特許 6160939 パターン／偏波アンテナ装置とこれを用いたビーム形成方法

(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】6160939

(24)【登録日】2017年6月23日

(45)【発行日】2017年7月12日

(54)【発明の名称】パターン／偏波アンテナ装置とこれを用いたビーム形成方法

(51)【国際特許分類】

   H01Q 21/24 20060101AFI20170703BHJP

   H04B 7/10 20060101ALI20170703BHJP

   H01Q 21/28 20060101ALI20170703BHJP

   H01Q 21/06 20060101ALI20170703BHJP

【ＦＩ】

   H01Q21/24

   H04B7/10 A

   H01Q21/28

   H01Q21/06

【請求項の数】4

【全頁数】13

(21)【出願番号】特願2015-563091(P2015-563091)

(86)(22)【出願日】2015年1月23日

(65)【公表番号】特表2017-507503(P2017-507503A)

(43)【公表日】2017年3月16日

(86)【国際出願番号】KR2015000759

(87)【国際公開番号】WO2016117734

(87)【国際公開日】20160728

【審査請求日】2015年12月16日

(31)【優先権主張番号】10-2015-0011156

(32)【優先日】2015年1月23日

(33)【優先権主張国】KR

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】515162224

【氏名又は名称】コリア アドバンスド インスティテュート オブ サイエンス アンド テクノロジー

【氏名又は名称原語表記】ＫＯＲＥＡ ＡＤＶＡＮＣＥＤ ＩＮＳＴＩＴＵＴＥ ＯＦ ＳＣＩＥＮＣＥ ＡＮＤ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ

(74)【代理人】

【識別番号】100107456

【弁理士】

【氏名又は名称】池田 成人

(74)【代理人】

【識別番号】100162352

【弁理士】

【氏名又は名称】酒巻 順一郎

(74)【代理人】

【識別番号】100123995

【弁理士】

【氏名又は名称】野田 雅一

(74)【代理人】

【識別番号】100148596

【弁理士】

【氏名又は名称】山口 和弘

(72)【発明者】

【氏名】チョ， ドンホ

(72)【発明者】

【氏名】ユン， チャンペ

(72)【発明者】

【氏名】パク， デヒ

(72)【発明者】

【氏名】イ， ジュ ヨン

(72)【発明者】

【氏名】ギル， ケ‐テ

【審査官】 橘 均憲

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００７−０１３３１８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許第０４８３９６６３（ＵＳ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２００６／０１３２３７４（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 米国特許出願公開第２０１３／０２２３５５４（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｑ １／００−２５／０４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

２種の単位アンテナが、相互間の距離が半波長以下に配置されたＮ（Ｎは３以上の整数）ポートパターン／偏波アンテナを含むＭ（Ｍは１以上の整数）個の集積構造で構成され、
前記単位アンテナは、球状ベクトル波モードのうち偶数モードに分布する放射パターンを有する電場アンテナと、奇数モードに分布する放射パターンを有する磁場アンテナとを含み、前記電場アンテナと前記磁場アンテナが違う方向に向かうように集積して、球状ベクトル波モードを用いることができ、
前記Ｍ個の集積構造の各々で１つずつ選定したアンテナを、１つのビームフォーミングアンテナ群として纏めたＮ個のビームフォーミングアンテナ群を用いてビームを形成し、前記Ｍ個の各々の集積構造内で複数個のビームフォーミンング重み付け設定値を適用して多重ビームを形成するＮポートパターン／偏波アンテナを用いたビーム形成方法。

【請求項2】

前記Ｍ個の集積構造が１次元の線形、２次元の平面形又は３次元の立体形のうち何れか一形態の配列をなすＮポートパターン／偏波アンテナを用いた請求項１に記載のビーム形成方法。

【請求項3】

前記Ｍ個の集積構造のうちｎ（ｎは１以上の整数）番目の集積構造はＮ個のパターン／偏波アンテナからなり、ｎ’（ｎ’は１以上の整数）番目の集積構造はＮ’（Ｎ’は３以上の整数）個のパターン／偏波アンテナからなるＮポートパターン／偏波アンテナを用いた請求項１に記載のビーム形成方法。

【請求項4】

３種以上の単位アンテナが、相互間の距離が半波長以下に配置されたＮ（Ｎは３以上の整数）ポートパターン／偏波アンテナを含むＭ（Ｍは１以上の整数）個の集積構造で構成され、
前記単位アンテナは、相互に隣接するアンテナのうちの一方が隣接アンテナよりも更に広いビーム幅を有する放射パターンを有し、他方が隣接アンテナよりも一定の方向に更に高い指向性の放射パターンを有するように集積され、球状ベクトル波モードを用いることができ、
前記Ｍ個の集積構造の各々で１つずつ選定したアンテナを、１つのビームフォーミングアンテナ群として纏めたＮ個のビームフォーミングアンテナ群を用いてビームを形成し、
前記Ｍ個の各々の集積構造内で複数個のビームフォーミンング重み付け設定値を適用して多重ビームを形成するＮポートパターン／偏波アンテナを用いたビーム形成方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、パターン／偏波アンテナ装置に関し、特にパターン／偏波利得が得られるアンテナ装置と、該アンテナ装置を用いてビームを形成する方法に関するものである。

【背景技術】

【0002】

一般的な多重アンテナ装置は、同じ特性を有するアンテナを半波長間隔で多数配置し、これを用いてビームを形成した。というのは、同じ特性を有するアンテナの場合、半波長以下の間隔でアンテナを配置すれば、アンテナ間のパターン類似性及び物理的に近い距離によってチャンネル特性が類似するようになるという効果を奏するためである。

【0003】

ところが、かかる場合、多数のチャンネルが互いに類似している特性を示すため、多重アンテナから得られる多重化（ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）効果や、多重経路フェージング（ｍｕｌｔｉ−ｐａｔｈｆａｄｉｎｇ）に対する強靭性などの優れた特性が得られないという短所が生じる。

【0004】

かかる短所のため、同一又は二重偏波のアンテナを半波長間隔で多数配置することで、所謂、ＭＩＭＯ（ＭｕｌｔｉｐｌｅＩｎｐｕｔ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ｏｕｔｐｕｔ）通信を行うようになる。しかし、この場合も半波長間隔でアンテナを配置しなければならないため、アンテナが多くの空間を占めるという短所が生じる。

【0005】

しかも、最近、研究されている大規模ＭＩＭＯ（ｍａｓｓｉｖｅ ＭＩＭＯ）のような超多重アンテナ技術の場合、数十個ないし数百個のアンテナを配置しなければならないため、アンテナの占める空間が問題視されている。

【0006】

あるアンテナ放射パターンｆ（θ，φ）は、各モードに対して直交性を有する球状ベクトル波（ｓｐｈｅｒｉｃａｌｖｅｃｔｏｒ ｗａｖｅｓ）モードを用いて次の数式１のように示し得る。

【数1】

ここで、Ａａ（θ，φ）は球状ベクトル波モードを示し、各球状ベクトル波モードに対するｃａは放射パターンの係数を示す。

【0007】

従来技術に係る多重アンテナ装置を用いるＭＩＭＯシステムは、二重偏波ダイポールアンテナを集積するため、球状ベクトル波モードのうち２つのモードのみを用いてチャンネル容量を増大させたものである。

【0008】

しかし、かかる従来技術によれば、２つの球状ベクトル波モードのみを用いるため、パターン／偏波利得を効果的に得られないという問題があった。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0009】

本発明の実施形態によれば、２つの球状ベクトル波モードのみを用いるほか、Ｎ個の球状ベクトル波モードを用いてパターン／偏波利得が得られるＮポートパターン／偏波アンテナ装置とこれを用いたビーム形成方法を提供する。

【0010】

本発明の解決しようとする課題は、以上で言及したものに制限されず、言及していない他の課題は、以下の記載から本発明の属する通常の知識を有する者に明確に理解され得るはずである。

【課題を解決するための手段】

【0011】

本発明の第１の観点によるＮポートパターン／偏波アンテナ装置は、２種の単位アンテナがＮ個以上の次数を有する球状ベクトル波モードを用い得る放射パターンで構成され、前記単位アンテナは相互間の距離が半波長以下に配置され、前記単位アンテナは前記球状ベクトル波モードのうち偶数モードに分布する放射パターンを有する電場アンテナと、奇数モードに分布する放射パターンを有する磁場アンテナとを含み、前記電場アンテナと前記磁場アンテナとが異なる方向を向くように集積することができる。

【0012】

本発明の第２の観点によるＮポートパターン／偏波アンテナ装置は、３種以上の単位アンテナがＮ個以上の次数を有する球状ベクトル波モードを用い得る放射パターンで構成され、前記単位アンテナは相互間の距離が半波長以下に配置され、前記単位アンテナは相互に隣接したアンテナのうち何れか１つは隣接アンテナよりも広いビーム幅を有する放射パターンを有し、もう１つは隣接アンテナよりも一定の方向に更に高い指向性の放射パターンを有するように集積され得る。

【0013】

本発明の第２の観点によるＮポートパターン／偏波アンテナを用いたビーム形成方法は、２種以上の単位アンテナがＮ個以上の次数を有する球状ベクトル波モードを用い得る放射パターンで構成され、前記単位アンテナは相互間の距離が半波長以下に配置されたＮポートパターン／偏波アンテナの含まれたＭ個の集積構造が特定の形態の配列を成し、前記Ｍ個の集積構造の各々で１つずつ選定したアンテナを１つのビームフォーミングアンテナ群として纏めたＮ個のビームフォーミングアンテナ群を用いてビームを形成し得る。

【0014】

ここで、１つの前記集積構造内で１つのビームフォーミング重み付け設定値を適用して単一ビームを形成し得る。

【0015】

１つの前記集積構造内で複数のビームフォーミング重み付け設定値を適用して多重ビームを形成し得る。

【0016】

前記Ｍ個の集積構造が１次元の線形、２次元の平面形、あるいは３次元の立体形のうち何れか一方の形態の配列を成し得る。

【0017】

前記Ｍ個の集積構造のうちＮ番目の集積構造は、Ｎ個のパターン／偏波アンテナからなり、Ｎ’番目の集積構造はＮ個のパターン／偏波アンテナからなり得る。

【発明の効果】

【0018】

本発明の実施形態によれば、Ｎポートパターン／偏波アンテナが２つの球状ベクトル波モードのみを用いるほか、Ｎ個の球状ベクトル波モードを用いるため、従来技術に比べてパターン／偏波利得が更に向上される。

【0019】

また、かかるＮポートパターン／偏波アンテナを用いたビームを形成することで、低複雑度の伝送システムを設計できるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【0020】

【図1】本発明の実施形態に係るＮポートパターン／偏波アンテナにおける単一の単位アンテナの放射パターン球状ベクトル波モード分析図である。

【図2A】本発明の実施形態に係るＮポートパターン／偏波アンテナにおける２種の単位アンテナの放射パターンの球状ベクトル波モード分析図である。

【図2B】本発明の実施形態に係るＮポートパターン／偏波アンテナにおける２種の単位アンテナの放射パターンの球状ベクトル波モード分析図である。

【図3A】本発明の実施形態に係るＮポートパターン／偏波アンテナにおける多重の単位アンテナの放射パターン球状ベクトル波モード分析図である。

【図3B】本発明の実施形態に係るＮポートパターン／偏波アンテナにおける多重の単位アンテナの放射パターン球状ベクトル波モード分析図である。

【図3C】本発明の実施形態に係るＮポートパターン／偏波アンテナにおける多重の単位アンテナの放射パターン球状ベクトル波モード分析図である。

【図4】本発明の実施形態に係るＮポートパターン／偏波アンテナ装置の４−ポート平面アンテナで具現した例である。

【図5A】本発明の実施形態に係るＮポートパターン／偏波アンテナ装置の１６−ポートアンテナで具現した例である。

【図5B】本発明の実施形態に係るＮポートパターン／偏波アンテナ装置の１６−ポートアンテナで具現した例である。

【図6】本発明の実施形態によって集積構造内のＮポートパターン／偏波アンテナを用いた単一のビームの形成方案を示したビームフォーミング状態図である。

【図7】本発明の実施形態によって集積構造内のＮポートパターン／偏波アンテナのビームフォーミング重み付け設定値を用いた多重ビームの形成方案を示したビームフォーミング状態図である。

【図8】本発明の実施形態によって集積構造内のＮポートパターン／偏波アンテナとＭ個の配列構造を用いた多重ビームの形成方案を示したビームフォーミング状態図である。

【発明を実施するための形態】

【0021】

本発明の利点及び特徴、またそれを達成するための方法は、添付された図面と共に詳細に後述されている実施形態を参照すれば明確になるであろう。しかし、本発明は、以下に開示される実施形態に限定されるものではなく、異なる多様な形態で具現されるものであり、単に以下の実施形態は、本発明の開示が完全になるようにして、本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者に発明の範疇を完全に知らせるために提供されるものであり、本発明の技術的範囲は請求項の記載によって規定される。

【0022】

本発明の実施形態を説明するにあたって、公知の機能又は構成に関する具体的な説明が本発明の要旨を不明瞭にすると判断された場合、その詳細な説明を省略する。また、後述する用語は、本発明の実施形態での機能に基づいて定義したものであって、ユーザー、運用者の意図、又は判例によって変わり得る。したがって、これらの用語は、本明細書の全体内容に基づいて定義される。

【0023】

本発明の実施形態に係るＮポートパターン／偏波アンテナに基づいて具現し得る移動通信システムは、分散ノードと端末ノードとで構成され得る。かかる分散ノードと端末ノードは、本発明の実施形態に係るＮポートパターン／偏波アンテナ集積構造及び配列構造を用いて通信し得る。分散ノードは、従来のＭＩＭＯシステムよりも略Ｎ倍の集積率を有するパターン／偏波アンテナ配列構造を用いて多数のビームを形成し得、パターン、偏波、位置に関わるチャンネル情報を用いて形成されたビームを運用し得る。端末ノードは、小型のパターン／偏波アンテナ集積構造及び配列構造を用いてチャンネル環境に応じてダイバーシティ利得と多重信号利得を得て通信し得る。

【0024】

本発明の実施形態によってパターン／偏波利得を効果的に得られるＮポートパターン／偏波アンテナは、Ｎ個以上の球状ベクトル波モードを用い得る放射パターンで構成されたアンテナでなければならない。

【0025】

球状ベクトル波モードＡ_α（θ，φ）の次数αはα＝２（ｎ（ｎ＋１）−１＋（−１）^ｓｍ）＋τで求められ、これをＡ_α（θ，φ）＝Ａ_τσｍｎのように示し得る。ここで、ｎは正の整数を示す係数であり、ｍはｎに応じて定まる係数であり、Ａ_τσｍｎは既存の球状ベクトル波である。

【0026】

球状ベクトル波モードは、ｎの値が変わると、その特性が大きく変わる傾向にあり、ループアンテナのようなＴＭ（Ｔｒａｎｓｖｅｒｓｅ Ｍａｇｎｅｔｉｃ）モードに対しては偶数モードで示され、ダイポールアンテナのようなＴＥ（Ｔｒａｎｓｖｅｒｓｅ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ）モードに対しては奇数モードで示される。小型アンテナの有する放射パターンは、低い次数αの球状ベクトル波モードで大きい係数Ｃ_αを有する自然的な特性を有する。よって、Ｎポートアンテナを通じてパターン／偏波利得を効果的に得るためには、Ｎ以上の次数αの球状ベクトル波モードを用いなければならない。

【0027】

数式２は、１〜１６モードのとき、球状ベクトル波が原点中心に９０°又は１８０°の値に回転されることによる特性を示している。これは、球状ベクトル波モードが回転されることで、別の球状ベクトル波モードに変換されるか、又は位相が変わることを示す。

【数2】

ここで、Ａ_τσｍｎは既存の球状ベクトル波と同じく、Ａ′_τσｍｎは９０°回転された球状ベクトル波と同じく、Ａ″_τσｍｎは１８０°回転された球状ベクトル波と同じく、偶数モードと奇数モードに対してそれぞれσ＝ｅ，σ＝ｏのように示す。

【0028】

従来のパターン／偏波アンテナは、各単位アンテナの有する放射パターンの直交性を保持するために各単位アンテナが相異なる球状ベクトル波モードで放射するように設計された。しかし、数式２を通じて多数の球状ベクトル波モードで放射する単位アンテナが相異なる方向を有するように集積するため、同じ種類の単位アンテナを用いて放射パターンの直交性を保持するＮポートパターン／偏波アンテナを設計し得ることが分かる。よって、優先的に小さい空間に集積し得、放射パターンの直交性を保持しつつ、集積の容易な小型単位アンテナ設計が必要である。かかる単位アンテナ設計は、チャンネル環境及び与えられるアンテナ空間に依存する。しかし、幾つの単位アンテナでＮポートパターン／偏波アンテナを設計するかによって、以下のように示すことができる。

【0029】

図１は、本発明の実施形態に係るＮポートパターン／偏波アンテナにおける単一単位アンテナの放射パターン球状ベクトル波モード分析図である。

【0030】

単一単位アンテナを用いてＮポートパターン／偏波アンテナを構成する場合、数式２のような性質を用いて放射パターンの直交性を保持するために、単位アンテナは偶数モードと奇数モードに均等に分布される放射パターンを有する特徴を有しなければならない。奇数モードの係数値と偶数モードの係数値との相関関係を用いてＮ個の単位アンテナが相異なる方向を向くように集積するため、小さな相関度を有するＮポートアンテナを構成し得る。

【0031】

図２Ａ及び図２Ｂは、本発明の実施形態に係るＮポートパターン／偏波アンテナにおける２種の単位アンテナの放射パターン球状ベクトル波モード分析図であって、図２ＡのＣ^１_αは種類１の単位アンテナであり、図２ＢのＣ^２_αは種類２の単位アンテナである。

【0032】

２種の単位アンテナでＮポートパターン／偏波アンテナを構成する場合、単位アンテナは電場単位アンテナと磁場単位アンテナとに分けることができる。電場アンテナは偶数モードに分布する放射パターンを有するアンテナであり、磁場アンテナは奇数モードに分布する放射パターンを有するアンテナである。かかる電場単位アンテナと磁場単位アンテナとが異なる方向を向くように集積するため、小さな相関度を有するＮポートアンテナを構成し得る。

【0033】

図３Ａ、図３Ｂ及び図３Ｃは、本発明の実施形態に係るＮポートパターン／偏波アンテナにおける多重の単位アンテナの放射パターン球状ベクトル波モード分析図であって、図３ＡのＣ^１_αは種類１の単位アンテナであり、図３ＢのＣ^２_αは種類２の単位アンテナであり、図３ＣのＣ^３_αは種類３の単位アンテナである。

【0034】

多重の単位アンテナを用いてＮポートパターン／偏波アンテナを設計する場合、モードの次数に比例して放射パターンの指向性が高くなる傾向にある。これを用いて広いビーム幅を有する放射パターンを有する単位アンテナと一定の方向に高い指向性の放射パターンを有する単位アンテナとが隣接して集積するため、放射パターンが重なる構造であるにも拘らず、放射パターンの相関度の低いパターン／偏波アンテナを構成し得る。図３Ａ、図３Ｂ及び図３Ｃの例示の如く、３種の単位アンテナを用いてＮポートパターン／偏波アンテナを説明するとき、ｎが１日である場合、アンテナはモード１からモード６まで用い、ｎが２日である場合、アンテナはモード７からモード１６まで用い、ｎが３日である場合、アンテナはモード１７からモード３２まで用いることができる。ここで、単位アンテナＣ^２_αは単位アンテナＣ^１_αよりもビーム幅が更に狭く、単位アンテナＣ^３_αは単位アンテナＣ^２_αよりもビーム幅が更に狭い。

【0035】

図４は、本発明の実施形態に係るＮポートパターン／偏波アンテナ装置の４−ポート平面アンテナで具現した例である。

【0036】

それに示したように、実施形態によれば、基板１０１上に偶数モードに分布する放射パターンを有する電場アンテナ１０３、１０５と、奇数モードに分布する放射パターンを有する磁場アンテナ１０７、１０９とが相異なる方向を向くように集積し得る。実施形態によって、電場アンテナ１０３、１０５はパッチアンテナで具現し、磁場アンテナ１０７、１０９はスロットアンテナで具現し得る。

【0037】

図５Ａ及び図５Ｂは、本発明の実施形態に係るＮポートパターン／偏波アンテナ装置の１６−ポートアンテナで具現した例であって、図５Ａは幾つかの四角形平面アンテナ２０１を配列して多面体アンテナ２０３で具現した例であり、図５Ｂは平面アンテナ２０１の背面に形成されたアンテナを示したものである。

【0038】

それに示したように、実施形態によれば、複数個が配列され、多面体アンテナ２０３を構成する四角形平面アンテナ２０１は多種の単位アンテナ２０５、２０７、２０９、２１１が前面又は背面に形成され得る。例えば、スロット形態の単位アンテナ２０５は帯状の単位アンテナ２０７よりも更に広いビーム幅を有する放射パターンを有し、これに隣接した帯状の単位アンテナ２０７はスロット形状の単位アンテナ２０５よりも一定の方向に更に高い指向性の放射パターンを有し得る。

【0039】

ここで、図５Ａには、幾つかの四角形平面アンテナ２０１を左右方向に配列して多面体アンテナ２０３を具現した場合を例示したが、これらの四角形平面アンテナ２０１を上下方向や対角線方向などのように異なる方向に配列して多面体アンテナ２０３を具現することもできる。

【0040】

本発明の実施形態に係るＮポートパターン／偏波アンテナは、与えられたチャンネル環境及び通信システムに応じて配列構造に拡張し得る。Ｎポートパターン／偏波アンテナの配列構造は以下のような特徴を有する。２次元又は３次元の形態を有するＮポートパターン／偏波アンテナを一定の間隔をあけて１次元、２次元及び３次元に拡張し得る。方位角（ａｚｉｍｕｔｈ）の角度だけでなく、高度（ｅｌｅｖａｔｉｏｎ）の角度に関する特徴を含むチャンネル環境に応じてＮポートパターン／偏波アンテナ及び配列構造の形態が決定される。よって、従来のＭＩＭＯが効果的に得られない利得を、多様な放射パターンで構成されたアンテナ配列構造によって得られる。特に３次元に拡張されたＮ次元パターン／偏波アンテナが拡張された形態の配列構造はｘ、ｙ、ｚ方向に何れも分散及び反射が多く起こる環境に適合しており、与えられたアンテナ空間に比べた上界値に近い高い伝送容量が得られる。

【0041】

本発明の実施形態によれば、Ｎポートパターン／偏波アンテナで構成された集積構造を用いてビームを形成し得る。そのための集積構造は、Ｎポートパターン／偏波アンテナで構成され、Ｎポートパターン／偏波アンテナは相互間の距離が半波長以下である。相互間の物理的な距離が半波長以下であるものの、アンテナごとにパターン／偏波特性が異なるため、互いに異なるチャンネル特性を示すようになる。よって、１つの集積構造内に位置したＮポートパターン／偏波を用いてビームを形成して信号を送受信し得る。

【0042】

先ず、１つの集積構造内に位置したＮポートパターン／偏波アンテナを何れも用いてビームを形成し得る。集積構造内に位置したＮポートアンテナは数式３のようになる。

【数3】

ここで、１〜ＮはＮポートアンテナをそれぞれ示し、Ｎは任意の自然数である。

【0043】

図６は、本発明の実施形態によって集積構造内のＮポートパターン／偏波アンテナを用いた単一ビームの形成方案を示したビームフォーミング状態図である。

【0044】

それに示したように、Ｎポートパターン／偏波アンテナを何れも用いて１つのビームフォーミング重み付け設定値（ｂｅａｍ ｆｏｒｍｉｎｇ ｗｅｉｇｈｔｓｅｔ）を適用することで、１つのビームを作ることができる。これは数式４のようになる。

【数4】

ここで、Ｗ_ｎはｎ番目のアンテナａ_ｎに該当するビームフォーミング重み付けを示す。

【0045】

図７は、本発明の実施形態によって集積構造内のＮポートパターン／偏波アンテナのビームフォーミング重み付け設定値を用いた多重ビームの形成方案を示したビームフォーミング状態図である。

【0046】

それに示したように、ビームフォーミング重み付け設定値を複数形成した後、重ね合わせの原理（ｓｕｐｅｒｐｏｓｉｔｉｏｎ）を通じて、Ｎポートパターン／偏波アンテナを何れも用いつつ、複数個のビームを形成し得る。これは数式５のようになる。

【数5】

ここで、Ｗ_ｋはｋ番目のビームフォーミング重み付け設定値を示す。また、Ｗ_ｋ，ｎはｋ番目のビームフォーミング重み付け設定値のうちアンテナａ_ｎに該当するビームフォーミング重み付けを示す。

【0047】

本発明の実施形態によれば、１つの集積構造内に位置したＮポートパターン／偏波アンテナのうち一部を選択してビームを形成し得る。このとき、チャンネル状況に応じて選択する場合、パターン／偏波アンテナ特性を考慮して選択する場合、通信相手のアンテナ特性を考慮して選択する場合などを何れも含む。ここで、Ｎポートパターン／偏波アンテナのうち一部を選択して１つのビームフォーミング重み付け設定値を適用することで、１つのビームを形成し得る。その他、ビームフォーミング重み付け設定値を複数個形成した後、各設定値ごとに互いに異なるＮポートパターン／偏波アンテナのうち一部を選択して重ね合わせることで、複数個のビームを形成し得る。

【0048】

図８は、本発明の実施形態によって集積構造のＮポートパターン／偏波アンテナとＭ個の配列構造とを用いた多重ビームの形成方案を示したビームフォーミング状態図である。

【0049】

それに示したように、Ｎポートパターン／偏波アンテナで構成された集積構造と、該集積構造がＭ個配列されている配列構造とを用いてビームを形成し得る。Ｎポートパターン／偏波アンテナの集積構造を一定の間隔をあけて配列することで１次元の線形、２次元の平面形、３次元の立体形などの多様な方式の配列構造を何れも含む。

【0050】

集積構造を用いて配列構造を形成するにあたって、配列構造をなす各集積構造は同じ集積構造で構成され得る。つまり、特定な集積構造を１つのモジュールとして、これを一定の間隔で配置した配列構造を指す。

【0051】

各集積構造には、Ｎポートパターン／偏波アンテナが配置されており、Ｍ個の同じ集積構造が特定の形態の配列を成し得る。これは数式６のようになる。

【数6】

ここで、ａ^ｍは配列構造のｍ番目に位置した集積構造ｍを示し、ｍ番目の集積構造ａ^ｍ内に位置したＮポートパターン／偏波アンテナはそれぞれａ_１^ｍ，…，ａ_ｎ^ｍ，…，ａ_Ｎ^ｍで示すことができる。

【0052】

実施形態によって、配列構造をなす各集積構造で同じ特性を有するパターン／偏波アンテナ同士にビームフォーミング群を作ってビームを形成し得る。つまり、（ａ_ｎ）^Ｈ＝［ａ_ｎ^１，…，ａ_ｎ^ｍ，…，ａ_ｎ^Ｍ ］^Ｈのように配列構造をなす集積構造（１〜Ｍ）の各々で同じパターン／偏波特性を有するアンテナｎを選んで１つのビームフォーミングアンテナ群として纏めることができる。よって、同じ特性のパターン／偏波アンテナを用いた総Ｎ個のビームフォーミングアンテナ群を用いたビームを形成し得る。かかる状況下で総Ｎ個のビームフォーミングアンテナ群を何れも用いるビーム形成方案を通じて集積構造のＮポートパターン／偏波アンテナとＭ個の配列構造を何れも用いたビームを形成し得る。これは数式７のようになる。

【数7】

ここで、Ｂ_ｎは各集積構造でｎ番目のパターン／偏波アンテナを用いて形成したビームを示し、ａ_ｎは各集積構造でｎ番目のパターン／偏波アンテナからなるビームフォーミングアンテナ群を示し、ａ_ｎ＝［ａ_ｎ^１，…，ａ_ｎ^ｍ，…，ａ_ｎ^Ｍ ］^Ｈである。また、Ｖ_ｎはｎ番目のビームフォーミングアンテナ群に該当するビームフォーミング重み付けベクトルを示し、Ｖ_ｎ^ｍはｍ番目の配列構造のｎ番目のパターン／偏波アンテナに該当するビームフォーミング重み付けである。

【0053】

本発明の実施形態によれば、ビームフォーミングアンテナ群［ａ_ｎ^１，…，ａ_ｎ^ｍ，…，ａ_ｎ^Ｍ］のうち一部のアンテナのみを用いてビームを形成する場合と総Ｎ個のビームフォーミング群のうち一部の群のみを用いてビームを形成する場合、又はその両方の場合が複合されて、ビームフォーミング群のうち一部の群のみを用いつつ、当該群のうち一部のアンテナのみを用いてビームを形成し得る。

【0054】

各集積構造ではＮポートパターン／偏波アンテナが配置されており、Ｍ個の同じ集積構造が特定の形態の配列構造を成している。ここで、上述の［ａ_ｎ^１，…，ａ_ｎ^ｍ，…，ａ_ｎ^Ｍ］のように同じ特性のパターン／偏波アンテナをビームフォーミングアンテナ群として設定する場合だけでなく、互いに異なる特性のパターン／偏波アンテナをビームフォーミング群として設定してビームを形成し得る。例えば、［ａ_ｎ^１，…，ａ_ｐ^ｍ，…，ａ_ｎ^Ｍ］のように１つのアンテナをｐ番目のパターン／偏波アンテナに変更してビームフォーミング群を設定するか、［ａ_ｐ^１，…，ａ_ｑ^ｍ，…，ａ_ｒ^Ｍ］のように多様なパターン／偏波アンテナをビームフォーミング群として設定してビームを形成し得る。

【0055】

本発明の実施形態によれば、互いに異なる特性を有する多様なパターン／偏波アンテナをビームフォーミング群として設定してビームを形成するとき、配列構造をなす全てのＭ個の集積構造とその集積構造をなすＮポートパターン／偏波アンテナを何れも用いてビームを形成し得る。

【0056】

配列構造をなす各集積構造は互いに異なる形態を有し得る。例えば、ｎ番目の集積構造は総Ｎ個のパターン／偏波アンテナからなるか、Ｎ’番目の集積構造は総Ｎ’個のパターン／偏波アンテナからなり得る。Ｎ個のパターン／偏波アンテナとＮ’個のパターン／偏波アンテナは一方が他方の部分集合となる場合、一部のアンテナのみを積集合として有する場合、全く異なるパターン／偏波アンテナからなる場合などの全ての場合を含む。

【0057】

以上の説明は本発明の技術思想を例示的に説明したものに過ぎないので、本発明の属する技術分野における通常の知識を有する者であれば、本発明の本質的な特性で逸脱しない範囲内で多様な修正及び変形が可能であろう。従って、本発明に開示された実施形態は本発明の技術思想を限定するためのものでなく、単に説明の便宜のためであり、この実施形態によって、本発明の技術思想の範囲が限定されない。従って、本発明の保護範囲は別紙の特許請求の範囲によって解釈されなければならないし、それと同等な範囲内である全ての技術思想は本発明の権利範囲に含まれると理解されなければならない。

【図1】

【図2a】

【図2b】

【図3a】

【図3b】

【図3c】

【図4】

【図5a】

【図5b】

【図6】

【図7】

【図8】