特許 6021711 受信装置および受信方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6021711

(24)【登録日】2016年10月14日

(45)【発行日】2016年11月9日

(54)【発明の名称】受信装置および受信方法

(51)【国際特許分類】

   H04B 7/10 20060101AFI20161027BHJP

【ＦＩ】

   H04B7/10 A

【請求項の数】4

【全頁数】11

(21)【出願番号】特願2013-68359(P2013-68359)

(22)【出願日】2013年3月28日

(65)【公開番号】特開2014-192807(P2014-192807A)

(43)【公開日】2014年10月6日

【審査請求日】2015年10月20日

【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）平成２４年度、独立行政法人科学技術振興機構、戦略的創造研究推進事業チーム型研究（ＣＲＥＳＴ）研究領域「ディペンダブルＶＬＳＩシステムの基盤技術」研究課題「ディペンダブルワイヤレスシステム・デバイスの開発（オールＳｉ ＣＭＯＳ 受信器 ＲＦ ＩＣの開発）」委託研究、産業技術力強化法 第１９条の適用を受ける特許出願

(73)【特許権者】

【識別番号】000006013

【氏名又は名称】三菱電機株式会社

(73)【特許権者】

【識別番号】504157024

【氏名又は名称】国立大学法人東北大学

(74)【代理人】

【識別番号】100110423

【弁理士】

【氏名又は名称】曾我 道治

(74)【代理人】

【識別番号】100094695

【弁理士】

【氏名又は名称】鈴木 憲七

(74)【代理人】

【識別番号】100111648

【弁理士】

【氏名又は名称】梶並 順

(74)【代理人】

【識別番号】100122437

【弁理士】

【氏名又は名称】大宅 一宏

(74)【代理人】

【識別番号】100147566

【弁理士】

【氏名又は名称】上田 俊一

(74)【代理人】

【識別番号】100161171

【弁理士】

【氏名又は名称】吉田 潤一郎

(74)【代理人】

【識別番号】100161115

【弁理士】

【氏名又は名称】飯野 智史

(72)【発明者】

【氏名】タ トァン タン

(72)【発明者】

【氏名】亀田 卓

(72)【発明者】

【氏名】末松 憲治

(72)【発明者】

【氏名】高木 直

(72)【発明者】

【氏名】坪内 和夫

(72)【発明者】

【氏名】稲垣 隆二

(72)【発明者】

【氏名】津留 正臣

(72)【発明者】

【氏名】谷口 英司

【審査官】 野元 久道

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００５−２４４７３８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００２−３５９５１３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２０１２−５３１１５９（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０４Ｂ ７／１０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

複数のアンテナ素子から構成され、伝送データで変調された信号を受信信号として受信するアレーアンテナと、
前記アレーアンテナに接続され、前記受信信号から、前記複数のアンテナ素子毎に、アナログベースバンド信号にダウンコンバートされ、かつ位相が調整されたＩチャネル信号およびＱチャネル信号を生成するアナログ移相部と、
前記アナログ移相部から出力された前記Ｉチャネル信号およびＱチャネル信号に対応して設けられ、所定の周波数以下の低周波成分のみを通過させる複数のローパスフィルタと、
前記複数のローパスフィルタのそれぞれに接続され、前記低周波成分のＩチャネル信号およびＱチャネル信号をデジタル信号に変換する複数の第１ＡＤコンバータと、
前記複数の第１ＡＤコンバータの出力から、前記複数のアンテナ素子間における位相差を抽出するとともに、前記アナログ移相部から出力される前記Ｉチャネル信号およびＱチャネル信号の位相がそろうように前記アナログ移相部を制御するデジタル信号処理部と、
前記アナログ移相部から出力された前記Ｉチャネル信号およびＱチャネル信号を、チャネル毎に合成する２個の同相合成器と、
前記２個の同相合成器のそれぞれに接続され、前記第１ＡＤコンバータの動作速度よりも速い速度で動作し、前記２個の同相合成器でそれぞれ合成されたＩチャネル信号およびＱチャネル信号をデジタル信号に変換する２個の第２ＡＤコンバータと、
を備えた受信装置。

【請求項2】

前記アナログ移相部は、
前記複数のアンテナ素子のそれぞれに接続され、前記受信信号をアナログベースバンド信号にダウンコンバートして、Ｉチャネル信号およびＱチャネル信号を生成する複数のダウンコンバータと、
前記複数のダウンコンバータのそれぞれに接続され、前記Ｉチャネル信号およびＱチャネル信号の位相を調整する複数のベースバンド移相器と、
を有する請求項１に記載の受信装置。

【請求項3】

前記アナログ移相部は、
前記複数のアンテナ素子のそれぞれに接続され、前記受信信号の位相を調整する複数の高周波移相器と、
前記高周波移相器のそれぞれに接続され、位相が調整された前記受信信号をアナログベースバンド信号にダウンコンバートして、Ｉチャネル信号およびＱチャネル信号を生成する複数のダウンコンバータと、
を有する請求項１に記載の受信装置。

【請求項4】

複数のアンテナ素子から構成されたアレーアンテナにより、伝送データで変調された信号を受信信号として受信する受信ステップと、
前記受信信号から、前記複数のアンテナ素子毎に、アナログベースバンド信号にダウンコンバートされ、かつ位相が調整されたＩチャネル信号およびＱチャネル信号を生成する移相ステップと、
位相が調整された前記Ｉチャネル信号およびＱチャネル信号のうち、所定の周波数以下の低周波成分のみを通過させる低域通過ステップと、
前記低周波成分のＩチャネル信号およびＱチャネル信号をデジタル信号に変換する第１変換ステップと、
デジタル信号に変換された前記Ｉチャネル信号およびＱチャネル信号から、前記複数のアンテナ素子間における位相差を抽出するとともに、前記移相ステップにおいて、前記Ｉチャネル信号およびＱチャネル信号の位相がそろうように、位相の調整量を制御する制御ステップと、
前記移相ステップで位相が調整された前記Ｉチャネル信号およびＱチャネル信号を、チャネル毎に合成する合成ステップと、
前記合成ステップで合成されたＩチャネル信号およびＱチャネル信号を、前記第１変換ステップにおける動作速度よりも速い動作速度でデジタル信号に変換する第２変換ステップと、
を有する受信方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

この発明は、アレーアンテナを用いたデジタルビームフォーミング（ＤＢＦ：Ｄｉｇｉｔａｌ Ｂｅａｍ Ｆｏｒｍｉｎｇ）により、自律ビームを形成する受信装置および受信方法に関する。

【背景技術】

【0002】

複数のアンテナ素子から構成されるアレーアンテナにおいて、各アンテナ素子から同時に信号を送信すると、アンテナ面と垂直な方向に位相がそろい、この方向に電波（ビーム）が集中して伝搬する。これに対して、アンテナ素子毎に位相をずらして信号を送信すると、電波は、アンテナ面と垂直な方向から傾きをもって伝搬する。

【0003】

また、電波を送信する場合に限定されず、電波を受信する場合には、受信した信号のアンテナ素子間における位相差に基づいて、電波の伝搬してきた方向を知ることができる。この技術は、アレーアンテナを用いたビームフォーミング（ＢＦ：Ｂｅａｍ Ｆｏｒｍｉｎｇ）と呼ばれている。

【0004】

このようなＢＦでは、複数のアンテナ素子のそれぞれに接続された移相器において、信号の位相を調整することにより、アンテナ素子毎に位相をずらして、ビームの方向を切り替えている。これにより、例えば通信において、子機端末が親機端末の方向にビームを向けることができ、干渉を低減するとともに、強い電波を送受信することができる。

【0005】

ここで、移相器によって位相の調整する方法として、ルックアップテーブルによるビーム切り替えと、ＤＢＦによる自律ビームの形成とが知られている。以下、ルックアップテーブルによるビーム切り替え、およびＤＢＦによる自律ビームの形成についてそれぞれ説明する。

【0006】

まず、ルックアップテーブルによるビーム切り替えでは、複数のアンテナ素子のそれぞれに接続された（アナログ）移相器に、ビーム情報があらかじめデータベース化されたルックアップテーブルが接続される。また、移相器において、ルックアップテーブルに保存された値に基づいて位相が調整され、位相調整後の信号からデータが復調される。

【0007】

具体的には、ルックアップテーブルには、ビームを傾けたい方向（角度）と、その角度における各移相器の調整量とが、データベースとして保存されている。ルックアップテーブルによるビーム切り替えによれば、簡単な構成および制御で、ビームの方向を切り替えることができる。

【0008】

しかしながら、ルックアップテーブルによるビーム切り替えでは、あらかじめデータベースを作成しておく必要がある。また、例えば端末の移動等によって、通信中にビームが変動した場合には、あらゆるビームの方向を見てビームを追従する必要があるので、ビームの追従と通信とを同時に実行することができないことがある。

【0009】

そこで、ＤＢＦによる自律ビームの形成が必要になる。ＤＢＦによる自律ビームの形成では、すべてのアンテナ素子で受信した信号がデジタル化され、受信した信号について、ＳＮＲ（Ｓｉｇｎａｌ Ｎｏｉｓｅ Ｒａｔｉｏ）が最も高くなる位相の調整量が算出される。また、この調整量に基づいて（デジタル）移相器が制御されることによって、最適ビームが形成され、データが復調される（例えば、非特許文献１参照）。

【0010】

具体的には、複数のアンテナ素子のそれぞれに、受信した信号をベースバンド（ＢＢ：Ｂａｓｅ Ｂａｎｄ）信号にダウンコンバートして、Ｉチャネル（同相成分）信号およびＱチャネル（直交成分）信号を出力するダウンコンバータが接続され、ダウンコンバータの各出力が、高速ＡＤコンバータ（ＡＤＣ：Ａｎａｌｏｇ Ｄｉｇｉｔａｌ Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）でデジタル信号に変換される。

【0011】

また、制御部において、高速ＡＤＣから出力された全周波数帯域（フル帯域）のＩチャネル信号およびＱチャネル信号について、ＳＮＲが最も高くなる各移相器の調整量が算出される。また、復調部において、算出された調整量に基づいて各移相器が制御され、位相調整後の信号がチャネル毎に合成されて、データが復調される。

【0012】

ＤＢＦによる自律ビームの形成によれば、デジタル領域において、アナログ移相器を用いることなく、最適なビームを形成することができる。また、受信した信号から移相器の調整量が算出されるので、ビームの追従と通信とを同時に実行することができる。

【先行技術文献】

【非特許文献】

【0013】

【非特許文献1】Ｎａｖｉｄ Ｌａｓｈｋａｒｉａｎ，ｅｔ ａｌ．，“Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ Ｂｏｕｎｄ ｏｎ Ｅｒｇｏｄｉｃ Ｃａｐａｃｉｔｙ ｏｆ ＭＩＭＯ Ｂｅａｍ−Ｆｏｒｍｉｎｇ ｉｎ Ｉｎｄｏｏｒ Ｍｕｌｔｉ−Ｐａｔｈ Ｃｈａｎｎｅｌ”，ＩＥＥＥ ＴＲＡＮＳＡＣＴＩＯＮＳ ＯＮ ＣＯＭＭＵＮＩＣＡＴＩＯＮＳ，ＶＯＬ．５８，ＮＯ．１１，ＮＯＶＥＭＢＥＲ ２０１０，ｐｐ．３２５４−３２６４

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0014】

しかしながら、従来技術には、以下のような課題がある。
非特許文献１の受信装置では、各移相器の調整量を算出する制御部が、データを復調する復調部と同様に、全周波数帯域のＩチャネル信号およびＱチャネル信号について処理を実行している。

【0015】

そのため、高精度で高速に動作するＡＤＣ（高速ＡＤＣ）が、アンテナ素子数の２倍（アンテナ素子数×２チャネル分）必要になる。これにより、受信装置のコストが増大するとともに、消費電力が大きくなるという問題があり、小型の端末を実現することは困難である。

【0016】

さらに、近年、通信のブロードバンド化によって、受信する信号が非常に広帯域（たとえば、ミリ波帯のような超広帯域）になっている。そこで、高速無線通信（ブロードバンド通信）を行う場合には、信号処理量が多くなるので、制御部において、高速ＡＤＣで変換されたデジタル信号に対して、高速な信号処理が必要になるという問題もある。

【0017】

すなわち、制御部は、デジタル領域において、Ｉチャネル信号およびＱチャネル信号から位相を抽出し、適切な位相のずれ（各移相器の調整量）を算出して復調部に出力する。このとき、パラレル数が、アンテナ素子数分のセットだけ必要になる。

【0018】

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、低コストで、かつ消費電力および信号処理量を低減することができる受信装置および受信方法を得ることを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0019】

この発明に係る受信装置は、複数のアンテナ素子から構成され、伝送データで変調された信号を受信信号として受信するアレーアンテナと、アレーアンテナに接続され、受信信号から、複数のアンテナ素子毎に、アナログベースバンド信号にダウンコンバートされ、かつ位相が調整されたＩチャネル信号およびＱチャネル信号を生成するアナログ移相部と、アナログ移相部から出力されたＩチャネル信号およびＱチャネル信号に対応して設けられ、所定の周波数以下の低周波成分のみを通過させる複数のローパスフィルタと、複数のローパスフィルタのそれぞれに接続され、低周波成分のＩチャネル信号およびＱチャネル信号をデジタル信号に変換する複数の第１ＡＤコンバータと、複数の第１ＡＤコンバータの出力から、複数のアンテナ素子間における位相差を抽出するとともに、アナログ移相部から出力されるＩチャネル信号およびＱチャネル信号の位相がそろうようにアナログ移相部を制御するデジタル信号処理部と、アナログ移相部から出力されたＩチャネル信号およびＱチャネル信号を、チャネル毎に合成する２個の同相合成器と、２個の同相合成器のそれぞれに接続され、第１ＡＤコンバータの動作速度よりも速い速度で動作し、２個の同相合成器でそれぞれ合成されたＩチャネル信号およびＱチャネル信号をデジタル信号に変換する２個の第２ＡＤコンバータとを備えたものである。

【0020】

また、この発明に係る受信方法は、複数のアンテナ素子から構成されたアレーアンテナにより、伝送データで変調された信号を受信信号として受信する受信ステップと、受信信号から、複数のアンテナ素子毎に、アナログベースバンド信号にダウンコンバートされ、かつ位相が調整されたＩチャネル信号およびＱチャネル信号を生成する移相ステップと、位相が調整されたＩチャネル信号およびＱチャネル信号のうち、所定の周波数以下の低周波成分のみを通過させる低域通過ステップと、低周波成分のＩチャネル信号およびＱチャネル信号をデジタル信号に変換する第１変換ステップと、デジタル信号に変換されたＩチャネル信号およびＱチャネル信号から、複数のアンテナ素子間における位相差を抽出するとともに、移相ステップにおいて、Ｉチャネル信号およびＱチャネル信号の位相がそろうように、位相の調整量を制御する制御ステップと、移相ステップで位相が調整されたＩチャネル信号およびＱチャネル信号を、チャネル毎に合成する合成ステップと、合成ステップで合成されたＩチャネル信号およびＱチャネル信号を、第１変換ステップにおける動作速度よりも速い動作速度でデジタル信号に変換する第２変換ステップとを有するものである。

【発明の効果】

【0021】

この発明に係る受信装置によれば、アナログ移相部から出力されたＩチャネル信号およびＱチャネル信号に対応して設けられ、所定の周波数以下の低周波成分のみを通過させる複数のローパスフィルタと、複数のローパスフィルタのそれぞれに接続され、低周波成分のＩチャネル信号およびＱチャネル信号をデジタル信号に変換する複数の第１ＡＤコンバータと、複数の第１ＡＤコンバータの出力から、複数のアンテナ素子間における位相差を抽出するとともに、アナログ移相部から出力されるＩチャネル信号およびＱチャネル信号の位相がそろうようにアナログ移相部を制御するデジタル信号処理部とを備えている。
また、この発明に係る受信方法によれば、移相ステップで位相が調整されたＩチャネル信号およびＱチャネル信号のうち、所定の周波数以下の低周波成分のみを通過させる低域通過ステップと、低周波成分のＩチャネル信号およびＱチャネル信号をデジタル信号に変換する第１変換ステップと、デジタル信号に変換されたＩチャネル信号およびＱチャネル信号から、複数のアンテナ素子間における位相差を抽出するとともに、移相ステップにおいて、Ｉチャネル信号およびＱチャネル信号の位相がそろうように、位相の調整量を制御する制御ステップとを有している。
これにより、アナログ移相部における位相の調整量が、低速な信号処理によって制御されることになる。
そのため、低コストで、かつ消費電力および信号処理量を低減することができる受信装置および受信方法を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【0022】

【図1】この発明の実施の形態１に係る受信装置を示す構成図である。

【図2】この発明の実施の形態１に係る受信装置のシミュレーション結果を示す説明図である。

【図3】この発明の実施の形態１に係る受信装置における消費電力およびＤＳＰ処理ビットレートを、従来の受信装置と比較して示す説明図である。

【図4】この発明の実施の形態１に係る受信装置の別のアンテナ部を示す構成図である。

【発明を実施するための形態】

【0023】

以下、この発明に係る受信装置および受信方法の好適な実施の形態につき図面を用いて説明するが、各図において同一、または相当する部分については、同一符号を付して説明する。

【0024】

実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１に係る受信装置１００を示す構成図である。図１において、受信装置１００は、アンテナ部１０、制御部２０および復調部３０を備えている。アンテナ部１０は、アレーアンテナ１１、複数のダウンコンバータ１２および複数のＢＢ移相器１３を有している。

【0025】

制御部２０は、複数のローパスフィルタ（ＬＰＦ：Ｌｏｗ Ｐａｓｓ Ｆｉｌｔｅｒ）２１、複数の低速ＡＤＣ（第１ＡＤコンバータ）２２および低速ＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｉｇｎａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ、デジタル信号処理部）２３を有している。復調部３０は、２個の同相合成器３１および２個の高速ＡＤＣ（第２ＡＤコンバータ）３２を有している。

【0026】

アレーアンテナ１１は、複数のアンテナ素子から構成され、伝送データで変調された信号を受信信号として受信する。複数のダウンコンバータ１２は、複数のアンテナ素子のそれぞれに接続され、アレーアンテナ１１で受信された受信信号をアナログベースバンド信号にダウンコンバートして、Ｉチャネル信号およびＱチャネル信号（Ｉ_１０，Ｑ_１０，Ｉ_２０，Ｑ_２０，・・・，Ｉ_ｎ０，Ｑ_ｎ０）を生成する。

【0027】

複数のＢＢ移相器１３は、複数のダウンコンバータ１２のそれぞれに接続され、複数のダウンコンバータ１２で生成されたＩチャネル信号およびＱチャネル信号（Ｉ_１０，Ｑ_１０，Ｉ_２０，Ｑ_２０，・・・，Ｉ_ｎ０，Ｑ_ｎ０）の位相を、デジタル信号処理部２３の制御下で調整し、移相調整後のＩチャネル信号およびＱチャネル信号（Ｉ_１，Ｑ_１，Ｉ_２，Ｑ_２，・・・，Ｉ_ｎ，Ｑ_ｎ）を出力する。

【0028】

複数のＬＰＦ２１は、複数のＢＢ移相器１３から出力されたＩチャネル信号およびＱチャネル信号（Ｉ_１，Ｑ_１，Ｉ_２，Ｑ_２，・・・，Ｉ_ｎ，Ｑ_ｎ）に対応して設けられ、所定の周波数以下の低周波成分のみを通過させる。複数の低速ＡＤＣ２２は、複数のＬＰＦ２１のそれぞれに接続され、低周波成分のＩチャネル信号およびＱチャネル信号をデジタル信号に変換する。

【0029】

低速ＤＳＰ２３は、複数の低速ＡＤＣ２２の出力から、複数のアンテナ素子間における位相差を抽出するとともに、複数のＢＢ移相器１３から出力されるＩチャネル信号およびＱチャネル信号（Ｉ_１，Ｑ_１，Ｉ_２，Ｑ_２，・・・，Ｉ_ｎ，Ｑ_ｎ）の位相がそろう（同位相になる）ように、複数のＢＢ移相器１３での位相の調整量を制御する。

【0030】

２個の同相合成器３１は、アナログ領域において、複数のＢＢ移相器１３から出力されたＩチャネル信号およびＱチャネル信号（Ｉ_１，Ｑ_１，Ｉ_２，Ｑ_２，・・・，Ｉ_ｎ，Ｑ_ｎ）を、チャネル毎に合成し、合成後のＩチャネル信号およびＱチャネル信号（Ｉ_{Ｔｏｔａｌ}，Ｑ_{Ｔｏｔａｌ}）を出力する。

【0031】

２個の高速ＡＤＣ３２は、２個の同相合成器３１のそれぞれに接続され、複数の低速ＡＤＣ２２の動作速度よりも速い速度で動作し、２個の同相合成器３１でそれぞれ合成されたＩチャネル信号およびＱチャネル信号（Ｉ_{Ｔｏｔａｌ}，Ｑ_{Ｔｏｔａｌ}）をデジタル信号に変換して、データを復調する。この結果、全体的にＳＮＲが改善されたデータが復調される。

【0032】

このように、制御部２０は、入力された広帯域なＩチャネル信号およびＱチャネル信号（Ｉ_１，Ｑ_１，Ｉ_２，Ｑ_２，・・・，Ｉ_ｎ，Ｑ_ｎ）から、低域の周波数成分のみを取り出す。また、制御部２０は、取り出した低周波成分のＩチャネル信号およびＱチャネル信号を、低速ＡＤＣ２２でサンプリングし、デジタル領域において、低周波成分の信号のみを用いて位相差を抽出する。

【0033】

また、制御部２０は、抽出した位相差に基づいて、複数のＢＢ移相器１３から出力されるＩチャネル信号およびＱチャネル信号（Ｉ_１，Ｑ_１，Ｉ_２，Ｑ_２，・・・，Ｉ_ｎ，Ｑ_ｎ）の位相がそろうように、複数のＢＢ移相器１３での位相の調整量を、フィードバック制御する（以下、この制御を「低域ループ制御」と称する）。

【0034】

これにより、制御部２０が、全周波数帯域のＩチャネル信号およびＱチャネル信号について処理を実行しなくなるので、従来の受信装置では、アンテナ素子数の２倍（アンテナ素子数×２チャネル分）必要であった高速ＡＤＣ３２を、復調部３０における２個にすることができる。

【0035】

すなわち、制御部２０と復調部３０とを分離し、制御部２０において低域ループ制御を実行することにより、高速ＡＤＣ３２を２個に削減することができ、受信装置１００の消費電力を大幅に低減しつつ、自律ビームを形成することができる。また、リアルタイムでフィードバックしているので、絶えずＢＢ移相器１３で位相を調整しながら信号を受信するので、ビームの追従と通信とを同時に実行することができる。さらに、低域ループ制御により、信号処理量が低減されるので、低速ＤＳＰ２３で複数のアンテナ素子間における位相差を抽出することができ、回路規模を縮小することができる。

【0036】

ここで、この発明の実施の形態１に係る受信装置１００について、実際の変調信号を用いて、リアルタイムに制御を実行し、自律ビームを形成することができることを、シミュレーションによって確認した。シミュレーション条件は、以下の通りである。

【0037】

シミュレータ：ＡＤＳ Ｐｔｏｌｅｍｙ
変調信号：２Ｇｂｐｓ ＱＰＳＫ（帯域幅１ＧＨｚ）
ＬＰＦ３ｄＢ通過帯域：１０ＭＨｚ（変調信号の帯域幅の１／１００）
ハードウェア：理想
アンテナ素子間位相差：ランダムに付加
移相器初期設定：０度移相

【0038】

上記の条件でシミュレーションを行った結果を図２に示す。図２より、アンテナ素子を２本にすれば、ＳＮＲが３ｄＢ悪くても、同じＢＥＲ（Ｂｉｔ Ｅｒｒｏｒ Ｒａｔｅ）を得ることができる。同様に、アンテナ素子を４本にすればＳＮＲが６ｄＢ、８本にすれば９ｄＢ悪くても、同じＢＥＲを得ることができる。すなわち、アンテナ素子の数に比例して、ＢＥＲが改善されている。

【0039】

また、アンテナ素子が、最初にビームを向けなければいけない方向にロックするまでの時間、具体的には、初期位相が０度である場合に、ランダムな相手に対してトラッキングするまでの時間である制御ループ時間（トラッキング速度）は、１７．５μｓｅｃとなった。このことから、十分に早い時間でフィードバックがかかっており、ビームを追従することができているといえる。

【0040】

したがって、このシミュレーションの結果、実際の変調信号を用いて、リアルタイムに制御を実行し、自律ビームを形成することができることが分かる。

【0041】

なお、変調信号の変調方式は、ＱＰＳＫ（Ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ Ｐｈａｓｅ Ｓｈｉｆｔ Ｋｅｙｉｎｇ）に限定されず、ＩチャネルおよびＱチャネルを用いて復調するものであれば、どのような変調方式であってもよい。

【0042】

続いて、この発明の実施の形態１に係る受信装置１００における消費電力、およびＤＳＰでの信号処理量に対応するＤＳＰ処理ビットレートを、従来の受信装置と比較した比較結果を図３に示す。なお、前提条件として、変調信号：ＱＰＳＫ信号、ＢＢ帯域幅：１ＧＨｚ、アンテナ素子数：８素子、移相制御精度：５ビットとする。

【0043】

ここで、高速ＡＤＣおよび低速ＡＤＣの消費電力は、市販のものの値や、学会発表で挙げられた値とする。また、従来の受信装置におけるＤＳＰの信号処理量は、２Ｇｓｐｓの信号をＤＳＰで処理するにあたって、見積もった値である。

【0044】

図３より、低速ＡＤＣの消費電力がほぼ０であることから、この発明の実施の形態１に係る受信装置１００の全消費電力は、高速ＡＤＣの消費電力と見なすことができ、従来の受信装置の全消費電力の１／８になっていることが分かる。

【0045】

また、この発明の実施の形態１に係る受信装置１００では、低域ループ制御を実行する制御部２０の信号帯域（低域ループ帯域）を、ＢＢ帯域幅の１／１００に絞ったことにより、ＤＳＰ処理ビットレートが、従来の受信装置の１／１００になっていることが分かる。

【0046】

したがって、この比較の結果、アンテナ素子数がｎである場合には、全消費電力が１／ｎに低減され、低域ループ帯域を信号帯域の１／ｍに絞った場合には、ＤＳＰ処理量が１／ｍに低減されることが分かる。

【0047】

以上のように、実施の形態１によれば、アナログ移相部から出力されたＩチャネル信号およびＱチャネル信号に対応して設けられ、所定の周波数以下の低周波成分のみを通過させる複数のローパスフィルタと、複数のローパスフィルタのそれぞれに接続され、低周波成分のＩチャネル信号およびＱチャネル信号をデジタル信号に変換する複数の第１ＡＤコンバータと、複数の第１ＡＤコンバータの出力から、複数のアンテナ素子間における位相差を抽出するとともに、アナログ移相部から出力されるＩチャネル信号およびＱチャネル信号の位相がそろうようにアナログ移相部を制御するデジタル信号処理部とを備えている。これにより、アナログ移相部における位相の調整量が、低速な信号処理によって制御されることになる。
そのため、低コストで、かつ消費電力および信号処理量を低減することができる受信装置および受信方法を得ることができる。

【0048】

なお、上記実施の形態１では、受信装置を例に挙げて説明したが、これに限定されず、送信装置に適用することもできる。この場合には、図１に示した復調部と切り替えられるようにデータ、高速ＤＡＣおよび同相分配器を有する変調部が設けられ、受信信号に対する低域ループ制御によりＢＢ移相器における位相の調整量が制御されて、同相で出力された信号が、所望の方向に送信される。

【0049】

また、上記実施の形態１では、アンテナ部１０が複数のＢＢ移相器１３を有している場合について説明したが、これに限定されない。図４は、この発明の実施の形態１に係る受信装置の別のアンテナ部１０Ａを示す構成図である。

【0050】

図４において、アンテナ部１０Ａは、アレーアンテナ１１、複数のＬＮＡ（Ｌｏｗ Ｎｏｉｓｅ Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ）１４、複数のＲＦ（Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）移相器（高周波移相器）１５および複数のダウンコンバータ１２を有している。

【0051】

この場合であっても、上記実施の形態１と同様に、アレーアンテナ１１で受信された受信信号から、複数のアンテナ素子毎に、アナログベースバンド信号にダウンコンバートされ、かつ位相が調整されたＩチャネル信号およびＱチャネル信号（Ｉ_１，Ｑ_１，Ｉ_２，Ｑ_２，・・・，Ｉ_ｎ，Ｑ_ｎ）を生成することができる。ここで、ＲＦ移相器１５を用いた場合には、ＢＢ移相器１３では２本必要だったパスを１本にすることができる。

【0052】

なお、ＢＢ移相器およびＲＦ移相器に限定されず週間周波数（ＩＦ：Ｉｎｔｅｒｍｅｄｉａｔｅ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）の移相器を用いた場合であっても、同様にＩチャネル信号およびＱチャネル信号（Ｉ_１，Ｑ_１，Ｉ_２，Ｑ_２，・・・，Ｉ_ｎ，Ｑ_ｎ）を生成することができる。

【0053】

なお、上記実施の形態１では、通信用の受信装置１００を例に挙げて説明したが、これに限定されず、レーダ装置に適用される受信装置であっても、同様の効果を得ることができる。また、このとき、変調信号として、チャープ信号を用いることができる。

【符号の説明】

【0054】

１０ アンテナ部、１１ アレーアンテナ、１２ ダウンコンバータ、１３ ＢＢ移相器、２０ 制御部、２１ ＬＰＦ、２２ 低速ＡＤＣ（第１ＡＤコンバータ）、２３ 低速ＤＳＰ（デジタル信号処理部）、３０ 復調部、３１ 同相合成器、３２ 高速ＡＤＣ（第２ＡＤコンバータ）、１００ 受信装置。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】