特開 2023-73984 フェーズドアレイで到達角度を測定する方法

(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】P2023073984

(43)【公開日】2023-05-26

(54)【発明の名称】フェーズドアレイで到達角度を測定する方法

(51)【国際特許分類】

   G01S 3/46 20060101AFI20230519BHJP

   H04B 7/08 20060101ALI20230519BHJP

   H01Q 3/26 20060101ALI20230519BHJP

   H01Q 21/06 20060101ALI20230519BHJP

【ＦＩ】

G01S3/46

H04B7/08 800

H04B7/08 422

H01Q3/26 Z

H01Q21/06

【審査請求】有

【請求項の数】16

【出願形態】ＯＬ

【外国語出願】

(21)【出願番号】P 2022176547

(22)【出願日】2022-11-02

(31)【優先権主張番号】63/279,684

(32)【優先日】2021-11-16

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(31)【優先権主張番号】22159863

(32)【優先日】2022-03-03

(33)【優先権主張国・地域又は機関】EP

(71)【出願人】

【識別番号】520307104

【氏名又は名称】稜研科技股▲ふん▼有限公司

【氏名又は名称原語表記】ＴＭＹ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ ＩＮＣ．

(74)【代理人】

【識別番号】100081961

【弁理士】

【氏名又は名称】木内 光春

(74)【代理人】

【識別番号】100112564

【弁理士】

【氏名又は名称】大熊 考一

(74)【代理人】

【識別番号】100163500

【弁理士】

【氏名又は名称】片桐 貞典

(74)【代理人】

【識別番号】230115598

【弁護士】

【氏名又は名称】木内 加奈子

(72)【発明者】

【氏名】郭 ▲シュァン▼宏

【テーマコード（参考）】

5J021

【Ｆターム（参考）】

5J021AA05

5J021AA11

5J021CA06

5J021DB02

5J021DB03

5J021FA06

5J021FA13

5J021FA17

5J021FA26

5J021FA29

5J021FA30

5J021GA02

5J021HA01

5J021HA05

(57)【要約】      （修正有）

【課題】ビームのＡｏＡを測定するためのオンザフライな方法が必要とされる。
【解決手段】本発明はステアリング可能なフェーズドアレイで到達角度（ＡｏＡ）を測定するための方法を対象とする。該方法は、ステアリング可能なフェーズドアレイにより第１のステアリング角及び第２のステアリング角で信号を受信することと（Ｓ２０１）、第１のステアリング角に対応する信号の第１の電力関連情報を取得することと（Ｓ２０３）、第２のステアリング角に対応する信号の第２の電力関連情報を取得することと（Ｓ２０５）、第１の電力関連情報と第２の電力関連情報とに基づき信号のＡｏＡを算出することと（Ｓ２０７）を含むがこれに限定されず、第１のステアリング角は第２のステアリング角と異なり、第１のステアリング角と第２のステアリング角との間の差分絶対値はFNBW/2.未満である。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

ステアリング可能なフェーズドアレイで到達角度（ＡｏＡ）を測定するための方法であって、
前記ステアリング可能なフェーズドアレイにより第１のステアリング角及び第２のステアリング角で信号を受信することと、
前記第１のステアリング角に対応する前記信号の第１の電力関連情報を取得することと、
前記第２のステアリング角に対応する前記信号の第２の電力関連情報を取得することと、
前記第１の電力関連情報と前記第２の電力関連情報とに基づき前記信号のＡｏＡを算出することと
を含み、
前記第１のステアリング角が前記第２のステアリング角と異なり、前記第１のステアリング角と前記第２のステアリング角との間の差分絶対値がFNBW/2未満である、
方法。

【請求項2】

前記ステアリング可能なフェーズドアレイにより前記第１のステアリング角及び前記第２のステアリング角で前記信号を受信するステップが、
第１のタイムスロットにおける前記信号を受信するため、前記ステアリング可能なフェーズドアレイを前記第１のステアリング角へ切り替えることと、
前記第１のタイムスロットの直後の第２のタイムスロットにおける前記信号を受信するため、前記ステアリング可能なフェーズドアレイを前記第２のステアリング角へ切り替えることと
を含む、
請求項１に記載の方法。

【請求項3】

前記ステアリング可能なフェーズドアレイにより前記第１のステアリング角及び前記第２のステアリング角で前記信号を受信するステップが、
第１のタイムスロットに対応するＮ個の信号ストリームを取得するため、前記ステアリング可能なフェーズドアレイ中のＮ個の選択されたアンテナ素子により前記信号を受信することと、
集約した信号上に前記第１のステアリング角をデジタル的に適用するため、前記Ｎ個の信号ストリームを集約する前に前記Ｎ個の信号ストリーム上に第１の組のパラメータを適用することと、
前記集約した信号上に前記第２のステアリング角をデジタル的に適用するため、前記Ｎ個の信号ストリームを集約する前に前記Ｎ個の信号ストリーム上に第２の組のパラメータを適用することと
を含む、
請求項１に記載の方法。

【請求項4】

前記第１の電力関連情報と前記第２の電力関連情報が、受信電力、信号対雑音比、変調精度、ビット誤り率、及び搬送波対雑音比からなる群から選択された基準で表現される、
請求項１に記載の方法。

【請求項5】

前記ＡｏＡが、前記第１の電力関連情報と前記第２の電力関連情報との比に基づき算出される、
請求項１に記載の方法。

【請求項6】

前記ＡｏＡが、前記第１のステアリング角と第１の差角Δθ₁とに基づき算出され、前記第１の差角Δθ₁が

により算出され、そのうちθ_S1は前記第１のステアリングであり、θ_S2は前記第２のステアリング角でありΔθ_s=θ_S2-θ_S1は前記第１のステアリング角と前記第２のステアリング角との間の差であり、前記係数a、b、cが

であり、そのうちΔ_GRX,dBは前記第１の電力関連情報と前記第２の電力関連情報との比のデシベル値であり、mは実数である、
請求項５に記載の方法。

【請求項7】

であって、
そのうち、Nはアンテナ素子の数であり、dは２つの隣接したアンテナ素子間の間隔であり、λは前記信号の波長である、
請求項６に記載の方法。

【請求項8】

前記第１のステアリング角と前記第２のステアリング角との間の前記差分絶対値がHPBW/2未満である、
請求項１に記載の方法。

【請求項9】

前記第１のステアリング角と前記第２のステアリング角との間の前記差分絶対値がHPBW/4未満である、
請求項８に記載の方法。

【請求項10】

前記信号を受信するため、算出したＡｏＡを第３のステアリング角とすることと、
前記第３のステアリング角に対応する前記信号の第３の電力関連情報を取得することと、
前記第３の電力関連情報及び前記第３のステアリング角に基づき前記ＡｏＡを更新することと
を更に含む、
請求項１に記載の方法。

【請求項11】

前記ＡｏＡを更新するステップが、
第３の電力関連情報と、前記第１の電力関連情報と前記第２の電力関連情報のうちの少なくとも１つとに基づき、新ＡｏＡを算出することと、
前記新ＡｏＡにより前記ＡｏＡを更新することと
を含む、
請求項１０に記載の方法。

【請求項12】

前記ＡｏＡを更新するステップが、
前記第１のステアリング角とそれに対応する前記第１の電力関連情報、前記第２のステアリング角とそれに対応する前記第２の電力関連情報、及び前記第３のステアリング角とそれに対応する前記第３の電力関連情報の３対から取得した放物線関数から、最大電力関連情報を有するステアリング角を算出することと、
算出された前記ステアリング角により前記ＡｏＡを更新することと
を含む、
請求項１０に記載の方法。

【請求項13】

ステアリング可能なフェーズドアレイを含む送受信機と、
記憶媒体と、
送受信機と記憶媒体に結合されたプロセッサと
を含み、
前記プロセッサが、
前記ステアリング可能なフェーズドアレイにより第１のステアリング角及び第２のステアリング角で信号を受信し、
前記第１のステアリング角に対応する前記信号の第１の電力関連情報を取得し、
前記第２のステアリング角に対応する前記信号の第２の電力関連情報を取得し、
前記第１の電力関連情報と前記第２の電力関連情報とに基づき前記信号の到達角度（ＡｏＡ）を算出するよう構成され、
前記第１のステアリング角が前記第２のステアリング角と異なり、前記第１のステアリング角と前記第２のステアリング角との間の差分絶対値がFNBW/2未満である、
通信装置。

【請求項14】

前記プロセッサが、
前記信号を受信するため、算出した前記ＡｏＡを第３のステアリング角とし、
前記第３のステアリング角に対応する前記信号の第３の電力関連情報を取得し、
前記第３の電力関連情報及び前記第３のステアリング角に基づき前記ＡｏＡを更新するよう更に構成された、
請求項１３に記載の通信装置。

【請求項15】

前記プロセッサが、
前記第３の電力関連情報と、前記第１の電力関連情報と前記第２の電力関連情報のうちの少なくとも１つとに基づき新ＡｏＡを算出し、
前記新ＡｏＡにより前記ＡｏＡを更新するよう更に構成された、
請求項１４に記載の通信装置。

【請求項16】

前記プロセッサが、
前記第１のステアリング角とそれに対応する前記第１の電力関連情報、前記第２のステアリング角とそれに対応する前記第２の電力関連情報、及び前記第３のステアリング角とそれに対応する前記第３の電力関連情報の３対から取得した放物線関数から、最大電力関連情報を有するステアリング角を算出し、
算出された前記ステアリング角により前記ＡｏＡを更新するよう更に構成された、
請求項１４に記載の通信装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明はフェーズドアレイに関するものであり、特に、ステアリング可能フェーズドアレイでの到達角度（ＡｏＡ）の迅速な測定に関する。

【背景技術】

【0002】

現代の電気通信システムにおいて、搬送波の周波数はより広い信号帯域幅を可能とするため益々高くなっている。フリスの伝達公式によると、受信機により受信される電力（P_r）と送信機により放出される電力（P_t）との比は次のように表現される：

【0003】

式（１）において、D_tとD_rはそれぞれ送信機のアンテナの指向性と受信機のアンテナの指向性を示す。搬送波の波長はその周波数が増加するにつれ減少し、このため信号の減衰又は衰退が悪化することは明らかであり、これは波長λが減少するにつれ比P_r/P_tが減少するためである。伝搬損失を補償するための従来の自明な解決策は、アンテナの指向性D_tとD_rのいずれか又は両方を増加させることである。

【0004】

しかし、指向性が増加するにつれ、通常、半値電力ビーム幅（ＨＰＢＷ）で表現されるビーム幅が減少する。その結果、送信機と受信機は移動中であるとき容易に互いを見失う。当該装置又はビーム追跡技術は広く調査されている分野である。拡張型カルマンフィルタ（ＥＫＦ）に基づくいくつかのアルゴリズムが提案されているが、ＡｏＡ測定の正確さ及び精度がやはりその予測結果に影響する。よって、ビームのＡｏＡを測定するためのオンザフライな方法が必要とされる。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

従って、ビームの到達角度（ＡｏＡ）を測定するための方法を提供する。提供する方法は、オンザフライな応用において動作可能である。

【課題を解決するための手段】

【0006】

１つの例示的な実施形態において、本発明はステアリング可能なフェーズドアレイで到達角度（ＡｏＡ）を測定するための方法を対象とする。該方法は、ステアリング可能なフェーズドアレイにより第１のステアリング角及び第２のステアリング角で信号を受信することと、第１のステアリング角に対応する信号の第１の電力関連情報（ＰＲＩ１）を取得することと、第２のステアリング角に対応する信号の第２の電力関連情報（ＰＲＩ２）を取得することと、第１の電力関連情報と第２の電力関連情報とに基づき信号のＡｏＡを算出することとを含むがこれに限定されず、第１のステアリング角は第２のステアリング角と異なっており、第１のステアリング角と第２のステアリング角との間の差分絶対値はFNBW/2.未満である。

【0007】

１つの例示的な実施形態において、本発明は通信装置を対象とする。該通信装置は、送受信機と、記憶媒体と、プロセッサとを含むがこれに限定されない。送受信機は、ステアリング可能なフェーズドアレイを含むがこれに限定されない。プロセッサは、送受信機と記憶媒体とに結合される。プロセッサは、ステアリング可能なフェーズドアレイにより第１のステアリング角及び第２のステアリング角で信号を受信し、第１のステアリング角に対応する信号の第１の電力関連情報（ＰＲＩ１）を取得し、第２のステアリング角に対応する信号の第２の電力関連情報（ＰＲＩ２）を取得し、第１の電力関連情報と第２の電力関連情報とに基づき信号の到達角度（ＡｏＡ）を算出するよう構成され、第１のステアリング角は第２のステアリング角と異なり、第１のステアリング角と第２のステアリング角との間の差分絶対値はFNBW/2未満である。

【発明の効果】

【0008】

本発明は、ステアリング可能なフェーズドアレイで到達角度（ＡｏＡ）を測定するための方法を提供する。本発明の実施形態において、ビーム放射パターンのアレイファクタの放物線近似を開示する。該方法は、正確なＡｏＡの迅速な測定における迅速な追跡のための収束結果を提供する。該方法は、アナログビームフォーミング及びデジタルビームフォーミングの両方に適用され、該方法は装置又はビーム追跡のオンザフライな応用において動作可能である。

【0009】

ただし、この概要は本発明の全ての様態及び実施形態を含んでいない可能性があり、このため如何なるかたちでも限定又は制限することを意図していないことを理解されたい。また、本発明は当業者にとって自明な改善及び改変を含む。

【図面の簡単な説明】

【0010】

本発明の更なる理解を提供するために添付図面が含まれ、本明細書に組み込まれて本明細書の一部を構成する。図面は本発明の実施形態を表しており、説明と併せて、本発明の原理を説明する役割を果たす。

【0011】

図１は、本発明の１つの実施形態によるフェーズドアレイのビーム放射パターンの概略図である。

【0012】

図２は、本発明の１つの実施形態による到達角度を測定するための方法のフロー図である。

【0013】

図３は、本発明の１つの実施形態による到達角度を更新するフロー図である。

【0014】

図４Ａは、本発明の１つの実施形態によるビーム放射パターンのメインローブの近似に用いられるＨＰＢＷ及びポイントの概略図である。

【0015】

図４Ｂは、本発明の１つの実施形態によるビーム放射パターンのメインローブの放物線近似の概略図である。

【0016】

図５は、本発明の１つの実施形態による、ＡｏＡを算出するためのステアリング角の切り替えの概略図である。

【0017】

図６Ａ～６Ｃは、本発明の１つの実施形態による、実ＡｏＡが１２°であるときに、提案する方法が如何に機能するかを理解するためのビーム照射野パターンの概略図である。

【0018】

図７Ａと図７Ｂは、本発明の１つの実施形態による、提案する方法が迅速な追跡のための収束結果を提供することを表す例の概略図である。

【0019】

図８は、本発明の１つの実施形態によるアナログビームフォーミングアーキテクチャを用いるフェーズドアレイの概略図である。

【0020】

図９は、本発明の１つの実施形態によるデジタルビームフォーミングアーキテクチャを用いるフェーズドアレイの概略図である。

【0021】

図１０は、本発明の１つの実施形態による通信装置のブロック図である。

【0022】

図１１Ａは、本発明の１つの実施形態による、ユーザ機器を走査する基地局を有する通信システムの概略図である。

【0023】

図１１Ｂは、本発明の１つの実施形態による、基地局を走査するユーザ機器を有する通信システムの概略図である。

【0024】

図１１Ｃは、本発明の１つの実施形態による、互いを走査する基地局とユーザ機器を有する通信システムの概略図である。

【0025】

図１２は、本発明の１つの実施形態による二次元フェーズドアレイの概略図である。

【発明を実施するための形態】

【0026】

本発明の上述した特徴及び利点を理解できるようにするため、図面を伴い例示的な実施形態を以下で詳細に説明する。上述の一般的な説明と以下の詳細な説明との両方が例示であり、特許請求される発明の更なる説明を提供することを意図していることを理解されたい。

【0027】

ここに、本発明の実施形態を詳細に参照し、その例を添付図面に示す。可能な限り、同一又は類似の部材を参照するために同一の符号を図面及び説明で用いる。

【0028】

図１は、本発明の１つの実施形態によるフェーズドアレイのビーム放射パターンの概略図である。図１を参照し、フェーズドアレイのビーム放射パターンは、メインローブと、いくつかのサイドローブとを含んでよい。メインローブは、フェーズドアレイにより最大且つ一定のエネルギーが放射されるフェーズドアレイの主ビームである。ビーム幅は、ビーム放射パターンのメインローブにおいてほとんどの電力が放射される範囲である。実際には、ビーム幅は通常、半値電力ビーム幅（ＨＰＢＷ）又は第１のヌルビーム幅（ＦＮＢＷ）として表現される。

【0029】

ＨＰＢＷは、ビーム放射パターンの電力が主ビームのピークから５０％（又は－３ｄＢ）減少するポイント間の角分離として定義される。図１に示すように、メインローブの電力半値ポイント間で両方の側に線を描いている。電力半値ポイント間の角度が、ビーム放射パターンのＨＰＢＷである。

【0030】

ＦＮＢＷは、ビーム放射パターンの規模がメインローブ付近でゼロである第１のヌルポイント間の角分離として定義される。図１に示すように、メインローブの第１のヌルポイント間で両方の側に線を描いている。第１のヌルポイント間の角度が、ビーム放射パターンのＦＮＢＷである。ＨＰＢＷはＦＮＢＷよりも狭いことが図１から理解できる。

【0031】

フェーズドアレイは、到達角度を測定するためにステアリング角の間で切り替えられてよい。異なるステアリング角は、ビーム放射パターンを異ならせることができる。このため、異なるステアリング角でＨＰＢＷ又はＦＮＢＷは変化する。

【0032】

等間隔直線状フェーズドアレイ（ＵＬＡ）は、最も一般的に用いられるフェーズドアレイである。ステアリング角θ_Sを有するN個のアンテナ素子を備えた等間隔直線状フェーズドアレイの半値電力ビーム幅は、次のように表現することができる：

【0033】

ここで、dは２つの隣接するアンテナセルの重心の間の間隔を示し、λはアンテナセルにより放出及び／又は受信される電磁波の波長を示す。

【0034】

例えば、波長の１／２の間隔（d=λ/2）を有する４つのアンテナ素子（N=4）、及び０°のステアリング角（θ_S=0）を有するフェーズドアレイでは、ＨＰＢＷは約２５．４°である。ステアリング角に近い方法から情報信号が来る場合、ステアリング角が約５°変化したときの情報信号の受信電力は大きく変化せず、このため通信の品質は許容可能なままである。短時間内で、ステアリング角間の差異絶対値は小さく、異なるステアリング角での受信電力における変化は無視できると推定され、ビーム放射パターンのメインローブは差角及びＨＰＢＷに関連付けて放物線で近似化することができる（放物線関数として表される）。このため、ステアリング角間の差異絶対値が閾値により境界付けられると仮定し、到達角度はステアリング角及びそれらに対応する電力関連情報（ＰＲＩ）により推定することができる。１つの実施形態において、閾値はビーム放射パターンのメインローブのＦＮＢＷ及び／又はＨＰＢＷに関連付いてよい。

【0035】

図２は、本発明の１つの実施形態による到達角度を測定するための方法のフロー図である。該方法は、ステアリング可能なフェーズドアレイに適用されてよい。ステップＳ２０１にて、フェーズドアレイは第１のステアリング角及び第２のステアリング角で信号を受信する。ステップＳ２０３にて、フェーズドアレイは第１のステアリング角に対応する信号の第１の電力関連情報（ＰＲＩ１）を取得する。ステップＳ２０５にて、フェーズドアレイは第２のステアリング角に対応する信号の第２の電力関連情報（ＰＲＩ２）を取得する。ステップＳ２０７にて、フェーズドアレイは第１の電力関連情報と第２の電力関連情報とに基づき信号のＡｏＡを算出する。

【0036】

第１のステアリング角は第２のステアリング角と異なり、第１のステアリング角と第２のステアリング角との間の差異絶対値は閾値未満であることに注意されたい。

【0037】

１つの実施形態において、ステアリング可能なフェーズドアレイはデジタルビームフォーミングアーキテクチャを用いてよい。この実施形態において、ステップＳ２０１はデジタルビームフォーミングアーキテクチャにおいて更に実装されてよい。具体的には、ステアリング可能なフェーズドアレイは、第１のタイムスロットに対応するN個の信号ストリームを取得するため、ステアリング可能なフェーズドアレイ中のN個の選択されたアンテナ素子により信号を受信し、ここでNは整数である。ステアリング可能なフェーズドアレイは、集約された信号に第１のステアリング角をデジタル的に適用するため、N個の信号ストリームを集約する前に、N個の信号ストリーム上に第１の組のパラメータを適用する。ステアリング可能なフェーズドアレイは、集約された信号に第２のステアリング角をデジタル的に適用するため、N個の信号ストリームを集約する前に、N個の信号ストリーム上に第２の組のパラメータを適用する。

【0038】

ステップＳ２０１とステップＳ２０３は信号伝送に大きく不利に影響しない。このため、方法はオンザフライな応用、即ち、信号伝送又は信号受信が電気通信において行われている状況において用いられることができる。

【0039】

１つの実施形態において、第１のステアリング角と第２のステアリング角との間の差異絶対値はFNBW/2未満である。

【0040】

１つの実施形態において、第１のステアリング角と第２のステアリング角との間の差異絶対値はHPBW/2未満である。

【0041】

１つの実施形態において、第１のステアリング角と第２のステアリング角との間の差異絶対値はHPBW/4未満である。

【0042】

図３は、本発明の１つの実施形態による到達角度を更新するフロー図である。図３におけるステップは、図２のステップＳ２０７の変形と見ることができる。図３を参照されたい。ステップＳ３０２にて、信号を受信するため、フェーズドアレイは算出されたＡｏＡを第３のステアリング角とする。具体的には、算出されたＡｏＡはステップＳ２０７で算出された結果であってよい。算出されたＡｏＡは、カルマンフィルタといった予測メカニズムにより取得された現在のＡｏＡの推定であってもよい。ステップＳ３０４にて、フェーズドアレイは第３のステアリング角に対応する信号の電力関連情報（ＰＲＩ３）を取得する。ステップＳ３０６にて、フェーズドアレイは第３の電力関連情報及び第３のステアリング角に基づきＡｏＡを更新する。

【0043】

１つの実施形態において、第１の電力関連情報と第２の電力関連情報は、受信電力、信号対雑音比（ＳＮＲ）、変調精度（ＥＶＭ）、ビット誤り率（ＢＥＲ）、及び搬送波対雑音比（Ｃ／Ｎ）のうちの少なくとも１つを含むがこれらに限定されない基準で表現されてよい。同様に、第３の電力関連情報は、受信電力、信号対雑音比（ＳＮＲ）、変調精度（ＥＶＭ）、ビット誤り率（ＢＥＲ）、及び搬送波対雑音比（Ｃ／Ｎ）のうちの少なくとも１つを含むがこれらに限定されない基準で表現されてよい。

【0044】

１つの例として、第１の電力関連情報と第２の電力関連情報は搬送波対雑音比（Ｃ／Ｎ）であってよい。ここで、第１のステアリング角に対応する信号のＣ／Ｎ_１と、第２のステアリング角に対応する信号のＣ／Ｎ_２とを如何にして取得するかがポイントである。E_b/N₀はビット誤り率（ＢＥＲ）から算出することが可能であり、その関係性は変調方式と符号化方式によって異なります。次いで、次の式に基づき、取得したE_b/N₀に基づきＣ／Ｎを算出する：

【0045】

ここで、f_bはチャネルの正味ビット速度又はデータ速度を示し、Bはチャネル帯域幅を示す。これら両方は予め定められているか、取得可能である。よって、ＢＥＲに基づきＣ／Ｎを算出することは可能であり、Ｃ／Ｎ_１とＣ／Ｎ_２は第１ステアリング角に対応する情報信号の第１のセグメントに対するデータのＢＥＲと、第２のステアリング角に対応する情報信号の第２のセグメントに対するデータのＢＥＲとから取得される。

【0046】

［放物線近似］

【0047】

取得したＣ／Ｎ_１とＣ／Ｎ_２に基づき到達角度（ＡｏＡ）を算出する簡略化したメカニズムは、フェーズドアレイのメインローブの形状の放物線近似に基づく。理想的には、Ｎ個のアンテナ素子を有する等間隔直線状フェーズドアレイに関する振幅のフィールドパターンは次のように表現することができる：

【0048】

ここで、G_Aはフェーズドアレイのマグニチュードゲインを示し、AFはアレイファクタを示し、EFは、アンテナセルのフィードパターンとしても知られるエレメントファクタを示す。１つの実施形態において、フェーズドアレイは先ず発信源から信号を受信するため第１のステアリング角θ_S1に切り替えられる。次いで、フェーズドアレイは、該発信源から同一の信号を受信するため、デジタル手段又はアナログ手段により第２のステアリング角θ_S2に切り替えられる。第１のステアリング角で受信した電力と第２のステアリング角で受信した電力との比は次のように表現される：。

【0049】

これによってエレメントファクタからの影響は除去される。受信した電力とアレイファクタAFのモデルが両方とも既知であるとき、次いで到達角度ＡｏＡを導き出すことができる。アレイファクタAFは次のように表現できることが知られている：

【0050】

ただし、式（６－１）及び／又は式（６－２）の適用を妨げる障害がいくつか存在する。一つ目は、これら式が超越関数であり、対数値（ｄＢ）を取得するのが困難なことである。もう１つの問題は、これら式は、理論上、等間隔直線状フェーズドアレイ（ＵＬＡ）にのみ適するが、使用されているほとんどのフェーズドアレイは実際の放射パターンが式（６－１）及び／又は（６－２）よりもはるかに複雑な、完全なＵＬＡではないことである。従って、本発明では簡略化した方法論を導入している。高次関数又は超越関数は、二次多項式／放物線関数により近似又は接近させることが知られている。

【0051】

図４Ａは、本発明の１つの実施形態によるビーム放射パターンのメインローブの近似に用いられるＨＰＢＷ及びポイントの概略図である。図４Ａを参照し、ビーム放射パターンのメインローブ４０の形状は、２つの電力半値ポイント４０１、４０２とピークポイント４０３により定義される放物線関数として表わされる放物線により近似されてよい。電力半値ポイント４０１と４０２は半値受信電力P_AF/2を有する２つのステアリング角に対応し、ピークポイント４０３はピーク電力P_AFを有するステアリング角に対応する。このため、（放物線関数としての）放物線は、電力と、メインローブ４０の形状に当てはまる３つのポイント４０１、４０２、４０３のステアリング角により定義される。

【0052】

上記前提及び式（２）によると、近似は次のように表現することができる：

そのうち、Δθは選択された角度とステアリング角との間の差を示す差角である。式（７）において、λはアンテナアレイが位置する第１の媒体における搬送波信号の波長である。１つの従来の例において、これは自由空間又は空気中の搬送波信号の波長である。ただし、たとえアンテナアレイが海中に位置しているとしても、本発明の方法はやはり適用可能である。

【0053】

４つのアンテナ素子を有する一次元アレイを例とする。２つの隣接したアンテナ素子間の間隔dが動作波長の半分に等しい場合、式（７）は次の結果をもたらす：

【0054】

P_AF,dBは、上述した例のデシベル値におけるアレイファクタを示す。差角Δθの値が５°以下である場合、分散は１よりはるかに小さい。よって、式（９）は自然対数関数の１次テイラー級数に従い近似されることができ、式（９）は次の式（１０）として表現されることができる：

【0055】

一般的に、kは、アンテナ素子の数N、２つの隣接したアンテナ素子間の間隔d、及び波長λに関連付く係数である。１つの実施形態において、式（１０）における係数kは、４つのアンテナ素子（N=4）及び間隔d=λ/2を有するフェーズドアレイにおいてk=-0.0135である。

【0056】

図４Ｂは、本発明の１つの実施形態によるビーム放射パターンのアレイファクタのメインローブの放物線近似の概略図である。図４Ｂは、４つのアンテナ素子（N=4）を有するフェーズドアレイの現実モデル、ｓｉｎｃ関数による近似、及び放物線近似を示す。現実モデルは、式（６－１）により説明したメインローブの形状である。ｓｉｎｃ関数による近似は、式（６－２）により説明したメインローブの形状に対応する。放物線近似は、式（７）により説明したメインローブの形状に対応する。

【0057】

角度θ=0°で、ｓｉｎｃ関数による近似及び放物線近似は、該現実モデルのメインローブ上のピークポイントに合致する。ポイントhp1とhp2は、放物線近似による近似された電力半値ポイントである。放物線近似はポイントhp1とhp2でｓｉｎｃ関数による近似に一致しており、ポイントhp1とhp2が現実モデルにより特徴付けられるような左右の電力半値ポイントに近いことは注目に値する。このため、式（７）による放物線近似は、特に差角Δθが小さいとき、現実モデルとの良好な近似を提供する。例えば、アンテナ素子の数が４であり間隔が波長の半分である実施形態において、差角Δθは５°未満に設定され、これはその理論上のＨＰＢＷの半分よりもはるかに小さい。

【0058】

図５は、本発明の１つの実施形態によるＡｏＡを算出するためのステアリング角の切り替えの概略図である。図５を参照されたい。垂直線Ｌは、フェーズドアレイのアレイ面ＡＰに直交する基準線である・フェーズドアレイは、到来する信号を受信するため、破線Ｌ１に対応する第１のステアリング角θ_S1にステアリングされてよい。これは、図２において説明したステップＳ２０１に対応する。第１のステアリング角θ_S1と第２のステアリング角θ_S2は異なることに注意されたい。そして、到来する信号の到達角度（ＡｏＡ）を測定するため、選択された角度がＡｏＡに置き換えられ、アンテナアレイが第１の段階で、ＡｏＡ付近であるとアルゴリズムにより算出又は予測された第１のステアリング角θ_S1にステアリングされる。差角Δθ₁とΔθ₂はそれぞれ、ＡｏＡと第１のステアリング角θ_S1との間の差異、ＡｏＡと第２のステアリング角θ_S2との間の差異として表現される。

【0059】

次いで、受信した電力を次のように表現することができる：

【0060】

信号電力自体が変わらないと仮定し、アンテナアレイが次いでそのステアリング角を第２のステアリング角θ_S2へ切り替えられ、受信した電力は次のように表現することができる：

【0061】

電力における比と同等であるｄＢにおけるG_RX,dB(AoA,θ_S2)とG_RX,dB(AoA,θ_S1)との間の差は、次のよう記述することができる：

【0062】

式（１０）によると、式（１３）は次のように書き換えることができる：

【0063】

式（１３）～（１４）において、ΔG_RX,dB(AoA,θ_S1,θ_S2)は、第２のステアリング角θ_S2での受信電力P_AF,dB(AoA-θ_S2,θ_S2)と第１のステアリング角θ_S1での受信電力P_AF,dB(AoA-θ_S1,θ_S1)との比のデシベル値である。

【0064】

図６Ａ～６Ｃは、本発明の１つの実施形態による、ＡｏＡが１２°のとき提案する方法が如何に機能するかを理解するためのビーム放射パターンの概略図である。

【0065】

図６Ａ～図６Ｃを参照されたい。図６Ａ～図６Ｃのそれぞれは、４つのアンテナ素子、及び波長の半分の間隔を有するアンテナアレイの現実パターンを図示している。右／上向きの軸及び方向は正を表し、左／下向きの軸及び方向は負を表す。図６Ａ～６Ｃにおいて、ＡｏＡは12°である。図６Ａにおいて、第１のステアリング角θ_S1は10°であり、第２のステアリング角θ_S2は15°である。第１のステアリング角はメインローブ上のポイント６０１に対応する。ポイント６０１で、受信した電力（ｄＢ）は－０．５２６５ｄＢである。第２のステアリング角はメインローブ上のポイント６０２に対応する。ポイント６０２で、受信した電力（ｄＢ）は－０．５９３０ｄＢである。図６Ａにおける例から、ポイント６０１と６０２との間の受信した電力（ｄＢ）の差が－０．０６６５ｄＢであることが得られる。

【0066】

上記前提において、次を知ることができる：

【0067】

１つの実施形態において、mの値は次のように算出される：

【0068】

式（２０）において、Nはアンテナ素子の数、dは２つの隣接したアンテナ素子間の間隔、λは信号の波長である。ここで、式（２０）の右側の分母「２９６」は局所最適値である。他の実施形態において、分母の値は「２９６」から僅かに異なってよい。１つの実施形態において、分母はステアリング可能なフェーズドアレイが製造又は校正されるとき取得される。次いで、分母がシステム中の記憶媒体といったシステム中に記録される。分母は、本発明の技術を実行するステアリング可能なアレイ又はアンテナ素子の組の実際の半値電力ビーム幅に基づき決定される。差角Δθ_Sの変動は近似誤差に影響することから、分母の範囲は差角Δθ_Sに伴い変化してよい。

【0069】

全ての既知である変数を置き換えた式（１５）～（１９）で、算出された第１の差角Δθ₁は1.9577°であるから、算出されたＡｏＡは第１のステアリング角と第１の差角からθ_S1+Δθ₁=11.9577°として算出される。即ち、実際のＡｏＡが２つのステアリング角間にあるとき、算出されたＡｏＡは実際のＡｏＡに非常に近い。

【0070】

図６Ｂにおいて、第１のステアリング角θ_S1は10°であり、第２のステアリング角θ_S2は5°である。第１のステアリング角は、メインローブ上のポイント６１１に対応する。ポイント６１１で、受信した電力（ｄＢ）は－１．１６４８ｄＢである。第２のステアリング角は、メインローブ上のポイント６１２に対応する。ポイント６１２で、受信した電力（ｄＢ）は－０．５２６６ｄＢである。図６Ｂから、ポイント６１１と６１２との間の受信した電力（ｄＢ）の差が－０．６３８２ｄＢであることが得られる。全ての既知である変数を置き換えた式（１５）～（１９）で、算出された第１の差角Δθ₁は2.2474°であるから、算出されたＡｏＡはθ_S1+Δθ₁=12.2474°である。この例において、たとえ第２のステアリング角が第１のステアリング角と比較して実際のＡｏＡから遠ざかっているとしても、算出されたＡｏＡはやはり実際のＡｏＡに非常に近い。

【0071】

図６Ｃにおいて、第１のステアリング角θ_S1は20°であり、第２のステアリング角θ_S2は15°である。第１のステアリング角は、メインローブ上のポイント６２１に対応する。ポイント６２１で、受信した電力（ｄＢ）は－０．５９３０である。第２のステアリング角は、メインローブ上のポイント６２２に対応する。ポイント６２２で、受信した電力（ｄＢ）は－１．３３０２である。図６Ｃから、ポイント６２１と６２２との間の受信した電力（ｄＢ）の差が０．７３７２ｄＢであることが得られる。全ての既知である変数を置き換えた式（１５）～（１９）で、算出されたΔθ₁は-8.7582°であるから、算出されたＡｏＡはθ_S1+Δθ₁=11.2418°である。従って、第２のステアリング角で受信した電力と第１のステアリング角で受信した電力の間、又はその逆の比に基づき実際のＡｏＡを推定することが可能である。この例において、たとえ実際のＡｏＡが第１のステアリング角及び第２のステアリング角から遠くとも、算出されたＡｏＡはやはり実際のＡｏＡの比較的正確な予測を提供する。

【0072】

信号源と受信機との間のチャネルが加算性白色ガウス雑音（ＡＷＧＮ）チャネルであると仮定し、ステアリング角が僅かに変化したシステムにおける雑音は変化しないままである。よって、これら２つの測定期間（第１のステアリング角と第２のステアリング角）での搬送波信号間の比は、そのＳＮＲ間の比と同一である。即ち、SNR₂/SNR₁の比、又はSNR_2,dBとSNR_1,dBとの間の差は、搬送波信号間の比と同一の意味を有する。即ち、全ての電力関連情報は、ＳＮＲ、ＢＥＲ、Ｃ／Ｎ、ＥＶＭ、及び／又は受信信号の電力といった基準で表現されることができる。異なる基準はいずれも本発明の実施形態において適用可能である。

【0073】

上記に基づき、いくつかの拡張した方法が導き出されてよい。先ず、到来する信号の連続した３つの測定値が、第２のステアリング角及び第１のステアリング角から取得されたＳＮＲ比に基づき、そして第３のステアリング角及び第２のステアリング角から取得されたＳＮＲ比に基づき、ＡｏＡにおける推定される変化を提供することができる。ステップＳ３０２、Ｓ３０４、Ｓ３０６において説明したように、フェーズドアレイは新たなステアリング角及び対応するＳＮＲ比に基づき新たなＡｏＡを繰り返し算出及び更新し続けてよい。取得されたＡｏＡのそれぞれ又は組合せは、将来的なＡｏＡを予測するため、カルマンフィルタのための入力データとしての役割を果たす。更に、たとえ予測されたＡｏＡが正確には正しいＡｏＡではなくとも、提案する方法は正しいＡｏＡの近似方向を示唆することができる。

【0074】

図７Ａと図７Ｂは、本発明の１つの実施形態による、提案する方法が迅速な追跡のための収束結果を提供することを表す例の概略図である。図７Ａと図７Ｂにおいて、ＡｏＡは10°である。

【0075】

図７Ａを参照されたい。例えば、予測されたＡｏＡが18°であり、実際のＡｏＡが10°である。第１の例は、第１のステアリング角が18°であり第２のステアリング角が13°である図７Ａに見ることができる。第１のステアリング角はメインローブ７１に対応する。第２のステアリング角はメインローブ７２に対応する。メインローブ７１上のポイント７０１での電力と、メインローブ７２上のポイント７０２での電力を、それぞれ取得することができる。ポイント７０１で、受信した電力（ｄＢ）は－１．１２０２４ｄＢである。ポイント７０２で、受信した電力（ｄＢ）は－０．４５０４ｄＢである。４つのアンテナ素子（N=4）及び間隔d=λ/2を有するフェーズドアレイでは、係数はk=-0.0135である。受信した電力比（ＳＮＲ比）によると、式（１５）～（１９）に基づき算出されたＡｏＡは9.2796°である。第３のステアリング角が9°に選択された場合、13°での電力と9°での電力に基づき算出されたＡｏＡは9.9311°である。

【0076】

図７Ｂを参照されたい。同様に、第２の例は、第１のステアリング角が18°であり第２のステアリング角が23°である図７Ｂに見ることができる。第１のステアリング角はメインローブ７１に対応する。第２のステアリング角はメインローブ７３に対応する。メインローブ７１上のポイント７０１での電力と、メインローブ７３上のポイント７０３での電力を、それぞれ取得することができる。ポイント７０１で、受信した電力（ｄＢ）は－１．１２０２４ｄＢである。ポイント７０３で、受信した電力（ｄＢ）は－２．６６８ｄＢである。式（１５）～（１９）基づく同一の方法によれば、算出されたＡｏＡは6.8654°であり、これは正確な側（左側）を示唆している。第３のステアリング角が7°の場合、18°での電力と7°での電力に基づき算出されたＡｏＡは9.6832°である。このため、該方法は、Ｓ２０７における算出されたＡｏＡから、Ｓ３０２で収束結果を生むことができる。図２及び図３において提案する方法は、オンザフライな応用に適用することができ、収束効果は迅速な追跡の実用的なユースケースにおいて有利であり得る。該方法は、アナログビームフォーミングアーキテクチャを用いるフェーズドアレイ、又はデジタルビームフォーミングアーキテクチャを用いるフェーズドアレイに適合させることができる。

【0077】

図８は、本発明の１つの実施形態によるアナログビームフォーミングアーキテクチャを用いるフェーズドアレイの概略図である。アナログビームフォーミングアーキテクチャにおいて、フェーズドアレイ８０は、デジタルプロセッサ８１と、ＡＤ／ＤＡ変換器８２と、集約装置８３と、複数の混合器ＭＸと、複数の位相器ＰＨＳと、複数の利得制御型増幅器ＧＣＡと、複数のアンテナ素子ＡＮＴとを含んでよい。デジタルプロセッサ８１はＡＤ／ＤＡ変換器８２に結合される。ＡＤ／ＤＡ変換器は複数の混合器ＭＸに結合される。アナログビームフォーミングにおいて、フェーズドアレイ８０は異なるタイムスロットにおける信号を受信する。具体的には、フェーズドアレイ８０は、第１のタイムスロットにて第１の信号を受信するため第１のステアリング角へステアリングしてよく、次いで、フェーズドアレイ８０は、第２のタイムスロットにて第２の信号を受信するため第２のステアリング角へステアリングしてよい。前記の実施形態において、第１の信号及び第２の信号は共に、信号源からの信号のＡｏＡを決定するため、同一の信号源から到来している。しかし、第１の信号及び第２の信号は異なる信号源から到来する可能性がある。利得制御型増幅器ＧＣＡは、それぞれアンテナ素子ＡＮＴから受け取った信号の利得を調整する。受信した信号が位相器ＰＨＳと混合器ＭＸを通過した後、集約装置８３は信号を集約し、集約した信号をＡＤ／ＤＡ変換器８２へ供給する。ＡＤ／ＤＡ変換器８２は、次いで、デジタルプロセッサ８１によって更に処理されるデジタルデータへと信号を変換する。アナログビームフォーミングアーキテクチャは複数のアンテナ素子ＡＮＴに対し単一のＡＤ／ＤＡのみを要するが、信号は異なるタイムスロットにおいて受信しなければならないことに注意されたい。

【0078】

図９は、本発明の１つの実施形態によるデジタルビームフォーミングアーキテクチャを用いるフェーズドアレイの概略図である。デジタルビームフォーミングアーキテクチャにおいて、フェーズドアレイ９０は、デジタルプロセッサ９１と、複数のＡＤ／ＤＡ変換器９２と、複数の混合器ＭＸと、複数の増幅器ＡＭＰと、複数のアンテナ素子ＡＮＴとを含んでよい。デジタルプロセッサ９１は複数のＡＤ／ＤＡ変換器９２に結合される。アンテナ素子ＡＮＴから受け取った信号は、それぞれ対応する増幅器ＡＭＰと混合器ＭＸを通過する。次いで、複数のＡＤ／ＤＡ変換器９２は、デジタルプロセッサ９１によって更に処理されるデジタルデータへと信号を変換する。

【0079】

１つの実施形態において、アンテナアレイがデジタルビームフォーミング技術を用いる場合、異なるタイムスロットにおいて信号を受信する必要はない。ステップＳ２０１とＳ２０３は、ステアリング角をデジタル式に変化させて上記Ｓ２０５～Ｓ２０７で表した同一の処理を行うことにより、ベースバンドにおいて行うことができる。明示的には、無線信号ＳＥＱ１の第１のシーケンスがアレイにより受信される。次いで、デジタルプロセッサ９１はＳＥＱ１上に第１の組のステアリング設定パラメータを適用し、このためアレイはＳＥＱ１を受信するため第１のステアリング角θ_S1でステアリングしているように見える。その間、ＳＥＱ１は更なる処理のためデジタルプロセッサ９１のバッファといった非一時的なストレージに格納される。次いで、デジタルプロセッサ９１が受信した信号の後続のシーケンス上に第１の組のステアリング設定パラメータを適用している間に、他のプロセッサ又は同一プロセッサのスレッドがＳＥＱ１上に第２の組のステアリング設定パラメータを適用し、このためＳＥＱ１は第２のステアリング角θ_S2でアレイにより受信されたように見える。１つの実施形態において、次いで、ＳＥＱ１のＡｏＡを取得するためにステップＳ２０５を実行するためＣ／Ｎ_１とＣ／Ｎ_２が用いられる。この実施形態において、Ｃ／Ｎ_１とＣ／Ｎ_２は信号の同一のシーケンスＳＥＱ１に関連しており、Ｃ／Ｎ又は電力に影響する環境因子は既に排除されており、このためＡｏＡの予測は実際のＡｏＡに、より近くなる。

【0080】

上述した実施形態は、信号源からの信号が測定の間に変化しないままであることを前提としている。図２及び図３において説明したＡｏＡを測定するための方法は、一般的に、アナログビームフォーミングを用いるフェーズドアレイ８０、又はデジタルビームフォーミングを用いるフェーズドアレイ９０を含む、通信装置に適用される。

【0081】

図１０は、本発明の１つの実施形態による通信装置のブロック図である。図１０を参照し、通信装置１００は、送受信機１１０と、プロセッサ１２０と、記憶媒体１３０とを含んでよい。プロセッサ１２０は、送受信機１１０と記憶媒体１３０とに結合される。

【0082】

送受信機１１０はプロセッサ１２０に結合される。送受信機１１０は、ＤＬ信号を受信し、ＵＬ信号を送信してよい。送受信機１１０は、低雑音増幅器（ＬＮＡ）、インピーダンス整合、アナログ－デジタル変換（ＡＤＣ）、デジタル－アナログ変換（ＤＡＣ）、周波数混合、アップ＆ダウン周波数変換、フィルタリング、増幅、及び／又は類似の動作を実行してよい。送受信機１１０は、アナログビームフォーミングを用いるフェーズドアレイ８０、又はデジタルビームフォーミングを用いるフェーズドアレイ９０を含んでよく、フェーズドアレイは、無指向性アンテナビーム又は指向性アンテナビームを送受信するため、１つ又は複数のアンテナ素子を含んでよい。

【0083】

プロセッサ１２０は、例えば、中央処理装置（ＣＰＵ）、又は他のプログラム可能な汎用又は特殊用途向けマイクロプロセッサ、デジタルシグナルプロセッサ（ＤＳＰ）、プログラマブルコントローラ、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、グラフィックスプロセッシングユニット（ＧＰＵ）、又は類似のコンポーネント、又は上記コンポーネントの組合せである。プロセッサ１２０は、図２及び図３において説明したＡｏＡを測定するための方法を実行するよう構成されてよい。

【0084】

記憶媒体１３０はプロセッサ１２０に結合され、例えば、任意のタイプの固定又は携帯ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、読み取り専用メモリ（ＲＯＭ）、フラッシュメモリ、ハードディスクドライブ（ＨＤＤ）、ソリッドステートドライブ（ＳＳＤ）、又は類似のコンポーネント、又は上記コンポーネントの組合せである。記憶媒体１３０はプロセッサ１２０によるアクセスのために複数のモジュール又はプログラムを格納し、プロセッサ１２０は通信装置１００の様々な通信機能を実行してよい。

【0085】

通信装置１００は、通信システムにおけるユーザ機器であってよい。本発明における用語「ユーザ機器（ＵＥ）」は、例えば、移動局、高度移動局（ＡＭＳ）、サーバ、クライアント、デスクトップコンピュータ、ラップトップコンピュータ、ネットワークコンピュータ、ワークステーション、携帯情報端末（ＰＤＡ）、タブレットパーソナルコンピュータ（ＰＣ）、スキャナ、電話装置、ポケットベル、カメラ、テレビ、携帯型ビデオゲームデバイス、音楽デバイス、ワイヤレスセンサ等であってよい。いくつかの応用において、ＵＥは、バス、電車、飛行機、船、車等といった移動環境内で動作する固定型コンピュータデバイスであってよい。

【0086】

通信装置１００は、通信システムにおける基地局であってよい。本発明における用語「基地局（ＢＳ）」は、例えば、「ｇＮｏｄｅＢ」（ｇＮＢ）、「ｅＮｏｄｅＢ」（ｅＮＢ）、Ｎｏｄｅ－Ｂ、高度基地局（ＡＢＳ）、送信受信ポイント（ＴＲＰ）、免許不要のＴＲＰ、基地送受信機システム（ＢＴＳ）、アクセスポイント、ホームＢＳ、中継局、スキャッタ、リピータ、中間ノード、仲介装置、衛星ベースの通信ＢＳ等と同義である。

【0087】

互いに通信する２つの装置、前記の基地局（ＳＴＡ）及びユーザ機器（ＵＥ）を有する、より複雑なシステムにおいては、より好ましい通信品質を追求するために信号源のステアリング角が変化する可能性があるため、放出される信号電力は随時変化する可能性がある。

【0088】

図１１Ａは、本発明の１つの実施形態による、ユーザ機器を走査する基地局を有する通信システムの概略図である。例えば、図１１Ａを参照し、基地局ＳＴＡは、ＵＥとの通信を確立するため、ビーム１１０１ａからビーム１１０１ｂへと走査を実行してよい。第１段階で、基地局ＳＴＡはビーム１１０１ａに対応するステアリング角θ_S1,STAで動作する。次いで、第２段階で、基地局ＳＴＡはビーム１１０１ｂに対応するステアリング角θ_S2,STAへと切り替える。

【0089】

図１１Ｂは、本発明の１つの実施形態による、基地局を走査するユーザ機器を有する通信システムの概略図である。例えば、図１１Ｂを参照し、ＵＥは、基地局ＳＴＡとの通信を確立するため、ビーム１１０２ａからビーム１１０２ｂへと走査を実行してよい。第１段階で、ＵＥはビーム１１０２ａに対応するステアリング角θ_S1,UEで動作する。次いで、第２段階で、ＵＥはビーム１１０２ｂに対応するステアリング角θ_S2,UEへと切り替える。

【0090】

図１１Ｃは、本発明の１つの実施形態による、互いを走査する基地局及びユーザ機器を有する通信システムの概略図である。図１１Ｃにおいて、基地局ＳＴＡがＵＥを走査している間に、ＵＥも基地局を走査している。第１段階で、基地局はステアリング角θ_S1,STAで動作し、ＵＥはステアリング角θ_S1,UEで動作する。第２段階で、基地局はステアリング角θ_S2,STAで動作し、ＵＥはステアリング角θ_S2,UEで動作する。

【0091】

ＵＥのＡｏＡを測定する基地局ＳＴＡにとって、ＵＥのステアリング角がθ_S1,UEからθ_S2,UEへ変化するため、式（７）～（１０）のための前提は必ずしも成り立たなくてよいことに注意されたい。

【0092】

そのような状況において、基地局ＳＴＡからＵＥへ送信されたパケットは、ステアリング角、アレイサイズ、及びＳＴＡにより測定された推定ＡｏＡの情報を更に含んでよい。そのような情報を持つことで、ＵＥは、ＳＴＡからＵＥに向かう方向でのＳＴＡのアンテナ利得を推定することができる。基地局ＳＴＡとＵＥとの間の通信を通じて、基地局ＳＴＡは、ＵＥにより推定された基地局ＳＴＡのＡｏＡ、及び／又は、異なる段階でのＵＥのステアリング角といった追加的な情報を取得してよい。従って、追加的な情報がＵＥのＡｏＡの測定におけるＵＥのステアリング角の変更によるエラーを補償するために利用されてよい。

【0093】

受信電力P_rと送信された信号P_tとの間の関係は次のようであることが知られている：

【0094】

ここで、θ_S,TXは信号源、即ち基地局ＳＴＡのステアリング角を示し、θ_AoDは信号源から見た受信側、即ちＵＥの角度を示し、θ_S,RXは受信側のステアリング角を示し、θ_AoA,RXは受信側から見たＡｏＡを示し、G_TXとG_RXはそれぞれ信号源及び受信側の電力利得を示し、λは信号の波長を示し、Rは信号源と受信側との間の距離を示す。本例において、距離はそのような短時間で変化せず、信号の波長は少々の変化があるものの変化せず、送信された信号の電力P_rも変化しないと仮定される。このため、G_TX(θ_S,TX,θ_AoD)とθ_S,RXが分かればθ_AoA,RXを正確に取得することができる。１つの実施形態において、ＵＥが信号源であり基地局が受信側、又はその逆と見なされてよい。

【0095】

図１２は、本発明の１つの実施形態による二次元フェーズドアレイの概略図である。図２と図３の実施形態において説明したＡｏＡを測定するための方法は、二次元フェーズドアレイにも適用することができる。例えば、図１２に示すように、二次元フェーズドアレイはM×N個のアンテナ素子を含んでよい。アンテナ素子は、ｚ軸とｙ軸それぞれに沿って均等な間隔λ/2で配置されてよい。そのような構成において、小さなＨＰＢＷがＡｏＡを算出するための多数の繰り返しを引き起こし得る。ただし、提案する方法は必要とする走査時間がより少なく、またＡｏＡの満足できる推定を取得するために必要とするデータ及び補償がより少ないため、電力効率がより優れる。

【0096】

上記説明に鑑み、本発明はステアリング可能なフェーズドアレイで到達角度（ＡｏＡ）を測定するための方法を提供している。ビーム放射パターンの配列係数の放物線近似が本発明の実施形態において開示される。該方法は、正確なＡｏＡの迅速な測定における迅速な追跡の収束結果を提供する。該方法は、アナログビームフォーミング及びデジタルビームフォーミングの両方に適用され、該方法は装置又はビーム追跡のオンザフライな応用において動作可能である。

【産業上の利用可能性】

【0097】

本発明のステアリング可能なフェーズドアレイを用いた到達角度（ＡｏＡ）の迅速な測定のための方法は、フェーズドアレイに適用することができる。

【符号の説明】

【0098】

１１０：送受信機
１１０１ａ、１１０１ｂ、１１０２ａ、１１０２ｂ：ビーム
１２０：プロセッサ
１３０：記憶媒体
４０：メインローブ
４０１、４０２：電力半値ポイント
４０３：ピークポイント
８１：デジタルプロセッサ
８２：ＡＤ／ＤＡ変換器
８３：集約装置
９０：フェーズドアレイ
９２：ＡＤ／ＤＡ変換器
ＡＭＰ：増幅器
ＡＮＴ：アンテナ素子
ＧＣＡ：利得制御型増幅器
Ｌ：垂直線
Ｌ１、Ｌ２：破線
ＭＸ：混合器
ＰＨＳ：位相器
ＰＲＩ１：第１の電力関連情報
ＰＲＩ２：第２の電力関連情報
ＰＲＩ３：第３の電力関連情報

【図1】

【図2】

【図3】

【図4A】

【図4B】

【図5】

【図6A】

【図6B】

【図6C】

【図7A】

【図7B】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11A】

【図11B】

【図11C】

【図12】

【外国語明細書】