特開 2023-146256 アレイアンテナ装置、アレイアンテナ装置の制御方法及びプログラム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023146256

(43)【公開日】2023-10-12

(54)【発明の名称】アレイアンテナ装置、アレイアンテナ装置の制御方法及びプログラム

(51)【国際特許分類】

   H04B 7/06 20060101AFI20231004BHJP

   H04B 7/08 20060101ALI20231004BHJP

   H01Q 3/36 20060101ALI20231004BHJP

   H01Q 21/08 20060101ALI20231004BHJP

【ＦＩ】

H04B7/06 150

H04B7/08 420

H01Q3/36

H01Q21/08

【審査請求】未請求

【請求項の数】8

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022053353

(22)【出願日】2022-03-29

(71)【出願人】

【識別番号】301072650

【氏名又は名称】ＮＥＣスペーステクノロジー株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100103894

【弁理士】

【氏名又は名称】家入 健

(72)【発明者】

【氏名】笹村 謙

【テーマコード（参考）】

5J021

【Ｆターム（参考）】

5J021AA04

5J021AA05

5J021AA07

5J021AA11

5J021FA06

5J021FA32

5J021GA02

5J021HA05

(57)【要約】

【課題】アレイアンテナ装置の位相オフセットに起因する信号品質の劣化の影響を低減する。
【解決手段】実施形態に係るアレイアンテナ装置１０は、アンテナ素子ａ１～ａ４と移相器ｐ１～ｐ４とをそれぞれ含む複数のアレイ部を備え、指向方向が調整可能なアレイアンテナ装置であって、アレイアンテナ装置によって送受信する全体ビーム情報に基づき、各アンテナ素子によって送受信する個別ビームの位相を制御するための位相制御情報を、各アンテナに対応する移相器にそれぞれ出力するビーム制御部１１と、位相制御情報に基づき、位相オフセットしている移相器を特定する第１特定部１２と、位相オフセットしている移相器から発生する信号の第１シンボルずれを考慮して変調又は復調を行う信号処理部１３とを備える。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

アンテナ素子と移相器とをそれぞれ含む複数のアレイ部を備え、指向方向が調整可能なアレイアンテナ装置であって、
前記アレイアンテナ装置によって送受信する全体ビーム情報に基づき、各アンテナ素子によって送受信する個別ビームの位相を制御するための位相制御情報を、各アンテナに対応する移相器にそれぞれ出力するビーム制御部と、
前記位相制御情報に基づき、位相オフセットしている移相器を特定する第１特定部と、
特定された位相オフセットしている移相器から発生する信号の第１シンボルずれを考慮して変調又は復調を行う信号処理部と、
を備える、
アレイアンテナ装置。

【請求項2】

通信相手のアレイアンテナ装置が送受信するビームの指向方向の角度に基づき、該通信相手における位相オフセットしている移相器を特定する第２特定部をさらに備え、
前記信号処理部は、前記通信相手の位相オフセットしている移相器から発生する信号の第２シンボルずれをさらに考慮して変調又は復調を行う、
請求項１に記載のアレイアンテナ装置。

【請求項3】

前記第２特定部は、通信相手のアレイアンテナ装置から出力されるパイロット信号に基づいて、該通信相手のアレイアンテナ装置のビームの指向方向の角度を特定し、通信相手のアレイアンテナ装置における位相オフセットしている移相器を特定する、
請求項２に記載のアレイアンテナ装置。

【請求項4】

自身が送受信する全体ビームの指向方向の角度を用いて、通信相手のアレイアンテナ装置のビームの指向方向の角度を計算する演算部をさらに備え、
前記第２特定部は、前記演算部において計算された通信相手の角度情報に基づいて、通信相手のアレイアンテナ装置における位相オフセットしている移相器を特定する、
請求項２に記載のアレイアンテナ装置。

【請求項5】

前記信号処理部は、通信相手のアレイアンテナ装置が送受信するビームの第２シンボルずれを取得し、取得した前記第２シンボルずれをさらに考慮して変調又は復調を行う、
請求項１に記載のアレイアンテナ装置。

【請求項6】

前記位相制御情報に対応する位相オフセットの値を記憶する記憶部をさらに備え、
前記第１特定部は、前記記憶部を参照して、位相オフセットしている移相器を特定する、
請求項１に記載のアレイアンテナ装置。

【請求項7】

アンテナ素子と移相器とをそれぞれ含む複数のアレイ部を備え、指向方向が調整可能なアレイアンテナ装置の制御方法であって、
前記アレイアンテナ装置によって送受信する全体ビーム情報に基づき、各アンテナ素子によって送受信する個別ビームの位相を制御するための位相制御情報を、各アンテナに対応する移相器にそれぞれ出力し、
前記位相制御情報に基づき、位相オフセットしている移相器を特定し、
位相オフセットしている移相器から発生する信号のシンボルずれを考慮して変調又は復調を行う、
アレイアンテナ装置の制御方法。

【請求項8】

アンテナ素子と移相器とをそれぞれ含む複数のアレイ部を備え、指向方向が調整可能なアレイアンテナ装置を制御するプログラムであって、
前記アレイアンテナ装置によって送受信する全体ビーム情報に基づき、各アンテナ素子によって送受信する個別ビームの位相を制御するための位相制御情報を、各アンテナに対応する移相器にそれぞれ出力する処理と、
前記位相制御情報に基づき、位相オフセットしている移相器を特定する処理と、
位相オフセットしている移相器から発生する信号のシンボルずれを考慮して変調又は復調を行う処理と、
をコンピュータに実行させる、プログラム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、アレイアンテナ装置、アレイアンテナ装置の制御方法及びプログラムに関する。

【背景技術】

【0002】

周波数帯を有効に利用する技術の１つとして、ビームフォーミングが挙げられる。ビームフォーミングは、指向性を有する電波を放射することで、信号の品質を保ちつつ、他の無線システムなどへの干渉を抑え、所定の通信対象との無線通信を可能にする技術である。

【0003】

ビームフォーミングを実現する代表的な手法として、フェーズドアレイ技術が挙げられる。フェーズドアレイ技術は、送信機において複数のアンテナ素子に給電される無線信号の位相を調整し、各アンテナ素子から放射される電波を空間において合成することによって、所望の方向の信号を強める技術である。

【0004】

特許文献１には、複数のアンテナ素子を含むアレイアンテナを用いて指向性を形成し、他の無線通信装置と無線通信する無線通信装置が開示されている。この無線通信装置は、小型カメラ、画像処理回路、到来角推定回路を備えている。小型カメラでアンテナ平面の正面方向の映像情報を取得し、画像処理装置で取得した映像情報を解析し、到来角推定回路で水平及び垂直方向に関する到来角が推定している。推定した到来角に基づいて複素位相の回転量に関する２π周期の不確定性を排除することで、高精度に複素位相の回転量を推定している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２０１８－１４２９４１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

フェーズドアレイ技術では、受信の際、アンテナ素子毎に受信した無線信号に対して、移相器にて位相差を持たせた上で合成する。また、送信の際には、無線信号を分割し、分割された無線信号毎に移相器で位相差を持たせて各アンテナ素子に供給する。統合前又は分割後の各アンテナ素子の無線信号の位相差の値は、ビーム方向によって決定される。このため、ビーム方向によっては、無線信号に与えるべき位相が３６０°を超える場合もある。

【0007】

しかしながら、移相器によって与えられる位相の範囲は、０～３６０°である。このため、無線信号に与えるべき位相が３６０°を超える場合、当該無線信号に与える位相を３６０°オフセットした値としている。このように位相を３６０°オフセットすると、アンテナ素子間で無線信号の遅延が発生し、信号品質が劣化してしまうという問題がある。

【0008】

本開示の目的は、位相オフセットに起因する信号品質の劣化の影響を低減することが可能なアレイアンテナ装置及びアレイアンテナ装置の制御方法を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0009】

一態様に係るアレイアンテナ装置は、アンテナ素子と移相器とをそれぞれ含む複数のアレイ部を備え、指向方向が調整可能なアレイアンテナ装置であって、前記アレイアンテナ装置によって送受信する全体ビーム情報に基づき、各アンテナ素子によって送受信する個別ビームの位相を制御するための位相制御情報を、各アンテナに対応する移相器にそれぞれ出力する、ビーム制御部と、前記位相制御情報に基づき、位相オフセットしている移相器を特定する特定部と、位相オフセットしている移相器から発生する信号のシンボルずれを考慮して変調又は復調を行う信号処理部と、を備えるものである。

【0010】

一態様に係るアレイアンテナ装置の制御方法は、アンテナ素子と移相器とをそれぞれ含む複数のアレイ部を備え、指向方向が調整可能なアレイアンテナ装置の制御方法であって、前記アレイアンテナ装置によって送受信する全体ビーム情報に基づき、各アンテナ素子によって送受信する個別ビームの位相を制御するための位相制御情報を、各アンテナに対応する移相器にそれぞれ出力し、前記位相制御情報に基づき、位相オフセットしている移相器を特定し、位相オフセットしている移相器から発生する信号のシンボルずれを考慮して変調又は復調を行う。

【0011】

一態様に係るプログラムは、アンテナ素子と移相器とをそれぞれ含む複数のアレイ部を備え、指向方向が調整可能なアレイアンテナ装置を制御するプログラムであって、前記アレイアンテナ装置によって送受信する全体ビーム情報に基づき、各アンテナ素子によって送受信する個別ビームの位相を制御するための位相制御情報を、各アンテナに対応する移相器にそれぞれ出力する処理と、前記位相制御情報に基づき、位相オフセットしている移相器を特定する処理と、位相オフセットしている移相器から発生する信号のシンボルずれを考慮して変調又は復調を行う処理とをコンピュータに実行させるものである。

【発明の効果】

【0012】

上記態様によれば、位相オフセットに起因する信号品質の劣化の影響を低減することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】実施形態１に係るアレイアンテナ装置の構成を示す図である。

【図2】実施形態１に係るアレイアンテナ装置の制御方法を示すフロー図である。

【図3】実施形態２に係るアレイアンテナ装置の構成を示す図である。

【図4】図３の信号処理部の構成の一例を示す図である。

【図5】図３の信号処理部の構成の他の例を示す図である。

【図6】実施形態２に係るアレイアンテナ装置の変形例を示す図である。

【図7】実施形態３に係るアレイアンテナ装置の構成を示す図である。

【図8】実施形態３に係るアレイアンテナ装置の変形例を示す図である。

【図9】人工衛星と地上局とが通信を行う例を示す図である。

【図10】関連技術の問題点を説明する図である。

【図11】関連技術における、各アンテナ素子から放射される個別ビームと、これらを合成した全体ビームの波形を簡素化して表したイメージ図である。

【発明を実施するための形態】

【0014】

以下では、本開示の実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。各図面において、同一又は対応する要素には同一の符号が付されており、説明の明確化のため、必要に応じて重複説明は省略される。

【0015】

実施形態は、アンテナ素子と移相器とをそれぞれ含む複数のアレイ部を備え、指向方向が調整可能なアレイアンテナ装置に関する。このようなアレイアンテナ装置では、等間隔で配置された複数のアンテナ素子によって送受信される各信号に所定の位相差をつけることで、各信号が任意の方向で高めあう強度を指定できる。以下、アレイアンテナ装置によって放射するビームを全体ビーム、複数のアンテナ素子のそれぞれによって放射するビームを個別ビームと呼ぶ場合がある。

【0016】

まず、図１０を参照して、関連技術の問題点について説明する。図１０に示す例では、アンテナ素子ａ１～ａ４が等しい間隔ｄで配置されているものとする。アンテナ素子ａ１～ａ４には、それぞれ移相器ｐ１～ｐ４が接続されている。移相器ｐ１～ｐ４の位相制御量は、０°～３６０°の範囲内において任意の値に設定される。移相器ｐ１～ｐ４は、アンテナ素子ａ１～ａ４ごとに徐々に信号を遅延して、各アンテナ素子から出る信号の位相をそろえる。これにより、アレイアンテナ装置は、所定の放射方向で信号が高めあう、指向性のあるビームを放射することができる。

【0017】

アレイアンテナ装置の正面方向とビームの放射方向との間の角度をθ（以下、ビーム放射方向θとよぶ）とする。隣接するアンテナ素子から出力される信号の位相差Δφは、２πｄ／λ×ｓｉｎθで表される。例えば、アンテナ間隔ｄがλ／２（λは波長）であるときに、ビーム放射方向θを６０°にする場合、位相調整部ｐ１～ｐ４は、アンテナ素子ａ１からアンテナ素子ａ４に向かうにつれて、各アンテナから出力される信号の位相を約１５５．９°ずつ遅延する。

【0018】

ここで、アンテナ素子の数が多くなると、信号に与える位相の遅延量が３６０°を超えてしまうことがある。図１０のアンテナ素子ａ４では、約１５５．９°の３倍の約４６７．７°の遅延量となる。しかしながら、移相器ｐ１～ｐ４は０～３６０°の位相しか与えることができないため、アンテナ素子ａ４から放射する個別ビームへの遅延量は、３６０°オフセットして約１０７．７°とされる。

【0019】

この場合、アンテナ素子ａ４から放射する個別ビームの遅延量が２π分足りないため、１／ｆｃ（ｆｃはキャリア周波数）分だけ早く出力されることとなる。図１１に、各アンテナ素子ａ１～ａ４から出力される信号と、これらを合成した信号の波形を示す。図１１は、位相の遅延がどのように信号に影響するかを説明するために、信号の変化を簡素化して表したイメージ図である。図１１に示すように、全体ビームは各アンテナ素子ａ１～ａ４の個別ビームの合成波であるため、ずれた個別ビームが重ね合わさった結果、全体ビームの波形が変わってしまう。

【0020】

通常、シンボル長毎の信号の状態でデータの判定が行われる。データ判定のためのサンプリングタイミングは、信号軌跡（アイパターン）が一番開いている時刻とされる。上述のように、位相オフセットに起因して信号の波形が変化するとアイパターンが変形し、ビットエラーレートに影響を及ぼす。キャリア周波数に対してシンボルを変化させる周波数が高いとシンボルレートが高くなり、アイパターンの劣化によるビットエラーの発生がより顕著になる。また、信号伝送容量を増やすためにシンボルを変化させる周波数を高くすると、上記の問題が発生するジレンマになる。そこで、本発明者は、以下の構成を考案した。

【0021】

＜実施形態１＞
図１は、実施形態１に係るアレイアンテナ装置の構成を示す図である。図１に示すように、アレイアンテナ装置１０は、アンテナ素子と移相器とをそれぞれ含む複数のアレイ部を備え、指向方向が調整可能なアレイアンテナ装置ある。図１では、アレイアンテナ装置１０で実現される論理的な機能ブロックが示されている。

【0022】

アレイアンテナ装置１０は、ビーム制御部１１、第１特定部１２、信号処理部１３を含む。ビーム制御部１１は、アレイアンテナ装置によって送受信する全体ビーム情報に基づき、各アンテナ素子によって送受信する個別ビームの位相を制御するための位相制御情報を、各アンテナに対応する移相器にそれぞれ出力する。第１特定部１２は、位相制御情報に基づき、位相オフセットしている移相器を特定する。信号処理部１３は、位相オフセットしている移相器から発生する信号のシンボルずれを考慮して変調又は復調を行う。

【0023】

図２は、実施形態１に係るアレイアンテナ装置１０の制御方法を示すフロー図である。図２に示すように、ビーム制御部１１は、アレイアンテナ装置１０によって送受信する全体ビーム情報に基づき、各アンテナ素子によって送受信する個別ビームの位相を制御するための位相制御情報を、各アンテナに対応する移相器にそれぞれ出力する（Ｓ１１）。そして、第１特定部１２は、位相制御情報に基づき、位相オフセットしている移相器を特定する（Ｓ１２）。その後、信号処理部１３は、位相オフセットしている移相器から発生する信号のシンボルずれを考慮して変調又は復調を行う（Ｓ１３）。

【0024】

このように実施形態１によれば、ビームフォーミングを行うアレイアンテナ装置において、ビームの位相制御情報から、位相オフセットに起因して発生する信号のずれを特定して、シンボルずれを考慮して変調又は復調することができる。これにより、信号品質の劣化によるビットエラーの発生を低減することが可能となる。

【0025】

＜実施形態２＞
実施形態２は、上述した実施形態１の具体例である。図３は、実施形態２に係るアレイアンテナ装置の構成を示す図である。図３では、アレイアンテナ装置１０を構成する構成要素の他、アレイアンテナ装置１０で実現される論理的な機能ブロックが示されている。図３に示す例では、アンテナ素子ａ１～ａ４がそれぞれ移相器ｐ１～ｐ４と接続された４つのアレイ部が設けられている。

【0026】

図３に示すように、実施形態２のアレイアンテナ装置１０は、ビーム制御部１１、第１特定部１２、信号処理部１３、ＲＦ（Radio Frequency）処理部１４を含む。ここでは、各アンテナ素子ａ１～ａ４でビームを受信し、受信したビームを合成して復調する受信系の例について説明する。

【0027】

アンテナ素子ａ１～ａ４は、空間から電波を受信し、当該電波を電気信号に変換する。なお、アンテナ素子ａ１～ａ４はそれぞれ低雑音増幅器等の増幅器を含んでいてもよい。アンテナ素子ａ１～ａ４は、それぞれ対応する移相器ｐ１～ｐ４に信号を送信する。

【0028】

移相器ｐ１～ｐ４は、後述するビーム制御部１１から送信される位相制御情報に従って、それぞれ受信した信号の位相を位相制御情報が指定する位相値に設定する。すなわち、移相器ｐ１～ｐ４は、対応するアンテナ素子ａ１～ａ４からの信号に所定の位相差を持たせる。移相器ｐ１～ｐ４としては、０～３６０°の位相を制御できる一般的な移相器を用いることができる。指定の位相値に設定された信号は、図示しない合波部により合波され、合波された信号はＲＦ処理部１４に送信される。

【0029】

ＲＦ処理部１４は、位相差を持たせたＲＦ信号のＩＦ（Intermediate Frequency）信号への周波数変換、フィルタリングによる不要波除去等のアナログ処理を行って、処理後の信号を信号処理部１３に送信する。

【0030】

ビーム制御部１１は、上述の位相制御情報を生成し、各移相器ｐ１～ｐ４にそれぞれ送信する。また、ビーム制御部１１は、第１特定部１２に位相制御情報を送信する。ここで、位相制御情報とは、受信する全体ビームの方向に合わせて、各アンテナ素子ａ１～ａ４によって受信する個別ビームの位相を制御するための情報である。

【0031】

第１特定部１２は、位相制御情報に基づいて、位相オフセットしている移相器を特定し、位相オフセット情報を出力する。位相オフセット情報は、位相オフセットがどの程度発生しているかを示すものである。具体的には、第１特定部１２は、アンテナのビーム方向の設定から、各移相器ｐ１～ｐ４の位相の設定を計算し、３６０°オフセットしている移相器の数を特定することができる。

【0032】

なお、ビーム制御部１１において、各アンテナ素子に対して設定する位相を決めた段階でオフセットする移相器は明らかになるため、別途位相器を特定する処理を行う必要はない。このため、第１特定部１２は、ビーム制御部１１の構成の一部であり得る。

【0033】

信号処理部１３は、位相オフセット情報に基づいて、位相オフセットしている移相器から発生する信号のシンボルずれを考慮して復調を行う。具体的には、信号処理部１３は、アンテナのビーム方向の設定と１つ前のシンボルの状態を用いて、搬送波周波数を考慮し、位相オフセットした信号がいくつどの程度重なるかを計算する。これにより、合成波がどのような波形になるかがわかり、信号が本来の位置からどのようにずれるかを計算することができる。そして、信号処理部１３は、計算された合成波に基づき、判定基準を変更するか、信号を変形することで、ビットの状態を判定することができる。

【0034】

なお、ビーム制御部１１、第１特定部１２、信号処理部１３は、例えば、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）、ＧＰＵ（Graphics Processing Unit）、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）のような１つのデジタルＩＣであってもよいし、各種能動素子を含むアナログＩＣであってもよい。

【0035】

ここで、図４を参照して、信号処理部１３の例について説明する。図４は、受信系の信号処理部１３の構成を示す図である。図４に示す例では、信号処理部１３は、信号補正計算部３０、ＡＤＣ３１、可変増幅器３２、復調部３３を含む。ＡＤＣ３１は、ＲＦ処理部１４から受信信号（アナログ信号）をデジタル信号に変換して、可変増幅器３２に出力する。なお、受信信号とは、後述の復調部３３において復調される信号であり、アレイアンテナ装置１０に対して復調可能な電波形式で変調され送信された信号である。

【0036】

可変増幅器３２は、デジタル信号のレベルを調整して復調部３３に出力する。復調部３３は、デジタル信号の復調を行い、受信信号のデータ列が生成される。ここで、信号補正計算部３０は、１つ前の信号（受信信号データ列）と位相オフセット情報とに基づいて信号補正を行う。なお、信号補正計算部３０は、１つ前の信号（受信信号データ列）よりも前の信号を用いて信号補正を行ってもよい。ここでは、可変増幅器３２による信号のレベル調整を変更して、信号を変形する。なお、図４に示す例では、可変増幅器３２はデジタル側で上記の信号補正処理を行っているが、アナログ側で信号補正処理を行ってもよい。

【0037】

実施形態２にかかるアレイアンテナ装置１０の制御方法では、まず、ビーム制御部１１が各移相器ｐ１～ｐ４に位相制御情報を送信し、特定方向からの受信をするための移相器ｐ１～ｐ４の設定が行われる。そして、第１特定部１２が、位相制御情報に基づき、位相オフセットしている移相器を特定し、どの程度位相オフセットが発生するかを計算した位相オフセット情報を生成する。第１特定部１２は、位相オフセット情報を信号処理部１３へ送信する。

【0038】

また、アンテナ素子ａ１～ａ４で受信された受信信号は、ＲＦ処理部１４で所定処理が行われた後に、信号処理部１３に入力される。信号処理部１３は、位相オフセット情報に基づいて、受信信号のずれに対して処理を行い、シンボルずれを考慮して復調する。これにより、位相オフセットを含む信号の合成による、合成波のずれの影響を抑えることができる。

【0039】

なお、アレイアンテナ装置１０は、送信信号を変調し、各アンテナ素子ａ１～ａ４へそれぞれ分配してビームを出力する送信系であってもよい。図５は、送信系の信号処理部１３の構成例を説明する図である。図５に示す例では、信号処理部１３は、信号補正計算部３０、変調器３４、可変増幅器３５、ＤＡＣ３６を含む。送信信号は、後述の変調器３４において、通信相手が復調可能な電波形式で変調され送信される信号である。

【0040】

図５に示す例では、信号補正計算部３０は、１つ後の信号（送信信号データ列）と位相オフセット情報とに基づいて、信号補正を行う。ここでは、可変増幅器３５による信号のレベル調整を変更して、信号を変形する。ＤＡＣ３６は、可変増幅器３５によりレベルが補正された送信信号（アナログ信号）をデジタル信号に変換する。これにより、送信信号を送信する際の、位相オフセットの影響を抑制することができる。

【0041】

図６は、実施形態２に係るアレイアンテナ装置１０の変形例を示す図である。図６に示すように、アレイアンテナ装置１０は、図３の構成に加えて、メモリ１５をさらに含む。メモリ１５には、各移相器ｐ１～ｐ４の位相の設定を表す位相制御情報と、位相オフセットがどの程度発生しているかを示す位相オフセット情報とが対応付けて格納されている。第１特定部１２は、ビーム制御部１１から位相制御情報を受信すると、メモリ１５から受信した位相制御情報に対応するオフセット情報読み出すことができる。

【0042】

なお、上述の例は、デジタル信号のレベルを補正したが、位相の補正を行って信号を変形してもよい。また、アレイアンテナ装置１０のビーム方向の設定と前又は後の信号とにより信号のずれ量を計算して、判定基準を変更してビットの状態を判定してもよい。

【0043】

＜実施形態３＞
実施形態３は、アレイアンテナ装置１０の通信相手もまたフェーズドアレイである例である。図７は、実施形態３に係るアレイアンテナ装置の構成を示す図である。なお、上述の例と同一の構成要素には同一の符号を付し、説明を省略する。図７に示すように、実施形態３のアレイアンテナ装置１０は、図３の構成に加えて、第２特定部１６をさらに備えている。

【0044】

アレイアンテナ装置１０と通信相手のアレイアンテナ装置は、変復調波を送受する前に、既知の信号を事前に互いにやり取りすることで互いの角度設定を確認し、ビームを放射する指向方向、ビームを受信する指向方向を補正する。実施形態３では、通信相手のアレイアンテナ装置の角度設定を利用して、受信信号に含まれる通信相手の位相オフセットの影響を抑制する。

【0045】

ここでは、各アンテナ素子ａ１～ａ４でビームを受信し、受信したビームを合成して復調する受信系の例について説明する。第２特定部１６は、通信相手のアレイアンテナ装置が送受信するビームの指向方向の角度に基づき、該通信相手における位相オフセットしている移相器を特定し、通信相手位相オフセット情報を信号処理部１３に出力する。

【0046】

第２特定部１６には、例えば、通信相手が発したパイロット信号が入力される。パイロット信号は、通信相手が出力するビームの到来方向又は、アレイアンテナ装置１０から見た通信相手が存在する存在方向を示す方向信号である。第２特定部１６は、通信相手のアレイアンテナ装置から出力されるパイロット信号に基づいて、該通信相手のアレイアンテナ装置のビームの指向方向の角度を特定することができる。これにより、第２特定部１６は、通信相手のアレイアンテナ装置における位相オフセットしている移相器を特定することができる。

【0047】

信号処理部１３は、上述した第１特定部１２で特定された位相オフセットしている移相器から発生する信号の第１シンボルずれに加えて、通信相手の位相オフセットしている移相器から発生する信号の第２シンボルずれをさらに考慮して変調又は復調を行う。なお、信号処理部１３による信号処理には、例えば図４で示した例が適用可能である。このように、実施形態３によれば、通信相手の角度に基づき、通信相手のアレイアンテナ装置内の位相オフセット値を特定して、合成波のずれを考慮して復調を行うことができる。これにより、位相オフセットによる信号のずれの影響をさらに抑制することが可能となる。

【0048】

なお、アレイアンテナ装置１０と通信相手のアレイアンテナ装置との間でやり取りする既知の信号には、パイロット信号に限定されるものではない。通信相手のアレイアンテナ装置がアレイアンテナ装置１０と同様の構成を備えている場合には、通信相手は自身の位相オフセット情報や、信号のずれ量をアレイアンテナ装置１０に送信することも可能である。

【0049】

また、アレイアンテナ装置１０は、自身の角度設定から、通信相手のビームの指向方向の角度を特定することも可能である。図８は、実施形態３に係るアレイアンテナ装置の変形例を示す図である。また、図９は、地球を周回する人工衛星１と地上の無線基地局（以下、地上局２と称する）とが通信を行う例を示す図である。図９では、人工衛星１に図８に示すアレイアンテナ装置１０が搭載されているものとする。

【0050】

まず、図９を参照して、アレイアンテナ装置１０を備える人工衛星１が、地上局２のアレイアンテナ装置と通信するときの角度について説明する。人工衛星１のアレイアンテナ装置１０の正面方向と、人工衛星１と地上局２とを結ぶ線との間の角度をθ１とし、人工衛星１の地上からの高度をｒ０とする。また、地上局２のアレイアンテナ装置の正面方向と人工衛星１と地上局２とを結ぶ線との間の角度をθ２とする。

【0051】

図８に示すように、実施形態４のアレイアンテナ装置１０は、図７の構成に加えて、演算部１７をさらに備えている。演算部１７は、人工衛星１の地上からの高度ｒ０、アレイアンテナ装置１０の送受信するビームの指向方向の角度θ１を用いて、地上局２のアレイアンテナ装置の指向方向の角度θ２を求め、通信相手の角度情報を第２特定部１６に出力する。

【0052】

第２特定部１６には、あらかじめ地上局２のアレイアンテナ装置のアンテナ数、アンテナ間隔等の通信相手のアンテナ情報が与えられる。第２特定部１６は、通信相手のアンテナ情報と角度情報に基づいて、通信相手の位相オフセットしている移相器を特定し、通信相手位相オフセット情報を生成することができる。信号処理部１３は、第１特定部１２からの位相オフセット情報と、第２特定部１６からの通信相手位相オフセット情報とに基づいて、合成波のずれを考慮して復調を行ことができる。

【0053】

なお、上述の機能を実現するプログラムは図示しない記憶装置に格納され得る。記憶装置は、例えばＨＤＤ（Hard Disk Drive）、ＳＳＤ（Solid State Drive）、又はフラッシュメモリ等の不揮発性記憶装置である。記憶装置は、アレイアンテナ装置１０の各機能を実現するプログラムを記憶している。アレイアンテナ装置１０がこのプログラムを実行することで、アレイアンテナ装置１０が備える各機能が実現される。

【0054】

記憶装置は、ＲＡＭ（Random Access Memory）やＲＯＭ（Read Only Memory）等のメモリを含んでいてもよい。アレイアンテナ装置１０は、上記プログラムを実行する際、これらのプログラムをメモリ上に読み出してから実行しても良いし、メモリ上に読み出さずに実行しても良い。また、記憶装置は、アレイアンテナ装置１０が備える構成要素が保持する情報を保持してもよい。すなわち、この記憶装置は、図３の位相制御情報と位相オフセット情報とを対応付けて格納するメモリ１５に対応し得る。また、記憶装置は、信号補正計算部３０が信号補正処理を行うために必要な情報を記憶してもよい。

【0055】

上述の例において、プログラムは、コンピュータに読み込まれた場合に、実施形態で説明された１又はそれ以上の機能をコンピュータに行わせるための命令群（又はソフトウェアコード）を含む。プログラムは、非一時的なコンピュータ可読媒体又は実体のある記憶媒体に格納されてもよい。限定ではなく例として、コンピュータ可読媒体又は実体のある記憶媒体は、random-access memory（RAM）、read-only memory（ROM）、フラッシュメモリ、solid-state drive（SSD）又はその他のメモリ技術、CD-ROM、digital versatile disc（DVD）、Blu-ray（登録商標）ディスク又はその他の光ディスクストレージ、磁気カセット、磁気テープ、磁気ディスクストレージ又はその他の磁気ストレージデバイスを含む。プログラムは、一時的なコンピュータ可読媒体又は通信媒体上で送信されてもよい。限定ではなく例として、一時的なコンピュータ可読媒体又は通信媒体は、電気的、光学的、音響的、またはその他の形式の伝搬信号を含む。

【0056】

なお、本開示は上記実施形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。また、本開示は、それぞれの実施形態を適宜組み合わせて実施されてもよい。

【符号の説明】

【0057】

１ 人工衛星
２ 地上局
１０ アレイアンテナ装置
１１ ビーム制御部
１２ 第１特定部
１３ 信号処理部
１４ ＲＦ処理部
１５ メモリ
１６ 第２特定部
１７ 演算部
３０ 信号補正計算部
３１ ＡＤＣ
３２ 可変増幅器
３３ 復調部
３４ 変調器
３５ 可変増幅器
３６ ＤＡＣ
ａ１～ａ４ アンテナ素子
ｐ１～ｐ４ 移相器

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】