JP2022112306A - 無線通信装置 - Google Patents

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Abstract

Figure 2022112306000001
【課題】回路規模を小型化した無線通信装置を提供する。
【解決手段】無線通信装置は、送信信号が入力される信号端子と、Ｎ（Ｎは２以上の整数）個のアンテナ素子と、前記信号端子に接続される第１入力端子に入力される前記送信信号を増幅して第１出力端子から出力する第１可変増幅器であって、前記送信信号を増幅する際のゲインに重み付けする第１重みに応じてゲインを調整可能な第１可変増幅器と、前記第１出力端子に接続されるＮ個の第２入力端子から入力される前記送信信号を増幅して、前記Ｎ個のアンテナ素子にそれぞれ接続されるＮ個の第２出力端子からそれぞれ出力するＮ個の第２可変増幅器であって、前記送信信号を増幅する際のゲインに重み付けするＮ個の第２重みに応じてゲインを調整可能なＮ個の第２可変増幅器とを含む。
【選択図】図４

Description

本発明は、無線通信装置に関する。
従来より、乗算器と、乗算器の出力側に接続される第１増幅器と、第１増幅器の出力側に接続される複数の位相シフタと、複数の位相シフタの出力側にそれぞれ接続される複数の第２増幅器とを含み、複数の第２増幅器で増幅した信号をフェーズドアンテナアレイ（アレイアンテナ）から送信するＲＦ(Radio Frequency)送信器がある（例えば、特許文献１の図２６参照）。
特表２０２０－５０７２３０号公報
ところで、特許文献１の図２６のＲＦ送信器では、第１増幅器と複数の第２増幅器とは、ゲインを可変的に制御する構成ではない。また、ゲインを可変的に制御可能な複数の第１可変増幅器と、ゲインを可変的に制御可能な複数の第２可変増幅器とをそれぞれ直列に接続すると、回路規模が大きくなる。
そこで、回路規模を小型化した無線通信装置を提供することを目的とする。
本発明の実施形態の無線通信装置は、送信信号が入力される信号端子と、Ｎ（Ｎは２以上の整数）個のアンテナ素子と、前記信号端子に接続される第１入力端子に入力される前記送信信号を増幅して第１出力端子から出力する第１可変増幅器であって、前記送信信号を増幅する際のゲインに重み付けする第１重みに応じてゲインを調整可能な第１可変増幅器と、前記第１出力端子に接続されるＮ個の第２入力端子から入力される前記送信信号を増幅して、前記Ｎ個のアンテナ素子にそれぞれ接続されるＮ個の第２出力端子からそれぞれ出力するＮ個の第２可変増幅器であって、前記送信信号を増幅する際のゲインに重み付けするＮ個の第２重みに応じてゲインを調整可能なＮ個の第２可変増幅器とを含む。
回路規模を小型化した無線通信装置を提供することができる。
基地局１０と、実施形態の無線通信装置１００を含むＲＵ２０とを示す図である。 無線通信装置１００のアレイアンテナ１１０を示す図である。 チェビシェフの重み付けを説明する図である。 無線通信装置１００を示す図である。 ２つのビーム５０Ａ、５０Ｂを示す図である。
以下、本発明の無線通信装置を適用した実施形態について説明する。
＜実施形態＞
図１は、基地局１０と、実施形態の無線通信装置１００を含むＲＵ(Radio Unit)２０とを示す図である。基地局１０は、ＤＵ(Distributed Unit)及びＣＵ(Central Unit)によって実現され、ＩＤ出力部１１と信号出力部１２、１３とを有する。基地局１０は、ＩＤ出力部１１及び信号出力部１２、１３以外の構成要素も含むが、ここでは省略する。
ＩＤ出力部１１は、ＩＤ(Identifier)番号をＲＵ２０のデコーダ２１に出力する。ＩＤ出力部１１が出力するＩＤ番号は複数種類あり、各ＩＤ番号は、無線通信装置１００のアレイアンテナから出力するビームの方向に関する情報に割り当てられている。信号出力部１２は、送信信号をＲＵ２０の無線通信装置１００に出力する。信号出力部１３は、ローカル信号をＲＵ２０の無線通信装置１００に出力する。
ＲＵ２０は、デコーダ２１、メモリ２２、制御部２３、及び無線通信装置１００を有する。デコーダ２１は、ＩＤ出力部１１から入力されるＩＤ番号をデコードしてアドレスを取得し、メモリ２２に受け渡す。メモリ２２は、メモリコントローラを含んでおり、デコーダ２１から入力されるアドレスに基づいて制御データを読み出し、制御部２３に受け渡す。制御データは、無線通信装置１００で送信信号を増幅する際のゲインに重み付けする際の重みデータと、送信信号の位相をシフトさせる際の位相に重み付けする際の重みデータとを含む。
制御部２３は、メモリ２２から入力されるゲイン用の重みデータと、位相用の重みデータとを用いて、無線通信装置１００に入力される送信信号の増幅と位相のシフトとを制御する。制御部２３は、一例としてＩＣ(Integrated Circuit：集積回路)によって実現される。
基地局１０及びＲＵ２０は、一例として、５Ｇ(Fifth Generation)のデータ通信用の装置である。また、ＲＵ２０の無線通信装置１００は、ビームフォーミングによって複数のビームを同時に出力することが可能である。この詳細については後述する。
図２は、無線通信装置１００のアレイアンテナ１１０を示す図である。以下では、ＸＹＺ座標系を定義して説明する。また、以下では、平面視とはＸＹ面視のことであり、説明の便宜上、－Ｚ方向側を下側又は下、＋Ｚ方向側を上側又は上と称すが、普遍的な上下関係を表すものではない。
アレイアンテナ１１０は、基板１１１、アンテナ素子１１２、グランド層１１３を有する。アレイアンテナ１１０の通信周波数は、一例として、３．７ＧＨｚ帯、４．５ＧＨｚ帯、又は２８ＧＨｚ帯である。
基板１１１は、一例としてＦＲ４(Flame Retardant type 4)規格の配線基板であり、上面にアンテナ素子１１２が設けられ、下面にグランド層１１３が設けられている。アンテナ素子１１２は、基板１１１の上面にアレイ状に配列されており、一例として８×８で配列される６４個のアンテナ素子１１２がＸ方向及びＹ方向に等ピッチで配列されている。アンテナ素子１１２の配列は、マトリクス状として捉えることもできる。アンテナ素子１１２は、平面視で正方形であり、１辺の長さは通信周波数における波長の電気長の約１／２に設定されている。アンテナ素子１１２が上面に配列される基板１１１の下面にはグランド層１１３があり、平面視ですべてのアンテナ素子１１２とグランド層１１３は重なっているため、アンテナ素子１１２及びグランド層１１３は、パッチアンテナを構築する。
各アンテナ素子１１２には、スルーホールと基板１１１の配線とを介して給電が行われる。複数のアンテナ素子１１２から放射される電波のゲインと位相が調整され、１つのビームを構築する。
ここでは、６４個のアンテナ素子１１２を１６個のグループ１１２Ｇに分ける。各グループ１１２Ｇは、２×２で配列される４個のアンテナ素子１１２を含む。各グループ１１２Ｇ内では、４個のアンテナ素子１１２は、平面視で近接して配置されている。近接とは、複数のアンテナ素子１１２が平面視で隣り合っていることをいう。１個のグループ１１２Ｇに含まれる４個のアンテナ素子１１２は、Ｎ個のアンテナ素子１１２の一例である。Ｎは正の整数であり、ここでは一例としてＮ＝４である。
ここで、平面視における６４個のアンテナ素子１１２の中心Ｃを通りＸ軸に平行な直線Ａ１と、中心Ｃを通りＹ軸に平行な直線Ａ２とを定義する。１６個のグループ１１２Ｇは、平面視で直線Ａ１を対称軸として線対称に配置されている。また、１６個のグループ１１２Ｇは、直線Ａ２を対称軸として線対称に配置されている。このように、１６個のグループ１１２Ｇは、平面視で対称的に配置されている。また、６４個のアンテナ素子１１２は、直線Ａ１を対称軸として線対称に配置されるとともに、直線Ａ２を対称軸として線対称に配置されている。
なお、ここでは、１個のグループ１１２Ｇが２×２で配列される４個のアンテナ素子１１２を含む形態について説明するが、１個のグループ１１２Ｇに含まれる複数のアンテナ素子１１２の配置はこのような配置に限定されるものではない。その詳細については後述する。また、アレイアンテナ１１０は、図２に示す構成に限定されるものではなく、アレイ状に複数のアンテナ素子１１２が配列されていれば、図２に示す構成とは異なる構成であってもよい。
次に、図３を用いてチェビシェフの重み付けによるサイドローブの低減について説明する。図３は、チェビシェフの重み付けを説明する図である。ここでは、説明を簡単にするために図３（Ａ）に示すように、８個のアンテナ素子が一直線状に配列されていることとし、左側から右側にかけて１番から８番のアンテナ素子番号を割り振る。８個のアンテナ素子には、８個の可変増幅器がそれぞれ接続されており、８個のアンテナ素子から放射する電力を増幅する際のゲインに対して重み付けを行えるようになっていることとする。
図３（Ｂ）には、横軸にアンテナ素子番号を示し、縦軸に重み付けしたゲインを示す。８個のアンテナ素子から放射する電力に付与するゲインに対して、１番と８番のアンテナ素子から放射する電力に付与するゲインが最も小さくなり、中央に位置する４番と５番のアンテナ素子から放射する電力に付与するゲインが最も大きくなるように段階的に重み付けを行う。このような重み付けがチェビシェフの重み付けであり、隣接しているアンテナ素子間の重みの差は小さい。
図３（Ｃ）には、重み付けを行わずに図３（Ａ）の８個のアンテナ素子から電力を放射した場合のメインローブ及びサイドローブの出力（放射電力）を破線で示し、上述のように重み付けを行って図３（Ａ）の８個のアンテナ素子から電力を放射した場合のメインローブ及びサイドローブの出力（放射電力）を実線で示す。重み付けを行わない場合と、重み付けを行った場合とにおいて、中央に位置して最も出力が大きい１つの波形がメインローブの出力を表し、メインローブの両側に３つずつある波形がサイドローブの出力を表す。
中央から端に向かうほど重み付けを小さくすると、図３（Ｃ）に実線で示すように、中央のメインローブの出力は重み付けを行わない場合の破線のメインローブと殆ど変わらないが、サイドローブの出力は低減している。このように、チェビシェフの重み付けを行うと、メインローブの出力を維持しつつ、サイドローブの出力を選択的に低減させることができる。
図４は、無線通信装置１００を示す図である。無線通信装置１００は、信号端子１０１、アレイアンテナ１１０、アンプ１２０、フェーズシフタ１３０、アンプ１４０、ミキサ１５０、ＰＡ(Power Amplifier)１６０を含む。アンプ１２０は、第１可変増幅器の一例であり、アンプ１４０は、第２可変増幅器の一例である。信号端子１０１は、図１に示す信号出力部１２に接続されており、送信信号が入力される入力端子である。
図４にはアレイアンテナ１１０のうちのアンテナ素子１１２を示す。アンテナ素子１１２は、図２に示すように６４個あるが、図４ではそのうちの４個に関する構成を示す。図４に示す４個のアンテナ素子１１２は、図２に示す１つのグループ１１２Ｇに含まれるものである。
一例として、４個のアンテナ素子１１２には、１個のアンプ１２０、４個のフェーズシフタ１３０、４個のアンプ１４０、４個のミキサ１５０、４個のＰＡ１６０が接続される。無線通信装置１００は６４個のアンテナ素子１１２を含むため、無線通信装置１００は、１６個のアンプ１２０、６４個のフェーズシフタ１３０、６４個のアンプ１４０、６４個のミキサ１５０、６４個のＰＡ１６０を含む。
ここでは、１つのグループ１１２Ｇに含まれる４個のアンテナ素子１１２、１個のアンプ１２０、４個のフェーズシフタ１３０、４個のアンプ１４０、４個のミキサ１５０、４個のＰＡ１６０を組１００Ａと称す。無線通信装置１００は、１６個の組１００Ａを含むが、すべての組１００Ａは同様の構成を有するため、ここでは１つの組１００Ａについて説明する。各組１００Ａでは、１個のアンプ１２０の出力側に４個のフェーズシフタ１３０が接続され、各フェーズシフタ１３０の出力側にアンプ１４０、ミキサ１５０、ＰＡ１６０が１つずつ接続される。
アンプ１２０は、信号端子１０１に接続される入力端子１２１と、出力端子１２２と、制御部２３（図１参照）に接続される制御端子１２３とを有する。入力端子１２１は第１入力端子の一例であり、出力端子１２２は第１出力端子の一例である。入力端子１２１には信号端子１０１から送信信号が入力され、出力端子１２２には４個のフェーズシフタ１３０が接続され、制御端子１２３には制御部２３からゲインに重み付けする第１重みが入力される。
アンプ１２０は、送信信号を増幅する際のゲインに重み付けする第１重みに応じてゲインが可変的に制御され、入力端子１２１に入力される送信信号を増幅して出力端子１２２から出力する。第１重みは制御部２３によって制御される。第１重みは、メモリ２２から制御部２３に入力されるゲイン用の重みデータに含まれる。
第１重みによって重み付けられるアンプ１２０のゲインは、一例として、－１５ｄＢ～０ｄＢの範囲で、３ｄＢのステップ（ゲインの変化幅）で６段階に制御可能である。すなわち、アンプ１２０のゲインは、－１５ｄＢ、－１２ｄＢ、－９ｄＢ、－６ｄＢ、－３ｄＢ、０ｄＢに制御可能である。－１５ｄＢ～０ｄＢの範囲は、第１のゲインの範囲の一例である。３ｄＢのステップは、第１の変化幅の一例である。
フェーズシフタ１３０は、入力端子１３１と、出力端子１３２と、制御端子１３３とを有する。１つの組１００Ａの内部では、アンプ１２０の出力端子１２２に４個のフェーズシフタ１３０の入力端子１３１が接続される。４個の出力端子１３２は、４個のアンプ１４０の入力端子１４１にそれぞれ接続される。制御端子１３３は、制御部２３（図１参照）に接続されており、位相用の重みデータが入力される。フェーズシフタ１３０は、入力端子１３１に入力される送信信号（アンプ１２０で増幅された送信信号）の位相を制御端子１３３に入力される位相用の重みデータに応じてシフトさせて出力端子１３２から出力する。
アンプ１４０は、出力端子１３２に接続される入力端子１４１と、出力端子１４２と、制御部２３（図１参照）に接続される制御端子１４３とを有する。入力端子１４１は第２入力端子の一例であり、出力端子１４２は第２出力端子の一例である。入力端子１４１には出力端子１３２から位相が調整された送信信号が入力され、出力端子１４２にはミキサ１５０の入力端子１５１が接続され、制御端子１４３には制御部２３からゲインに重み付けする第２重みが入力される。
アンプ１４０は、送信信号を増幅する際のゲインに重み付けする第２重みに応じてゲインが可変的に制御され、入力端子１４１に入力される送信信号を増幅して出力端子１４２から出力する。第２重みは制御部２３によって制御される。第２重みは、メモリ２２から制御部２３に入力されるゲイン用の重みデータに含まれる。
第２重みによって重み付けられるアンプ１４０のゲインは、一例として、－５ｄＢ～０ｄＢの範囲で、１ｄＢのステップ（ゲインの変化幅）で６段階に制御可能である。すなわち、アンプ１２０のゲインは、－５ｄＢ、－４ｄＢ、－３ｄＢ、－２ｄＢ、－１ｄＢ、０ｄＢに制御可能である。－５ｄＢ～０ｄＢの範囲は、第２のゲインの範囲の一例であり、アンプ１２０の第１のゲインの範囲よりも狭い。１ｄＢのステップは、第２の変化幅の一例である。アンプ１４０でゲインを調整可能なステップは１ｄＢであり、アンプ１２０でゲインを調整可能なステップである３ｄＢよりも小さい。
また、アンプ１４０が調整可能なゲインの範囲（－５ｄＢ～０ｄＢの範囲）は、一例として、アンプ１２０が調整可能なゲインの範囲（－１５ｄＢ～０ｄＢの範囲）よりも小さい。アンプ１４０は、各アンテナ素子１１２に１個ずつ設けられており、アンプ１２０は、４個のアンテナ素子１１２に対して１個ずつ設けられている。アンプ１４０よりもアンプ１２０の方が平面視におけるアレイアンテナ１１０の中でゲインを調整する空間的な範囲が広いため、一例としてアンプ１２０が調整可能なゲインの範囲をアンプ１４０が調整可能なゲインの範囲よりも大きくしている。なお、アンプ１２０が調整可能なゲインの範囲をアンプ１４０が調整可能なゲインの範囲よりも大きくしなくてもよい場合には、アンプ１２０が調整可能なゲインの範囲は、アンプ１４０が調整可能なゲインの範囲と等しくてもよく、小さくてもよい。
ミキサ１５０は、入力端子１５１、１５２と出力端子１５３とを有する。入力端子１５１はアンプ１４０の出力端子１４２に接続され、アンプ１４０で増幅された送信信号が入力される。入力端子１５２は、基地局１０の信号出力部１３に接続されており、ローカル信号が入力される。出力端子１５３は、ＰＡ１６０の入力端子１６１に接続されている。ミキサ１５０は、入力端子１５１入力される送信信号と、入力端子１５２に入力されるローカル信号とを乗算して出力端子１５３から出力する。
ＰＡ１６０は、入力端子１６１と出力端子１６２とを有するパワーアンプである。入力端子１６１はミキサ１５０の出力端子１５３に接続され、出力端子１６２はアンテナ素子１１２に接続される。ＰＡ１６０は、ミキサ１５０から入力される信号を増幅してアンテナ素子１１２に出力する。ＰＡ１６０の増幅率は一定値である。
以上のような無線通信装置１００は、一例として、アレイアンテナ１１０から複数のビームを出力する。各ビームは、メインローブとサイドローブを有するとともに、固有のビームＩＤを有するため、メインローブと他のビームのサイドローブとの干渉を抑制することが求められる。このようにビーム同士の干渉を抑制するには、各アンテナ素子１１２から放射する信号のゲインを調整することが必要になる。各アンテナ素子１１２から放射する信号のゲインは、アンプ１２０によるグループ１１２Ｇ毎の調整に加えて、アンプ１４０によるグループ１１２Ｇ内でのアンテナ素子１１２毎の調整を行うことになる。
図５は、２つのビーム５０Ａ、５０Ｂを示す図である。ここではビーム５０Ａを実線で示し、ビーム５０Ｂを破線で示す。また、図５では、分かり易くするためにＳＩＲ(Signal to Interference Ratio:信号電力と干渉電力の比)の大きさを両矢印の長さで示す。また、端末３０Ａ、３０Ｂは、スマートフォン等である。
ビーム５０Ａは、１本のメインローブ５１Ａと複数本のサイドローブ５２Ａとを有し、ビーム５０Ｂは、１本のメインローブ５１Ｂと複数本のサイドローブ５２Ｂとを有する。メインローブ５１Ａはアレイアンテナ１１０から端末３０Ａに向けて出力されており、メインローブ５１Ｂはアレイアンテナ１１０から端末３０Ｂに向けて出力されている。図５（Ａ）には、比較用に、重みデータを利用せずにサイドローブ５２Ａ、５２Ｂの出力を抑制していない状態を示し、図５（Ｂ）には、重みデータを利用してサイドローブ５２Ａ、５２Ｂの出力を抑制している状態を示す。
図５（Ａ）では、ビーム５０Ａのメインローブ５１Ａとビーム５０Ｂのサイドローブ５２Ｂとが重なっており、かつ、サイドローブ５２Ｂの出力はある程度大きい。同様に、ビーム５０Ｂのメインローブ５１Ｂとビーム５０Ａのサイドローブ５２Ａとが重なっており、かつ、サイドローブ５２Ａの出力はある程度大きい。この状態では、メインローブ５１Ａとサイドローブ５２Ｂとの干渉が大きく、メインローブ５１Ａとサイドローブ５２ＢとのＳＩＲが小さい。同様に、メインローブ５１Ｂとサイドローブ５２Ａとの干渉が大きく、ビーム５０Ｂのメインローブ５１Ｂとビーム５０Ａのサイドローブ５２ＡとのＳＩＲが小さい。ＳＩＲが小さいと、通信におけるスループットが低下するため、通信状態は良好ではない。
これに対して、図５（Ｂ）では、図５（Ａ）に比べてメインローブ５１Ａ、５１Ｂと重なるサイドローブ５２Ａ、５２Ｂの出力が一点鎖線の円で囲んで示すように低減されているので、メインローブ５１Ａとサイドローブ５２Ｂとの干渉が小さく、メインローブ５１Ａとサイドローブ５２ＢとのＳＩＲが大きい。同様に、メインローブ５１Ｂとサイドローブ５２Ａとの干渉が小さく、メインローブ５１Ｂとサイドローブ５２ＡとのＳＩＲが大きい。ＳＩＲが大きいと、通信におけるスループットが改善されるため、通信状態は良好である。
図５（Ｂ）に示すように、メインローブ５１Ａ、５１Ｂと重なるサイドローブ５２Ａ、５２Ｂの出力を低減することは、１６個のアンプ１２０の第１重みと、６４個のアンプ１４０の第２重みとを調整して、各アンテナ素子１１２が出力する信号のゲインを個別的に調整することによって実現可能である。
このように各アンテナ素子１１２が出力する信号のゲインを個別的に調整することは、例えば、各アンテナ素子１１２に、－２０ｄＢ～０ｄＢの範囲でゲインの重みを１ｄＢのステップで変更可能なアンプ（ゲイン可変増幅器）を１個ずつ接続して、すべてのアンプにおいて重みを調整することによっても実現可能である。すなわち、－２０ｄＢ～０ｄＢの範囲でゲインの重みを１ｄＢのステップで変更可能な６４個のアンプ（ゲイン可変増幅器）を６４個のアンテナ素子１１２にそれぞれ接続して、６４個のアンプに入力する６４個の重みを調整することによっても実現可能である。このように重み付けを行うことでサイドローブの出力を低減できることはチェビシェフの重み付けによっても分かっている。
しかしながら、－２０ｄＢ～０ｄＢの範囲でゲインの重みを１ｄＢのステップで変更可能なアンプは、多段階でのゲイン設定を実現する必要があり、サイズが大きいため、無線通信装置の大型化を招く。また、－２０ｄＢ～０ｄＢの範囲でゲインの重みを１ｄＢのステップで調整するための重みデータは、データ容量が膨大になる。また、アンテナ素子１１２に近いほど信号の出力が大きくなるため、高機能のアンプを実現することが難しくなり、－２０ｄＢ～０ｄＢの範囲でゲインの重みを１ｄＢのステップで変更可能な６４個のアンプを配置することは容易ではない。
これに対して、無線通信装置１００では、１６個のアンプ１２０と６４個のアンプ１４０との２段構成にすることで配置し易くし、かつ、信号端子１０１に近い側のアンプ１２０は、同一のグループ１１２Ｇに含まれる４個のアンテナ素子１１２にそれぞれ接続される４個のアンプ１４０に対して１個である。ここで、６４個のアンプ１４０に６４個のアンプ１２０をそれぞれ接続することも考えられるが、無線通信装置の回路規模を低減することはできない。
６４個のアンテナ素子１１２から出力する信号のゲインを調整する際に、互いに近くに配置される複数のアンテナ素子１１２から出力される信号のゲインは、比較的近い値になる。例えば、６４個のアンテナ素子１１２のうち、＋Ｘ方向側及び＋Ｙ方向側の端に位置するアンテナ素子１１２から出力される信号のゲインと、－Ｘ方向側及び－Ｙ方向側の端に位置するアンテナ素子１１２から出力される信号のゲインとは大きく異なる可能性がある。これに対して、６４個のアンテナ素子１１２のうち、互いに隣接する一部のアンテナ素子１１２が出力する信号のゲインは、比較的近い値になる。これは、図３（Ｃ）に示すチェビシェフの例を見れば、明らかである。図３（Ｂ）に示したように、重みは１番のアンテナ素子から８番のアンテナ素子にかけて緩やかに変化している。つまり、隣接しているアンテナ素子間の重みの差は小さい。
このため、無線通信装置１００では、２×２で配置される４個のアンテナ素子１１２を１個のグループ１１２Ｇとして、各グループ１１２Ｇに対して１個のアンプ１２０を設けてゲインを大まかに調整するとともに、各アンテナ素子１１２にアンプ１４０を１個ずつ接続して個別的にゲインを調整できる構成を採用している。このような構成では、信号端子１０１に近いアンプ１２０の数を減らせるため、無線通信装置１００の回路規模を低減することができる。
したがって、回路規模を小型化した無線通信装置１００を提供することができる。また、アンプ１２０の数を減らせるため、重みデータのデータ容量を小さくすることができ、メモリ２２のサイズを低減することができる。例えば、－２０ｄＢ～０ｄＢの範囲でゲインの重みを１ｄＢのステップで変更可能なアンプを６４個含む無線通信装置では、重みデータは２０ｄＢ×６４個＝１２８０ｄＢ分のデータ容量が必要である。これに対して、無線通信装置１００では、１５ｄＢ／３ｄＢ（ステップ）×１６個＋５ｄＢ／１ｄＢ（ステップ）×６４個＝４００ｄＢ分のデータ容量で済むため、メモリ２２のサイズを低減することができる。
また、アンプ１２０は－１５ｄＢ～０ｄＢの範囲でゲインを調整可能であり、アンプ１４０は－５ｄＢ～０ｄＢの範囲でゲインを調整可能であるため、２段階でゲインを調整することで、－２０ｄＢ～０ｄＢの範囲でゲインを調整することができる。このため、－２０ｄＢ～０ｄＢの範囲でゲインを調整可能な６４個のアンプを用いる場合と同様のゲインの範囲で送信信号を増幅することができる。
また、アンテナ素子１１２に近い側のアンプ１４０は１ｄＢのステップでゲインを調整可能であり、信号端子１０１に近い側のアンプ１２０は３ｄＢのステップでゲインを調整可能である。このように、アンプ１２０がアンプ１４０よりも粗いステップでゲインを調整する構成にすることで、アンプ１２０の回路規模を小さくすることができ、このことによっても無線通信装置１００の回路規模を小型化することができる。
また、アンプ１４０が調整可能なゲインを調整可能な範囲をアンプ１２０が調整可能なゲインを調整可能な範囲よりも小さくすることで、アンプ１４０の回路規模を小さくすることができ、このことによっても無線通信装置１００の回路規模を小型化することができる。
また、アンプ１２０の数は、３個以上であることが好ましい。一例としてＭ（Ｍは約１０以上の整数）個のアンテナ素子１１２が出力する信号のゲインを－２０ｄＢ～０ｄＢの範囲で調整することを前提に説明する。また、一例として、Ｍ個のアンテナ素子１１２が出力する信号のゲインの－２０ｄＢ～０ｄＢの範囲を複数のアンプ１２０とＭ個のアンプ１４０とで－１５ｄＢ～０ｄＢの範囲と－５ｄＢ～０ｄＢの範囲とに分け、Ｍ個のアンテナ素子１１２から出力する信号で２本のビームを形成することとする。２本のビームを互いに異なる方向に出力する場合には、Ｍ個のアンテナ素子１１２から出力する信号をそれぞれ増幅するゲインを表すゲインデータが決まる。ゲインデータが表すＭ個のアンテナ素子１１２から出力される信号に与えるゲインの最小値は－２０ｄＢであり、最大値は０ｄＢであることとする。
まず、アンプ１２０が１個だと、６４個のアンテナ素子１１２に対して－１５ｄＢ～０ｄＢの範囲のうちの１つのゲインを一律に与えることになるため、ゲインデータに対応することはできず、複数のアンプ１２０が必要なことが分かる。また、アンプ１２０が２個だと、両方のアンプ１２０がゲインの最小値又は最大値が与えられるアンテナ素子１１２に接続される可能性が極めて高いため、ゲインデータに対応することは非常に困難である。そして、アンプ１２０が３個になると、３個のうちのいずれか１個のアンプ１２０がゲインの最小値又は最大値が与えられるアンテナ素子１１２に接続されない可能性が高くなるため、ゲインデータに対応できる可能性が高くなる。このような理由から、アンプ１２０の数は３個以上であることが好ましい。
また、６４個のアンテナ素子１１２を１６個のグループ１１２Ｇに分け、１６個のグループ１１２Ｇは平面視で対称的に配置されているので、各グループ１１２Ｇに対して１個ずつ接続されるアンプ１２０でゲインを大まかに調整するとともに、各グループ１１２Ｇに含まれる４個のアンテナ素子１１２にそれぞれ接続される４個のアンプ１４０でゲインを個別的に調整することができる。このため、１６個のアンプ１２０と６４個のアンプ１４０十の代わりに、６４個のアンプを６４個のアンテナ素子１１２にそれぞれ接続してゲインを調整する場合と同様にゲインを調整することができる。すなわち、ゲインの調整性を犠牲にすることなく、回路規模の小型化を図ることができる。
また、各グループ１１２Ｇに含まれる４個のアンテナ素子１１２は、平面視で互いに近接して配置されるため、アンプ１２０によるゲインの大まかな調整と、アンプ１４０によるゲインの個別調整とで、すべてのアンテナ素子１１２から出力される信号のゲインを自在に調整することができる。
なお、以上では、１個のグループ１１２Ｇは、２×２の配列で近接して配置される４個のアンテナ素子１１２を含む（Ｎ＝４である）形態について説明した。しかしながら、１個のグループ１１２Ｇに含まれる複数のアンテナ素子１１２は隣り合っていればよく、２×２の配列には限定されない。また、Ｎは２以上であればよいが、Ｎが３以上の場合は、複数のアンテナ素子１１２が直線的に配列されるよりも、平面視で２次元的に配列される方がよい。すなわち、Ｎが３の場合は、三角形の３つの頂点に３個のアンテナ素子１１２がそれぞれ位置する配置が好ましい。直線的に配列される３個のアンテナ素子１１２よりも三角形状に配置される３個のアンテナ素子１１２が互いに近接しているからである。４個のアンテナ素子１１２の配置は、図２に示す２×２の正方形状の配置に限らず、菱形の４個の頂点に位置するような配置であってもよい。また、Ｎは５以上であってもよい。
また、以上では、無線通信装置１００が８×８で配列される６４個のアンテナ素子１１２を含む形態について説明したが、アンテナ素子１１２の数及び配列は、このような形態に限定されるものではない。
また、無線通信装置１００が１６個のアンプ１２０を含む形態について説明したが、アンプ１２０の数は、１６個に限定されるものではなく、例えば、６４個のアンテナ素子１１２に対して８個であってもよいし、３２個であってもよい。
また、以上では、アンテナ素子１１２の数とアンプ１４０の数が等しい形態について説明したが、１個のアンプ１４０に対して複数のアンテナ素子１１２が接続されていてもよい。例えば、図４に示すＰＡ１６０に２個のアンテナ素子１１２が接続されていてもよい。
また、以上では、無線通信装置１００がアンプ１２０とアンプ１４０との２段構成を有する形態について説明したが、信号端子１０１とアンプ１２０との間に、アンプ１２０よりも少ない数のゲイン可変増幅器を設けてもよい。また、アンプ１２０とアンプ１４０の間に、アンプ１２０の数よりも多く、アンプ１４０の数よりも少ない数のゲイン可変増幅器を設けてもよい。
また、以上では、アンテナ素子１１２に近い側のアンプ１４０は１ｄＢのステップでゲインを調整可能であり、信号端子１０１に近い側のアンプ１２０は３ｄＢのステップでゲインを調整可能である形態について説明した。しかしながら、アンプ１２０がゲインを変更可能なステップは３ｄＢに限られない。アンプ１４０がゲインを調整可能なステップと、アンプ１２０がゲインを調整可能なステップとは等しくてもよい。
また、以上では、アンプ１４０が調整可能なゲインの範囲（－５ｄＢ～０ｄＢの範囲）が、アンプ１２０が調整可能なゲインの範囲（－１５ｄＢ～０ｄＢの範囲）よりも小さい形態について説明した。しかしながら、アンプ１４０が調整可能なゲインの範囲と、アンプ１２０が調整可能なゲインの範囲とは等しくてもよく、アンプ１４０が調整可能なゲインの範囲は、アンプ１２０が調整可能なゲインの範囲よりも大きくてもよい。
また、以上では、無線通信装置１００は、制御部２３、メモリ２２、及びデコーダ２１を含まない構成について説明したが、無線通信装置１００は、制御部２３を含んでもよく、さらにメモリ２２を含んでもよく、さらにデコーダ２１を含んでもよい。
以上、本発明の例示的な実施形態の無線通信装置について説明したが、本発明は、具体的に開示された実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲から逸脱することなく、種々の変形や変更が可能である。
以上の実施形態に関し、さらに以下の付記を開示する。
（付記１）
送信信号が入力される信号端子と、
Ｎ（Ｎは２以上の整数）個のアンテナ素子と、
前記信号端子に接続される第１入力端子に入力される前記送信信号を増幅して第１出力端子から出力する第１可変増幅器であって、前記送信信号を増幅する際のゲインに重み付けする第１重みに応じてゲインを調整可能な第１可変増幅器と、
前記第１出力端子に接続されるＮ個の第２入力端子から入力される前記送信信号を増幅して、前記Ｎ個のアンテナ素子にそれぞれ接続されるＮ個の第２出力端子からそれぞれ出力するＮ個の第２可変増幅器であって、前記送信信号を増幅する際のゲインに重み付けするＮ個の第２重みに応じてゲインを調整可能なＮ個の第２可変増幅器と
を含む、無線通信装置。
（付記２）
前記第１可変増幅器は、前記第１重みに応じて、第１のゲインの範囲内で第１の変化幅で前記送信信号のゲインを可変的に増幅し、
前記Ｎ個の第２可変増幅器は、前記Ｎ個の第２重みに応じて、前記Ｎ個の第２入力端子に入力される前記送信信号のゲインを第２のゲインの範囲内で第２の変化幅で可変的にそれぞれ増幅する、付記１に記載の無線通信装置。
（付記３）
前記第１の変化幅は、前記第２の変化幅よりも大きい、付記２に記載の無線通信装置。
（付記４）
前記第２のゲインの範囲は、前記第１のゲインの範囲よりも狭い、付記２又は３に記載の無線通信装置。
（付記５）
前記第１可変増幅器と、前記Ｎ個の第２可変増幅器と、前記Ｎ個のアンテナ素子との組を複数含み、複数の前記Ｎ個のアンテナ素子は、アレイアンテナを構築する、付記１乃至４のいずれか１項に記載の無線通信装置。
（付記６）
前記第１可変増幅器の数は３以上である、付記５に記載の無線通信装置。
（付記７）
前記アレイアンテナにおいて、前記複数の組に含まれるすべての前記アンテナ素子は、各組の前記Ｎ個のアンテナ素子を１つのグループとする複数のグループに分けられており、
前記複数の組に含まれるすべての前記アンテナ素子は、グループ毎に平面視において対称的に配置される、付記５又は６に記載の無線通信装置。
（付記８）
前記複数の組の各々に含まれる前記Ｎ個のアンテナ素子は、平面視で互いに近接して配置される、付記７に記載の無線通信装置。
１０ 基地局
２０ ＲＵ
１００ 無線通信装置
１０１ 信号端子
１１０ アレイアンテナ
１１２ アンテナ素子
１２０ アンプ
１２１ 入力端子
１２２ 出力端子
１３０ フェーズシフタ
１４０ アンプ
１４１ 入力端子
１４２ 出力端子
１５０ ミキサ
１６０ ＰＡ

Claims (8)

  1. 送信信号が入力される信号端子と、
    Ｎ（Ｎは２以上の整数）個のアンテナ素子と、
    前記信号端子に接続される第１入力端子に入力される前記送信信号を増幅して第１出力端子から出力する第１可変増幅器であって、前記送信信号を増幅する際のゲインに重み付けする第１重みに応じてゲインを調整可能な第１可変増幅器と、
    前記第１出力端子に接続されるＮ個の第２入力端子から入力される前記送信信号を増幅して、前記Ｎ個のアンテナ素子にそれぞれ接続されるＮ個の第２出力端子からそれぞれ出力するＮ個の第２可変増幅器であって、前記送信信号を増幅する際のゲインに重み付けするＮ個の第２重みに応じてゲインを調整可能なＮ個の第２可変増幅器と
    を含む、無線通信装置。
  2. 前記第１可変増幅器は、前記第１重みに応じて、第１のゲインの範囲内で第１の変化幅で前記送信信号のゲインを可変的に増幅し、
    前記Ｎ個の第２可変増幅器は、前記Ｎ個の第２重みに応じて、前記Ｎ個の第２入力端子に入力される前記送信信号のゲインを第２のゲインの範囲内で第２の変化幅で可変的にそれぞれ増幅する、請求項１に記載の無線通信装置。
  3. 前記第１の変化幅は、前記第２の変化幅よりも大きい、請求項２に記載の無線通信装置。
  4. 前記第２のゲインの範囲は、前記第１のゲインの範囲よりも狭い、請求項２又は３に記載の無線通信装置。
  5. 前記第１可変増幅器と、前記Ｎ個の第２可変増幅器と、前記Ｎ個のアンテナ素子との組を複数含み、複数の前記Ｎ個のアンテナ素子は、アレイアンテナを構築する、請求項１乃至４のいずれか１項に記載の無線通信装置。
  6. 前記第１可変増幅器の数は３以上である、請求項５に記載の無線通信装置。
  7. 前記アレイアンテナにおいて、前記複数の組に含まれるすべての前記アンテナ素子は、各組の前記Ｎ個のアンテナ素子を１つのグループとする複数のグループに分けられており、
    前記複数の組に含まれるすべての前記アンテナ素子は、グループ毎に平面視において対称的に配置される、請求項５又は６に記載の無線通信装置。
  8. 前記複数の組の各々に含まれる前記Ｎ個のアンテナ素子は、平面視で互いに近接して配置される、請求項７に記載の無線通信装置。
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