特許 7413672 アンテナ装置、無線送信機、無線受信機、及び無線通信システム

(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】

(24)【登録日】2024-01-05

(45)【発行日】2024-01-16

(54)【発明の名称】アンテナ装置、無線送信機、無線受信機、及び無線通信システム

(51)【国際特許分類】

   H04B 7/0413 20170101AFI20240109BHJP

   H01Q 21/06 20060101ALI20240109BHJP

   H01Q 3/24 20060101ALI20240109BHJP

   H04B 7/06 20060101ALI20240109BHJP

【ＦＩ】

H04B7/0413 320

H01Q21/06

H01Q3/24

H04B7/06 020

H04B7/0413 400

【請求項の数】 16

(21)【出願番号】P 2019137278

(22)【出願日】2019-07-25

(65)【公開番号】P2021022791

(43)【公開日】2021-02-18

【審査請求日】2022-06-03

【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３１年度、総務省研究開発委託「ミリ波帯における大容量伝送を実現するＯＡＭモード多重伝送技術の研究開発」産業技術力強化法第１７条の適用を受ける特許出願

(73)【特許権者】

【識別番号】000004237

【氏名又は名称】日本電気株式会社

(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】善久 竜滋

(72)【発明者】

【氏名】佐々木 英作

【審査官】北村 智彦

(56)【参考文献】

【文献】米国特許出願公開第２０１３／０２２９２６２（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特開２００４－３６４２６２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００７－２２１２４２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００４－１４７１５４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１６－２１３９２７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１８－０５６６９６（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０４Ｂ ７／０４１３

Ｈ０１Ｑ ２１／０６

Ｈ０１Ｑ ３／２４

Ｈ０４Ｂ ７／０６

ＩＥＥＥ Ｘｐｌｏｒｅ

３ＧＰＰ ＴＳＧ ＲＡＮ ＷＧ１－４

ＳＡ ＷＧ１－４

ＣＴ ＷＧ１，４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

対向するアンテナ装置に向けて送信される無線信号を出力する複数のアンテナ素子を備え、
前記複数のアンテナ素子の少なくとも一部は、前記無線信号の偏波方向が第１の方向と、該第１の方向に直交する第２の方向との間で切替可能に構成され、
前記複数のアンテナ素子は、偏波方向が前記第１の方向の無線信号を出力する第１のアンテナ素子と、出力する無線信号の偏波方向が前記第１の方向と前記第２の方向とで切替可能な第２のアンテナ素子とを含み、
前記複数のアンテナ素子は、円周上に等間隔で配列され、
前記円周上で、前記第１のアンテナ素子と前記第２のアンテナ素子とが交互に配列される、アンテナ装置。

【請求項2】

対向するアンテナ装置に向けて送信される無線信号を出力する複数のアンテナ素子を備え、
前記複数のアンテナ素子の少なくとも一部は、前記無線信号の偏波方向が第１の方向と、該第１の方向に直交する第２の方向との間で切替可能に構成され、
前記複数のアンテナ素子は、偏波方向が前記第１の方向の無線信号を出力する第１のアンテナ素子と、出力する無線信号の偏波方向が前記第１の方向と前記第２の方向とで切替可能な第２のアンテナ素子とを含み、
前記複数のアンテナ素子は、直線上に等間隔で配列され、
前記直線上で、前記第１のアンテナ素子と前記第２のアンテナ素子とが交互に配列される、アンテナ装置。

【請求項3】

前記複数のアンテナ素子の少なくとも一部は、前記無線信号の給電点が変更されることで、前記無線信号の偏波方向が前記第１の方向と前記第２の方向との間で切替可能に構成される請求項１又は２に記載のアンテナ装置。

【請求項4】

前記複数のアンテナ素子の少なくとも一部において、前記給電点は、電気的又は物理的に変更可能に構成される請求項３に記載のアンテナ装置。

【請求項5】

前記複数のアンテナ素子は、更に、前記対向するアンテナ装置から送信された無線信号を受信する請求項１から４何れか１項に記載のアンテナ装置。

【請求項6】

対向するアンテナ装置から送信される無線信号を受信する複数のアンテナ素子を備え、
前記複数のアンテナ素子の少なくとも一部は、前記無線信号の偏波方向が第１の方向と、該第１の方向に直交する第２の方向との間で切替可能に構成され、
前記複数のアンテナ素子は、偏波方向が前記第１の方向の無線信号を受信する第１のアンテナ素子と、受信する無線信号の偏波方向が前記第１の方向と前記第２の方向とで切替可能な第２のアンテナ素子とを含み、
前記複数のアンテナ素子は、円周上に等間隔で配列され、
前記円周上で、前記第１のアンテナ素子と前記第２のアンテナ素子とが交互に配列される、アンテナ装置。

【請求項7】

対向するアンテナ装置から送信される無線信号を受信する複数のアンテナ素子を備え、
前記複数のアンテナ素子の少なくとも一部は、前記無線信号の偏波方向が第１の方向と、該第１の方向に直交する第２の方向との間で切替可能に構成され、
前記複数のアンテナ素子は、偏波方向が前記第１の方向の無線信号を受信する第１のアンテナ素子と、受信する無線信号の偏波方向が前記第１の方向と前記第２の方向とで切替可能な第２のアンテナ素子とを含み、
前記複数のアンテナ素子は、直線上に等間隔で配列され、
前記直線上で、前記第１のアンテナ素子と前記第２のアンテナ素子とが交互に配列される、アンテナ装置。

【請求項8】

対向する無線受信機に向けて送信される無線信号を生成する無線信号生成部と、
前記無線信号を対向する無線受信機に向けて出力する複数のアンテナ素子を有するアンテナ部とを備え、
前記複数のアンテナ素子の少なくとも一部は、前記無線信号の偏波方向が第１の方向と、該第１の方向に直交する第２の方向との間で切替可能に構成され、
前記複数のアンテナ素子は、偏波方向が前記第１の方向の無線信号を出力する第１のアンテナ素子と、出力する無線信号の偏波方向が前記第１の方向と前記第２の方向とで切替可能な第２のアンテナ素子とを含み、
前記複数のアンテナ素子は、円周上に等間隔で配列され、
前記円周上で、前記第１のアンテナ素子と前記第２のアンテナ素子とが交互に配列される、無線送信機。

【請求項9】

対向する無線受信機に向けて送信される無線信号を生成する無線信号生成部と、
前記無線信号を対向する無線受信機に向けて出力する複数のアンテナ素子を有するアンテナ部とを備え、
前記複数のアンテナ素子の少なくとも一部は、前記無線信号の偏波方向が第１の方向と、該第１の方向に直交する第２の方向との間で切替可能に構成され、
前記複数のアンテナ素子は、偏波方向が前記第１の方向の無線信号を出力する第１のアンテナ素子と、出力する無線信号の偏波方向が前記第１の方向と前記第２の方向とで切替可能な第２のアンテナ素子とを含み、
前記複数のアンテナ素子は、直線上に等間隔で配列され、
前記直線上で、前記第１のアンテナ素子と前記第２のアンテナ素子とが交互に配列される、無線送信機。

【請求項10】

前記複数のアンテナ素子の少なくとも一部は、前記無線信号の給電点が変更されることで、前記無線信号の偏波方向が前記第１の方向と前記第２の方向との間で切替可能に構成される請求項８又は９に記載の無線送信機。

【請求項11】

対向する無線送信機から無線信号を受信する複数のアンテナ素子を有するアンテナ部と、
前記無線信号から送信信号を復調する無線信号処理部とを備え、
前記複数のアンテナ素子の少なくとも一部は、前記無線信号の偏波方向が第１の方向と、該第１の方向に直交する第２の方向との間で切替可能に構成され、
前記複数のアンテナ素子は、偏波方向が前記第１の方向の無線信号を受信する第１のアンテナ素子と、受信する無線信号の偏波方向が前記第１の方向と前記第２の方向とで切替可能な第２のアンテナ素子とを含み、
前記複数のアンテナ素子は、円周上に等間隔で配列され、
前記円周上で、前記第１のアンテナ素子と前記第２のアンテナ素子とが交互に配列される、無線受信機。

【請求項12】

対向する無線送信機から無線信号を受信する複数のアンテナ素子を有するアンテナ部と、
前記無線信号から送信信号を復調する無線信号処理部とを備え、
前記複数のアンテナ素子の少なくとも一部は、前記無線信号の偏波方向が第１の方向と、該第１の方向に直交する第２の方向との間で切替可能に構成され、
前記複数のアンテナ素子は、偏波方向が前記第１の方向の無線信号を受信する第１のアンテナ素子と、受信する無線信号の偏波方向が前記第１の方向と前記第２の方向とで切替可能な第２のアンテナ素子とを含み、
前記複数のアンテナ素子は、直線上に等間隔で配列され、
前記直線上で、前記第１のアンテナ素子と前記第２のアンテナ素子とが交互に配列される、無線受信機。

【請求項13】

前記複数のアンテナ素子の少なくとも一部は、前記無線信号の給電点が変更されることで、前記無線信号の偏波方向が前記第１の方向と前記第２の方向との間で切替可能に構成される請求項１１又は１２に記載の無線受信機。

【請求項14】

無線信号を生成する無線信号生成部と、前記無線信号を出力する複数の送信アンテナ素子を有する送信アンテナ部とを含む無線送信機と、
前記無線送信機から無線信号を受信する複数の受信アンテナ素子を有する受信アンテナ部と、前記無線信号から送信信号を復調する無線信号処理部とを含む無線受信機とを備え、
前記複数の送信アンテナ素子の少なくとも一部は、前記無線信号の偏波方向が第１の方向と、該第１の方向に直交する第２の方向との間で切替可能に構成され、
前記複数の受信アンテナ素子の少なくとも一部は、前記無線信号の偏波方向が第１の方向と、該第１の方向に直交する第２の方向との間で切替可能に構成され、
前記複数の送信アンテナ素子は、それぞれ、偏波方向が前記第１の方向の無線信号を出力する第１の送信アンテナ素子と、出力する無線信号の偏波方向が前記第１の方向と前記第２の方向とで切替可能な第２の送信アンテナ素子とを含み、
前記複数の送信アンテナ素子は、円周上に等間隔で配列され、
前記円周上で、前記第１の送信アンテナ素子と前記第２の送信アンテナ素子とが交互に配列され
前記複数の受信アンテナ素子は、それぞれ、偏波方向が前記第１の方向の無線信号を受信する第１の受信アンテナ素子と、受信する無線信号の偏波方向が前記第１の方向と前記第２の方向とで切替可能な第２の受信アンテナ素子とを含み、
前記複数の受信アンテナ素子は、円周上に等間隔で配列され、
前記円周上で、前記第１の受信アンテナ素子と前記第２の受信アンテナ素子とが交互に配列される、無線通信システム。

【請求項15】

無線信号を生成する無線信号生成部と、前記無線信号を出力する複数の送信アンテナ素子を有する送信アンテナ部とを含む無線送信機と、
前記無線送信機から無線信号を受信する複数の受信アンテナ素子を有する受信アンテナ部と、前記無線信号から送信信号を復調する無線信号処理部とを含む無線受信機とを備え、
前記複数の送信アンテナ素子の少なくとも一部は、前記無線信号の偏波方向が第１の方向と、該第１の方向に直交する第２の方向との間で切替可能に構成され、
前記複数の受信アンテナ素子の少なくとも一部は、前記無線信号の偏波方向が第１の方向と、該第１の方向に直交する第２の方向との間で切替可能に構成され、
前記複数の送信アンテナ素子は、それぞれ、偏波方向が前記第１の方向の無線信号を出力する第１の送信アンテナ素子と、出力する無線信号の偏波方向が前記第１の方向と前記第２の方向とで切替可能な第２の送信アンテナ素子とを含み、
前記複数の送信アンテナ素子は、直線上に等間隔で配列され、
前記直線上で、前記第１の送信アンテナ素子と前記第２の送信アンテナ素子とが交互に配列され
前記複数の受信アンテナ素子は、それぞれ、偏波方向が前記第１の方向の無線信号を受信する第１の受信アンテナ素子と、受信する無線信号の偏波方向が前記第１の方向と前記第２の方向とで切替可能な第２の受信アンテナ素子とを含み、
前記複数の受信アンテナ素子は、直線上に等間隔で配列され、
前記直線上で、前記第１の受信アンテナ素子と前記第２の受信アンテナ素子とが交互に配列される、無線通信システム。

【請求項16】

前記複数の送信アンテナ素子の少なくとも一部は、前記無線信号の給電点が変更されることで、前記無線信号の偏波方向が前記第１の方向と前記第２の方向との間で切替可能に構成され、
前記複数の受信アンテナ素子の少なくとも一部は、前記無線信号の給電点が変更されることで、前記無線信号の偏波方向が前記第１の方向と前記第２の方向との間で切替可能に構成される請求項１４又は１５に記載の無線通信システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、アンテナ装置、無線送信機、無線受信機、及び無線通信システムに関する。

【背景技術】

【0002】

近年、送受信局が物理的に固定された見通し内通信システムであるマイクロ波／ミリ波通信システムは、モバイル通信インフラストラクチャとしての需要が増加している。モバイル通信のトラフィックの増大に伴い、マイクロ波／ミリ波通信システムにおける伝送容量の更なる大容量化が求められている。このような要求に応じて、複数のアンテナ素子が配列されたアレーアンテナを用いた空間多重伝送技術が注目されている。

【0003】

上記空間多重伝送技術として、複数の送信アンテナ及び複数の受信アンテナを使用したＭＩＭＯ（multiple-input and multiple-output）伝送システムが知られている。ＭＩＭＯは、これまで移動体通信システムなどの見通し外の移動体通信システムへの応用を中心に発展してきた。見通し外の移動体通信システムにおけるＭＩＭＯ（以下、ＮＬＯＳ（Non Line Of Sight）－ＭＩＭＯとも呼ぶ）では、電波の反射、回折、及び反射によって、多数の信号が重なり合って時間的に変動する多重伝送波が積極的かつ効果的に利用される。

【0004】

上記に対し、最近では、ＭＩＭＯを、マイクロ波又はミリ波を用いた見通し内固定無線通信システムへ適用することが検討されている。見通し内固定無線通信におけるＭＩＭＯ（以下、ＬＯＳ（Line Of Sight）－ＭＩＭＯとも呼ぶ）では、複数の送信アンテナと複数の受信アンテナとを適切に配置することで伝送遅延の差が調整される。ＬＯＳ－ＭＩＭＯ伝送では、調整された伝送遅延の差に起因して生じるキャリアの位相回転量が信号対雑音比の向上に貢献し、通信容量の増大が可能となる。このようなＬＯＳ－ＭＩＭＯ伝送は、ＮＬＯＳ－ＭＩＭＯ伝送とは区別される。ＬＯＳ－ＭＩＭＯ伝送は、トラフィックの増大に伴う伝送容量の更なる大容量化への要請に応える技術として注目されている。

【0005】

他の空間多重伝送技術として、電磁波の軌道角運動量（ＯＡＭ：Orbital Angular Momentum）を利用して電磁波を多重させ、伝送容量を増大させる技術が知られている。ＯＡＭは、ＵＣＡ（Uniform Circular Array）アンテナを用いて生成可能である。ＯＡＭでは、同一位相の電波の軌跡が進行方向に対してらせん状になる。電波が１波長進む間のらせんの回転数はＯＡＭモードと呼ばれる。各ＯＡＭモードは互いに干渉することがない。このため、各ＯＡＭモードは、同一の周波数及び時間に重ね合わせて伝送し、分離することが可能である。ＯＡＭモード多重伝送技術は、そのような性質を利用して、同一系路上で電波の空間多重化を行う技術である。

【0006】

関連技術として、特許文献１は、ＬＯＳ－ＭＩＭＯ伝送に用いられるアンテナ配置決定装置を開示する。特許文献１において、アンテナ装置は複数のアンテナを有し、複数のアンテナ間の距離が調整可能に構成される。アンテナ配置決定装置は、複数のアンテナのうちの任意の１つの設置高に応じた間隔で、複数のアンテナ間の距離の候補値を生成する。アンテナ配置決定装置は、複数のアンテナ間の距離を、生成した候補値に設定した場合の通信品質を算出する。アンテナ配置決定装置は、算出した通信品質に基づいて、複数の候補値の中から複数のアンテナ間の距離の設定値を決定する。アンテナ配置決定装置は、決定した設定値に従って、複数のアンテナ間の距離を調整する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【文献】特開２０１８－２０７１７２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

ＭＩＭＯの空間伝搬では、複数のアンテナから放射された電磁波が複数のアンテナで受信されるため、波の重ね合わせの効果が生じる。波の重ね合わせの効果は、ＳＩＳＯ（single-input and single-output）に対する受信品質の増減、つまり、利得として表現できる。ここでは、ＳＩＳＯに対する受信品質の増減をＭＩＭＯ ＧＡＩＮと呼ぶ。ＭＩＭＯ ＧＡＩＮは、空間伝搬の条件に依存するので、無線信号の周波数（波長（λ）と等価）、対向するアンテナ間の距離（以下、リンク距離とも呼ぶ）、及びアンテナ素子の配置に依存する。ＭＩＭＯ ＧＡＩＮは、ＬＯＳ－ＭＩＭＯ伝送及びＯＡＭモード多重伝送のそれぞれに適用できる。一般に、無線信号の周波数は設計の段階で決まる固定要因であるため、変更できない。また、リンク距離は、送受信無線局の位置に応じて決まり、位置決定後は変更できない。ＬＯＳ－ＭＩＭＯ伝送及びＯＡＭモード多重伝送では、リンク距離に応じて、アンテナ素子の配置、例えばＵＣＡアンテナの場合におけるアレイ半径を調整し、ＭＩＭＯ ＧＡＩＮが負とならないようにすることで、実質の多重伝送数を最大化することが求められる。

【0009】

上記に関し、特許文献１は、電動アクチュエータなどの駆動部を用いて、アンテナ間隔が物理的に調整される。しかしながら、特許文献１では、アンテナ装置が電動アクチュエータなどの駆動部を有している必要がある。このため、アンテナ装置のサイズ及び重量が増加するという問題がある。従って、アンテナ素子間の間隔を物理的に調整することは、アンテナ装置の製造及び設置の観点で課題がある。

【0010】

本開示は、上記事情に鑑み、リンク距離に応じてアンテナ素子の物理的な配置を変更しなくても、多重伝送数の低下を抑制できるアンテナ装置、無線送信機、無線受信機、及び無線通信システムを提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0011】

上記目的を達成するために、本開示は、第１の態様として、対向するアンテナ装置に向けて送信される無線信号を出力する複数のアンテナ素子を備え、前記複数のアンテナ素子の少なくとも一部は、前記無線信号の偏波方向が第１の方向と、該第１の方向に直交する第２の方向との間で切替可能に構成されるアンテナ装置を提供する。

【0012】

本開示は、第２の態様として、対向する無線受信機に向けて送信される無線信号を生成する無線信号生成部と、前記無線信号を対向する無線受信機に向けて出力する複数のアンテナ素子を有するアンテナ部とを備え、前記複数のアンテナ素子の少なくとも一部は、前記無線信号の偏波方向が第１の方向と、該第１の方向に直交する第２の方向との間で切替可能に構成される、無線送信機を提供する。

【0013】

本開示は、第３の態様として、対向する無線送信機から無線信号を受信する複数のアンテナ素子を有するアンテナ部と、前記無線信号から送信信号を復調する無線信号処理部とを備え、前記複数のアンテナ素子の少なくとも一部は、前記無線信号の偏波方向が第１の方向と、該第１の方向に直交する第２の方向との間で切替可能に構成される、無線受信機を提供する。

【0014】

本開示は、第４の態様として、無線信号を生成する無線信号生成部と、前記無線信号を出力する複数の送信アンテナ素子を有する送信アンテナ部とを含む無線送信機と、前記無線送信機から無線信号を受信する複数の受信アンテナ素子を有する受信アンテナ部と、前記無線信号から送信信号を復調する無線信号処理部とを含む無線受信機とを備え、前記複数の送信アンテナ素子の少なくとも一部は、前記無線信号の偏波方向が第１の方向と、該第１の方向に直交する第２の方向との間で切替可能に構成され、前記複数の受信アンテナ素子の少なくとも一部は、前記無線信号の偏波方向が第１の方向と、該第１の方向に直交する第２の方向との間で切替可能に構成され、無線通信システムを提供する。

【発明の効果】

【0015】

本開示に係るアンテナ装置、無線送信機、無線受信機、及び無線通信システムは、リンク距離に応じてアンテナ素子の物理的な配置を変更しなくても、多重伝送数の低下を抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】本発明に係るアンテナ装置を概略的に示す正面図。

【図2】本開示の第１実施形態に係る無線通信システムを示すブロック図。

【図3】アンテナ装置の構成例を示す正面図。

【図4】（ａ）～（ｃ）は、偏波の切替えが可能なアンテナ素子の構成例を示すブロック図。

【図5】（ａ）及び（ｂ）は、偏波の切替えが可能なアンテナ素子の別の構成例を示すブロック図。

【図6】（ａ）及び（ｂ）は、それぞれ各アンテナ素子から出力される無線信号の偏波を示す図。

【図7】（ａ）及び（ｂ）は、それぞれＯＡＭモード無線信号の受信品質とリンク距離との関係を示すグラフ。

【図8】（ａ）及び（ｂ）は、ウェイト行列を示す図。

【図9】本開示の第２実施形態に係る無線通信システムを示すブロック図。

【図10】（ａ）及び（ｂ）は、それぞれＬＯＳ－ＭＩＭＯ伝送における受信品質とリンク距離との関係を示すグラフ。

【図11】アンテナ装置の別の構成例を示す正面図。

【図12】各アンテナ素子から出力される無線信号の偏波を示す図。

【発明を実施するための形態】

【0017】

本開示の実施の形態の説明に先立って、本開示の概要を説明する。図１は、本発明に係るアンテナ装置を概略的に示す。アンテナ装置１０は、複数のアンテナ素子１１を有する。各アンテナ素子１１は、対向するアンテナ装置に向けて送信される無線信号を出力する。複数のアンテナ素子１１の少なくとも一部は、出力する無線信号の偏波方向が、第１の方向と、それに直交する第２の方向との間で切替可能に構成される。例えば、複数のアンテナ素子１１の半分は、出力する無線信号の偏波方向が第１の方向と第２の方向との間で切替可能に構成されていてもよい。複数のアンテナ素子１１の残りの半分は、偏波方向が第１の方向の無線信号を出力してもよい。

【0018】

例えば、アンテナ装置１０において、複数のアンテナ素子１１は、図１に示されるように、円周上に等間隔で配列される。アンテナ素子１１の配列は円形には限定されず、複数のアンテナ素子１１は、所定方向に沿って直線状に配列されていてもよい。複数のアンテナ素子１１の間隔は、例えば所定のリンク距離において、全てのアンテナ素子１１から同一の偏波方向の無線信号が出力される場合に、ＭＩＭＯ ＧＡＩＮが所定の品質を確保できる間隔に設定されてもよい。

【0019】

アンテナ装置１０が、上記所定のリンク距離で使用される場合、各アンテナ素子１１は、偏波方向が第１の方向の無線信号を出力してもよい。アンテナ装置が上記所定のリンク距離とは異なるリンク距離で使用される場合、複数のアンテナ素子１１の一部は、偏波方向が第１の方向の無線信号を出力し、残りの少なくとも一部は偏波方向が第２の方向の無線信号を出力してもよい。例えば、アンテナ装置１０において、偏波方向が第１の方向の無線信号を出力するアンテナ素子１１と、偏波方向が第２の方向の無線信号を出力するアンテナ素子１１とが、円周方向に沿って交互に並べられる。この場合、同じ偏波方向の無線信号を出力するアンテナ素子１１の間隔は、全てのアンテナ素子１１から同一の偏波方向の無線信号を出力する場合の２倍の間隔となる。第１の方向と第２の方向とは直交するため、偏波方向が第１の方向の無線信号と偏波方向が第２の方向の無線信号とは互いに干渉しない。

【0020】

前述のように、ＬＯＳ－ＭＩＭＯ伝送及びＯＡＭモード多重伝送において、ＭＩＭＯ ＧＡＩＮはアンテナ素子配置に依存する。本開示では、複数のアンテナ素子１１の一部から偏波方向が第１の方向の無線信号を出力させ、残りのアンテナ素子１１から偏波方向が第２の方向の無線信号を出力させることができる。各偏波において、無線信号の送信に用いられるアンテナ素子の数、及びアンテナ素子の間隔が変化することで、ＭＩＭＯ ＧＡＩＮが変化する。例えば、あるリンク距離では、全てのアンテナ素子１１から同一偏波の無線信号が出力される場合に、ＭＩＭＯ ＧＡＩＮが劣化する場合がある。その場合でも、偏波方向ごとにアンテナ素子配置を変更することで、良好なＭＩＭＯ ＧＡＩＮが得られる場合がある。

【0021】

例えば、アンテナ装置１０において、あるリンク距離では、例えば計８つのアンテナ素子１１のうち、４つのアンテナ素子１１は偏波方向が第１の方向の無線信号を出力する。また、残りの４つのアンテナ素子１１は偏波方向が第２の方向の無線信号を出力する。ＬＯＳ－ＭＩＭＯ伝送及びＯＡＭモード多重伝送において、使用されるアンテナ素子の数が半分になると、空間多重できるデータストリームの数は半分になる。上記の場合、各偏波方向に対してアンテナ素子１１の数が４つずつとなり、空間多重されるデータストリームの数は、８つのアンテナ素子から同一の偏波方向の無線信号が出力される場合と変わらない。このように、本開示では、リンク距離に応じてアンテナ素子１１の物理的な配置を変更しなくても、多重伝送数の低下を抑制することができる。

【0022】

以下、図面を参照しつつ、本開示の実施の形態を説明する。図２は、本開示の第１実施形態に係る無線通信システムを示す。無線通信システム１００は、無線送信機１１０、及び無線受信機１２０を有する。無線送信機１１０と無線受信機１２０とは、見通し内無線通信を行う。本実施形態では、空間多重伝送にＯＡＭモード多重伝送が用いられる。無線通信システム１００は、例えばモバイルバックホール回線における無線通信に利用され得る。

【0023】

無線送信機１１０は、無線信号生成部１１５、及びアンテナ部１１３を有する。無線信号生成部１１５は、対向する無線受信機１２０に向けて送信される無線信号を生成する。無線信号生成部１１５は、複数の変調器１１１、及び線形プリコーダ１１２を有する。無線信号生成部１１５は、Ｍを２以上の整数として、Ｍ個の変調器１１１を有する。Ｍは、空間多重されるデータストリームの数に対応する。各変調器１１１は、所定の変調方式に従って送信信号を変調する。各変調器１１１は、変調信号を線形プリコーダ１１２に出力する。

【0024】

アンテナ部１１３は、無線受信機１２０に向けて無線信号を送信する。アンテナ部１１３は、Ｎを２以上の整数として、Ｎ個のアンテナ素子（送信アンテナ素子）１１４を有する。線形プリコーダ１１２は、Ｍ個の変調信号に対して、Ｎ×Ｍウェイト行列を乗算し、各アンテナ素子１１４に対応するＮ個の信号を出力する。本実施形態において、線形プリコーダ１１２は、ＤＦＴ（Discrete Fourier Transform）行列をウェイト行列として用いる。線形プリコーダ１１２は、複数のデータストリームを複数のＯＡＭモードに多重化する。各アンテナ素子１１４は、無線信号（ＯＡＭモード無線信号）を送信する。なお、ＯＡＭモード信号の生成、及びその送信は公知であり、それら詳細な説明は省略する。

【0025】

無線受信機１２０は、アンテナ部１２１、及び無線信号処理部１２５を有する。アンテナ部１２１は、対向する無線送信機１１０から無線信号を受信する。アンテナ部１２１は、Ｎ個のアンテナ素子（受信アンテナ素子）１２２を有する。各アンテナ素子１２２は、対向する無線送信機１１０の対応するアンテナ素子１１４から送信された無線信号（ＯＡＭモード無線信号）を受信する。

【0026】

無線信号処理部１２５は、無線信号から送信信号を復調する。無線信号処理部１２５は、干渉補償器１２３、及び複数の復調器１２４を有する。干渉補償器１２３は、複数のＯＡＭモードに多重化されたＭ個のデータストリーム（信号）を分離する。干渉補償器１２３は、Ｎ個の入力に対してＭ×Ｎのウェイト行列を乗算し、干渉を補償したＭ個の信号を出力する。無線信号処理部１２５は、Ｍ個の復調器１２４を有する。各復調器１２４は、干渉補償器１２３で分離された信号を復調し、送信側で変調された信号を復元する。ＯＡＭモード信号の受信、及びその分離は公知であり、それら詳細な説明は省略する。

【0027】

なお、線形プリコーダ１１２及び干渉補償器１２３は、アナログ回路として実装されてもよいし、デジタル回路として実装されてもよい。アナログ回路として実装される場合、線形プリコーダ１１２及び干渉補償器１２３には例えばバトラーマトリックスが用いられる。

【0028】

また、図２では図示を省略しているが、無線信号生成部１１５は、ベースバンド信号をＩＦ（Intermediate Frequency）信号に変換するＩＦ信号処理部と、ＩＦ信号を例えばミリ波帯などのＲＦ（Radio Frequency）信号（無線信号）にアップコンバートするアップコンバータを有していてもよい。また、無線信号処理部１２５は、ＲＦ信号をＩＦ信号にダウンコンバートするダウンコンバータと、ＩＦ信号をベースバンド信号に変換するＩＦ信号処理部とを有していてもよい。

【0029】

さらに、無線送信機１１０は、無線信号を送信するだけでなく、無線信号を受信してもよい。また、無線受信機１２０は、無線信号を受信するだけでなく、無線信号を送信してもよい。その場合、無線送信機１１０は、無線信号生成部１１５に加えて、無線信号処理部１２５を有していればよい。また、無線受信機１２０は、無線信号処理部１２５に加えて、無線信号生成部１１５を有していればよい。無線送信機１１０及び無線受信機１２０が、無線信号の送受信を行う場合、アンテナ部１１３及び１２１は、無線信号の送信と受信の双方に用いられ得る。

【0030】

図３は、アンテナ装置の構成例を示す。図３は、アンテナ装置１３０を正面から見た正面図である。アンテナ装置１３０は、送信側のアンテナ部（送信アンテナ部）１１３及び受信側のアンテナ部（受信アンテナ部）１２１として用いることができる。なお、以下では主にアンテナ装置１３０が送信側のアンテナ部１１３として用いられる場合を説明する。アンテナ装置１３０が受信側のアンテナ部１２１として用いられる場合の説明は、無線信号の方向が反対になる点を除けば、アンテナ装置１３０が送信側のアンテナ部１１３として用いられる場合の説明と同様である。

【0031】

アンテナ装置１３０は、アンテナ素子（第１のアンテナ素子）１３１と、アンテナ素子（第２のアンテナ素子）１３２とを有する。本実施形態において、アンテナ装置１３０は、無線信号の放射点が円形状に配列された円形アレイアンテナとして構成される。アンテナ素子１３１及び１３２は、図２に示されるＮ個のアンテナ素子１１４に対応する。また、アンテナ素子１３１及び１３２は、Ｎ個のアンテナ素子１２２に対応する。図３の例では、アンテナ装置１３０は、４つのアンテナ素子１３１と、４つのアンテナ素子１３２を有する。つまり、Ｎ＝８である。アンテナ装置１３０は、図１のアンテナ装置１０に対応する。アンテナ素子１３１及び１３２は、図１のアンテナ素子１１に対応する。

【0032】

アンテナ素子１３１及び１３２は、円周上に、互い違いに等間隔で配列される。アンテナ素子１３１は、偏波方向が第１の方向の無線信号を出力する。アンテナ素子１３２は、出力する無線信号の偏波方向が、第１の方向とそれに直交する第２の方向とで切替可能に構成される。以下の説明では、第１の方向の偏波をＨ偏波とも呼ぶ。また、第２の方向の偏波をＶ偏波とも呼ぶ。アンテナ素子１３２は、例えば無線信号の給電点が変更されることで、Ｈ偏波とＶ偏波とが切替可能に構成される。給電点は、電気的又は物理的に変更可能に構成される。

【0033】

図４（ａ）～（ｃ）は、アンテナ素子１３２の構成例を示す。図４（ａ）～（ｃ）において、アンテナ素子１３２の給電点は、切替部１３４を用いて切り替えられる。切替部１３４は、例えば電子的なスイッチとして構成される。切替部１３４は、図２には図示されない制御部から出力される制御信号（切替信号）に基づいて無線信号の出力先を切り替えることで、アンテナ素子１３２の給電点を変更してもよい。

【0034】

図４（ａ）の例では、アンテナ素子１３２はパッチアンテナとして構成される。切替部１３４は、パッチアンテナにおける給電点を、互いに直交する二辺の間で切り替える。このようにすることで、アンテナ素子１３２から出力される無線信号を、Ｈ偏波とＶ偏波との間で切り替えることができる。

【0035】

図４（ｂ）及び（ｃ）の例では、アンテナ素子１３２はホーンアンテナとして構成される。図４（ｂ）の例では、ホーンアンテナであるアンテナ素子１３２には、円形導波路１３５を通じて無線信号が入力される。切替部１３４は、ホーンアンテナに接続される円形導波路１３５に無線信号を入力する位置を切り替える。このようにすることで、円形導波路１３５を導波される無線信号の電界の方向を、互いに直交する２つの方向の間で切り替えることができる。その結果、アンテナ素子１３２から出力される無線信号を、Ｈ偏波とＶ偏波との間で切り替えることができる。

【0036】

図４（ｃ）の例では、ホーンアンテナであるアンテナ素子１３２は、方形導波路１３６及び方形導波路１３７に接続される。切替部１３４は、無線信号の出力先を、方形導波路１３６と方形導波路１３７との間で切り替える。アンテナ素子１３２は、例えば方形導波路１３６を通じて無線信号が入力された場合、Ｖ偏波の無線信号を出力する。アンテナ素子１３２は、方形導波路１３７を通じて無線信号が入力された場合、Ｈ偏波の無線信号を出力する。この例では、切替部１３４が無線信号を出力する方形導波路を切り替えることで、アンテナ素子１３２から出力される無線信号を、Ｈ偏波とＶ偏波との間で切り替えることができる。

【0037】

図５（ａ）及び（ｂ）は、アンテナ素子１３２の別の構成例を示す。この例において、アンテナ素子１３２はホーンアンテナとして構成される。この例では、ホーンアンテナの給電点が物理的に９０°回転可能に構成される。図５（ａ）では、ホーンアンテナであるアンテナ素子１３２には、方形導波路１３８の長手方向に導波された無線信号が入力される。この場合、アンテナ素子１３２は、Ｖ偏波の無線信号を出力する。図５（ｂ）に示すように、方形導波路１３８が９０°回転された場合、アンテナ素子１３２には方形導波路の短手方向に導波された無線信号が入力される。この場合、アンテナ素子１３２は、Ｈ偏波の無線信号を出力する。

【0038】

ここで、無線通信システム１００において、無線局である無線送信機１１０及び無線受信機１２０は所定の位置に固定される。このため、送信側のアンテナ部１１３から受信側のアンテナ部１２１までの距離、すなわちリンク距離は、無線局の位置が決まれば一定である。通常、アンテナ部１１３及び１２１におけるアンテナ素子配置（アンテナ素子の数、及びアンテナ径）は、リンク距離に応じて適宜決定される。例えば、アンテナ部１１３及び１２１に、アンテナ素子の数が８つのＵＣＡアンテナが用いられる場合、アンテナ素子が配列される円の半径（アンテナ径）は、あるリンク距離Ｌに対して各ＯＡＭモードにおいてＭＩＭＯ ＧＡＩＮが所望の特性となる半径ｒに設定される。

【0039】

しかしながら、上記半径ｒの円周上に８つのアンテナ素子が配列されたＵＣＡアンテナが、例えばリンク距離がＬとは異なる環境に用いられる場合、いくつかのＯＡＭモードではＭＩＭＯ ＧＡＩＮが劣化し、そのＯＡＭモードが利用できない場合がある。特に、高次のＯＡＭモードは、リンク距離の増加に伴ってＭＩＭＯ ＧＡＩＮが劣化する傾向がある。いくつかのＯＡＭモードが利用できない場合、その分だけ空間多重数が減少し、通信容量が低下する。

【0040】

上記問題に対し、本実施形態では、リンク距離に応じて、アンテナ素子１３２から出力される無線信号の偏波を、Ｈ偏波とＶ偏波との間で切り替える。図６（ａ）及び（ｂ）は、各アンテナ素子から出力される無線信号の偏波を示す。図６（ａ）は、アンテナ素子１３２からＨ偏波の無線信号を出力させる場合の各アンテナ素子から出力される無線信号の偏波を示す。図６（ａ）に示されるように、アンテナ素子１３１及び１３２の双方からＨ偏波の無線信号が出力される。この場合、半径ｒの円周上に８つのアンテナ素子が配列されたアンテナ装置が送信側と受信側とにおいて用いられる８×８ＯＡＭモード多重伝送が実現される。８×８ＯＡＭモード多重伝送では、モード０、モード±１、モード±２、モード±３、及びモード＋４を用いることができ、空間多重数は最大で８となる。

【0041】

一方、図６（ｂ）は、アンテナ素子１３２からＶ偏波の無線信号を出力させる場合の各アンテナ素子から出力される無線信号の偏波を示す。この場合、アンテナ素子１３１はＨ偏波の無線信号を出力し、アンテナ素子１３２はＶ偏波の無線信号を出力する。前述のように、Ｈ偏波の無線信号とＶ偏波の無線信号とは互いに干渉しない。このため、図６（ｂ）の場合、各偏波において、半径ｒの円周上に４つのアンテナ素子が配列されたアンテナ装置が送信側と受信側とにおいて用いられる４×４ＯＡＭモード多重伝送が実現される。４×４ＯＡＭモード多重伝送では、モード０、モード±１、モード＋２が利用可能である。図６（ｂ）の場合、偏波ごとにこれら４つのモードが利用でき、空間多重数は、８×８ＯＡＭモード多重伝送の場合と同様に最大で８となる。

【0042】

図７（ａ）及び（ｂ）は、１５０ＧＨｚ帯におけるＯＡＭモード無線信号のＭＩＭＯ ＧＡＩＮとリンク距離との関係を示す。図７（ａ）及び（ｂ）に示されるグラフにおいて、縦軸はＭＩＭＯ ＧＡＩＮ（ｄＢ）を示し、横軸はリンク距離（ｍ）を示す。図７（ａ）は、８×８ＯＡＭモード多重伝送（８ＯＡＭモード多重）の場合のＭＩＭＯ ＧＡＩＮとリンク距離との関係を示す。アンテナ径が０．３［ｍ］であり、アンテナ素子の数が８つのＵＣＡアンテナが用いられる場合に、各リンク距離における各ＯＡＭモードのＭＩＭＯ ＧＡＩＮをシミュレーションを用いて求めると、図７（ａ）に示す結果が得られた。

【0043】

ここでは、ＭＩＭＯ ＧＡＩＮが、基準である０［ｄＢ］以上のモードは通信に利用可能であるとする。図７（ａ）に示されるように、リンク距離が８０［ｍ］程度の場合、各モードのＭＩＭＯ ＧＡＩＮは基準である０［ｄＢ］を超えており、かつその差が少ない。このため、アンテナ径０．３［ｍ］のＵＣＡアンテナは、リンク距離８０［ｍ］の場合の８ＯＡＭモード多重に適していると言える。一方、特にモード＋４ではリンク距離が延びるにつれてＭＩＭＯ ＧＡＩＮが劣化し、リンク距離１２０［ｍ］程度でＭＩＭＯ ＧＡＩＮが基準である０［ｄＢ］を下回る。このため、アンテナ径０．３［ｍ］のＵＣＡアンテナは、リンク距離が１２０［ｍ］を超える場合の８ＯＡＭモード多重には適していないといえる。

【0044】

図７（ｂ）は、４×４ＯＡＭモード多重伝送（４ＯＡＭモード多重）の場合のＭＩＭＯ ＧＡＩＮとリンク距離との関係を示す。アンテナ径が０．３［ｍ］であり、アンテナ素子の数が４つのＵＣＡアンテナが用いられる場合に、各リンク距離における各ＯＡＭモードのＭＩＭＯ ＧＡＩＮをシミュレーションを用いて求めると、図７（ｂ）に示す結果が得られた。

【0045】

図７（ｂ）に示されるように、リンク距離が１８０［ｍ］程度の場合、各モードのＭＩＭＯ ＧＡＩＮは基準である０［ｄＢ］を超えており、かつその差が少ない。このため、アンテナ径０．３［ｍ］のＵＣＡアンテナは、リンク距離１８０［ｍ］の場合の４ＯＡＭモード多重に適していると言える。一方、リンク距離が短い範囲では、特にモード０及びモード±１のＭＩＭＯ ＧＡＩＮが基準である０［ｄＢ］を下回る。このため、アンテナ径０．３のＵＣＡアンテナは、リンク距離が短い場合の４ＯＡＭモード多重には適していないといえる。

【0046】

設計者は、例えばアンテナ工事に先立って、見通し内通信を行う無線送信機１１０（図２を参照）の設置場所と無線受信機１２０の設置場所との位置関係から、リンク距離を取得する。設計者は、シミュレーションを行い、アンテナ素子１３１及び１３２から同一偏波の無線信号が出力される場合（図６（ａ）を参照）の、取得したリンク距離における受信品質を計算する。また、設計者は、アンテナ素子１３１及び１３２から偏波方向が互いに直交する無線信号が出力される場合（図６（ｂ）を参照）の、取得したリンク距離における受信品質を計算する。設計者は、計算した受信品質を比較し、取得したリンク距離の場合にどちらの受信品質が良好であるかを判断する。

【0047】

設計者は、アンテナ素子１３１及び１３２から同一偏波の無線信号が出力される場合の受信品質が良好であると判断したとする。その場合、無線送信機１１０及び無線受信機１２０内の図示しない制御部は、アンテナ素子１３２からＨ偏波の無線信号を出力させるための制御信号を切替部１３４（図４（ａ）～（ｃ）を参照）に対して出力する。設計者は、アンテナ素子１３２の給電点が物理的に変更可能な場合は、アンテナ工事の作業者に、方形導波路１３８（図５（ａ）及び（ｂ）を参照）の向きを、アンテナ素子１３２からＨ偏波の無線信号を出力させる向きに回転させるように指示してもよい。以後、方形導波路１３８の向きはその向きに固定される。無線通信システム１００の運用中、アンテナ素子１３２は、Ｈ偏波の無線信号を出力する。

【0048】

上記とは逆に、設計者は、アンテナ素子１３１及び１３２から互いに直交する偏波方向の無線信号が出力される場合の受信品質が良好であると判断したとする。その場合、無線送信機１１０及び無線受信機１２０内の図示しない制御部は、アンテナ素子１３２からＶ偏波の無線信号を出力させるための制御信号を切替部１３４に対して出力する。設計者は、アンテナ素子１３２の給電点が物理的に変更可能な場合は、アンテナ工事の作業者に、方形導波路１３８の向きを、アンテナ素子１３２からＶ偏波の無線信号を出力させる向きに回転させるように指示してもよい。以後、方形導波路１３８の向きはその向きに固定される。無線通信システム１００の運用中、アンテナ素子１３２は、Ｈ偏波の無線信号を出力する。

【0049】

設計者は、無線送信機１１０及び無線受信機１２０において、アンテナ素子１３２から出力される無線信号がＨ偏波であるか、又はＶ偏波であるかに応じて、線形プリコーダ１１２及び干渉補償器１２３で使用されるウェイト行列の設定を行う。無線通信システム１００の運用中、線形プリコーダ１１２は、設定されたウェイト行列を用いて、複数の変調信号を複数のＯＡＭモードに多重化する。また、無線通信システム１００の運用中、干渉補償器１２３は、設定されたウェイト行列を用いて、複数のＯＡＭモードに多重化された信号を分離する。

【0050】

図８（ａ）及び（ｂ）は、線形プリコーダ１１２及び干渉補償器１２３で使用されるウェイト行列を示す。ここでは、Ｍ＝Ｎ＝８であるとする。線形プリコーダ１１２及び干渉補償器１２３は、アンテナ素子１３２から出力される無線信号がＨ偏波である場合、８×８ＤＦＴ行列を使用する（図８（ａ）を参照）。つまり、線形プリコーダ１１２及び干渉補償器１２３は、８×８ＯＡＭモード多重伝送が実施される場合、８×８ＤＦＴ行列を使用する。一方、線形プリコーダ１１２及び干渉補償器１２３は、アンテナ素子１３２から出力される無線信号がＶ偏波である場合、４×４ＤＦＴ行列を２つ配置したウェイト行列を使用する（図８（ｂ）を参照）。つまり、線形プリコーダ１１２及び干渉補償器１２３は、各偏波において４×４ＯＡＭモード多重伝送が実施される場合、４×４ＤＦＴ行列を２つ配置したウェイト行列を使用する。この場合、ウェイト行列において、４×４ＤＦＴ行列が配置されない要素は０で埋められる。このように、８×８ＯＡＭモード多重伝送が実施される場合と、各偏波において４×４ＯＡＭモード多重伝送が実施される場合とで、ウェイト行列を切り替えることで、双方のＯＡＭモード多重伝送に応じた処理を切り替えることができる。

【0051】

本実施形態では、アンテナ装置１３０は、出力する無線信号の偏波方向が切替可能なアンテナ素子１３２を有する。アンテナ装置１３０は、アンテナ素子１３１及び１３２のそれぞれから同一の偏波方向の無線信号を出力できる。その場合、無線通信システム１００において、例えば８×８ＯＡＭモード多重伝送が実施される。また、アンテナ装置１３０は、アンテナ素子１３１及び１３２から、互いに直交する偏波方向の無線信号を出力できる。その場合、無線通信システム１００において、各偏波方向に対して、例えば４×４ＯＡＭモード多重伝送が実施される。

【0052】

アンテナ素子１３１及び１３２から同一の偏波方向の無線信号を出力する場合と、互いに直交する偏波方向の無線信号を出力する場合とで、リンク距離に対する受信品質特性は異なる。例えば、あるリンク距離において、アンテナ素子１３１及び１３２から同一の偏波方向の無線信号を出力する場合に受信品質が劣化する場合、アンテナ素子１３２が出力する無線信号の偏波方向を変更する。その場合でも、偏波ごとに４×４ＯＡＭモード多重伝送が実施されるため、８×８ＯＡＭモード多重伝送の場合と同じ空間多重数を実現できる。本実施形態では、アンテナ素子１３２から出力される無線信号の偏波方向が切り替えられるだけで、アンテナ素子１３１及び１３２の物理的な配置は変更されない。従って、本実施形態では、さまざまなリンク距離において、物理的なアンテナ素子の配置を変更することなく、空間多重されるデータストリームの数を確保することができる。

【0053】

ここで、アンテナ装置において、アンテナ素子が移動可能に構成される場合、設置時のリンク距離に応じてアレイ半径などを調整することができる。しかしながら、アレイ半径が変更された場合、アンテナ素子とＲＦ部の機器とを接続するケーブルなどのインタフェースを交換する必要が生じる場合があるという問題が生じる。また、アンテナ装置が可動部分を有することで、その部分の耐久性が低下するという問題もある。これに対し、本実施形態では、物理的なアンテナ素子の配置を変更する必要がないため、上記した問題は生じない。

【0054】

次いで、本開示の第２実施形態を説明する。図９は、本開示の第２実施形態に係る無線通信システムを示す。無線通信システム１００ａは、無線送信機１１０ａ、及び無線受信機１２０ａを有する。本実施形態では、空間多重伝送にＬＯＳ－ＭＩＭＯ伝送が用いられる。本実施形態において、無線送信機１１０ａは、複数の変調器１１１、及びアンテナ部１１３を有する。本実施形態における無線送信機１１０ａは、図２に示される線形プリコーダ１１２を有していない点で、第１実施形態における無線送信機１１０と相違する。他の点は、第１実施形態と同様でよい。

【0055】

本実施形態において、アンテナ部１１３及び１２１には、例えば図３に示すアンテナ装置１３０が用いられる。アンテナ素子１３１及び１３２から同一偏波の無線信号が出力される場合（図６（ａ）を参照）、８つのアンテナ素子が配列されたアンテナ装置が送信側と受信側とにおいて用いられる８×８ＬＯＳ－ＭＩＭＯ伝送が実現される。８×８ＬＯＳ－ＭＩＭＯ伝送が実施される場合、空間多重されるデータストリームの数は８となる。

【0056】

一方、アンテナ素子１３１及び１３２から偏波方向が互いに直交する無線信号が出力される場合（図６（ｂ）を参照）、各偏波において、４つのアンテナ素子が配列されたアンテナ装置が送信側と受信側とにおいて用いられる４×４ＯＡＭモード多重伝送が実現される。４×４ＬＯＳ－ＭＩＭＯ伝送が各偏波において実施される場合、空間多重されるデータストリームの数は、８×８ＬＯＳ－ＭＩＭＯ伝送の場合と同様に、８となる。

【0057】

図１０（ａ）及び（ｂ）は、１５０ＧＨｚ帯におけるＬＯＳ－ＭＩＭＯ伝送におけるＭＩＭＯ ＧＡＩＮとリンク距離との関係を示す。図１０（ａ）及び（ｂ）に示されるグラフにおいて、縦軸はＭＩＭＯ ＧＡＩＮ（ｄＢ）を示し、横軸はリンク距離（ｍ）を示す。図１０（ａ）は、８×８ＬＯＳ－ＭＩＭＯ伝送（８多重ＬＯＳ－ＭＩＭＯ）の場合のＭＩＭＯ ＧＡＩＮとリンク距離との関係を示す。アンテナ径が０．３［ｍ］であり、アンテナ素子の数が８つのＵＣＡアンテナが用いられる場合に、各リンク距離におけるＭＩＭＯ ＧＡＩＮをシミュレーションを用いて求めると、図１０（ａ）に示す結果が得られた。

【0058】

ここでは、ＭＩＭＯ ＧＡＩＮが、基準である０［ｄＢ］以上の場合に、通信が可能であるとする。図１０（ａ）に示されるように、リンク距離が８０［ｍ］程度の場合、ＭＩＭＯ ＧＡＩＮは基準である０［ｄＢ］を超えており、かつ極大値をとる。このため、アンテナ径０．３［ｍ］のＵＣＡアンテナは、リンク距離８０［ｍ］の場合の８多重ＬＯＳ－ＭＩＭＯに適していると言える。一方、ＭＩＭＯ ＧＡＩＮはリンク距離が延びるにつれて劣化し、リンク距離１５０［ｍ］程度でＭＩＭＯ ＧＡＩＮが基準である０［ｄＢ］を下回る。このため、アンテナ径０．３［ｍ］のＵＣＡアンテナは、リンク距離が１５０［ｍ］を超える場合の８多重ＬＯＳ－ＭＩＭＯ伝送には適していないといえる。

【0059】

図１０（ｂ）は、４×４ＬＯＳ－ＭＩＭＯ伝送（４多重ＬＯＳ－ＭＩＭＯ）の場合のＭＩＭＯ ＧＡＩＮとリンク距離との関係を示す。アンテナ径が０．３［ｍ］であり、アンテナ素子の数が４つのＵＣＡアンテナが用いられる場合に、各リンク距離におけるＭＩＭＯ ＧＡＩＮをシミュレーションを用いて求めると、図１０（ｂ）に示す結果が得られた。

【0060】

図１０（ｂ）に示されるように、リンク距離が１８０［ｍ］程度の場合、各モードのＭＩＭＯ ＧＡＩＮは基準である０［ｄＢ］を超えており、かつ極大値をとる。このため、アンテナ径０．３［ｍ］のＵＣＡアンテナは、リンク距離１８０［ｍ］の場合の４多重ＬＯＳ－ＭＩＭＯに適していると言える。一方、リンク距離が７０［ｍ］から１２０「ｍ」程度の範囲では、ＭＩＭＯ ＧＡＩＮが基準である０［ｄＢ］を下回る。このため、アンテナ径０．３のＵＣＡアンテナは、それらのリンク距離における４多重ＬＯＳ－ＭＩＭＯには適していないといえる。

【0061】

リンク距離に応じた、８多重ＬＯＳ－ＭＩＭＯ又は偏波ごとの４多重ＬＯＳ－ＭＩＭＯとの選択は、第１実施形態と同様でよい。設計者は、例えばアンテナ工事に先立って、見通し内通信を行う無線送信機１１０ａ（図９を参照）の設置場所と無線受信機１２０の設置場所との位置関係から、リンク距離を取得する。設計者は、取得したリンク距離における、８多重ＬＯＳ－ＭＩＭＯの場合の受信品質と、偏波ごとの４多重ＬＯＳ－ＭＩＭＯの場合の受信品質を比較し、どちらの受信品質が良好であるかを判断する。設計者は、その判断結果に基づいて、８多重ＬＯＳ－ＭＩＭＯ又は偏波ごとの４多重ＬＯＳ－ＭＩＭＯを選択する。

【0062】

本実施形態では、無線通信システム１００ａにおいて、リンク距離に応じて、８多重ＬＯＳ－ＭＩＭＯ又は偏波ごとの４多重ＬＯＳ－ＭＩＭＯが実施される。ＬＯＳ－ＭＩＭＯ伝送の場合も、ＯＡＭモード多重伝送の場合と同様に、さまざまなリンク距離において、物理的なアンテナ素子の配置を変更することなく、空間多重されるデータストリームの数を確保することができる。

【0063】

なお、上記各実施形態では、アンテナ装置１３０がアンテナ素子１３１とアンテナ素子１３２とを有する例を説明したが、本開示はこれには限定されない。アンテナ装置１３０において、全てのアンテナ素子がアンテナ素子１３２で構成されてもよい。別の言い方をすると、アンテナ装置１３０において、全てのアンテナ素子が、Ｈ偏波の無線信号とＶ偏波の無線信号とを切り替えて出力可能であってもよい。その場合でも、全てのアンテナ素子からＨ偏波の無線信号を出力させることができ、図６（ａ）の場合と同様に、８×８ＯＡＭモード多重伝送を実現できる。また、円周方向に沿って、アンテナ素子からＨ偏波の無線信号とＶ偏波の無線信号とを交互に出力させることができる。その場合、図６（ｂ）の場合と同様に、偏波ごとに、４×４ＯＡＭモード多重伝送を実現できる。

【0064】

上記第２実施形態では、ＬＯＳ－ＭＩＭＯ伝送にＵＣＡアンテナが用いられる例を説明したが、本開示はこれには限定されない。図１１は、アンテナ装置の別の構成例を示す。この構成例において、アンテナ装置１３０ａは、直線状に配列された複数のアンテナ素子１３１及び１３２を有する。アンテナ装置１３０ａにおいて、アンテナ素子１３１とアンテナ素子１３２とは交互に配列される。アンテナ素子１３１とアンテナ素子１３２との間隔はｄであるとする。アンテナ素子１３１及び１３２からＨ偏波の無線信号が出力される場合、Ｈ偏波の無線信号が出力されるアンテナ素子の間隔はｄとなる。

【0065】

図１２は、アンテナ素子１３１がＨ偏波の無線信号を出力し、アンテナ素子１３２がＶ偏波の無線信号を出力する場合の各アンテナ素子から出力される無線信号の偏波を示す。この場合、Ｈ偏波の無線信号を出力するアンテナ素子の間隔は２ｄとなる。また、Ｖ偏波の無線信号を出力するアンテナ素子の間隔も２ｄとなる。このように、アンテナ素子が直線状に配列される場合でも、物理的なアンテナ素子配置を変更せずに、偏波方向ごとにアンテナ素子配置を変更することができる。従って、ＵＣＡアンテナが用いられる場合と同様に、さまざまなリンク距離において、物理的なアンテナ素子の配置を変更することなく、空間多重されるデータストリームの数を確保することができる。

【0066】

以上、本開示の実施形態を詳細に説明したが、本開示は、上記した実施形態に限定されるものではなく、本開示の趣旨を逸脱しない範囲で上記実施形態に対して変更や修正を加えたものも、本開示に含まれる。

【符号の説明】

【0067】

１０：アンテナ装置
１１：アンテナ素子
１００：無線通信システム
１１０：無線送信機
１１１：変調器
１１２：線形プリコーダ
１１３、１２１：アンテナ部
１１４、１２２：アンテナ素子
１１５：無線信号生成部
１２０：無線受信機
１２３：干渉補償器
１２４：復調器
１２５：無線信号処理部
１３０：アンテナ装置
１３１、１３２：アンテナ素子
１３４：切替部
１３５：円形導波路
１３６～１３８：方形導波路

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】