信号または前記ベースバンド信号に対して前記円形アレー励振重み付け算出部で求めた前記アレーアンテナの励振重み付けを掛け合わせ合成し、受信信号として出力する受信ビーム形成部とを有する無線装置であって、任意の受信パターンを得ることができるという作用を有する。
【００１２】
本発明の請求項４記載の発明は、所望のアンテナパターンのビーム方向とビーム幅の２つの値から請求項１又は２記載の方法によってアレーアンテナの励振重み付けを算出する円形アレー励振重み付け算出部と、前記円形アレー励振重み付け算出部の出力を受けて、送信信号を前記アレーアンテナのアンテナ素子数に分配し、前記円形アレー励振重み付け算出部で求めた前記アレーアンテナの励振重み付けを掛け合わせ中間周波数信号またはベースバンド信号を出力する送信ビーム形成部と、前記中間周波数信号または前記ベースバンド信号を無線周波数に変換して出力する送信周波数変換部と、前記送信周波数変換部の出力を受けて無線信号として出力する複数個のアンテナ素子が円形状に配置されたアレーアンテナとを有する無線装置であって、任意の送信パターンを得ることができるという作用を有する。
【００１３】
本発明の請求項５記載の発明は、複数個のアンテナ素子が円形状に配置されたアレーアンテナと、前記アレーアンテナの出力を受信し、前記アレーアンテナで受信された無線周波数信号を中間周波数信号またはベースバンド信号に変換して出力する受信周波数変換部と、所望のアンテナパターンのビーム方向とビーム幅の２つの値から請求項１又は２記載の方法によって前記アレーアンテナの励振重み付けを算出する円形アレー励振重み付け算出部と、前記円形アレー励振重み付け算出部の出力と前記受信周波数変換部の出力を受けて、前記中間周波数信号または前記ベースバンド信号に対して前記円形アレー励振重み付け算出部で求めた前記アレーアンテナの励振重み付けを掛け合わせ合成して受信信号として出力する受信ビーム形成部と、前記円形アレー励振重み付け算出部の出力を受けて、送信信号を前記アレーアンテナのアンテナ素子数に分配し、前記円形アレー励振重み付け算出部で求めた前記アレーアンテナの励振重み付けを掛け合わせ中間周波数信号またはベースバンド信号を出力する送信ビーム形成部と、前記送信ビーム形成部の出力を受けて前記中間周波数信号または前記ベースバンド信号を無線周波数に変換して前記アレーアンテナに出力する送信周波数変換部とを有する無線装置であって、任意の送受信パターンを得ることができるという作用を有する。
【００１４】
本発明の請求項６記載の発明は、受信周波数変換部及びビーム形成部を複数有し、互いに並列に接続されている請求項３記載の無線装置であって、複数個の任意の受信パターンを得ることができるという作用を有する。
【００１５】
本発明の請求項７記載の発明は、送信周波数変換部及びビーム形成部を複数有し、互いに並列に接続されている請求項４記載の無線装置であって、複数個の任意の送信パターンを得ることができるという作用を有する。
【００１６】
本発明の請求項８記載の発明は、複数個のアンテナ素子が円形状に配置されたアレーアンテナと、所望のアンテナパターンのビーム方向とビーム幅の２つの値から請求項１又は２記載の方法によって前記アレーアンテナの励振重み付けを算出する円形アレー励振重み付け算出部と、前記アレーアンテナの出力と前記円形アレー励振重み付け算出部の出力を受けて前記アレーアンテナの出力に対して前記円形アレー励振重み付け算出部で求めた前記アレーアンテナの励振重み付けを掛け合わせ合成し、受信信号として出力する受信ビーム形成部とを有する無線装置であり、構成が簡単になるという作用を有する。
【００１７】
本発明の請求項９記載の発明は、送信周波数変換部がなく、送信ビーム形成部はアレーアンテナと円形アレー励振重み付け算出部に接続され前記アレーアンテナに無線周波数信号を出力する請求項４記載の無線装置。所望のアンテナパターンのビーム方向とビーム幅の２つの値から請求項１又は２記載の方法によってアレーアンテナの励振重み付けを算出する円形アレー励振重み付け算出部と、前記円形アレー励振重み付け算出部の出力を受けて、送信信号を前記アレーアンテナのアンテナ素子数に分配し、前記円形アレー励振重み付け算出部で求めた前記アレーアンテナの励振重み付けを掛け合わせ中間周波数信号またはベースバンド信号を出力する送信ビーム形成部と、前記送信ビーム形成部の出力を受けて無線信号として出力する複数個のアンテナ素子が円形状に配置されたアレーアンテナとを有する無線装置であり、構成が簡単になるという作用を有する。
【００１８】
本発明の請求項１０記載の発明は、受信ビーム形成部を複数有し、互いに並列に接続されている請求項３記載の無線装置であって、複数個の周波数の異なる任意の受信パターンを得ることができるという作用を有する。
【００１９】
本発明の請求項１１記載の発明は、送信ビーム形成部を複数有し、互いに並列に接続されている請求項４記載の無線装置であって、複数個の周波数の異なる任意の送信パターンを得ることができるという作用を有する。
【００２０】
本発明の請求項１２記載の発明は、円形アレー励振重み付け算出部がビーム数又はパワーを設定できる請求項３乃至１１のいずれか記載の無線装置であり、複数の異なるパターンのビームを送受信できるという作用を有する。
【００２１】
本発明の請求項１３記載の発明は、トラフィックに応じて所望のアンテナパターンのビーム方向、ビーム幅、ビーム数又はパワーを算出する手段を持つ請求項３乃至１２のいずれか記載の無線装置であり、トラフィックに応じてアンテナパターンをアダプティブに変化させることができるという作用を有する。
【００２２】
以下、本発明の実施の形態について、図１から図１３を用いて説明する。
【００２３】
（実施の形態１）
本実施の形態では、アンテナの素子数が偶数（２Ｍ）の場合の具体的な計算方法について説明する。図１（ａ）はアンテナ素子数が偶数の場合の円形アレーアンテナの配置図である。また、図２は円形アレー励振重み付け算出方法を示すフローチャートである。
【００２４】
各アンテナ素子１０１は半径ａの円周上に原点（０°方向）から等角度間隔π／Ｍで半時計回りに配置する。
【００２５】
直線２N素子アレーの場合のアレーファクターＥ0（θ）は、
【００２６】
【数１】
0004363803.tif 000002
【００２７】
と表せる。ただし、（数１）における、Ｂnはアンテナ素子ｎの振幅と位相、ｄは各アンテナの素子間隔、θは角度、λは波長である。ここでは、ｎが−Ｎ＋１からＮの場合について説明する。また、円形２M素子アレーの場合のアレーファクターＥ0（θ）は、
【００２８】
【数２】
0004363803.tif 000003
【００２９】
と表せる。ただし、（数２）における、Ａmはアンテナ素子ｍの振幅と位相、ａは円の半径である。
【００３０】
一般的に、フーリエ変換は（数３）、（数４）の関係がある。
【００３１】
【数３】
0004363803.tif 000004
【００３２】
【数４】
0004363803.tif 000005
【００３３】
ここで、（数１）を（数４）と見なすと、（数２）と（数４）は等しいので、
【００３４】
【数５】
0004363803.tif 000006
【００３５】
となる。よって、（数３）に（数５）の左辺を代入することにより、
【００３６】
【数６】
0004363803.tif 000007
【００３７】
となる。ここで、q-p=jとおくと、
【００３８】
【数７】
0004363803.tif 000008
【００３９】
となり、（数７）より、
【００４０】
【数８】
0004363803.tif 000009
【００４１】
と表せる。（数８）を行列で表すと、
【００４２】
【数９】
0004363803.tif 000010
【００４３】
となる。（数９）は、このように、Ｃ＝Ｅ・Ａと表せる。
【００４４】
ここで、両辺にＥの逆行列Ｅ-1をかけることにより、Ａを求めることができ、円形アレーの各素子の振幅と位相を得ることができる。また、このＡを求める際に、クロネッカーのデルタを導入することも可能である。具体的には、
【００４５】
【数１０】
0004363803.tif 000011
【００４６】
となる。
【００４７】
ここで、ビーム方向とビーム幅によって円形アレーのアンテナパターンを制御するために、（数１）から直線アレーの重み付けＢnを計算する際の積分範囲である（数１０）と（数１１）を用意する。
【００４８】
円形アレーの配置を図１（ａ）、直線アレーの配置を図３のようにし、例えばｄが０．５λのとき、円形アレーのビーム方向とビーム幅と、直線アレーのビーム方向とビーム幅との関係は、図４に示すようになる。例えば、円形アレーのビーム方向が０°でビーム幅が１８０°のビーム（−９０°〜９０°）は、直線アレーのビーム方向が９０°でビーム幅が６０°のビーム（１２０°〜６０°）を示す。実際に直線アレーの重み付けＢnを求める際にはｃｏｓθがパラメータになるので、積分範囲は−０．５〜０．５（ｃｏｓ１２０°〜ｃｏｓ６０°）になる。
【００４９】
円形アレーのビーム方向が１８０°以上、あるいは−１８０°以下の場合は、本来ｃｏｓθは−１〜１の範囲でしか存在しないが、図４の延長で、図５に示すように、単純に円形アレーの３６０°は直線アレーのｃｏｓθ＝２に対応し、円形アレーの−３６０°は直線アレーのｃｏｓθ＝−２に対応する。
【００５０】
また、ｄ＝０．５λではない場合は、ｃｏｓθにλ／２ｄをかけた値が積分範囲になり、これらの関係をまとめたものが、下記に示す（数１１）と（数１２）である。
【００５１】
【数１１】
0004363803.tif 000012
【００５２】
ただし、（数１１）における、Dはビーム方向、Wはビーム幅であり、所望の円形アレーのアンテナパターンのパラメータである。
【００５３】
【数１２】
0004363803.tif 000013
【００５４】
この（数１１）と（数１２）を使って、（数１）のＢnを求める際に、アレーファクターＥ0（θ）がｒ1からｒ0の範囲で１として逆フーリエ変換によって求めると、所望のビーム方向およびビーム幅を持ったアンテナパターンが生成され、Ｂnは、
【００５５】
【数１３】
0004363803.tif 000014
【００５６】
となる。
【００５７】
ｄが０．５λのときは、ｒ0＝（２×D＋W）／３６０、ｒ1＝（２×D−W）／３６０である。また、パワーを変化させたいときは、Ｅ0（θ）がｒ1からｒ0の範囲で１ではない値に設定することによって可能である。
【００５８】
これにより、任意のアンテナ素子数（偶数）を持つアレーアンテナに対して、任意のビーム方向とビーム幅によって定義される所望のアンテナパターンを得ることができる。また、（数１１）と（数１２）の代わりに、ｃｏｓ（Ｄ−Ｗ／２）とｃｏｓ（Ｄ＋Ｗ／２）を用いることにより、直線アレーに関して、任意のビーム方向とビーム幅によって定義される所望のアンテナパターンを得ることも可能である。ただし、図３に示すように、直線アレーが配置されている方向を原点（０°方向）とする。この積分範囲およびアレーファクターは原点（０°方向）が変われば、適宜設定し直す必要がある。
【００５９】
この方法による１２素子の円形アレーアンテナ（素子間隔が０．５λ）を用いたときのアンテナパターンの例を図６に示す。図６（ａ）はビーム方向が０°・ビーム幅が６０°であり、図６（ｂ）はでビーム方向が１３５°・ビーム幅が１８０°であり、図６（ｃ）はビーム方向が２７０°・ビーム幅が３００°である。
ビームを複数方向に作る場合は、（数１１）と（数１２）から生成される積分範囲を複数用意すればよく、２方向の場合は、ｒ1aからｒ0aとｒ1bからｒ0bとすればよい。
【００６０】
例えば、ｄが０．５λで、９０°方向に６０°幅、−９０°方向に６０°幅のビームを形成したい場合は、１／３〜２／３と−２／３〜−１／３が積分範囲となり、Ｂnは、
【００６１】
【数１４】
0004363803.tif 000015
【００６２】
となる。
【００６３】
（実施の形態２）
本実施の形態では、アンテナの素子数が奇数（２Ｍ＋１）の場合の具体的な計算方法について説明する。図１（ｂ）はアンテナ素子数が奇数の場合の円形アレーアンテナの配置図である。
【００６４】
各アンテナ素子１０１は半径ａの円周上に原点（０°方向）から等角度間隔２π／（２Ｍ＋１）で半時計回りに配置する。
【００６５】
ここで、実施の形態１と異なる点は、アレーファクターの式が異なるだけである。直線２N＋１素子アレーの場合のアレーファクターＥ0（θ）は、
【００６６】
【数１５】
0004363803.tif 000016
【００６７】
と表せる。また、円形２M＋１素子アレーの場合のアレーファクターＥ0（θ）は、
【００６８】
【数１６】
0004363803.tif 000017
【００６９】
と表せる。このように、（数１）が（数１５）に、（数２）が（数１６）に置き換わるだけで、あとの算出方法は実施の形態１と同じである。これにより、任意のアンテナ素子数（奇数）を持つアレーアンテナに対して、任意のビーム方向とビーム幅によって定義される所望のアンテナパターンを得ることができる。
【００７０】
（実施の形態３）
本実施の形態では、アンテナの素子数が任意の場合の具体的な計算方法について説明する。図１（ｃ）はアンテナ素子数が任意（Ｍ）の場合の円形アレーアンテナの配置図である。
【００７１】
各アンテナ素子１０１は半径ａの円周上に原点（０°方向）から等角度間隔２π／Ｍで半時計回りに配置する。
【００７２】
ここで、実施の形態１と異なる点は、アレーファクターの式が異なるだけである。直線Ｎ素子アレーの場合のアレーファクターＥ0（θ）は、
【００７３】
【数１７】
0004363803.tif 000018
【００７４】
と表せる。また、Ｎが偶数でＮ＝２Ｌの場合は、
【００７５】
【数１８】
0004363803.tif 000019
【００７６】
と表せ、Ｎが奇数の場合でＮ＝２Ｌ+１の場合は、
【００７７】
【数１９】
0004363803.tif 000020
【００７８】
と表せる。また、円形M素子アレーの場合のアレーファクターＥ0（θ）は、
【００７９】
【数２０】
0004363803.tif 000021
【００８０】
と表せる。このように、（数１）が（数１７）または（数１８）または（数１９）に、（数２）が（数２０）に置き換わるだけで、あとの算出方法は実施の形態１と同じである。これにより、任意のアンテナ素子数を持つアレーアンテナに対して、任意のビーム方向とビーム幅によって定義される所望のアンテナパターンを得ることができる。
【００８１】
（実施の形態４）
本実施の形態では、実施の形態１または２または３における円形アレー励振重み付け算出方法を用いた受信装置について説明する。図７は本実施形態における受信装置を示すブロック図である。
【００８２】
受信アレーアンテナ３０１は、円形状に配置された複数個の受信アンテナ素子３０２で構成されている。受信アンテナ素子３０２で受信された受信無線周波数３０３は、受信周波数変換部３０４に入力され、中間周波数信号またはベースバンド信号３０５に変換され、受信ビーム形成部３０６に出力される。
【００８３】
円形アレー励振重み付け算出部３１０は、任意のビーム方向とビーム幅によって定義される所望のアンテナパターンを形成する円形アレー励振重み付け３１１を算出し、前記受信ビーム形成部３０６に前記円形アレー励振重み付け３１１を出力する。前記受信ビーム形成部３０６に入力された前記中間周波数信号またはベースバンド信号３０５に、前記受信ビーム形成部３０６に入力された前記円形アレー励振重み付け３１１を掛け合わせ合成することによってビーム形成がなされ、受信信号３０７に変換され出力される。これにより、任意のビーム方向とビーム幅によって定義される所望の受信アンテナパターンを得ることができる。
【００８４】
また、ビーム数およびパワーの設定も行うような場合は、図８に示すように、円形アレー励振重み付け算出部３１０にビーム数３１２とパワー３１３の設定を行うようにする構成も可能である。
【００８５】
（実施の形態５）
本実施の形態では、実施の形態１または２または３における円形アレー励振重み付け算出方法を用いた送信装置について説明する。図９は本実施形態における送信装置を示すブロック図である。
【００８６】
送信アレーアンテナ４０１は、円形状に配置された複数個の送信アンテナ素子４０２で構成されている。円形アレー励振重み付け算出部３１０は、任意のビーム方向とビーム幅によって定義される所望のアンテナパターンを形成する円形アレー励振重み付け３１１を算出し、送信ビーム形成部４０６に前記円形アレー励振重み付け３１１を出力する。
【００８７】
前記送信ビーム形成部４０６に入力された送信信号４０７は、前記複数個の送信アンテナ素子数に分配され、前記送信ビーム形成部４０６に入力された前記円形アレー励振重み付け３１１を掛け合わせることによって、中間周波数信号またはベースバンド信号４０５に変換され、送信周波数変換部４０４に出力される。前記中間周波数信号またはベースバンド信号４０５は、前記送信周波数変換部４０４に入力され、送信無線周波数４０３に変換され、前記送信アレーアンテナ４０１に出力される。これにより、任意のビーム方向とビーム幅によって定義される所望の送信アンテナパターンを得ることができる。
【００８８】
また、実施の形態４と同様に、ビーム数およびパワーの設定も行うような場合は、円形アレー励振重み付け算出部３１０にビーム数３１２とパワー３１３の設定を行うようにする構成も可能である。
【００８９】
（実施の形態６）
本実施の形態では、実施の形態４における受信装置で受信周波数変換部がない例について説明する。
【００９０】
受信ビーム形成部３０６に受信アレーアンテナ３０１で受信された無線周波数３０３が直接入力された場合、前記無線周波数３０３に円形アレー励振重み付け３１１を掛け合わせ合成することによってビーム形成がなされ、受信信号３０７に変換され出力される。これにより、前記受信ビーム形成部３０６に入力される信号は中間周波数信号あるいはベースバンド信号などに制限されないことになる。
【００９１】
（実施の形態７）
本実施の形態では、実施の形態５における送信装置で送信周波数変換部がない例について説明する。
【００９２】
送信ビーム形成部４０６に送信信号４０７として直接無線周波数が入力された場合、アンテナ素子数に分配され、円形アレー励振重み付け３１１を掛け合わされて出力されたものは、直接送信無線周波数４０３になっており、そのまま送信アレーアンテナ４０１から出力されることになる。これにより、前記送信ビーム形成部４０６から出力される信号は中間周波数信号あるいはベースバンド信号などに制限されないことになる。
【００９３】
（実施の形態８）
本実施の形態では、実施の形態１または２または３における円形アレー励振重み付け算出方法を用いた送受信装置について説明する。図１０は本実施形態における送受信装置を示すブロック図である。
【００９４】
送受信共用アレーアンテナ５０１は、円形状に配置された複数個の送受信共用アンテナ素子５０２で構成されている。円形アレー励振重み付け算出部３１０は、任意のビーム方向とビーム幅によって定義される所望のアンテナパターンを形成する円形アレー励振重み付け３１１を算出し、受信ビーム形成部３０６および送信ビーム形成部４０６に前記円形アレー励振重み付け３１１を出力する。
【００９５】
ただし、このときの所望のアンテナパターンは必ずしも送信、受信で同じである必要はない。受信に関しては実施の形態４における受信装置、送信に関しては実施の形態５における送信装置と同じである。これにより、１つの送受信共用アンテナで送信と受信で同じあるいは異なる任意のビーム方向とビーム幅によって定義される所望のアンテナパターンを得ることができる。
【００９６】
また、実施の形態４と同様に、ビーム数およびパワーの設定も行うような場合は、円形アレー励振重み付け算出部３１０にビーム数３１２とパワー３１３の設定を行うようにする構成も可能である。
【００９７】
（実施の形態９）
本実施の形態では、実施の形態１または２または３における円形アレー励振重み付け算出方法を用いた複数のビームを形成する送受信装置について説明する。図１１は本実施形態における複数のアンテナパターンを送受信する装置を示すブロック図である。
【００９８】
複数のパターンを作成するので、円形アレー励振重み付け算出部３１０はビーム数３１２および各ビームのパワー３１３も入力されるようになっている。ただし、ビーム数およびそのパワーが固定の場合はその入力部分を省くことも可能である。
【００９９】
周波数変換部６０１は実施の形態４における受信周波数変換部３０４あるいは実施の形態５おける送信周波数変換部４０４あるいは両方を含んでおり、ビーム形成部６０３は実施の形態４における受信ビーム形成部３０６あるいは実施の形態５おける送信ビーム形成部４０６あるいは両方を含んでいる。
【０１００】
前記周波数変換部６０１に前記ビーム形成部６０３を並列に複数個接続することにより、送受信共用アンテナ５０１から任意のビーム方向とビーム幅によって定義される所望のアンテナパターンが異なる複数個のアンテナパターンを同時に送信あるいは受信あるいは送受信することができる。これにより、本実施の形態では１つの周波数で複数個のアンテナパターンを作成することができるので、ＣＤＭＡ、ＴＤＭＡに応用することができる。
【０１０１】
また、各前記ビーム形成部６０３に対してそれぞれ前記円形アレー励振重み付け算出部３１０を接続した構成も可能である。
【０１０２】
（実施の形態１０）
本実施の形態では、実施の形態１または２または３における円形アレー励振重み付け算出方法を用いた周波数の異なる複数のビームを形成する送受信装置について説明する。図１２は本実施形態における周波数の異なる複数のアンテナパターンを送受信する装置を示すブロック図である。
【０１０３】
本実施の形態では、実施の形態９における周波数変換部６０１が送受信共用アンテナ５０１に並列に複数個接続されており、前記送受信共用アンテナ５０１から任意のビーム方向とビーム幅によって定義される所望のアンテナパターンが異なる複数個のアンテナパターンを同時に送信あるいは受信あるいは送受信することができる。また、複数のパターンを作成するので、円形アレー励振重み付け算出部３１０はビーム数３１２および各ビームのパワー３１３も入力されるようになっている。ただし、ビーム数およびそのパワーが固定の場合はその入力部分を省くことも可能である。
【０１０４】
例えば、周波数変換部以下が３つ並列の場合、０°方向に１２０°幅（周波数ｆ0）、１２０°方向に１２０°幅（周波数ｆ1）、２４０°方向に１２０°幅（周波数ｆ2）のビームを形成すると、現在、携帯電話の基地局に使用されている３セクタアンテナを実現することが可能である。これにより、本実施の形態では周波数の異なる複数個のアンテナパターンを作成することができるので、ＦＤＭＡに応用することができる。
【０１０５】
（実施の形態１１）
本実施の形態では、実施の形態８、９および１０における送受共用アンテナ５０１について説明する。
【０１０６】
前記送受信共用アンテナ５０１は受信無線周波数３０３と送信無線周波数４０３の周波数帯域が近い場合は送受信が可能だが、前記受信無線周波数３０３と前記送信無線周波数４０３の周波数帯域が離れている場合は、１つの前記送受共用アンテナ５０１で送受信することは難しい。その場合は、受信に関しては受信アレーアンテナ３０１、送信に関しては送信アレーアンテナ４０１の両方のアンテナが必要になる。これにより、受信と送信の周波数帯域が大きく違っても、送受信することが可能である。
【０１０７】
（実施の形態１２）
本実施の形態では、実施の形態１または２または３における円形アレー励振重み付け算出方法の際に用いるビーム方向３０８とビーム幅３０９について説明する。図１３は本実施形態における所望パターンを得る手段のブロック図である。
【０１０８】
前記ビーム方向３０８と前記ビーム幅３０９を設定することにより、任意の前記ビーム方向３０８と前記ビーム幅３０９によって定義される所望のアンテナパターンを得ることができるが、前記ビーム方向３０８と前記ビーム幅３０９を決定する手段として、到来方向を推定するという方法がある。刻々と変わるトラフィックに対し到来方法推定部９０１より出力される到来方法推定結果９０２の統計処理を統計処理部９０３で行うことにより、リアルタイムにトラフィック環境に対する所望のアンテナパターンのビーム方向３０８とビーム幅３０９を算出し、前記統計処理部９０３から出力するというものである。これにより、トラフィックに適応したアダプティブアンテナを実現することが可能である。
【０１０９】
また、統計処理部９０３の出力にビーム数およびパワーを加える構成も可能である。例えば、統計処理部９０３の処理結果が２方向にトラフィックが集中しているという結果だった場合、ビーム数は２である。
【０１１０】
（実施の形態１３）
本実施の形態では、実施の形態４から１２における、円形状に配置された複数個のアンテナ素子で構成されているアレーアンテナについて説明する。
【０１１１】
実施の形態１または２または３における円形アレー励振重み付け算出方法は実施の形態１で述べたように直線アレー励振重み付け算出方法にも応用できるので、実施の形態４から１２における複数個のアンテナ素子は直線状に配置しても構わない。また、複数のアレーアンテナを持つ構成にする場合は、直線アレーアンテナと円形アレーアンテナの組み合わせも可能である。
【０１１２】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、任意のビーム方向とビーム幅という２つのパラメータによって定義される所望のアンテナパターンを円形アレーアンテナで形成することができるので、アダプティブなセクタアンテナを構成することが可能である。これにより、現在のビーム固定のセクタアンテナよりも、周波数の有効利用が可能であるという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態による円形アレーアンテナの配置を示す図
【図２】本発明の一実施の形態による円形アレー励振重み付け算出方法を示すフローチャート
【図３】本発明の一実施の形態による直線アレーアンテナの配置を示す図
【図４】本発明の一実施の形態による直線アレーと円形アレーの関係を示す図
【図５】本発明の一実施の形態による直線アレーと円形アレーの関係を示す図
【図６】本発明の一実施の形態によるアンテナパターンを示す図
【図７】本発明の一実施の形態による受信装置を示すブロック図
【図８】本発明の一実施の形態による円形アレー励振重み付けを示すブロック図
【図９】本発明の一実施の形態による送信装置を示すブロック図
【図１０】本発明の一実施の形態による送受信装置を示すブロック図
【図１１】本発明の一実施の形態による複数のアンテナパターンを送受信する装置を示すブロック図
【図１２】本発明の一実施の形態による周波数の異なる複数のアンテナパターンを送受信する装置を示すブロック図
【図１３】本発明の一実施の形態によるビーム方向とビーム幅を算出する手段を示すブロック図
【符号の説明】
１０１  アンテナ素子
３０１  受信アレーアンテナ
３０２  受信アンテナ素子
３０３  受信無線周波数
３０４  受信周波数変換部
３０５  中間周波数信号またはベースバンド信号
３０６  受信ビーム形成部
３０７  受信信号
３０８  ビーム方向
３０９  ビーム幅
３１０  円形アレー励振重み付け算出部
３１１  円形アレー励振重み付け
３１２  ビーム数
３１３  パワー
４０１  送信アレーアンテナ
４０２  送信アンテナ素子
４０３  送信無線周波数
４０４  送信周波数変換部
４０５  中間周波数信号またはベースバンド信号
４０６  送信ビーム形成部
４０７  送信信号
５０１  送受信共用アレーアンテナ
５０２  送受信共用アンテナ素子
５０３  受信無線周波数または送信無線周波数
６０１  受信周波数変換部または送信周波数変換部
６０２  中間周波数信号またはベースバンド信号
６０３  受信ビーム形成部または送信ビーム形成部
６０４  受信信号または送信信号
９０１  到来方向推定部
９０２  到来方向推定結果
９０３  統計処理部
【図１】
0004363803.tif 000022
【図２】
0004363803.tif 000023
【図３】
0004363803.tif 000024
【図４】
0004363803.tif 000025
【図５】
0004363803.tif 000026
【図６】
0004363803.tif 000027
【図７】
0004363803.tif 000028
【図８】
0004363803.tif 000029
【図９】
0004363803.tif 000030
【図１０】
0004363803.tif 000031
【図１１】
0004363803.tif 000032
【図１２】
0004363803.tif 000033
【図１３】
0004363803.tif 000034