JP2018098654A

JP2018098654A - 通信制御装置及び位相調整方法

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Publication number: JP2018098654A
Application number: JP2016241653A
Authority: JP
Inventors: 尾崎　一幸; Kazuyuki Ozaki; 一幸尾崎; 俊輔藤尾; Shunsuke Fujio
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 2016-12-13
Filing date: 2016-12-13
Publication date: 2018-06-21
Also published as: US20180167127A1

Abstract

【課題】ビームフォーミング時の位相ずれによる通信品質の劣化を抑制すること。
【解決手段】通信制御装置は、複数のアンテナそれぞれから送信される送信信号の位相を制御してビームを形成するビーム形成部と、前記ビーム形成部によって位相が制御された送信信号の周波数ごとの位相ずれであって送信信号の信号帯域幅に応じた位相ずれを補償する位相回転を送信信号に付与する位相調整部と、前記位相調整部によって送信信号に付与される位相回転を制御する制御部とを有する。
【選択図】図２

Description

本発明は、通信制御装置及び位相調整方法に関する。

近年、無線通信システムにおいて超高速伝送の要求が高まっている。超高速伝送を実現する１つの方法として、高周波かつ広帯域の信号を用いることが考えられる。例えば、ＩＥＥＥ（Institute of Electrical and Electronics Engineers）８０２．１１ａｄ及びＩＥＥＥ８０２．１１ａｙなどでは、マイクロ波よりも高い６０ＧＨｚ帯の周波数を用いて通信を行う国際標準規格がある。このように高い周波数帯を用いて通信が行われる場合には、一般に伝搬損失が大きくなると考えられる。そこで、伝搬損失を補償する技術として、例えば複数のアンテナを用いてビームを制御しアンテナ利得を向上させるビームフォーミングがある。

ビームフォーミングには、複数のアンテナすべてに対して個別にＤＡＣ（Digital Analog Converter）を設置し、デジタル領域でビーム方向を制御するフルデジタル方式と、複数のアンテナすべてに共通のＤＡＣを設置し、各アンテナのフェーズシフタを用いてビーム方向を制御するフルアナログ方式とがある。また、デジタル方式及びアナログ方式を組み合わせてビーム方向を制御するハイブリッド方式がある。ビームフォーミングのそれぞれの方式にはいずれも長所及び短所があるが、性能および消費電力の観点から、ハイブリッド方式を用いるのが一般的である。

特表２０１４−５２７７５４号公報特開平７−３２１５３６号公報

Bhaba P. Das et al., "Voltage Controlled Tunable All Pass Filter Using LM 13700 Operational Transconductance Amplifier", ISSSE2010, ２０１０年 IEEE Std 802.11ad, "Part 11： Wireless LAN Medium Access Control （MAC） and Physical Layer （PHY） Specifications Amendment 3: Enhancements for Very High Throughput in the 60 GHz Band", IEEE, ２０１２年１２月 T. Kim et al., "Tens of Gbps Support with mmWave Beamforming Systems for Next Generation Communications", Globecom2013, ２０１３年１２月

しかしながら、例えばミリ波のような高周波帯の信号送信にハイブリッド方式のビームフォーミングを適用する場合、信号の帯域幅が広帯域になることから、帯域の中心周波数と帯域の端の周波数とでビーム方向がずれるという問題がある。換言すれば、信号の全帯域について最適なビーム制御をすることが困難であるという問題がある。

具体的に、例えば搬送波周波数をｆ₀、ビーム方向をθ₀、隣接アンテナ間隔をｄとすると、第ｎ番目のアンテナの位相φ_nは、以下の式（１）によって算出することができる。

式（１）において、ｃは光速（ｍ／ｓ）を表している。式（１）から、搬送波周波数ｆ₀から周波数幅ｆだけ離れた周波数（ｆ₀＋ｆ）と搬送波周波数ｆ₀とに関する、第ｎ番目のアンテナの位相ずれΔφ_n（ｆ）は、以下の式（２）によって算出される。

式（２）から分かるように、搬送波周波数ｆ₀からの周波数幅ｆが光速ｃに比べて十分小さい場合（ｆ＜＜ｃ）には、各アンテナにおける位相ずれΔφ_n（ｆ）は無視できるほど小さくなる。しかし、信号の帯域幅が広帯域である場合には、搬送波周波数ｆ₀と信号帯域幅の端の周波数との間の周波数幅ｆが大きくなるため、位相ずれΔφ_n（ｆ）が大きくなり、搬送波周波数ｆ₀と帯域の端の周波数とではビームの方向が異なってしまう。結果として、信号の帯域端の周波数において、通信品質が劣化する。

図６は、送信信号の中心周波数である搬送波周波数を６０ＧＨｚとした場合の隣接アンテナ間でのビーム方向の具体例を示す図である。図６において、曲線１０は、帯域幅が１ＧＨｚの場合の中心周波数と帯域端の周波数とのビーム方向の角度差を示し、曲線２０は、帯域幅が２ＧＨｚの場合の中心周波数と帯域端の周波数とのビーム方向の角度差を示す。同様に、曲線３０、４０、５０は、それぞれ帯域幅が４ＧＨｚ、６ＧＨｚ、８ＧＨｚの場合の中心周波数と帯域端の周波数とのビーム方向の角度差を示す。

図６から明らかなように、信号帯域幅が広帯域となるほど、帯域端の周波数におけるビーム方向が中心周波数のビーム方向からずれている。例えば中心周波数のビーム方向が６０度（又は−６０度）である場合、信号帯域幅が１ＧＨｚ（曲線１０）であればビーム方向の角度差は０．８度程度であるのに対し、信号帯域幅が８ＧＨｚ（曲線５０）となるとビーム方向の角度差は５．６度程度となる。このように、信号帯域幅が広帯域になると、中心周波数と帯域端の周波数との位相ずれにより、周波数によってビーム方向のずれが生じ、信号全体の通信品質が劣化する。

開示の技術は、かかる点に鑑みてなされたものであって、ビームフォーミング時の位相ずれによる通信品質の劣化を抑制することができる通信制御装置及び位相調整方法を提供することを目的とする。

本願が開示する通信制御装置は、１つの態様において、複数のアンテナそれぞれから送信される送信信号の位相を制御してビームを形成するビーム形成部と、前記ビーム形成部によって位相が制御された送信信号の周波数ごとの位相ずれであって送信信号の信号帯域幅に応じた位相ずれを補償する位相回転を送信信号に付与する位相調整部と、前記位相調整部によって送信信号に付与される位相回転を制御する制御部とを有する。

本願が開示する通信制御装置及び位相調整方法の１つの態様によれば、ビームフォーミング時の位相ずれによる通信品質の劣化を抑制することができるという効果を奏する。

図１は、実施の形態１に係る基地局装置の構成を示すブロック図である。図２は、実施の形態１に係る基地局装置の送信部構成を示すブロック図である。図３は、実施の形態１に係る位相調整方法を示すフロー図である。図４は、実施の形態２に係る基地局装置の送信部構成を示すブロック図である。図５は、実施の形態２に係る位相調整方法を示すフロー図である。図６は、信号帯域幅ごとのビーム方向の具体例を示す図である。

以下、本願が開示する通信制御装置及び位相調整方法の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、この実施の形態により本発明が限定されるものではない。

（実施の形態１）
図１は、実施の形態１に係る基地局装置１００の構成を示すブロック図である。図１に示す基地局装置１００は、プロセッサ１１０、メモリ１２０、Ｄ／Ａ（Digital/Analog）変換部１３０、サブアレイ処理部１４０及びＡ／Ｄ（Analog/Digital）変換部１５０を有する。また、基地局装置１００は、複数のアンテナを備え、複数のアンテナがサブアレイと呼ばれるグループにグループ化されている。すなわち、基地局装置１００は、それぞれが複数のアンテナを備える複数のサブアレイを有し、サブアレイごとにＤ／Ａ変換部１３０、サブアレイ処理部１４０及びＡ／Ｄ変換部１５０を有する。

プロセッサ１１０は、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）又はＤＳＰ（Digital Signal Processor）などを備え、基地局装置１００全体を統括制御する。例えば、プロセッサ１１０は、送信信号のビーム方向を決定し、決定したビーム方向に応じて送信信号の重み付けを実行する。また、プロセッサ１１０は、サブアレイ処理部１４０におけるアンテナごとの位相値を決定し、決定した位相値をアンテナごとのフェーズシフタに設定する。プロセッサ１１０の具体的な機能及び動作については、後に詳述する。

メモリ１２０は、例えばＲＡＭ（Random Access Memory）又はＲＯＭ（Read Only Memory）などを備え、プロセッサ１１０によって処理が実行される際に、種々の情報を記憶する。

Ｄ／Ａ変換部１３０は、サブアレイごとの送信信号をＤ／Ａ変換する。なお、ここでは、各サブアレイの信号は、１ユーザ端末装置宛ての信号であるものとする。すなわち、プロセッサ１１０は、ユーザ端末装置ごとの信号を各サブアレイに割り当て、それぞれのサブアレイのＤ／Ａ変換部１３０へユーザ端末装置ごとの送信信号を出力する。したがって、Ｄ／Ａ変換部１３０は、ユーザ端末装置ごとの送信信号をＤ／Ａ変換する。

サブアレイ処理部１４０は、サブアレイごとの送信信号をそれぞれのサブアレイに属する複数のアンテナから送信する。このとき、サブアレイ処理部１４０は、各アンテナに設けられたフェーズシフタによってアンテナごとの信号の位相を変化させ、ビーム方向を制御する。また、サブアレイ処理部１４０は、サブアレイに属する複数のアンテナを介してユーザ端末装置からの信号を受信し、受信信号をＡ／Ｄ変換部１５０へ出力する。サブアレイ処理部１４０の具体的な構成及び動作については、後に詳述する。

Ａ／Ｄ変換部１５０は、サブアレイ処理部１４０から出力される受信信号をＡ／Ｄ変換する。そして、Ａ／Ｄ変換部１５０は、デジタル信号に変換された受信信号をプロセッサ１１０へ出力する。

図２は、実施の形態１に係る基地局装置１００の送信部構成を示すブロック図である。図２においては、プロセッサ１１０及び１つのサブアレイ処理部１４０の送信に係る構成を図示している。図２に示すように、プロセッサ１１０は、到来方向推定部１１１、ビーム方向決定部１１２、送信信号生成部１１３、実効抵抗算出部１１４、実効抵抗設定部１１５及び位相制御部１１６を有する。また、サブアレイ処理部１４０は、複数のアンテナそれぞれに対応するオールパスフィルタ１４１、フェーズシフタ１４２及び無線処理部１４３を有する。

到来方向推定部１１１は、Ａ／Ｄ変換部１５０から出力される受信信号を用いて、受信信号の到来方向を推定する。すなわち、到来方向推定部１１１は、信号の送信元であるユーザ端末装置の方向を推定する。具体的には、到来方向推定部１１１は、例えば１つのサブアレイ処理部１４０のフェーズシフタ１４２に設定される位相値を変化させることによりビーム方向を変化させ、受信電力が最大となるビーム方向がユーザ端末装置の方向であると推定する。

ビーム方向決定部１１２は、到来方向推定部１１１によって推定されたユーザ端末装置の方向に基づいて、信号を送信するためのビーム方向を決定する。すなわち、ビーム方向決定部１１２は、信号の送信先となるユーザ端末装置の方向への利得が大きくなるようにビーム方向を決定する。このとき、ビーム方向決定部１１２は、例えばサブアレイの各アンテナが並ぶ方向に対して垂直な方向を０度とし、この方向を基準としたビーム方向の角度を決定する。

送信信号生成部１１３は、ユーザ端末装置宛ての送信信号を生成し、ビーム方向決定部１１２によって決定されたビーム方向に応じたウェイトを送信信号に乗算する。すなわち、送信信号生成部１１３は、デジタル方式のビームフォーミングによる送信信号の重み付けを行う。基地局装置１００が送信する信号の搬送波は、高周波かつ広帯域であるため、送信信号生成部１１３によって生成される送信信号も広帯域の信号である。

実効抵抗算出部１１４は、ビーム方向決定部１１２によって決定されたビーム方向に基づいて、サブアレイ処理部１４０のオールパスフィルタ１４１それぞれに設定される実効抵抗を算出する。具体的には、実効抵抗算出部１１４は、第ｎ番目のアンテナに対応して設けられるオールパスフィルタ１４１に設定される実効抵抗Ｒ_eff,nを以下の式（３）によって算出する。

ただし、式（３）において、BWは信号帯域幅を示し、Ｃはオールパスフィルタ１４１のキャパシタを示す。また、ｄはサブアレイの隣接アンテナ間隔を示し、ｃは光速を示し、θ₀はビーム方向の角度を示す。このように、実効抵抗算出部１１４は、サブアレイのアンテナごとに、信号帯域幅BWに及びビーム方向θ₀に応じて変化する実効抵抗Ｒ_eff,nを算出する。

ここで、オールパスフィルタ１４１の実効抵抗は、オールパスフィルタ１４１における位相回転量に対応する。すなわち、オールパスフィルタ１４１の実効抵抗を変化させることにより、オールパスフィルタ１４１における位相回転量を制御することができる。具体的には、第ｎ番目のアンテナに対応するオールパスフィルタ１４１における、周波数ｆの信号の位相回転量Δθ_n（ｆ）は、以下の式（４）によって表される。
Δθ_n（ｆ）＝−２arctan（２πｆＲ_eff,nＣ） …（４）

ただし、式（４）においては上式（３）と同様に、Ｒ_eff,nが実効抵抗を示し、Ｃがオールパスフィルタ１４１のキャパシタを示す。式（４）から明らかなように、オールパスフィルタ１４１における位相回転量Δθ_n（ｆ）は、信号の周波数ｆによって異なるため、送信信号の周波数成分ごとに異なる位相回転を付与することができる。そして、オールパスフィルタ１４１の実効抵抗Ｒ_eff,nを適切に設定することにより、送信信号の中心周波数と信号帯域幅の端の周波数とを含む各周波数成分に異なる位相回転を付与し、中心周波数からの周波数幅による位相ずれを補償することが可能となる。

ところで、ベースバンド信号の周波数ｆの周波数成分に関する、第ｎ番目のアンテナの位相ずれΔφ_n（ｆ）は上式（２）と同様に、下記の式（５）で表される。

そこで、この位相ずれΔφ_n（ｆ）がオールパスフィルタ１４１の位相回転量Δθ（ｆ）によってキャンセルされるように、式（４）、（５）から実効抵抗Ｒ_eff,nを求めれば、上式（３）が得られる。したがって、実効抵抗算出部１１４は、送信信号の中心周波数からの周波数幅に応じて発生する位相ずれを補償するための実効抵抗Ｒ_eff,nを算出する。

実効抵抗設定部１１５は、実効抵抗算出部１１４によって算出された各オールパスフィルタ１４１の実効抵抗を、それぞれのオールパスフィルタ１４１に設定する。

位相制御部１１６は、ビーム方向決定部１１２によって決定されたビーム方向へビームを向けるための各アンテナの位相値を算出し、算出した位相値をそれぞれのアンテナに対応して設けられたフェーズシフタ１４２に設定する。

オールパスフィルタ１４１は、サブアレイの複数のアンテナそれぞれに対応して設けられ、Ｄ／Ａ変換部１３０から出力されるアンテナごとの送信信号の全帯域を透過させる。このとき、オールパスフィルタ１４１は、実効抵抗設定部１１５によって設定された実効抵抗に応じて、送信信号の各周波数成分に位相回転を付与する。一方、オールパスフィルタ１４１は、送信信号の振幅は変化させない。すなわち、オールパスフィルタ１４１は、送信信号の信号帯域幅に起因して発生する位相ずれを補償する位相回転を付与する。

フェーズシフタ１４２は、サブアレイの複数のアンテナそれぞれに対応して設けられ、位相制御部１１６によって設定された位相値をアンテナごとの送信信号に付与する。送信信号は、送信信号生成部１１３によって乗算されるウェイトとフェーズシフタ１４２によって付与される位相値とによって、ビーム方向決定部１１２によって決定されたビーム方向に大きい利得で送信されることになる。

無線処理部１４３は、サブアレイの複数のアンテナそれぞれに対応して設けられ、アンテナごとの送信信号に対して所定の無線送信処理を施す。具体的には、無線処理部１４３は、送信信号を無線周波数にアップコンバートして増幅し、各アンテナから送信する。

次いで、上記のように構成された基地局装置１００による位相調整方法について、図３に示すフロー図を参照しながら説明する。

基地局装置１００からの信号の送信に先立って、通信相手のユーザ端末装置から信号が受信される（ステップＳ１０１）。この信号は、例えば基地局装置１００からの要求に応じてユーザ端末装置が送信するものであっても良く、ユーザ端末装置が定期的に送信するものであっても良い。

受信信号は、Ａ／Ｄ変換部１５０によってＡ／Ｄ変換された後にプロセッサ１１０へ出力され、到来方向推定部１１１によって、受信信号の到来方向が推定される（ステップＳ１０２）。受信信号の到来方向は、信号の送信先であるユーザ端末装置が位置する方向であるため、ビーム方向決定部１１２によって、到来方向に基づいてビーム方向が決定される（ステップＳ１０３）。すなわち、ユーザ端末装置の方向をビーム方向とすることが決定される。

ビーム方向が決定されると、送信信号生成部１１３によって送信信号が生成され（ステップＳ１０４）、ビーム方向に応じたウェイトが送信信号に乗算される。すなわち、送信信号生成部１１３によって、デジタル方式のビームフォーミングが実行される。ウェイトが乗算された送信信号は、Ｄ／Ａ変換部１３０によってＤ／Ａ変換され、サブアレイ処理部１４０へ出力される。

また、ビーム方向が決定されると、実効抵抗算出部１１４によって、ビーム方向に基づくオールパスフィルタ１４１の実効抵抗が算出される（ステップＳ１０５）。具体的には、上式（３）によって、信号帯域幅BW及びビーム方向θ₀に応じた、アンテナごとのオールパスフィルタ１４１の実効抵抗Ｒ_eff,nが算出される。そして、算出された各オールパスフィルタ１４１の実効抵抗は、実効抵抗設定部１１５によって、それぞれのオールパスフィルタ１４１に設定される（ステップＳ１０６）。これにより、それぞれのオールパスフィルタ１４１における位相回転量は、送信信号の信号帯域幅に起因して発生する周波数成分ごとの位相ずれを補償する位相回転量に設定されたことになる。

さらに、ビーム方向が決定されると、位相制御部１１６によって、ビーム方向への利得を大きくするための各アンテナの位相値が算出される。そして、位相制御部１１６によって、算出された位相値がそれぞれのアンテナに対応するフェーズシフタ１４２に設定される（ステップＳ１０７）。すなわち、位相制御部１１６によって、アナログ方式のビームフォーミングが実行される。

オールパスフィルタ１４１に実効抵抗が設定され、フェーズシフタ１４２に位相値が設定されると、Ｄ／Ａ変換部１３０から出力された送信信号は、アンテナごとの送信信号に分岐してオールパスフィルタ１４１へ入力される。そして、オールパスフィルタ１４１によって、実効抵抗に応じた位相回転がアンテナごとの送信信号に付与される。すなわち、送信信号の各周波数成分が、中心周波数からの周波数幅に応じた位相ずれを補償するように位相回転する。このとき、送信信号の振幅は変化しない。

オールパスフィルタ１４１を通過した送信信号には、フェーズシフタ１４２によって位相値が付与される。すなわち、隣接アンテナ間でビーム方向に応じた位相差を有する位相値が各アンテナの送信信号に付与され、ビーム方向への利得が最大化される。これにより、通信相手のユーザ端末装置の方向への利得が最大になるビームが形成される。ここで、オールパスフィルタ１４１によって各アンテナの送信信号の位相ずれが補償されているため、送信信号の信号帯域幅のいずれの周波数成分についても、ビーム方向が通信相手のユーザ端末装置の方向に一致している。

フェーズシフタ１４２によって位相値が付与された送信信号は、無線処理部１４３によって、無線送信処理が施される（ステップＳ１０８）。具体的には、送信信号が無線周波数にアップコンバートされ、増幅器によって増幅される。そして、送信信号は、各アンテナから送信される（ステップＳ１０９）。各アンテナから送信される送信信号には、フェーズシフタ１４２によって位相値が付与されているため、隣接するアンテナ間で位相差がある。この位相差により、送信信号は、通信相手のユーザ端末装置の方向へ大きい利得で送信される。

以上のように、本実施の形態によれば、実効抵抗に応じた位相回転を入力信号に付与するオールパスフィルタを複数のアンテナそれぞれに対して設け、各アンテナに対応するオールパスフィルタの実効抵抗をビーム方向に基づいて算出する。そして、算出した実効抵抗をそれぞれのオールパスフィルタに設定し、オールパスフィルタによってアンテナごとの送信信号に位相回転を付与する。このため、送信信号の各周波数成分が、中心周波数からの周波数幅に応じた位相ずれを補償するように位相回転し、送信信号の信号帯域幅が広帯域である場合でも、ビームフォーミング時の位相ずれによる通信品質の劣化を抑制することができる。

（実施の形態２）
実施の形態２の特徴は、中心周波数からの周波数幅による位相ずれに加えて、アナログ回路における周波数特性を補償するようにオールパスフィルタの実効抵抗を決定する点である。

実施の形態２に係る基地局装置の構成は、実施の形態１（図１）と同様であるため、その説明を省略する。実施の形態２においては、プロセッサ１１０の機能が実施の形態１とは異なる。

図４は、実施の形態２に係る基地局装置１００の送信部構成を示すブロック図である。図４において、図２と同じ部分には同じ符号を付し、その説明を省略する。図４に示すプロセッサ１１０は、図２に示すプロセッサ１１０の実効抵抗算出部１１４に代えて、位相差算出部２０１及び実効抵抗算出部２０２を有する。

位相差算出部２０１は、送信信号生成部１１３によって生成された送信信号とフェーズシフタ１４２から出力される送信信号との位相差を算出する。すなわち、位相差算出部２０１は、基地局装置１００内の送信信号の通過経路において発生する位相差を算出する。具体的には、通過経路において発生する位相差には、サブアレイ処理部１４０を構成するアナログ回路の周波数特性によって発生する位相変化と中心周波数からの周波数幅による位相ずれとが含まれる。中心周波数からの周波数幅による位相ずれは、上式（５）で示したΔφ_n（ｆ）であるため、アナログ回路の周波数特性をＦ（ｆ）とすれば、位相差算出部２０１が算出する位相差φ_n（ｆ）は、下記の式（６）で表される。
φ_n（ｆ）＝angle［Ｆ（ｆ）exp｛ｊΔφ_n（ｆ）｝］ …（６）

サブアレイ処理部１４０を構成するアナログ回路には、オールパスフィルタ１４１及びフェーズシフタ１４２などが含まれるため、位相差φ_n（ｆ）は、オールパスフィルタ１４１及びフェーズシフタ１４２における位相変化を含む。

実効抵抗算出部２０２は、位相差算出部２０１によって算出された位相差を最小にするオールパスフィルタ１４１の実効抵抗を算出する。具体的には、実効抵抗算出部２０２は、以下の式（７）のように、第ｎ番目のアンテナに対応するオールパスフィルタ１４１の実効抵抗Ｒ_eff,nを算出する。

つまり、実効抵抗算出部２０２は、ベースバンド信号の中心周波数を０とした信号帯域幅BW全体について、位相差算出部２０１によって算出された位相差とオールパスフィルタ１４１における位相回転量との和が０に近くなる実効抵抗を算出する。このため、算出された実効抵抗をオールパスフィルタ１４１に設定することにより、アナログ回路の周波数特性と中心周波数からの周波数幅に応じた位相ずれとを補償することができる。

次いで、上記のように構成された基地局装置１００による位相調整方法について、図５に示すフロー図を参照しながら説明する。図５において、図３と同じ部分には同じ符号を付し、その詳しい説明を省略する。

基地局装置１００からの信号の送信に先立って、通信相手のユーザ端末装置から信号が受信される（ステップＳ１０１）。受信信号は、Ａ／Ｄ変換部１５０によってＡ／Ｄ変換された後にプロセッサ１１０へ出力され、到来方向推定部１１１によって、受信信号の到来方向が推定され（ステップＳ１０２）、ビーム方向決定部１１２によって、到来方向に基づいてビーム方向が決定される（ステップＳ１０３）。ビーム方向が決定されると、送信信号生成部１１３によって送信信号が生成され（ステップＳ１０４）、ビーム方向に応じたウェイトが送信信号に乗算される。

さらに、ビーム方向が決定されると、位相制御部１１６によって、各アンテナの位相値が算出され、算出された位相値がそれぞれのアンテナに対応するフェーズシフタ１４２に設定される（ステップＳ１０７）。一方、この時点では、オールパスフィルタ１４１において付与される位相回転量が０となる実効抵抗がすべてのオールパスフィルタ１４１に設定されている。

そして、Ｄ／Ａ変換部１３０から出力された送信信号は、アンテナごとの送信信号に分岐してオールパスフィルタ１４１を通過し、フェーズシフタ１４２によって位相値が付与される。これにより、通信相手のユーザ端末装置の方向への利得が最大になるビームが形成される。フェーズシフタ１４２によって位相値が付与された送信信号は、無線処理部１４３によって、無線送信処理が施され（ステップＳ１０８）、各アンテナから送信される（ステップＳ１０９）。

また、位相差算出部２０１によって、送信信号生成部１１３によって生成された送信信号と、各フェーズシフタ１４２から出力される送信信号との位相差が算出される（ステップＳ２０１）。ここで算出される位相差は、アナログ回路における周波数特性によって発生した位相ずれと中心周波数からの周波数幅に応じた位相ずれとを含む位相差であり、補償すべき位相差である。そこで、実効抵抗算出部２０２によって、位相差算出部２０１によって算出された位相差を最小にするための実効抵抗が上式（７）によって算出される（ステップＳ２０２）。そして、算出された各オールパスフィルタ１４１の実効抵抗は、実効抵抗設定部１１５によって、それぞれのオールパスフィルタ１４１に設定される（ステップＳ２０３）。これにより、それぞれのオールパスフィルタ１４１における位相回転量は、アナログ回路の周波数特性及び送信信号の信号帯域幅に起因して発生する周波数成分ごとの位相ずれを補償する位相回転量に設定されたことになる。

以後、アンテナごとの送信信号は、それぞれオールパスフィルタ１４１を通過することにより、アナログ回路の周波数特性及び中心周波数からの周波数幅に応じた位相ずれを補償する位相回転が付与される。

以上のように、本実施の形態によれば、実効抵抗に応じた位相回転を入力信号に付与するオールパスフィルタを複数のアンテナそれぞれに対して設け、送信信号に発生する位相ずれを最小にする実効抵抗を算出する。そして、算出した実効抵抗をそれぞれのオールパスフィルタに設定し、オールパスフィルタによってアンテナごとの送信信号に位相回転を付与する。このため、送信信号の各周波数成分が、アナログ回路の周波数特性及び中心周波数からの周波数幅に応じた位相ずれを補償するように位相回転し、送信信号の信号帯域幅が広帯域である場合でも、ビームフォーミング時の位相ずれによる通信品質の劣化を抑制することができる。

なお、上記実施の形態１、２は組み合わせて実施することも可能である。すなわち、実施の形態１のように、ビーム方向に基づいてオールパスフィルタ１４１の実効抵抗を算出して設定した後、実施の形態２のように、生成された送信信号とフェーズシフタ１４２から出力される送信信号との位相差を最小にするように実効抵抗を補正しても良い。こうすることにより、ビーム方向に基づく実効抵抗を設定した後、アナログ回路の周波数特性に起因する位相ずれを補償することが可能である。

また、上記各実施の形態においては、オールパスフィルタによってアンテナごとの送信信号に位相回転を付与するものとしたが、他の位相調整部材によって送信信号に位相回転を付与しても良い。すなわち、パラメータを設定することによって送信信号に付与する位相回転量を変更可能な位相調整部材であれば、オールパスフィルタ以外の部材を用いることも可能である。ただし、位相回転を付与する際に、送信信号の振幅は変化しないことが好ましいため、オールパスフィルタを用いるのが良い。また、オールパスフィルタなどの位相調整部材は、必ずしもフェーズシフタの前段に設けられなくても良い。すなわち、例えばオールパスフィルタがフェーズシフタの後段に設けられるようにサブアレイ処理部を構成することも可能である。

また、上記各実施の形態においては、ハイブリッド方式のビームフォーミングについて説明したが、フルアナログ方式のビームフォーミング時に、オールパスフィルタを用いて位相ずれを補償することも可能である。

１１０プロセッサ
１１１到来方向推定部
１１２ビーム方向決定部
１１３送信信号生成部
１１４、２０２実効抵抗算出部
１１５実効抵抗設定部
１１６位相制御部
１２０メモリ
１３０Ｄ／Ａ変換部
１４０サブアレイ処理部
１４１オールパスフィルタ
１４２フェーズシフタ
１４３無線処理部
１５０Ａ／Ｄ変換部
２０１位相差算出部

Claims

複数のアンテナそれぞれから送信される送信信号の位相を制御してビームを形成するビーム形成部と、
前記ビーム形成部によって位相が制御された送信信号の周波数ごとの位相ずれであって送信信号の信号帯域幅に応じた位相ずれを補償する位相回転を送信信号に付与する位相調整部と、
前記位相調整部によって送信信号に付与される位相回転を制御する制御部と
を有することを特徴とする通信制御装置。
前記位相調整部は、
前記複数のアンテナに対応して設けられ、実効抵抗に応じた位相回転を送信信号に付与する複数のオールパスフィルタを含み、
前記制御部は、
前記複数のオールパスフィルタの実効抵抗を決定して位相回転を制御する
ことを特徴とする請求項１記載の通信制御装置。
前記制御部は、
前記ビーム形成部によって形成されるビームの方向に基づいて、前記複数のオールパスフィルタの実効抵抗を算出する算出部と、
前記算出部によって算出された実効抵抗を前記複数のオールパスフィルタそれぞれに設定する設定部とを含む
ことを特徴とする請求項２記載の通信制御装置。
前記制御部は、
自装置内の通過経路において送信信号に発生する位相差を算出する位相差算出部と、
前記位相差算出部によって算出された位相差を最小にする、前記複数のオールパスフィルタの実効抵抗を算出する実効抵抗算出部と、
前記実効抵抗算出部によって算出された実効抵抗を前記複数のオールパスフィルタそれぞれに設定する設定部とを含む
ことを特徴とする請求項２記載の通信制御装置。
複数のアンテナそれぞれから送信される送信信号の位相を制御してビームを形成する通信制御装置における位相調整方法であって、
送信信号に位相回転を付与する位相調整部における位相回転を制御し、
制御された位相回転を前記位相調整部において送信信号に付与することにより、ビーム形成時に位相が制御された送信信号の周波数ごとの位相ずれであって送信信号の信号帯域幅に応じた位相ずれを補償する
処理を有することを特徴とする位相調整方法。