JP2017017388A - アンテナ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】任意のタイミングでアンテナ装置の指向性パターンを瞬時に切り替えることを可能とする技術を提供する。
【解決手段】本発明によるアンテナ装置は、基本構成として、複数のアンテナ素子と、複数のＲＦモジュールと、複数種類のアンテナ指向性を実現する複数のパラメータパターンを含むテーブルから所定のアンテナ指向性を実現するためのパラメータパターンを取得し、当該パラメータパターンを重み係数として前記送信及び受信データに対して乗算する制御回路と、を備えている。そして、当該制御回路は、複数のＲＦモジュールの少なくも１つに異常が検知された場合、及び外部から任意のタイミングでパラメータパターンの変更が指示された場合のそれぞれに対応して、テーブルから現在使用中のパラメータパターンに代わって新たなパラメータパターンを取得し、複数のＲＦモジュールに適用するように動作する。
【選択図】図１

Description

本発明は、アンテナ装置に関し、例えば、アンテナ装置における指向性制御に関するものである。

移動体通信システムの基地局アンテナシステム等のアンテナ装置は、指向性を有し、所定の通信エリアをカバーできるように設定されている。アンテナの指向性は、アンテナ装置を構成しているアンテナ素子に対する位相や振幅等のパラメータを設定することにより決定される。また、アンテナ装置内に増幅器などの能動素子を内蔵したアンテナ装置も増えてきている。このようなアンテナ装置では特に、当該アンテナ素子のパラメータを一旦設定した後に、増幅器などの能動素子が故障により使用できない事態が生じると、当初決定したアンテナの指向性を出すことは困難となる。このような事態を対処するため、例えば、特許文献１に開示の技術には、複数のアンテナ素子の異常を検知し、異常が検知された素子以外の素子のパラメータを当初のものから変更して正常時のアンテナ指向性を再現することが開示されている。

特許５６６９８７４号公報

本発明は、任意のタイミングでアンテナ装置の指向性を瞬時に切り替えることを可能とする技術を提供する。

上記課題を解決するために、本発明は、複数のアンテナ素子と、複数のＲＦモジュールと、制御回路と、を有するアンテナ装置を提供する。ここで、制御回路は、重み係数情報が予め保存されている記憶装置から重み係数情報を取得し、当該取得した重み係数情報に基づいて複数のＲＦモジュールの重み付けを変更する。これにより、任意のタイミングで指向性を設定することが可能となる。
さらなる本発明の特徴は、以下本発明を実施するための形態および添付図面によって明らかになるものである。

本発明によれば、任意のタイミングでアンテナ装置の指向性パターンを瞬時に切り替えることができるようになる。

本発明の実施形態によるアンテナ装置の構成例を示す図である。 本発明の実施形態によるＢＦテーブルの構成例を示す図である。 本発明の実施形態による指向性形成の動作を説明するためのフローチャートである。 本発明の実施形態による、１つのＢＦテーブルの生成処理について説明するためのフローチャートである。 本発明の実施形態によるＢＦテーブル生成処理（図４）によって生成されたパラメータパターンを用いた場合の指向性の例（１）を示す図である。 本発明の実施形態によるＢＦテーブル生成処理（図４）によって生成されたパラメータパターンを用いた場合の指向性の例（２）を示す図である。 本発明の実施形態によるＢＦテーブル生成処理（図４）によって生成されたパラメータパターンを用いた場合の指向性の例（３）を示す図である。

本発明は、アンテナ装置において、ＲＦモジュール内に異常が発生したか否かに関係なく、その時々の状況に応じて適切なアンテナ素子のパラメータパターンを用いるようにするものである。ここで言うパラメータパターンとは、素子毎に給電する位相と振幅に関する重み係数を記述したものである。アンテナ素子のパラメータパターンを変更するトリガーとなるものは、内部要因と外部要因がある。内部要因として、ＲＦモジュールにおける異常の発生が挙げられる。また、外部要因としては、アンテナの設置場所によりアンテナの指向性を変えたいとき、或いは実験目的で様々なパラメータパターンを試したいとき等、ユーザが任意にパラメータパターンを変更したいと思うときが挙げられる。

以下、添付図面を参照して本発明の実施形態について説明する。添付図面では、機能的に同じ要素は同じ番号で表示される場合もある。なお、添付図面は本発明の原理に則った具体的なアクティブアンテナシステム（基地局アンテナ装置）の実施形態と実装例を示しているが、これらは本発明の理解のためのものであり、決して本発明を限定的に解釈するために用いられるものではない。

本実施形態では、当業者が本発明を実施するのに十分詳細にその説明がなされているが、他の実装・形態も可能で、本発明の技術的思想の範囲と精神を逸脱することなく構成・構造の変更や多様な要素の置き換えが可能であることを理解する必要がある。従って、以降の記述をこれに限定して解釈してはならない。

＜アンテナ装置の構成＞
図１は、本発明の実施形態によるアンテナ装置の概略構成を示す図である。図１に示されるように、アンテナ装置１は、送信データ及び受信データに重み付けをする制御回路（ＣＰＵ：プロセッサ）１０と、少なくとも１つのＢＦテーブル（重み係数テーブル：単に「重み係数情報」と言うこともできる）１１１−１乃至１１１−ｋを格納するための記憶装置であるメモリ１１と、複数のＲＦモジュール１２−１乃至１２−ｍと、複数のアンテナ素子１３−１乃至１３−ｎと、異常検出部１４と、を備えている。

制御回路１０は、ＢＦテーブル１１１−１乃至１１１−ｋの１つを参照して、基地局装置等の上流装置（図示せず）から供給される送信データ（デジタル信号）に対して重み付け係数を乗算し、複数のＲＦモジュール１２−１乃至１２−ｍのそれぞれに対して、対応する重み付け係数が乗算された送信データ（デジタル信号）を出力する。送信データに重み付けをすることによって所望の指向性が得られる（重み付けを変更することによってアンテナ装置１によって形成されるエリアが変更できる）。デジタル信号で形成されている送信データは各ＲＦモジュール１２−１乃至１２−ｍでアナログ信号に変換され、アンテナ素子１３−１乃至１３−ｎから電波となって放出される。アンテナ装置１においては、この指向性によって当該アンテナ装置１による電波の到達範囲(エリア)が決まる。ユーザ端末（図示しない）は、アンテナ装置１の指向性に応じて形成されたエリア内で電波を受信することになる。

一方、受信の場合は、アンテナ素子１３−１乃至１３−ｎで受信した電波に対し、制御回路１０によってＢＦテーブル１１１−１乃至１１１−ｋに基づいて重み付けされる。重み付けされた各データは合成され、受信データとして生成されたのち、上流装置（図示せず）に供給される。なお、送信の周波数帯域と受信の周波数帯域が異なる場合、もしくは送信と受信で異なる指向性を得ようとする時は、送信と受信で重み係数が異なるため、ＢＦテーブル１１１−１乃至１１１−ｋとしては送信用テーブルと受信用テーブルを別々に用意してもよい。また、複数のＢＦテーブル１１１−１乃至１１１−ｋを設けることができるようになっており、外部からの操作・命令により、アンテナ装置１が使用するＢＦテーブルを決定したり、変更したりすることができるようになっている。

メモリ１１は、少なくとも１つのＢＦテーブル１１１−１乃至１１１−ｋを格納している。ＢＦテーブル１１１−１乃至１１１−ｋは、例えば遺伝的アルゴリズム等の最適化アルゴリズムによって予め生成され、メモリ１１に格納されている。なお、図１の例では、ＢＦテーブル１１１−１乃至１１１−ｋはアンテナ装置１内に設けられているが、そのような形態に限定されるものではない。例えば、ＢＦテーブル１１１−１乃至１１１−ｋをアンテナ装置から離れたところにある記憶装置（図示せず）に格納しておき、ネットワークを介してアンテナ装置１が必要なＢＦテーブルを取得してもよいし、ネットワークを介して（図示せず）が当該記憶装置からアンテナ装置１に必要なＢＦテーブルに記載されているパラメータパターン等の情報を追記、消去、書き換え出来るようにしてもよい。

また、メモリ１１は、制御回路１０が実行するＢＦプログラム１１２を格納している。制御回路１０は、メモリ１１からＢＦプログラム１１２を読み込み、任意のタイミング（異常検出時及びユーザからの指示があった時）でのパラメータパターン（重み係数）変更処理を実行する。

ＲＦモジュール１２−１乃至１２−ｍはそれぞれ、デジタル信号である送信データをアナログ信号の送信データを変換するＤ／Ａ変換器と、アナログ信号の受信データをデジタル信号の受信データに変換するＡ／Ｄ変換器と、アナログ信号化された送信データを増幅するとともに振幅を調整するための増幅器と、受信した信号を増幅するためのＬＮＡ(ローノイズアンプ等)を備えている。つまり、ＲＦモジュール１２−１乃至１２−ｍよりも基地局装置側ではデジタル信号でデータが処理される。

異常検出部１４は、ＲＦモジュール１２−１乃至１２−ｍを監視し、それらにおける故障（送信出力異常）を検出する。ＲＦモジュールの故障を検出した場合、異常検出部１４は、どのＲＦモジュールが故障したかを制御回路１０に通知する。また、ＲＦモジュール１２−１乃至１２−ｍはそれぞれ温度センサ等の各種センサを有している。センサが温度異常や、通信異常、電源の異常等、各種異常を検知した場合には、対応するＲＦモジュールは制御回路１０に通知する。なお、異常検出部１４を設けることなく、これらの機能をＲＦモジュールに持たせてもよい。また、異常検出部１４の機能をプログラムで構成し、制御回路１０に実行させるようにしてもよい。この場合、異常検出部１４の機能をＢＦプログラム１１２に含めるようにすればよい。

＜ＢＦテーブルの構成＞
図２は、ＢＦテーブルの構成例を示す図である。メモリ１１には、図２に示されるようなＢＦテーブルが一個以上格納されている。図２では、ＢＦテーブル１１１−１のみ示されるが、実際には同形式のＢＦテーブルが複数個用意されていることもある。

ＢＦテーブル１１１−１は、素子の情報２０１と、パターン番号２０２と、重み係数２０３と、を構成項目として有している。本実施形態では、ＢＦテーブル１１１−１は、図２に示すように、テーブル形式で構成されているが、各構成項目が対応付けられて管理されていればテーブル形式に限定されず、どのような形式であってもよい。従って、ＢＦテーブル１１１−１は、ＢＦ情報１１１−１と呼ぶことも可能である。なお、ＢＦテーブル（ＢＦ情報）の生成処理については後述する。

素子の情報２０１は、ＲＦモジュール１２−１乃至１２−ｍに含まれる各アンテナ素子１３−１乃至１３−ｎを動作させるか否かを示す情報である。素子の情報２０１において、「０」は正常に動作する（させる）素子を示し、「１」は停止させる素子（異常で動作不可を含む）を示している。例えば、アンテナ素子の数を８素子とした場合、「００００００００」は、全てのアンテナ素子が正常に動作している場合、或いは全てのアンテナ素子が正常に動作しているため全てを用いる場合を示している。また、「００００００１０」は、２番目のアンテナ素子が異常である場合、或いは２番目のアンテナ素子を停止させて用いない場合を示している。

パターン番号２０２は、例えばビームチルトのチルト角（利得がピークとなる角度）に相当する情報である。この時、パターン番号「０」はチルト角０°に対応している。本実施形態では、例えば、各素子情報パターン（例えば、００００００００や０００００００１等）に対してチルト角として０°から１５°（１°刻み）に対応して重み係数が用意されている。

重み係数２０３は、各アンテナ素子１３−１乃至１３−ｎに乗算されるパラメータパターンを示す情報である。重み係数としては、例えば、位相に対する重み係数（Ｗｐ）と振幅に対する重み係数（Ｗｇ）が与えられる。異常が検出されたＲＦモジュール、或いは停止させて指向性形成に用いないアンテナ素子に関しては、位相の重み係数Ｗｐ＝０、振幅の重み係数Ｗｇ＝１が与えられる。パラメータパターンのフォーマットを共通化するためである。図２の例では、アンテナ装置１に８個のアンテナ素子が設けられているとしているため、重み係数Ｗｐ及びＷｇは８組用意されている。

なお、停止させることが可能な素子の数は、指向性を形成する上で現実的な数とする必要があるが、全アンテナ素子数の少なくとも２個以上必要となるものと考えられる。従って、本実施形態は、例えば、６つのアンテナ素子を停止させたパラメータパターン（例えば、素子の情報としては、００１１１１１１等）まで重み係数を用意しておけばよい。

＜指向性形成方法について＞
図３は、指向性形成方法を説明するためのフローチャート（例）である。以下、指向性形成方法は、送信信号について説明するが、受信データの指向性形成方法についても適用されるものであることは言うまでもない。

（i）ステップ３０１
所定の指向性形成を実現したい場合、その形状に対応した初期パラメータパターン（重み係数）が予め決められている。従って、制御回路１０は、異常が検出されない限り、或いは外部から指示されない限り、初期パラメータパターンを用いて指向性形成を実行する。上述のように、送信周波数と受信周波数が異なる場合、もしくは、送信と受信で異なる指向性を得ようとする場合は送信波を指向性形成する際に用いられるパラメータパターンと受信波を指向性形成する際に用いられるパラメータパターンは異なる。

制御回路１０は、ＢＦテーブル１１１−１乃至１１１−ｋのうち１つのテーブルから初期設定用のパラメータパターンを読み込み、上流装置（図示せず）から供給された送信信号に重み係数を乗算し、ＲＦモジュール１２−１乃至１２−ｍの数分の送信信号を生成する。本実施形態では８個の送信信号が生成される。そして、各ＲＦモジュール１２−１乃至１２−ｍにおいて、重み付けられた送信信号のそれぞれがアナログ信号に変換され、アンテナ素子１３−１乃至１３−ｎで電波に変換され放射される。

（ii）ステップ３０２
制御回路１０は、i）ＲＦモジュール１２−１乃至１２−ｍの異常が検出されたか、或いは、ii）外部から特定のアンテナ素子の停止の指示が入力されたか判断する。異常が検出された場合、或いは外部指示がある場合（ステップ３０２でＹｅｓの場合）、処理はステップ３０３に移行する。異常が検出されない場合、及び外部指示がない場合（ステップ３０２でＮｏの場合）、処理はステップ３０４に移行する。

なお、指向性が形成されている間、異常検出部１４は、ＲＦモジュール１２−１乃至１２−ｍに異常（例えば、出力異常や制御不能）が発生していないか監視している。また、ＲＦモジュール１２−１乃至１２−ｍ内に設けられた各種センサは、異常があればそれを検知する。異常を検出した場合、異常検出部１４、或いはＲＦモジュール１２−１乃至１２−ｍのそれぞれは、制御回路１０に対して異常を検出したことを通知する。また、制御回路１０は、ユーザ（基地局の管理者等）が外部から何れかのＲＦモジュールを停止する（ＢＦに用いない）指示が入力されたか否かをチェックしている。

（iii）ステップ３０３
制御回路１０は、ＢＦテーブル１１１−１乃至１１１−ｋの何れかから最適なパラメータパターンを選択し、以後の指向性形成で用いるパラメータパターンを設定する。

アンテナ素子１３−１乃至１３−ｎに異常が検出された場合、それ以前に用いていたパラメータパターンによって実現される指向性を、異常が検出されたＲＦモジュールを用いずに実現しなければならない。そこで、実現しようとする指向性との関係において、どのアンテナ素子に異常が検出された場合にどのパラメータパターンを使用するかは予め決めておく必要がある。例えば、利得を重視した指向性に対応するパラメータパターンを収めたＢＦテーブルやサイドローブレベルを重視したパラメータパターンを収めたＢＦテーブルなど、予め目的別にＢＦテーブルを作成しておく。そして、あるＲＦモジュールに異常が発生したときには、同一ＢＦテーブル内で素子の異常個所及び異常個数によってどのパラメータパターンを用いれば所望の指向性となるか、予め決めておく。より具体的には、初期設定がＢＦテーブル番号「１」、素子の情報「００００００００」、パターン番号（チルト）「０」で運用しているときに２番目のアンテナ素子１３−２に異常が検出された場合には、素子の情報「００００００１０」でパターン番号「０」（図２参照）に変更することになる。さらに別のアンテナ素子に異常が検出された場合（計２つの素子で異常が発生している場合）には、当該２つの素子を用いない、ＢＦテーブル番号「１」における別のパラメータパターン（重み係数）に変更するようにする。このように、素子異常の場合のパラメータパターンに関しては、異常素子の個数及び異常素子の位置に応じて、初期設定のパラメータパターンから対応するパラメータパターンへの変更を予め決めておくことにより、制御回路１０は、アンテナ素子に異常が発生した時に自動的かつ瞬時に最適なパラメータパターンに切り替えることができるようになる。

一方、ユーザ（基地局の管理者等）がアンテナ装置１の指向性をその設置場所によって変えたいとき、或いは、実験目的で様々な指向性を試したいときには、当該ユーザは、例えば当該基地局を管理する管理コンピュータ（図示せず）を用いて、アンテナ装置１にＢＦテーブル変更の指示を入力する。新しいＢＦテーブルの選択の方法としては、複数のＢＦテーブル１１１−１乃至１１１−ｋから仮選択したＢＦテーブルを用いた場合のアンテナ特性（指向性のグラフ）を管理コンピュータの表示画面に表示し、所望のものであればユーザが本選択するようにしてもよい。ＢＦテーブル変更の指示を受けた制御回路１０は、内部メモリの内容を、今まで用いていたパラメータパターンから指示されたパラメータパターンに書き換える。

以上のように、新たなＢＦテーブルが設定されると、処理はステップ３０１に移行する。

（iv）ステップ３０４
ＲＦモジュールに異常もなく、ユーザからのＢＦテーブル変更の指示もない場合、制御回路１０は、現在使用中のパラメータパターンを継続使用するようにする。そして、処理はステップ３０１に移行する。

＜ＢＦテーブルの生成について＞
上述したように、ＢＦテーブル１１１−１乃至１１１−ｋは予め生成され、メモリ１１に格納されている。なお、システム運用中に使用するＢＦテーブルを変更したり、追加したりしてもよい。

図４は、１つのＢＦテーブルの生成処理について説明するためのフローチャートである。複数のＢＦテーブルを作成する場合には設定値（最大放射方向やサイドローブレベルなど）を変更して図４の処理を繰り返せばよい。なお、ＢＦテーブル１１１−１乃至１１１−ｋは、図示しない別のコンピュータで生成された後、アンテナ装置１のメモリ１１に書き込まれる。

（i）ステップ４０１
ＢＦテーブルの生成に用いるコンピュータは、アンテナ装置１の各アンテナ素子の情報を読み込む。各アンテナ素子の情報は、ユーザ（管理者）によってコンピュータに入力される。ここで、アンテナ素子の情報は、各アンテナ素子の位置（例えば、アンテナ素子間隔等の座標情報）、アンテナ素子の数、各アンテナ素子が有している指向性（通常、事前に測定しておく）、及びアンテナ装置１の送信周波数と受信周波数等を含む情報である。

（ii）ステップ４０２
ＢＦテーブルの生成に用いるコンピュータは、パラメータパターン（重み係数）を生成する上で必要な設定値を読み込む。当該設定値は、ユーザ（管理者）によってコンピュータに入力される。ここで、設定値は、例えば最大放射方向やサイドローブレベルを規定するマスクの情報、及びどの素子を用いてパラメータパターンを生成するかを示す素子の情報を含む情報である。本実施形態では８個のアンテナ素子を用いているとしているため、６個までの素子の停止（不使用）を限度として、使用する素子の組み合わせパターンの情報を取得する。

（iii）ステップ４０３及びステップ４０９
ＢＦテーブルの生成に用いるコンピュータは、素子の情報（００００００００〜１１１１１１００）それぞれについてステップ４０４からステップ４０８の処理を繰り返す。

（iv）ステップ４０４及びステップ４０８
ＢＦテーブルの生成に用いるコンピュータは、１つの素子の情報（例えば、００００００００）について、チルトをθからφまで段階的に（例えば、０°から１５°まで１°ずつ）変更して、ステップ４０５からステップ４０７の処理を繰り返す。

（v）ステップ４０５
ＢＦテーブルの生成に用いるコンピュータは、最適化アルゴリズムを用いて、パラメータパターン（重み係数）の最適解を算出する。ここで、最適化アルゴリズムとしては、例えば遺伝的アルゴリズムを用いる。遺伝的アルゴリズム以外に、勾配法、最急降下法、ニュートン法、実験計画法、シミュレーテッド・アニーリング等の最適化アルゴリズムを用いてもよい。また、最適解とは、チルトを満足し、設定されたマスクに被らず、ピークレベル（絶対利得）が可能な限り高い重み係数を意味する。

（vi）ステップ４０６
ＢＦテーブルの生成に用いるコンピュータは、ステップ４０５で算出されたパラメータパターン（重み係数）の最適解をアンテナ装置１において読み込み可能なファイルフォーマットに変換する。当該ファイルフォーマットは、例えば、図２のＢＦテーブル１１１−１の重み係数２０３で示される、（位相の重み係数，振幅の重み係数）をアンテナ素子数分配列した形式である。

（vii）ステップ４０７
管理コンピュータは、ファイルフォーマット変換された重み係数をＢＦテーブル用ファイルに書き込む。生成された１つのＢＦテーブルでは、図２に示されるように、素子の情報、パターン番号、及び重み係数が対をなして１つの情報を形成している。

＜生成された指向性の例＞
図５乃至７は、図４に示すＢＦテーブル生成処理によって生成されたパラメータパターンを用いた場合の指向性の例を示す図である。

ここでは、チルト角を０°（図５）、５°（図６）、及び１５°（図７）に設定した指向性の例が示されている。また、マスクによって、−１８０°〜チルト角までの利得（アンテナ上側の利得）がチルト角〜＋１８０°までの利得（アンテナ下側）よりも小さく（厳しく）設定されている。

チルト０°と１５°の指向性は、全てのアンテナ素子を用いてそれぞれのチルト角において最大利得が得られ、かつサイドローブの利得がマスク値を超えないように調整されたものである。また、チルト５°（図６）の指向性は、２番目のアンテナ素子を停止させ、７つのアンテナ素子を用いてチルト角において最大利得が得られ、かつサイドローブの利得がマスク値を超えないように調整されたものである。何れの指向性も遺伝的アルゴリズムによるシミュレーションを２００００回繰り返すことによって得られたものである。

以上のように、本発明の実施形態によるＢＦテーブル生成処理によって得られるパラメータパターンによれば、所望の指向性を実現することが可能である。

＜アンテナ装置の指向性形成に関する応用例＞
現在、より広いエリアをカバーし、各ユーザ端末とは制御チャネル上で制御情報のみを通信するマクロセルと、当該マクロセル内に含まれる複数のセルであって、データチャネル上でデータを通信するスモールセルを設置し、データ通信を実行するシステムが研究されている。このような通信システムでは、スモールセルはマクロセルがカバーする範囲を全てカバーする必要がなくなる。そして、このようなスモールセルでは、複数の端末が存在している場合、その中から優先して通信させる端末を選択できるようにすることが望ましい場合もある。このような場合に対応するためには、その時々の状況に合わせて様々な指向性に適応するようにアンテナ装置の指向性を決定する必要がある。

本発明は、このようなスモールセルにおける指向性制御についても適用することができる。ただし、このようなスモールセルにおける指向性制御を実現するためには、スモールセル内のユーザ端末の数及び位置をアンテナ装置が認識している必要がある。この点、マクロセルの基地局は、各ユーザ端末との制御情報の通信を通して、該当するスモールセル内のユーザ端末の位置や、数を把握している。そこで、スモールセルの基地局は、マクロセルの基地局と通信することにより、上述の指向性制御を実現するための情報（ユーザ端末の数や、位置）を取得することができる。つまり、当該スモールセル内に存在する特定のユーザ端末の通信を優先するために、その位置に指向性を合わせた指向性形成をすることになるが、スモールセルの基地局のアンテナ装置では所望の指向性を実現する最も近いパラメータパターン（重み係数）を制御回路１０で選択し、設定されることになる。また、どのユーザ端末を優先させてその端末の位置に指向性を合わせるかは、例えば、マクロセルの基地局が優先させるユーザ端末の情報（識別情報と優先させるか否かの情報）を管理し、ユーザ端末との制御情報との通信を介してその優先させる端末の存在を認識する。そして、マクロセルの基地局がスモールセルの基地局に対して、優先させるユーザ端末の存在とその位置を通知するようにしてもよい。

なお、スモールセルの基地局自身が各ユーザ端末のＧＰＳ情報を取得してそれぞれの位置を把握するようにしてもよい。また、スモールセルの基地局が優先させるユーザ端末の情報を管理するようにしてもよい。

＜デジタル信号領域での振幅、位相の乗算について＞
一般に、アンテナにおいては、アナログ信号領域で重み係数を乗算する。この場合、位相しか制御できない。

一方、本実施形態では、上述のように、ＲＦモジュール１２−１乃至１２−ｍにおいてデジタル信号とアナログ信号間のデータ変換が実行される。つまり、重み係数の乗算（振幅及び位相の乗算）はデジタル信号領域で実行される。このため、振幅も制御可能となり、利得及び指向性の自由度も大きくなる。また、振幅を制御できるようになると、複雑な形状のマスクに対応すること（複数のメインローブを設定したり、サイドローブの条件を厳しく設定すること）ができるようになる。このように、デジタル信号領域での重み係数の乗算には技術的利点がある。

＜まとめ＞
（i）本実施形態のアンテナ装置は、複数のアンテナ素子の少なくも１つに異常が検知された場合、及び外部から任意のタイミングでパラメータパターンの変更が指示された場合のそれぞれに対応して、ＢＦテーブルの情報（重み係数情報）から現在使用中のパラメータパターンに代わって新たなパラメータパターンを取得し、複数のＲＦモジュールに適用する。つまり、本実施形態は、送信データに重み係数を乗算してＲＦモジュールに提供して電波を出力する、及び当該ＲＦモジュールが取得した受信データに重み係数を乗算して上流装置に提供する、アンテナ装置を提供する。具体的には、当該アンテナ装置は、それぞれアンテナ素子を有する、複数のＲＦモジュールと、複数種類のアンテナ指向性を実現する複数のパラメータパターンを含む重み係数情報（ＢＦテーブル）から所定のアンテナ指向性を実現するためのパラメータパターンを取得し、当該パラメータパターンを重み係数として前記送信及び受信データに対して乗算する制御回路（プロセッサ）と、を備えている。そして、当該制御回路は、複数のアンテナ素子の少なくも１つに異常が検知された場合、及び外部から任意のタイミングでパラメータパターンの変更が指示された場合のそれぞれに対応して、ビームフォーミング情報から現在使用中のパラメータパターンに代わって新たなパラメータパターンを取得し、複数のＲＦモジュールに適用する。このようにすることにより、故障のときだけでなく、任意のタイミングで所望の指向性を実現することができるようになる。

また、パラメータパターンは、位相及び振幅についての重み係数を含んでいる。そして、重み係数の乗算は、デジタル信号領域において実行される。このようにすることにより、振幅の制御が可能となり、利得及び指向性の自由度も大きくなる。また、振幅を制御できるので、パラメータパターン生成の際のマスク（図５乃至７参照）をさらに落とすこと（サイドローブの条件を厳しく設定すること）ができるようになる。

ＢＦテーブルに含まれる複数のパラメータパターンは、最適化アルゴリズムを用いて生成される。より具体的には、遺伝的アルゴリズムを用いる。特に遺伝的アルゴリズムを用いることにより、シミュレーションによって効率よく最適解を取得することができるようになる。

なお、送信及び受信データに対しては異なるパラメータパターンが用いることが出来る。これにより、送信周波数と受信周波数が異なるアンテナ装置に対応することができる。

また、指向性を形成するために必要な情報は複数セット用意されている。つまり、図２に示すようなＢＦテーブルが複数個用意されている。ユーザが任意にパラメータパターンを変更する場合には異なるテーブルにおけるパラメータパターンを選択することができるが、アンテナ素子の異常に起因するパラメータパターンの変更の場合には今まで使用していたパラメータパターンが属するＢＦテーブルの中で（つまり同一テーブルの中で）他のパラメータパターンが選択される。このようにすることにより、指向性制御を最適かつ単純にすることが可能となる。

本実施形態はマクロセル内にスモールセルを配置した基地局のアンテナ装置にも適用することができる。この場合、アンテナ装置は、当該アンテナ装置の基地局がカバーする領域に含まれるユーザ端末の数及び位置の情報に基づいて、ＢＦテーブルから所望のパラメータパターンを設定するようにする。このようにすることにより、複数のユーザ端末がセル領域内にある場合にその中から優先して通信させる端末を適応的に選択できるようになる。

（ii）本発明の実施形態の機能は、ソフトウェアのプログラムコードによっても実現できる。この場合、プログラムコードを記録した記憶媒体をシステム或は装置に提供し、そのシステム或は装置のコンピュータ（又はＣＰＵやＭＰＵ）が記憶媒体に格納されたプログラムコードを読み出す。この場合、記憶媒体から読み出されたプログラムコード自体が前述した実施形態の機能を実現することになり、そのプログラムコード自体、及びそれを記憶した記憶媒体は本発明を構成することになる。このようなプログラムコードを供給するための記憶媒体としては、例えば、フレキシブルディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＯＭ、ハードディスク、光ディスク、光磁気ディスク、ＣＤ−Ｒ、磁気テープ、不揮発性のメモリカード、ＲＯＭなどが用いられる。

また、プログラムコードの指示に基づき、コンピュータ上で稼動しているＯＳ（オペレーティングシステム）などが実際の処理の一部又は全部を行い、その処理によって前述した実施の形態の機能が実現されるようにしてもよい。さらに、記憶媒体から読み出されたプログラムコードが、コンピュータ上のメモリに書きこまれた後、そのプログラムコードの指示に基づき、コンピュータのＣＰＵなどが実際の処理の一部又は全部を行い、その処理によって前述した実施の形態の機能が実現されるようにしてもよい。

さらに、実施の形態の機能を実現するソフトウェアのプログラムコードを、ネットワークを介して配信することにより、それをシステム又は装置のハードディスクやメモリ等の記憶手段又はＣＤ−ＲＷ、ＣＤ−Ｒ等の記憶媒体に格納し、使用時にそのシステム又は装置のコンピュータ（又はＣＰＵやＭＰＵ）が当該記憶手段や当該記憶媒体に格納されたプログラムコードを読み出して実行するようにしてもよい。

最後に、ここで述べたプロセス及び技術は本質的に如何なる特定の装置に関連することはなく、コンポーネントの如何なる相応しい組み合わせによってでも実装できることを理解する必要がある。更に、汎用目的の多様なタイプのデバイスがここで記述した教授に従って使用可能である。ここで述べた方法のステップを実行するのに、専用の装置を構築するのが有益であることが判るかもしれない。また、実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。本発明は、具体例に関連して記述したが、これらは、すべての観点に於いて限定の為ではなく説明の為である。本分野にスキルのある者には、本発明を実施するのに相応しいハードウェア、ソフトウェア、及びファームウエアの多数の組み合わせがあることが解るであろう。例えば、記述したソフトウェアは、アセンブラ、Ｃ／Ｃ＋＋、ｐｅｒｌ、Ｓｈｅｌｌ、ＰＨＰ、Ｊａｖａ（登録商標）等の広範囲のプログラム又はスクリプト言語で実装できる。

さらに、上述の実施形態において、制御線や情報線は説明上必要と考えられるものを示しており、製品上必ずしも全ての制御線や情報線を示しているとは限らない。全ての構成が相互に接続されていてもよい。

１ アンテナ装置
１０ 制御回路
１１ メモリ
１１１−１乃至１１１−ｋ ＢＦテーブル
１２−１乃至１２−ｍ ＲＦモジュール
１３−１乃至１３−ｎ アンテナ素子
１４ 異常検出部

Claims (7)

1. 複数のアンテナ素子と、複数のＲＦモジュールと、制御回路と、を有するアンテナ装置であって、
   前記制御回路は、重み係数情報が予め保存されている記憶装置から前記重み係数情報を取得し、当該取得した重み係数情報に基づいて前記複数のＲＦモジュールの重み付けを変更することで、任意のタイミングで指向性を設定することが可能な、アンテナ装置。
2. 請求項１において、
   前記重み係数情報は、前記複数のアンテナ素子に与える位相及び振幅について、重み付けをするための重み係数を含み、
   前記制御回路は、デジタル信号領域において、前記重み付けする、アンテナ装置。
3. 請求項１又は２において、
   前記記憶装置は、ネットワークを介して接続可能である、アンテナ装置。
4. 請求項１乃至３の何れか１項において、
   前記重み係数情報は、ネットワークを介して外部から書き換え可能である、アンテナ装置。
5. 請求項１乃至４の何れか１項において、
   前記重み係数情報は送信データ及び受信データで異なる、アンテナ装置。
6. 請求項１乃至５の何れか１項において、
   前記ＲＦモジュールの異常を検出するための異常検出部を有し、
   前記制御回路は、前記複数のアンテナ素子の少なくとも１つに異常が検知された場合、前記重み係数情報から最適な重み付けを選択する、アンテナ装置。
7. 請求項１又は６において、
   前記アンテナ装置は、当該アンテナ装置が通信可能な領域に含まれる端末の数及び位置の情報を取得し、
   前記制御回路は、前記アンテナ装置が取得した情報に基づいて、前記重み係数情報から最適な指向性となる重み係数を選択する、アンテナ装置。

Images