特許 7628436 無線通信装置

(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】2025-01-31

(45)【発行日】2025-02-10

(54)【発明の名称】無線通信装置

(51)【国際特許分類】

   H04W 16/28 20090101AFI20250203BHJP

   H04B 7/06 20060101ALI20250203BHJP

   H01Q 3/26 20060101ALI20250203BHJP

【ＦＩ】

H04W16/28

H04B7/06 950

H01Q3/26 Z

【請求項の数】 3

(21)【出願番号】P 2021025409

(22)【出願日】2021-02-19

(65)【公開番号】P2021176226

(43)【公開日】2021-11-04

【審査請求日】2024-02-01

(31)【優先権主張番号】16/864,239

(32)【優先日】2020-05-01

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(73)【特許権者】

【識別番号】000005186

【氏名又は名称】株式会社フジクラ

(74)【代理人】

【識別番号】100106909

【弁理士】

【氏名又は名称】棚井 澄雄

(74)【代理人】

【識別番号】100126882

【弁理士】

【氏名又は名称】五十嵐 光永

(74)【代理人】

【識別番号】100160093

【弁理士】

【氏名又は名称】小室 敏雄

(74)【代理人】

【識別番号】100169764

【弁理士】

【氏名又は名称】清水 雄一郎

(72)【発明者】

【氏名】佐久間 健

【審査官】松原 徳久

(56)【参考文献】

【文献】米国特許出願公開第２０１４／００５５３０２（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特開２０１９－１４６１６１（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｑ３／００－３／４６

２１／００－２５／０４

Ｈ０４Ｂ７／０２－７／１２

７／２４－７／２６

Ｈ０４Ｌ１／０２－１／０６

Ｈ０４Ｗ４／００－９９／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ビームフォーミングアンテナと、
ビームテーブルから選択されたアンテナウェイトベクトルに従って、前記ビームフォーミングアンテナのビームパターンを設定するビームフォーマと、を備えており、
前記ビームテーブルは、各アンテナウェイトベクトルに対応するアレイファクタのピーク方向が角度空間において非一様に分布するビームテーブルであり、
前記ビームテーブルを構成する各アンテナウェイトベクトルに対応するアレイファクタのピーク方向について、角度空間において互いに隣接する２つのピーク方向の差は、前記ビームフォーミングアンテナを構成するアンテナエレメントが並ぶ平面に直交する方向との差に応じて変化し、
前記２つのピーク方向の差は、前記平面に直交する方向近傍において最小になり、前記平面に直交する方向から遠ざかるに従って次第に大きくなる、
無線通信装置。

【請求項2】

前記ビームテーブルを構成する各アンテナウェイトベクトルに対応するアレイファクタのピーク方向の分布は、アレイファクタのビーム半値幅が最小となる方向近傍において最密になる、
請求項１に記載の無線通信装置。

【請求項3】

ビームフォーミングアンテナと、
ビームテーブルから選択されたアンテナウェイトベクトルに従って、前記ビームフォーミングアンテナのビームパターンを設定するビームフォーマと、を備えており、
前記ビームテーブルは、各アンテナウェイトベクトルに対応するアレイファクタのピーク方向が角度空間において非一様に分布するビームテーブルであり、
前記ビームテーブルを構成する各アンテナウェイトベクトルに対応するアレイファクタのピーク方向の分布は、アレイファクタの谷における利得が一定になるように設定されている、
無線通信装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ビームフォーミングアンテナを備えた無線通信装置に関する。

【背景技術】

【0002】

無線通信の大容量化を図るために、使用する周波数帯域の広帯域化及び高周波化が進んでいる。例えば、ミリ波帯（周波数が３０ＧＨｚ以上３００ＧＨｚ以下となる周波数帯域）は、ＩＴＵ（International Telecommunication Union）においてＥＨＦ（Extremely High Frequency）と規定され、これを使用する無線通信装置の開発が急速に進んでいる。なかでも、酸素の吸収帯域と重なる６０ＧＨｚ帯は、伝搬損失が大きい（その結果、伝搬距離が短い）ので、多くの国において近距離通信を目的とした免許不要周波数帯域とされている。このため、例えば、モバイル通信網と連携したスモールセルや、ワイヤレスインターネットサービスプロバイダの無線アクセス網などにおいて、或いは、無線基地局、無線中継局、又は公衆無線ＬＡＮ通信アクセスポイントなどの無線バックホールリンクにおいて、６０ＧＨｚ帯の利用が検討されている。これらの用途においては、数十ｍから数百ｍ離れた無線通信装置間で数Ｇｂｐｓの通信容量を実現することが期待されている。

【0003】

ミリ波帯を使用する無線通信装置においては、通常、利得が高く指向性が鋭いビームアンテナが利用される。なかでも、通信相手装置が移動端末であることや、複数の通信相手装置とＰ２ＭＰ（Point To MultiPoint)通信を行うことなどが想定される無線通信装置においては、ビームパターンを制御可能なビームフォーミングアンテナが利用される。ビームフォーミングアンテナを備えた無線通信装置においては、ビームフォーミングアンテナのビームパターンを、通信相手装置が存在する方向に応じて変更する構成が採用される。ＩＥＥＥ８０２．１１ａｄに従う無線通信装置は、このような構成が採用される無線通信装置の一例である。

【0004】

ビームフォーミングアンテナは、複数のアンテナエレメントにより構成される。送信時には、分波器にて分波された送信信号が、振幅調整器及び可変移相器にて振幅及び位相を調整された後、各アンテナエレメントに入力される。受信時には、各アンテナエレメントから出力された受信信号が、可変移相器及び振幅調整器にて位相及び振幅を調整された後、合波器にて合波される。ビームフォーミングアンテナを備えた無線通信装置は、各アンテナエレメントに対応する振幅調整器の利得及び可変移相器の移相量を制御することによって、ビームフォーミングアンテナのビームパターンを制御する。

【0005】

ビームフォーミングアンテナを備えた無線通信装置は、複数のアンテナウェイトベクトルにより構成されるビームテーブルを有している。ここで、アンテナウェイトベクトルとは、各アンテナエレメントに対応する振幅調整器の利得及び可変移相器の移相量を表すベクトルのことを指す。ビームフォーミングアンテナがｎ個のアンテナエレメントにより構成されている場合、アンテナウェイトベクトルは、例えば、ｎ次元の複素ベクトル又は２ｎ次元の実ベクトルにより与えられる。

【0006】

ビームフォーミングアンテナを備えた無線通信装置は、ビームテーブルから選択したアンテナウェイトベクトルを参照することによって、振幅調整器の利得及び可変移相器の移相量を設定する。ビームテーブルから選択するアンテナウェイトベクトルを、第１のアンテナウェイトベクトルから第２のアンテナウェイトベクトルに変更すれば、ビームフォーミングアンテナのビームパターンを、第１のアンテナウェイトベクトルに対応する第１のビームパターンから第２のアンテナウェイトベクトルに対応する第２のビームパターンに変更することができる。
なお、アンテナウェイトベクトルのみから算出されるビームフォーミングアンテナのビームパターンのことを、アレイファクタと呼ぶ。ビームフォーミングアンテナのビームパターンは、アレイファクタとアンテナエレメントのビームパターンとを乗算することによって算出される。

【0007】

特許文献１には、ビームテーブルをアップデートする技術が開示されている。この技術は、ＩＥＥＥ８０２．１１ａｄに従う無線通信装置に適用することが可能である。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0008】

【文献】米国特許第９３１８８０５号明細書

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0009】

従来の無線通信装置においては、各アンテナウェイトベクトルに対応するアレイファクタのピーク方向が角度空間において一様に分布する（等間隔に並ぶ）ビームテーブルが使用されている。このため、様々な方向に存在する通信相手装置に対して信号品質を公平に保証することが困難である。以下、この理由を、具体例に即して説明する。

【0010】

一例として、３１個のアンテナウェイトベクトルにより構成されるビームテーブルであって、以下の指針に従い設計したビームテーブルを考える。（１）同一の平面上において同一の直線上に等間隔配置（１／２波長間隔配置を仮定）された１６個のアンテナエレメント（平面パッチアンテナを仮定）からなるビームフォーミングアンテナを想定する。（２）この平面に直交する方向を９０°方向として、３０°方向から１５０°方向までの方向において３１個のターゲット方向を一様に分布させる。すなわち、ターゲット方向の角度間隔を、一律に（１５０°－３０°）／（３１－１）＝４°とする。（３）各ターゲット方向に対応するアンテナウェイトベクトルとして、アレイファクタのピーク方向が該ターゲット方向に予め定められた精度で一致するアンテナウェイトベクトルのなかで、アレイファクタの該ターゲット方向における利得が最大となるアンテナウェイトベクトルを選択する。このように設計されたビームテーブルにおける各アレイアンテナウェイトベクトルのアレイファクタのピーク方向と、隣接するピーク方向間の角度間隔との一覧表を以下に示す。

【表1】

【0011】

図７は、以上のように設計されたビームテーブルを構成する各アンテナウェイトベクトルに対応するアレイファクタを示すグラフ（極座標表示）である。図８は、図７に示すアレイファクタの包絡線を示すグラフ（縦軸を利得とし横軸を方向とする直交座標表示）である。図９は、図７に示すアレイファクタの谷（図８に示す包絡線の極小点）をピックアップしてプロットしたグラフ（縦軸を利得とし横軸を方向とする直交座標表示）である。図１０は、図７に示す各アレイファクタのビーム半値幅をプロットしたグラフ（縦軸をビーム半値幅とし横軸をピーク方向とする直交座標表示）である。なお、アレイファクタの算出に際しては、使用周波数を６０．４８ＧＨｚとし、可変移相器のデジタイズを８ｂｉｔ（２５６段階）とした。

【0012】

図８に示すグラフによれば、アレイファクタの谷となる方向、すなわち、ビームフォーミングアンテナのビームパターンを何れのアンテナウェイトベクトルに対応するビームパターンに設定しても利得の落ち込みを免れない方向が存在することが分かる。また、図９に示すグラフによれば、アレイファクタの谷における利得は、およそ１１．５ｄＢから１１．９ｄＢまでの範囲を変動し、その変動幅は、およそ０．４ｄＢになることが分かる。利得が最小となるアレイファクタの谷は、アンテナエレメントが並んでいる平面に直交する方向である９０°方向近傍に現れ、その谷における利得の落ち込み（目標ピーク利得１２ｄＢとの差）は、０．５ｄＢに達する。また、図１０に示すグラフによれば、ビーム半値幅が最小となるアレイファクタのピーク方向は、利得が最小となるアレイファクタの谷と同様、アンテナエレメントが並んでいる平面に直交する方向である９０°方向近傍に現れることが分かる。

【0013】

アレイファクタの谷における利得が大きく変動することは、保証し得る電波品質が通信相手装置の存在する方向によって大きく変化することを意味する。すなわち、ある方向（上述した例では３０°方向及び１５０°方向）近傍に存在する通信相手装置に対しては、高い信号品質を保証できるのに対して、ある方向（上述した例では９０°方向近傍）に存在する通信相手装置に対しては、高い電波品質を保証できないという不公平が生じることを意味する。

【0014】

なお、通信相手装置が移動端末である場合、上述した不公平が生じても、通信相手装置が深刻な不利益を被る可能性は低い。利得の著しい落ち込みを免れない方向に通信相手装置が存在し続ける可能性が低いからである。一方、通信相手装置が固定端末である場合、上述した不公平が生じると、通信相手装置が深刻な不利益を被る可能性が高い。一度、利得の著しい落ち込みを免れない方向に設置された通信相手装置は、以後、その方向に存在し続ける可能性が高いからである。なお、通信相手装置が被る不利益としては、例えば、電波品質に応じてＭＣＳ（Modulation and Coding Scheme）を切り替える無線通信装置において生じ得る、電波品質の低下に伴う通信速度の低下が挙げられる。

【0015】

本発明の一態様は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、様々な方向に存在する通信相手装置に対して信号品質をより公平に保証することが可能な無線通信装置を実現する。

【課題を解決するための手段】

【0016】

本発明の一態様に係る無線通信装置は、ビームフォーミングアンテナと、ビームテーブルから選択されたアンテナウェイトベクトルに従って、前記ビームフォーミングアンテナのビームパターンを設定するビームフォーマと、を備えており、前記ビームテーブルは、各アンテナウェイトベクトルに対応するアレイファクタのピーク方向が角度空間において非一様に分布するビームテーブルである。

【発明の効果】

【0017】

本発明の一態様によれば、各アンテナウェイトベクトルに対応するアレイファクタのピーク方向が角度空間において非一様に分布するビームテーブルを用いることによって、様々な方向に存在する通信相手装置に対して信号品質をより公平に保証することが可能な無線通信装置を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【0018】

【図1】本発明の一実施形態に係る無線通信システムの構成を示す図である。

【図2】図１に示す無線通信システムが備える第１の無線通信装置の構成を示すブロック図である。

【図3】図２に示す第１の無線通信装置が利用するビームテーブルを構成する各アンテナウェイトベクトルに対応するアレイファクタを示すグラフ（極座標表示）である。

【図4】図３に示すアレイファクタの包絡線を示すグラフ（縦軸を利得とし横軸を方向とする直交座標表示）である。

【図5】図３に示すアレイファクタの谷（図４に示す包絡線の極小点）をピックアップしてプロットしたグラフ（縦軸を利得とし横軸を方向とする直交座標表示）である。

【図6】図３に示すアレイファクタのビーム半値幅をプロットしたグラフ（縦軸をビーム半値幅とし横軸をピーク方向とする直交座標表示）である。

【図7】従来の無線通信装置が利用するビームテーブルを構成する各アンテナウェイトベクトルに対応するアレイファクタを示すグラフ（極座標表示）である。

【図8】図７に示すアレイファクタの包絡線を示すグラフ（縦軸を利得とし横軸を方向とする直交座標表示）である。

【図9】図７に示すアレイファクタの谷（図８に示す包絡線の極小点）をピックアップしてプロットしたグラフ（縦軸を利得とし横軸を方向とする直交座標表示）である。

【図10】図７に示すアレイファクタのビーム半値幅をプロットしたグラフ（縦軸をビーム半値幅とし横軸をピーク方向とする直交座標表示）である。

【発明を実施するための形態】

【0019】

（無線通信システム）
本実施形態に係る無線通信システムＳの構成について、図１を参照して説明する。図１は、無線通信システムＳの構成を示す図である。

【0020】

無線通信システムＳは、図１に示すように、第１の無線通信装置１（請求の範囲における「無線通信装置」の一例」）と、第２の無線通信装置２（請求の範囲における「通信相手装置」の一例）と、を備えている。

【0021】

第１の無線通信装置１は、上流側ネットワークに接続された無線通信装置である。一例として、第１の無線通信装置１は、ワイヤレスインターネットサービスプロバイダが管理する無線通信装置である。この場合、第１の無線通信装置１は、例えば、プロバイダ網を介してインターネット（上流側ネットワークの一例）に接続される。第１の無線通信装置１とプロバイダ網との接続には、例えば、光ファイバ回線や無線通信回線などが用いられる。

【0022】

第２の無線通信装置２は、下流側ネットワークに接続された無線通信装置である。一例として、第２の無線通信装置２は、サービスプロバイダと契約したユーザが管理する無線通信装置である。この場合、第２の無線通信装置２は、例えば、ユーザ宅内のローカルエリアネットワーク（下流側ネットワークの一例）に接続される。

【0023】

なお、図１においては、第２の無線通信装置２が１台である構成を例示しているが、これに限定されない。例えば、第２の無線通信装置２が２台以上である構成を採用してもよい。この場合、２台以上の第２の無線通信装置２の各々が１台の第１の無線通信装置１と無線通信を行うことになる。

【0024】

第１の無線通信装置１及び第２の無線通信装置２は、それぞれ、ビームフォーミングアンテナを備えている。第１の無線通信装置１は、ビームフォーミングの過程で第２の無線通信装置２が存在する方向を特定すると共に、第１の無線通信装置１が備えるビームフォーミングアンテナのビームパターンとして、特定した方向に応じたビームパターンを選択する。同様に、第２の無線通信装置２は、ビームフォーミングを実施する過程で第１の無線通信装置１が存在する方向を特定すると共に、第２の無線通信装置２が備えるビームフォーミングアンテナのビームパターンとして、特定した方向に応じたビームパターンを選択する。その後、第１の無線通信装置１及び第２の無線通信装置２は、それぞれ、信号品質に応じたＭＣＳ（Modulation and Coding Scheme）に従って無線通信を行う。例えば、信号品質が良好な場合には高速無線通信を行い、信号品質が劣悪な場合には低速無線通信を行う。

【0025】

本実施形態に係る無線通信システムＳは、第２の無線通信装置２との無線通信に用いるビームフォーミングアンテナのビームパターンとして、第１の無線通信装置１が選択し得るビームパターンに特徴がある。第２の無線通信装置２との無線通信に用いるビームフォーミングアンテナのビームパターンとして、第１の無線通信装置１が選択し得るビームパターンについては、参照する図面を代えて後述する。

【0026】

なお、第１の無線通信装置１は、サービスプロバイダが設置する無線通信装置に限定されない。同様に、第２の無線通信装置２は、サービスプロバイダと契約したユーザが設置する無線通信装置に限定されない。例えば、第１の無線通信装置１及び第２の無線通信装置２は、企業や公的機関などの組織が設置する無線通信装置であってもよい。

【0027】

（第１の無線通信装置の構成）
無線通信システムＳが備える第１の無線通信装置１の構成について、図２を参照して説明する。図２は、第１の無線通信装置１の構成を示すブロック図である。

【0028】

第１の無線通信装置１は、図２に示すように、ＢＢＩＣ（Base Band Integrated Circuit）１１と、ＲＦＩＣ（Radio Frequency Integrated Circuit）１２と、ビームフォーミングアンテナ１３と、ネットワークインタフェース１４と、コントロールシステム１５と、電源ユニット１６と、を備えている。

【0029】

ＢＢＩＣ１１は、ＢＢ（Base Band）信号を処理する集積回路である。ＲＦＩＣ１２は、ＲＦ（Radio Frequency）信号を処理する集積回路である。ビームフォーミングアンテナ１３は、ビームパターンをアンテナウェイトベクトルに応じて設定することが可能なアンテナであり、第２の無線通信装置２との間の無線通信に利用される。本実施形態においては、ビームフォーミングアンテナ１３として、複数のアンテナエレメントにより構成されたフェイズドアレイアンテナを用いている。ネットワークインタフェース１４は、無線通信装置１を上流側ネットワークに接続するためのインタフェースである。コントロールシステム１５は、ＢＢＩＣ１１及びＲＦＩＣ１２を制御することによって、第１の無線通信装置１に接続された上流側ネットワークと第２の無線通信装置２に接続された下流側ネットワークとの間の通信を媒介する。コントロールシステム１５は、ＢＢＩＣ１１及びＲＦＩＣ１２の制御を、与えられたプログラムに従って、各種データベースを参照することにより実行する。電源ユニット１６は、外部から取得した電力を第１の無線通信装置１の各部に供給する。

【0030】

ＲＦＩＣ１２は、ＬＵＴ（Look Up Table）１２１と、ビームフォーマ１２２と、を備えている。ＬＵＴ１２１には、後述するストレージ１５１から転送されたアンテナウェイトベクトルが格納される。ビームフォーマ１２２は、ＬＵＴ１２１に格納されたアンテナウェイトベクトルに応じてビームフォーミングアンテナ１３のビームパターンを設定する。ビームフォーマ１２２は、例えば、アンテナウェイトベクトルに従って利得が設定される振幅調整器及び移相量が設定される可変移相器により構成される。

【0031】

コントロールシステム１５は、ストレージ１５１を備えている。ストレージ１５１には、複数のアンテナウェイトベクトルが格納されている。なお、ストレージ１５１としては、例えば、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）、ＳＳＤ（Solid State Drive）、フラッシュメモリなどの記憶媒体を用いることができる。また、コントロールシステム１５として機能するＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）又はＳｏＣ（System On a Chip）に内蔵された不揮発性記憶領域を、ストレージ１５１として用いてもよい。コントロールシステム１５は、ストレージ１５１に格納されている複数のアンテナウェイトベクトルの中から１つのアンテナウェイトベクトルを選択すると共に、選択したアンテナウェイトベクトルを上述したＬＵＴ１２１に転送する。

【0032】

なお、以下の説明において、あるアンテナウェイトベクトルに対応するビームパターンとは、ビームフォーマ１２２を構成する振幅調整器の利得及び可変移相器の移相量を、そのアンテナウェイトベクトルに従って設定したときに得られるビームフォーミングアンテナ１３のビームパターンのことを指す。また、あるアンテナウェイトベクトルに対応するアレイファクタとは、そのアンテナウェイトベクトルに対応するビームパターンであって、各アンテナエレメントが無指向である場合のビームパターンのことを指す。あるアンテナウェイトベクトルに対応するビームパターンは、そのアンテナウェイトベクトルに対応するアレイファクタと各アンテナエレメントのビームパターンとを乗算することによって算出される。

【0033】

（ストレージに格納されたビームテーブル）
第１の無線通信装置１が備えるストレージ１５１には、複数のアンテナウェイトベクトルにより構成されるビームテーブルＢＴが格納されている。ビームテーブルＢＴを構成する各アンテナウェイトベクトルに対応するアレイファクタのピーク方向は、角度空間において非一様に分布する（等間隔に並ばない）。一例をあげると、ビームテーブルＢＴを構成する各アンテナウェイトベクトルに対応するアレイファクタのピーク方向について、角度空間において互いに隣接する２つのピーク方向の差は、ビームフォーミングアンテナ１３を構成するアンテナエレメントが並ぶ平面に直交する方向との角度差に応じて変化する。

【0034】

本実施形態に係る無線通信装置１において、ビームテーブルＢＴを構成する各アンテナウェイトベクトルに対応するアレイファクタのピーク方向は、ビームフォーミングアンテナ１３を構成するアンテナエレメントが並ぶ平面に直交する方向において最密になり、更に、その方向から遠ざかるに従って次第に疎になるように分布している。換言すれば、ビームテーブルＢＴを構成する各アンテナウェイトベクトルに対応するアレイファクタのビーム半値幅が最小となる方向において最密になり、その方向から遠ざかるに従って次第に疎になるように分布している。なお、ある方向においてピーク方向が最密になるとは、角度空間において互いに隣接する２つのピーク方向の差がその方向において最小になることと等価であり、ピーク方向が次第に疎になるとは、角度空間において互いに隣接する２つのピーク方向の差が次第に大きくなることと等価である。

【0035】

第１の無線通信装置１は、第２の無線通信装置２の存在する方向が特定されていない場合、このようなビームテーブルＢＴを利用する。例えば、ＩＥＥＥ８０２．１１ａｄに対応した無線通信装置１は、このような標準ビームテーブルＳＢＴを、第２の無線通信装置２の存在する方向が特定されていない状態で実施されるSector level sweep (SLS) phase または Beam Refinement Protocol (BRP) phaseにおいて利用する。この際、コントロールシステム１５は、ストレージ１５１に格納されたビームテーブルＢＴを構成するアンテナウェイトベクトルをＲＦＩＣ１２のＬＵＴ１２１に転送する。そして、ＲＦＩＣ１２のビームフォーマ１２２は、ＲＦＩＣ１２のＬＵＴ１２１に転送されたアンテナウェイトベクトルに応じてビームフォーミングアンテナ１３のビームパターンを設定する。

【0036】

一例として、３１個のアンテナウェイトベクトルにより構成されるビームテーブルＢＴであって、以下の指針に従い設計したビームテーブルＢＴを考える。（１）同一の平面上において同一の直線上に等間隔配置（１／２波長間隔配置を仮定）された１６個のアンテナエレメント（平面パッチアンテナを仮定）からなるビームフォーミングアンテナ１３を想定し、この平面に直交する方向を９０°方向として、３０°方向から１５０°方向までの方向をカバーする。この時、各アンテナウェイトベクトルに対応するアレイファクタの谷における利得が一定になるように、３１個のターゲット方向を非一様に分布させる。詳細には、３１個のターゲット方向を一様に分布させた場合には、ターゲット方向の角度間隔の設計結果は、一律に（１５０°－３０°）／（３１－１）＝４°となる。この一様分布させた場合の設計結果と比較して、アレイファクタの谷における利得が大きい方向についてはターゲット方向の角度間隔を広く調整し、アレイファクタの谷における利得が小さい方向についてはターゲット方向の角度間隔を狭く調整してターゲット方向を分布させる。（２）各ターゲット方向に対応するアンテナウェイトベクトルとして、アレイファクタのピーク方向が該ターゲット方向に予め定められた精度で一致するアンテナウェイトベクトルのなかで、アレイファクタの該ターゲット方向における利得が最大となるアンテナウェイトベクトルを選択する。（３）設計した結果を検討し、各アンテナウェイトベクトルに対応するアレイファクタの谷における利得の差が十分に小さくなるまで、ターゲット方向の分布を再調整して再設計する。このようにして設計した、各アレイアンテナウェイトベクトルのアレイファクタのピーク方向と、隣接するピーク方向間の角度間隔との一覧表を表２に示す。

【表2】

【0037】

図３は、以上のように設計されたビームテーブルＢＴを構成する各アンテナウェイトベクトルに対応するアレイファクタを示すグラフ（極座標表示）である。図４は、図３に示すアレイファクタの包絡線を示すグラフ（縦軸を利得とし横軸を方向とする直交座標表示）である。図５は、図３に示すアレイファクタの谷（図４に示す包絡線の極小点）をピックアップしてプロットしたグラフ（縦軸を利得とし横軸を方向とする直交座標表示）である。図６は、図３に示す各アレイファクタのビーム半値幅をプロットしたグラフ（縦軸をビーム半値幅とし横軸をピーク方向とする直交座標表示）である。なお、アレイファクタの算出に際しては、使用周波数を６０．４８ＧＨｚとし、可変移相器のデジタイズを８ｂｉｔ（２５６段階）とした。

【0038】

表２に示すように、ビームテーブルＢＴを構成する各アンテナウェイトベクトルに対応するアレイファクタのピーク方向は、ビームフォーミングアンテナ１３を構成するアンテナエレメントが並ぶ平面に直交する方向である９０°方向において最密になり、更に、その方向から遠ざかるに従って次第に疎になるように分布している。ピーク方向が最密に分布する９０°方向近傍におけるピーク方向の角度間隔は、３．３°であり、ピーク方向が最疎に分布する３０°方向及び１５０°方向近傍におけるピーク方向の角度間隔は、６．０°である。

【0039】

図５に示すグラフを図９に示すグラフと比較すると、以下のことが分かる。すなわち、従来のビームテーブルを用いた場合、アレイファクタの谷における利得は、およそ１１．５ｄＢから１１．９ｄＢまでの範囲を変動し、その変動幅は、およそ０．４ｄＢになる。これに対して、本実施形態のビームテーブルＢＴを用いた場合、アレイファクタの谷における利得は、１１．６５ｄＢから１１．６７ｄＢまでの範囲を変動し、その変動幅は、０．０２ｄＢになる。すなわち、本実施形態のビームテーブルＢＴを用いることによって、アレイファクタの谷における利得の変動幅を小さくすることができる。実際、本実施形態のビームテーブルＢＴを用いた場合、アレイファクタの谷における利得の変動幅は、アレイファクタの谷の利得と比べて無視できる程度に小さく、アレイファクタの谷における利得は、略一定である。

【0040】

したがって、本実施形態に係る第１の無線通信装置１によれば、様々な方向に存在する第２の無線通信装置２に対して信号品質をより公平に保証することが可能になる。

【0041】

なお、ｘｙ平面内においてビームフォーミングアンテナ１３を構成するアンテナエレメントが直交座標系のｘ軸に沿って並んでいるとすると、０°方向がｘ軸正方向となり、９０°方向がｚ軸正方向となり、１８０°方向がｘ軸負方向となり、２７０°方向がｚ軸負方向となる。この場合、アレイファクタは、ｘｙ平面に対して面対称になる。このため、上述したグラフにおいては、１８０°方向から３６０°方向までのプロットを省略した。

【0042】

なお、本実施形態においては、ビームテーブルＢＴをストレージ１５１に格納する構成について説明したが、本発明は、これに限定されない。ビームテーブル１５１は、コントロールシステム１５として機能するＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）又はＳｏＣ（System On a Chip）に内蔵された不揮発性記憶領域に格納してもよい。

【0043】

本発明の第１の態様に係る無線通信装置は、ビームフォーミングアンテナと、ビームテーブルから選択されたアンテナウェイトベクトルに従って、前記ビームフォーミングアンテナのビームパターンを設定するビームフォーマと、を備えており、前記ビームテーブルは、各アンテナウェイトベクトルに対応するアレイファクタのピーク方向が角度空間において非一様に分布するビームテーブルである。

【0044】

本発明の第２の態様に係る無線通信装置においては、本発明の第１の態様に係る無線通信装置の構成に加えて、前記ビームテーブルを構成する各アンテナウェイトベクトルに対応するアレイファクタのピーク方向について、角度空間において互いに隣接する２つのピーク方向の差は、前記ビームフォーミングアンテナを構成するアンテナエレメントが並ぶ平面に直交する方向との差に応じて変化する、構成が採用されていてもよい。

【0045】

本発明の第３の態様に係る無線通信装置においては、本発明の第２の態様に係る無線通信装置の構成に加えて、前記ビームテーブルを構成する各アンテナウェイトベクトルに対応するアレイファクタのピーク方向について、角度空間において互いに隣接する２つのピーク方向の差は、前記平面に直交する方向近傍において最小になる、構成が採用されていてもよい。

【0046】

本発明の第４の態様に係る無線通信装置においては、本発明の第３の態様に係る無線通信装置の構成に加えて、前記ビームテーブルを構成する各アンテナウェイトベクトルに対応するアレイファクタのピーク方向について、角度空間において互いに隣接する２つのピーク方向の差は、前記平面に直交する方向から遠ざかるに従って次第に大きくなる、構成が採用されていてもよい。

【0047】

本発明の第５の態様に係る無線通信装置においては、本発明の第１の態様に係る無線通信装置の構成に加えて、前記ビームテーブルを構成する各アンテナウェイトベクトルに対応するアレイファクタのピーク方向の分布は、アレイファクタのビーム半値幅が最小となる方向近傍において最密になる、構成が採用されていてもよい。

【0048】

本発明の第６の態様に係る無線通信装置においては、本発明の第１の態様に係る無線通信装置の構成に加えて、前記ビームテーブルを構成する各アンテナウェイトベクトルに対応するアレイファクタのピーク方向の分布は、アレイファクタの谷における利得が一定になるように設定されている、構成が採用されていてもよい。

【0049】

本発明は、上述した実施形態に限定されるものでなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。

【符号の説明】

【0050】

Ｓ…無線通信システム １…第１の無線通信装置（無線通信装置） １１…ＢＢＩＣ １２…ＲＦＩＣ １２１…ＬＵＴ １２２…ビームフォーマ １３…ビームフォーミングアンテナ １４…ネットワークインタフェース １５…コントロールシステム １５１…ストレージ １６…電源ユニット ２…第２の無線通信装置（通信相手装置）

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】