JP2023541913A - 通信装置及びシステム - Google Patents

Abstract

本願は、通信装置及びシステムを開示する。通信装置において、第１位相差カプラは、第３位相シフタ及び第４位相シフタへ結合され、交差カプラ及び第１コンバイナへ結合され、第２位相差カプラは、第５位相シフタ及び第６位相シフタへ結合され、第２位相シフタ及び第２コンバイナへ結合される。第１位相差カプラの第２出力ポートは、交差カプラの第１入力ポートへ結合され、第２位相差カプラの第１出力ポートは、第２位相シフタの入力ポートへ結合され、第２位相シフタの出力ポートは、交差カプラの第２入力ポートへ結合される。通信装置の入力ポートは、第３位相シフタの入力ポート、第４位相シフタの入力ポート、第５位相シフタの入力ポート、及び第６位相シフタの入力ポートへ結合される。通信装置の出力ポートは、第１位相シフタの出力ポート及び第２コンバイナの出力ポートへ結合される。通信装置を用いてビームフォーミングが行われるとき、使用される位相シフタの数を削減することができ、複数のビームを柔軟に調整及び制御することができ、各ビームによる独立した走査を実装することができる。

Description

本願の実施形態は、通信技術の分野に、特に、通信装置及びシステムに関係がある。

地上基地局通信及び衛星通信では、隣接するセルへの干渉及び隣接するセルからの干渉を減らすように、複数のビームを使用することによって選択的な送信及び受信が行われている。更に、複数のビームは、空間分割多重化を実装するのに役立ち、通信システムの容量を向上させる。

現在、複数のビームは、デジタルビームフォーミング、アナログビームフォーミング、及びハイブリッドビームフォーミングにより実施され得る。複数のビームがデジタルビームフォーミングにより形成される場合に、各ビームの方向は独立して柔軟に調整され得る。しかし、デジタルビームフォーミングによって必要とされる無線周波数リンクの数はアンテナアレイ内のアンテナの数に等しく、アンテナアレイの規模が大きくなると、必要とされるアナログ－デジタルコンバータの数及び必要とされるデジタル－アナログコンバータの数も多くなり、電力消費が高くなる。複数のビームがアナログビームフォーミングにより形成される場合に、アナログ－デジタルコンバータ又はデジタル－アナログコンバータは不要であり、電力消費は大幅に低減される。しかし、アナログビームフォーミングにより形成されたビームは、柔軟に調整及び制御することができない。柔軟に調整及び制御することができる複数のビームは、全結合構造を使用することによってハイブリッドビームフォーミングにより形成される。しかし、この方法では、実施のために、大量の位相シフタが必要である。例えば、Ｎ×Ｍのアンテナアレイを含む２次元アレイを使用してＴ個のビームが同時に生成される場合に、Ｔ×Ｎ×Ｍ個の位相シフタが必要である。既存のビームフォーミングにより形成された複数のビームはサービス要求を満足することができず、フィードネットワークは、柔軟に調整及び制御することができる複数のビームを形成し、低電力消費の条件下で可能な限り位相シフタの数を減らすよう、切実に求められている、ことが分かる。

本願の実施形態は、位相シフタの数を減らし、複数のビームを柔軟に調整及び制御し、かつ各ビームにより独立した走査を実装するように、通信装置及びシステムを提供する。

留意すべきは、本願で述べられている結合は、２つのコンポーネント間の直接接続と理解されてよく、あるいは、２つのコンポーネント間の間接接続と理解されてもよい点である。例えば、第１位相シフタは第１コンバイナへ結合される。直接接続は、第１位相シフタと第１コンバイナとの間の直接的な接続として理解されてよい。間接接続は、第１位相シフタと、任意数の位相シフタが接続された後の第１コンバイナとの間の接続として理解されてよく、あるいは、抵抗を使用することによる第１位相シフタと第１コンバイナとの間の接続として更に理解されてもよい。

第１の態様に従って、本願の実施形態は通信装置を提供する。通信装置は、位相シフトユニット、入力ポート、及び出力ポートを含む。位相シフトユニットは少なくとも１つの第１構造を含む。第１構造は、第１位相差カプラ、第２位相差カプラ、第１位相シフタ、第２位相シフタ、第３位相シフタ、第４位相シフタ、第５位相シフタ、第６位相シフタ、交差カプラ、第１コンバイナ、及び第２コンバイナを含む。第１位相差カプラは、第３位相シフタ及び第４位相シフタへ結合され、交差カプラ及び第１コンバイナへ結合される。第２位相差カプラは、第５位相シフタ及び第６位相シフタへ結合され、第２位相シフタ及び第２コンバイナへ結合される。第１位相差カプラの第２出力ポートは、交差カプラの第１入力ポートへ結合され、第２位相差カプラの第１出力ポートは、第２位相シフタの入力ポートへ結合され、第２位相シフタの出力ポートは、交差カプラの第２入力ポートへ結合される。入力ポートは、第３位相シフタの入力ポート、第４位相シフタの入力ポート、第５位相シフタの入力ポート、及び第６位相シフタの入力ポートへ結合される。出力ポートは、第１位相シフタの出力ポート及び第２コンバイナの出力ポートへ結合される。

本願に従って、通信装置を使用することによってビームフォーミングが行われるとき、ビームフォーミング中に必要な位相シフタの数を減らすために位相差カプラが導入され、異なるチャネルでの信号が第１位相シフタ及び第２位相シフタを共有し得るので、位相シフタの数は減り、ビームフォーミング中のデバイスオーバヘッドは減り、デバイスの電力消費は位相シフタ多重化の場合に減る。更に、位相差カプラの位相差値及び位相シフタの位相シフト値は調整され、それにより、複数のビームは柔軟に調整及び制御され得、各ビームによる独立した走査が実装され得る。

可能な実施において、位相シフトユニットは第２構造を更に含む。第２構造は、第３位相差カプラ、第７位相シフタ、第８位相シフタ、及び第９位相シフタを含む。第３位相差カプラは、第８位相シフタ及び第９位相シフタへ結合され、第７位相シフタへ結合される。入力ポートは、第８位相シフタの入力ポート及び第９位相シフタの入力ポートへ結合される。出力ポートは、第７位相シフタの出力ポートへ結合される。

このように、位相シフトユニットが第２構造を使用することによってビームフォーミングを行うとき、位相シフタの数はやはり低減され得、複数のビームは柔軟に調整及び制御され、各ビームによる独立した走査が実装され得る。更に、実際のアプリケーションでは、第１構造及び第２構造は、通信装置を使用することによってより多くのビームを柔軟に調整するために、ビームフォーミングを実装するよう組み合わされてもよい。

可能な実施において、位相シフトユニットは第３構造を更に含む。第３構造は、パワースプリッタ、第１０位相シフタ、及び第１１位相シフタを含む。パワースプリッタは、第１０位相シフタ及び第１１位相シフタへ結合される。入力ポートは、第１１位相シフタの入力ポートへ結合される。出力ポートは、前記第１０位相シフタの出力ポートへ結合される。

このように、位相シフトユニットの実際のアプリケーションでは、ビームフォーミングは、通信装置を使用することによってより多くのビームを柔軟に調整するために、第１構造及び第３構造を組み合わせることによって実装されてもよい。

可能な実施において、装置の入力ポートは、パワースプリッタへ結合される。通信装置の入力ポートは、無線周波数ユニットからの信号をマルチチャネル信号に分割し、マルチチャネル信号を通信装置へ入力するために、パワースプリッタへ結合される。

可能な実施において、装置は、第３コンバイナ及び第４コンバイナを更に含む。位相シフトユニットが複数の第１構造を含む場合に、第３コンバイナは、第１構造内の第１位相シフタの出力ポートからの信号を結合してよく、第４コンバイナは、第１構造内の第２コンバイナの出力ポートからの信号を結合してよい。位相シフトユニットが少なくとも１つの第１構造及び１つの第２構造を含む場合に、第３コンバイナは、第１構造内の第１位相シフタの出力ポートからの信号と、第２構造内の第７位相シフタの出力ポートからの信号とを結合してよく、第４コンバイナは、第１構造内の第２コンバイナの出力ポートからの信号と、第２構造内の第３位相差カプラの第２出力ポートからの信号とを結合してよい。位相シフトユニットが少なくとも１つの第１構造及び１つの第３構造を含む場合に、第３コンバイナは、第１構造内の第１位相シフタの出力ポートからの信号と、第３構造内の第１０位相シフタの出力ポートからの信号とを結合してよく、第４コンバイナは、第１構造内の第２コンバイナの出力ポートからの信号と、第３構造内のパワースプリッタの第２出力ポートからの信号とを結合してよい。

留意すべきは、第３コンバイナ及び第４コンバイナを含む通信装置では、マルチチャネル信号の入力及び２チャネル信号の出力が実装されてもよい点である。

可能な実施において、装置は、第５コンバイナ、第６コンバイナ、第７コンバイナ、第８コンバイナ、第４位相差カプラ、及び第５位相差カプラを更に含む。位相シフトユニットが複数の第１構造を含み、第１構造が位相シフトユニット内で順番に配置される場合に、第５コンバイナは、奇数番目の第１構造内の第１位相シフタの出力ポートからの信号を結合してよく、第５コンバイナの出力ポートは、第４位相差カプラの第１入力ポートへ結合され、第６コンバイナは、奇数番目の第１構造内の第２コンバイナの出力ポートからの信号を結合してよく、第６コンバイナの出力ポートは、第５位相差カプラの第１入力ポートへ結合され、第７コンバイナは、偶数番目の第１構造内の第１位相シフタの出力ポートからの信号を結合してよく、第７コンバイナの出力ポートは、第４位相差カプラの第２入力ポートへ結合され、第８コンバイナは、偶数番目の第１構造内の第２コンバイナの出力ポートからの信号を結合してよく、第８コンバイナの出力ポートは、第５位相差カプラの第２入力ポートへ結合される。

位相シフトユニットが複数の第１構造及び１つの第２構造を含む場合に、第５コンバイナは、奇数番目の第１構造内の第１位相シフタの出力ポートからの信号と、第２構造内の第７位相シフタの出力ポートからの信号とを結合してよく、第５コンバイナの出力ポートは、第４位相差カプラの第１入力ポートへ結合され、第６コンバイナは、奇数番目の第１構造内の第２コンバイナの出力ポートからの信号と、第２構造内の第３位相差カプラの第２出力ポートからの信号とを結合してよく、第６コンバイナの出力ポートは、第５位相差カプラの第１入力ポートへ結合され、第７コンバイナは、偶数番目の第１構造内の第１位相シフタの出力ポートからの信号を結合してよく、第７コンバイナの出力ポートは、第４カプラの第２入力ポートへ結合され、第８コンバイナは、偶数番目の第１構造内の第２コンバイナの出力ポートからの信号を結合してよく、第８コンバイナの出力ポートは、第５位相差カプラの第２入力ポートへ結合される。

位相シフトユニットが複数の第１構造及び１つの第３構造を含む場合に、第５コンバイナは、奇数番目の第１構造内の第１位相シフタの出力ポートからの信号と、第３構造内の第１０位相シフタの出力ポートからの信号とを結合してよく、第５コンバイナの出力ポートは、第４位相差カプラの第１入力ポートへ結合され、第６コンバイナは、奇数番目の第１構造内の第２コンバイナの出力ポートからの信号と、第３構造内のパワースプリッタの第２出力ポートからの信号とを結合してよく、第６コンバイナの出力ポートは、第５位相差カプラの第１入力ポートへ結合され、第７コンバイナは、偶数番目の第１構造内の第１位相シフタの出力ポートからの信号を結合してよく、第７コンバイナの出力ポートは、第４カプラの第２入力ポートへ結合され、第８コンバイナは、偶数番目の第１構造内の第２コンバイナの出力ポートからの信号を結合してよく、第８コンバイナの出力ポートは、第５位相差カプラの第２入力ポートへ結合される。

留意すべきは、位相シフトユニットが、順番に配置されている複数の第１構造、例えば、１０個の第１構造を含む場合に、上記の奇数番目の第１構造は、１番目の第１構造、３番目の第１構造、５番目の第１構造、７番目の第１構造、及び９番目の第１構造と理解されてよく、上記の偶数番目の第１構造は、２番目の第１構造、４番目の第１構造、６番目の第１構造、８番目の第１構造、及び１０番目の第１構造と理解されてよい点である。

更に、実際のアプリケーションでは、第５コンバイナ、第６コンバイナ、第７コンバイナ、及び第８コンバイナが位相シフトユニット内の信号を結合する場合に、信号結合方法は上記の信号結合方法に制限されない。他の信号結合方法が更に含まれてもよい。これは、本願においてここで具体的に制限されない。例えば、位相シフトユニットが２ｎ個の第１構造を含む場合に、第５コンバイナは、１番目の構造の第１位相シフタの出力ポートからの信号をｎ番目の構造に結合してよく、第６コンバイナは、１番目の第１構造の第２コンバイナの出力ポートからの信号をｎ番目の第１構造に結合してよく、第７コンバイナは、ｎ＋１番目の第１構造の第１位相シフタの出力ポートからの信号を２ｎ番目の第１構造に結合してよく、第８コンバイナは、ｎ＋１番目の第１構造の第２コンバイナの出力ポートからの信号を２ｎ番目の第１構造に結合してよい。ｎは整数であり、ｎは０以上である。位相シフトユニットの出力信号が第５コンバイナ、第６コンバイナ、第７コンバイナ、及び第８コンバイナを使用することによって結合される如何なる方法も、本願に適用可能である。

留意すべきは、第４カプラ及び第５カプラを含む通信装置では、マルチチャネル信号の入力及び４チャネル信号の出力が実装されてもよい点である。

可能な実施において、通信装置はコントローラを更に含む。コントローラは、位相シフトユニットのパラメータを調整するよう構成される。パラメータは、次の：第１位相差カプラのパラメータ、第２位相差カプラのパラメータ、第３位相差カプラのパラメータ、第１位相シフタのパラメータ、第２位相シフタのパラメータ、第３位相シフタのパラメータ、第４位相シフタのパラメータ、第５位相シフタのパラメータ、第６位相シフタのパラメータ、第７位相シフタのパラメータ、第８位相シフタのパラメータ、第９位相シフタのパラメータ、第１０位相シフタのパラメータ、及び第１１位相シフタのパラメータ、のうちの少なくとも１つを含む。

留意すべきは、コントローラは、位相シフトユニット内の位相差カプラの位相差値及び位相シフタの位相シフト値を調整し得る点である。従って、異なる方向を持ったビームは、通信装置を使用することによって決定される。

第２の態様に従って、本願の実施形態は、複数のアンテナアレイと、第１の態様に従う記載の通信装置とを含む通信システムを更に提供する。アンテナアレイは、通信装置の出力ポートへ接続され、アンテナアレイは、異なる方向を持ったビームを出力するよう構成される。

可能な実施において、通信システムは無線周波数ユニットを更に含む。無線周波数ユニットは、通信装置の入力ポートへ接続され、無線周波数ユニットは、通信装置へ信号を入力するよう構成される。

第３の態様に従って、本願の実施形態は制御方法を提供する。方法は、第２の態様に従う通信システムに適用されてよい。方法は、無線周波数ユニットが、無線周波数ユニットによって送信された無線周波数信号を受信し、無線周波数信号を通信装置へ送信して、アンテナアレイが異なる方向を持ったビームを出力できるようにすることを含む。

加えて、更に留意すべきは、通信装置内の位相差カプラの位相差値及び位相シフタの位相シフト値は、必要とされるビームの方向が決定された後にコントローラによって決定され得る点である。

第４の態様に従って、本願の実施形態はシステムを提供する。システムは電子機器であってよい。

第２の態様から第４の態様までの対応する解決法の技術的効果については、第１の態様での対応する解決法に従って得られる技術的効果を参照されたい。繰り返し部分は詳細に記載されない。

本願のこれら及び他の態様は、以下の実施形態の説明では、より簡潔かつ理解しやすい。

本願の実施形態に従う通信システムの構造の模式図である。 本願の実施形態に係る通信装置の構造の模式図である。 本願の実施形態に係る通信装置の他の構造の模式図である。 本願の実施形態に従う通信装置の他の構造の模式図である。 本願の実施形態に従う通信装置の構造の模式図である。 本願の実施形態に従う通信装置の構造の模式図である。 本願の実施形態に従う通信装置の構造の模式図である。 本願の実施形態に従う通信装置の他の構造の模式図である。 本願の実施形態に従う通信装置の他の構造の模式図である。 本願の実施形態に従うシミュレーション結果の模式図である。 本願の実施形態に従うシミュレーション結果の模式図である。 本願の実施形態に従うシミュレーション結果の模式図である。 本願の実施形態に従うシミュレーション結果の模式図である。 本願の実施形態に従うシミュレーション結果の模式図である。 本願の実施形態に従うシミュレーション結果の模式図である。 本願の実施形態に従うシミュレーション結果の模式図である。 本願の実施形態に従うシミュレーション結果の模式図である。 本願の実施形態に従う通信装置の構造の模式図である。 本願の実施形態に従う通信装置の構造の模式図である。 本願の実施形態に従う通信装置の他の構造の模式図である。 本願の実施形態に従う通信装置の他の構造の模式図である。 本願の実施形態に従う通信装置の他の構造の模式図である。 本願の実施形態に従う通信装置の他の構造の模式図である。 本願の実施形態に従うシミュレーション結果の模式図である。 本願の実施形態に従うシミュレーション結果の模式図である。 本願の実施形態に従う通信装置の他の構造の模式図である。 本願の実施形態に従う調整可能な位相差を持つ位相差カプラの構造の模式図である。

本願の目的、技術的解決法、及び利点をより明らかにするために、以下は、本願の実施形態における添付の図面を参照して、本願の実施形態における技術的解決法について詳細に記載する。

基地局通信又は衛星通信などの高レート通信のシナリオでは、アンテナアレイの規模がますます大きくなっている。超大規模アンテナ例の電力消費は無視することができない。方向が調整可能である複数のビームは、低電力消費でアナログビームフォーミングにより実施され、全結合アーキテクチャによる位相シフタの数を減らすことは、現在切実に解決される必要がある問題になっている。これに基づき、本願は、ビームフォーミング中に必要とされる位相シフタの数を減らし、方向が柔軟に調整及び制御され得る複数のビームを実施するように、通信装置を提供する。

留意すべきは、本願の実施形態の説明において、「少なくとも１つ」は１つ以上を指し、「複数の・・・」は２つ以上を指す点である。これを考慮して、本発明の実施形態では、「複数の・・・」は「少なくとも２つ」とも理解され得る。「及び／又は」という用語は、関連するオブジェクト間の関連付け関係を表し、３つの関係が存在する可能性があることを示す。例えば、Ａ及び／又はＢは、次の３つの場合：Ａのみ存在、ＡとＢの両方が存在、及びＢのみ存在、を示し得る。更に、文字「／」は、一般に、別なふうに特定されない限りは、関連するオブジェクト間の「論理和」関係を示す。更に、本願の明細書中、「第１」及び「第２」などの用語は、単に区別及び説明のために使用されているのであって、相対的な重要度を指示又暗示するものとして理解されるべきではなく、また、順番を指示又は暗示するものとして理解されるべきではない、ことが理解されるべきである。

留意すべきは、本願の実施形態において、「結合」は電気的な接続を意味し、２つの電気的要素間の接続は、２つの電気的要素間の直接的又は間接的な接続であってよい点である。例えば、ＡとＢとの間の接続は、Ａ及びＢが互いに直接的に接続されか、あるいは、Ａ及びＢが、１つ以上の他の電気的要素を使用することによって、互いに間接的に接続されることを表し得る。例えば、ＡとＢとの間の接続はまた、ＡがＣへ直接的に接続され、ＣがＢへ直接的に接続され、Ａ及びＢがＣを通じて互いに接続されることを表し得る。

図１は、本願の実施形態が適用される通信システムの模式図である。通信システムは、無線周波数ユニット、通信装置、及びアンテナアレイを含む。アンテナアレイは、通信装置の出力ポートへ接続されている。無線周波数ユニットは、通信装置の入力ポートへ接続されている。アンテナアレイは、異なる方向を持ったビームを出力するよう構成される。無線周波数ユニットは、信号を通信装置へ入力するよう構成される。通信装置がＴ個の入力ポート及びＭ／Ｎ個の出力ポートを含む場合に、ビームフォーミングに必要なフィード信号の位相シフト量は、アンテナアレイ内のアンテナユニットごとに供給され得る。図１に示されるように、無線周波数信号のＴ個のストリームは、Ｔ入力Ｍ／Ｎ出力通信装置のＴ個の入力ポートから入力され、信号の各ストリームは、通信装置のＭ／Ｎ個の出力ポートを通じて出力される。出力信号の位相分布は、通信装置へ接続されているアンテナアレイが特定の方向でビームを放射することを可能にし得る。

本願の通信システムにおいて、同時に生成することができるビームの最大数は、通信装置の入力ポートの数に等しい。更に、各ビームの方向は、通信装置内の位相差カプラの位相差値及び位相シフタの位相シフト値を調整することによって、独立にかつ柔軟に変更され得る。

次に、本願の通信装置の構造について、添付の図面を参照して記載され得る。図２に示されるように、通信装置は、位相シフトユニット１、入力ポート２、及び出力ポート３を含む。位相シフトユニット１は、少なくとも１つの第１構造１－０を含む。第１構造１－０は、第１位相差カプラ１－０－１、第２位相差カプラ１－０－２、第１位相シフタ１－０－３、第２位相シフタ１－０－４、第３位相シフタ１－０－５、第４位相シフタ１－０－６、第５位相シフタ１－０－７、第６位相シフタ１－０－８、交差カプラ１－０－９、第１コンバイナ１－０－１０、及び第２コンバイナ（１－０－１１）を含む。

第１位相差カプラ１－０－１は、第３位相シフタ１－０－５及び第４位相シフタ１－０－６へ結合され、交差カプラ１－０－９及び第１コンバイナ１－０－１０へ結合される。第２位相差カプラ１－０－２は、第５位相シフタ１－０－７及び第６位相シフタ１－０－８へ結合され、第２位相シフタ１－０－４及び第２コンバイナ１－０－１１へ結合される。第１位相差カプラ１－０－１の第２出力ポートは、交差カプラ１－０－９の第１入力ポートへ結合される。第２位相差カプラ１－０－２の第１出力ポートは、第２位相シフタ１－０－４の入力ポートへ結合される。第２位相シフタ１－０－４の出力ポートは、交差カプラ１－０－９の第２入力ポートへ結合される。入力ポート２は、第３位相シフタ１－０－５の入力ポート、第４位相シフタ１－０－６の入力ポート、第５位相シフタ１－０－７の入力ポート、及び第６位相シフタ１－０－８の入力ポートへ夫々結合される。出力ポート３は、第１位相シフタ１－０－３の出力ポート及び第２コンバイナ１－０－１１の出力ポートへ夫々結合される。

留意すべきは、信号が位相差カプラの異なる入力ポートで入力される場合に、位相差カプラの出力ポートでの出力信号間の位相差は異なる点である。例えば、上側出力ポートと下側出力ポートとの間でｘ_１の位相差を持った位相差カプラについては、信号がその位相差カプラの情報の上側入力ポートから入力される場合に、その位相差カプラの上側出力ポート及び下側出力ポートは、等しい信号振幅及びｘ_１の位相差を有する信号を出力する。信号が位相差カプラの下側入力ポートから入力される場合に、その位相差カプラの上側出力ポート及び下側出力ポートは、等しい信号振幅及び－ｘ１の位相差を有する信号を出力する。

更に、図２に示される第１構造１－０では、第３位相シフタ１－０－５、第４位相シフタ１－０－６、第５位相シフタ１－０－７、及び第６位相シフタ１－０－８は、通信装置の入力ポートへ結合されてよい。しかし、実際のアプリケーションでは、第１構造１－０は第６位相シフタ１－０－８を更に含まなくてもよく、第１構造１－０内の第３位相シフタ１－０－５、第４位相シフタ１－０－６、及び第５位相シフタ１－０－７は、通信装置の入力ポートへ結合される。

例えば、位相シフトユニット１は、図３に示されるような第２構造１－１を更に含んでもよい。第２構造１－１は、第３位相差カプラ１－１－１、第７位相シフタ１－１－２、第８位相シフタ１－１－３、及び第９位相シフタ１－１－４を含む。第３位相差カプラ１－１－１は、第８位相シフタ１－１－３及び第９位相シフタ１－１－４へ結合され、第７位相シフタ１－１－２へ結合される。入力ポート２は、第８位相シフタ１－１－３の入力ポート及び第９位相シフタ１－１－４の入力ポートへ結合される。出力ポート３は、第７位相シフタ１－１－２の出力ポートへ結合される。

以下は、第３位相差カプラ１－１－１の位相差値及び第７位相シフタ１－１－２の位相シフト値を決定する方法について簡単に説明するために、第２構造１－１を一例として使用する。放射アレイの隣接ユニットの入力信号間の位相差とアレイ放射ビームの方向との間には一対一の対応があり、第２構造１－１における第７位相シフタ１－１－２の出力ポート及び第３位相差カプラ１－１－１の出力ポートは通信装置の信号出力ポートへ結合されているので、放射ビームに必要な目標方向は、第２構造１－１における第３位相差カプラ１－１－１の出力ポートからの出力信号と第７位相シフタ１－１－２の出力ポートからの出力信号との間の位相差を決定するために使用されてよい。

本願の技術的解決法についてより良く説明するために、対応する放射ビームの方向に基づき決定される、必要とされるアレイの隣接ユニット間の位相差は、夫々、ＰＤ_４ｎ＋１及びＰＤ_４ｎ＋２であり、第７位相シフタ１－１－２の位相シフト値はＰＳ_７であり、第８位相シフタ１－１－３の位相シフト値はＰＳ_８であり、第９位相シフタ１－１－４の位相シフト値はＰＳ_９であり、第３位相差カプラ１－１－１の位相差値はｘ_３である、と仮定される。無線周波数ユニットからの信号は、－ＰＳ_８の位相シフトで第８位相シフタ１－１－３を通る。信号は、第３位相差カプラ１－１－１の第１入力ポートに入力され、位相変化なしで、つまり、－ＰＳ_８－０で、第３位相差カプラ１－１－１の第１出力ポートから出力される。次いで、出力された信号は、－ＰＳ_８－０－ＰＳ_７の位相シフトで第７位相シフタ１－１－２を通る。無線周波数ユニットからの信号は、－ＰＳ_８の位相シフトで第８位相シフタ１－１－３を通る。信号は、第３位相差カプラ１－１－１の第１入力ポートに入力され、－ｘ_３の位相変化を有して第３位相差カプラ１－１－１の第２出力ポートから出力される。従って、信号は－ＰＳ_８－ｘ_３に変化する。－ＰＳ_８－ｘ_３は、－ＰＳ_８－０－ＰＳ_７から減じられて、ＰＤ_４ｎ＋１が得られる。つまり、－ｘ_３＋ＰＳ_７＝ＰＤ_４ｎ＋１である。無線周波数ユニットからの信号は、－ＰＳ_９の位相シフトで第９位相シフタ１－１－４を通る。信号は第３位相差カプラ１－１－１の第２入力ポートに入力され、－ｘ_３の位相変化を有して第３位相差カプラ１－１－１の第１出力ポートから出力されるので、位相シフトは－ＰＳ_９－ｘ_３である。次いで、出力された信号は、第７位相シフタ１－１－２を通り、－ＰＳ_９－ｘ_３－ＰＳ_７になる。無線周波数ユニットからの信号は、－ＰＳ_９の位相シフトで第９位相シフタ１－１－４を通る。信号は第３位相差カプラ１－１－１の第２入力ポートに入力され、位相変化なしで第３位相差カプラ１－１－１の第２出力ポートから出力されるので、信号は依然として－ＰＳ_９である。－ＰＳ_９は、－ＰＳ_９－ｘ_３－ＰＳ_７から減じられて、ｘ_３＋ＰＳ_７が得られる。つまり、ｘ_３＋ＰＳ_７＝ＰＤ_４ｎ＋２である。ｘ_３及びＰＳ_７の値は、－ｘ_３＋ＰＳ_７＝ＰＤ_４ｎ＋１及びｘ_３＋ＰＳ_７＝ＰＤ_４ｎ＋２に対して計算を行うことによって決定される。同様に、第１構造１－０では、第１位相差カプラ１－０－１の位相差値、第２位相差カプラ１－０－２の位相差値、第１位相シフタ１－０－３の位相シフト値、及び第２位相シフタ１－０－４の位相シフト値は全て、上記の方法と同様の方法で決定され得る。

例えば、位相シフトユニット１は、図４に示されるような第３構造１－２を更に含んでもよい。第３構造１－２は、パワースプリッタ１－２－１、第１０位相シフタ１－２－２、及び第１１位相シフタ１－２－３を含む。パワースプリッタ１－２－１は、第１０位相シフタ１－２－２及び第１１位相シフタ１－２－３へ結合される。入力ポート２は、第１１位相シフタ１－２－３の入力ポートへ結合される。出力ポート３は、第１０位相シフタ１－２－２の出力ポートへ結合される。

第１構造１－０は、４つの入力及び２つの出力を備えた構造として理解されてよく、あるいは、３つの入力及び２つの出力を備えた構造として理解されてもよい。第２構造１－１は、２つの入力及び２つの出力を備えた構造として理解されてよい。第３構造１－２は、１つの入力及び２つの出力を備えた構造として理解されてよい。実際のアプリケーションでは、通信装置は、第１構造１－０、第２構造１－１、及び第３構造１－２に基づき構成されてよい。従って、第３コンバイナ５及び第４コンバイナ６が更に本願では導入される。第１構造１－０、第２構造１－１、及び第３構造１－２によって出力される信号は、図５ａから図５ｃに示されるように、第３コンバイナ５及び第４コンバイナ６を使用することによって結合されてよい。

図５ａに示されるように、位相シフトユニット１が複数の第１構造１－０を含む場合に、第３コンバイナ５は、第１構造１－０内の第１位相シフタ１－０－３の出力ポートからの信号を結合してよく、第４コンバイナ６は、第１構造１－０内の第２コンバイナ１－０－１１の出力ポートからの信号を結合してよい、ことが留意されるべきである。図５ｂに示されるように、位相シフトユニット１が少なくとも１つの第１構造１－０及び１つの第２構造１－１を含む場合に、第３コンバイナ５は、第１構造１－０内の第１位相シフタ１－０－３の出力ポートからの信号と、第２構造１－１内の第７位相シフタ１－１－２の出力ポートからの信号とを結合してよく、第４コンバイナ６は、第１構造１－０内の第２コンバイナ１－０－１１の出力ポートからの信号と、第２構造１－１内の第３位相差カプラ１－１－１の第２出力ポートからの信号とを結合してよい。図５ｃに示されるように、位相シフトユニット１が少なくとも１つの第１構造１－０及び１つの第３構造１－２を含む場合に、第３コンバイナ５は、第１構造１－０内の第１位相シフタ１－０－３の出力ポートからの信号と、第３構造１－２内の第１０位相シフタ１－２－２の出力ポートからの信号とを結合してよく、第４コンバイナ６は、第１構造１－０内の第２コンバイナ１－０－１１の出力ポートからの信号と、第３構造１－２内のパワースプリッタ１－２－１からの信号とを結合してよい。

実際のアプリケーションでは、通信装置を構成するために具体的に選択される第１構造１－０の数、第２構造１－１の数、及び第３構造１－２の数は、入力ポートの数を４で割ることによって決定され得る（第１構造１－０は最大４つの入力ポートへ結合され得るので、通信装置によって必要とされる第１構造１－０の数、第２構造１－１の数、第３構造１－２の数は、入力ポートの数を４で割ることによってより良く決定され得る）。例えば、入力ポートの数Ｔが１７であり、１７を４で割ったときの商が４であり、余りが１である場合に、４つの第１構造１－０（４つの入力及び２つの出力）、１つの第３構造１－２、１つの第３コンバイナ５、及び１つの第４コンバイナ６が、通信装置を構成するために選択され得る。入力ポートの数Ｔが１８であり、１８を４で割ったときの商が４であり、余りが２である場合に、４つの第１構造１－０（４つの入力及び２つの出力）、１つの第２構造、１つの第３コンバイナ５、及び１つの第４コンバイナ６が、通信装置を構成するために選択され得る。入力ポートの数Ｔが１９であり、１９を４で割ったときの商が４であり、余りが３である場合に、４つの第１構造１－０（４つの入力及び２つの出力）、１つの第１構造１－０（３つの入力及び２つの出力）、１つの第３コンバイナ５、及び１つの第４コンバイナ６が、通信装置を構成するために選択され得る。入力ポートの数Ｔが２０であり、２０を４で割ったときの商が５である場合に、５つの第１構造１－０（４つの入力及び２つの出力）、１つの第３コンバイナ５、及び１つの第４コンバイナ６が、通信装置を構成するために選択され得る。

例えば、図６ａに示されるように、８入力３出力ユニットは２つの第１構造１－０から成る。第１の第１構造１－０では、入力ポートａは、位相シフタＰＳ_１を通じて位相差カプラＸ_１の第１入力ポートへ結合されている。入力ポートｂは、位相シフタＰＳ_２を通じて位相差カプラＸ_１の第２入力ポートへ結合されている。入力ポートｃは、位相シフタＰＳ_３を通じて位相差カプラＸ_２の第１入力ポートへ結合されている。入力ポートｄは、位相シフタＰＳ_４を通じて位相差カプラＸ_２の第２入力ポートへ結合されている。位相差カプラＸ_１の第１出力ポートが第１コンバイナ１－０－１０の第１入力ポートへ結合された後、第１コンバイナ１－０－１０の出力ポートは位相シフタＰＳ_９へ結合されている。位相差カプラＸ_１の第２出力ポートが交差カプラ１－０－９の第１入力ポートへ結合された後、交差カプラ１－０－９の第２出力ポートは、第２コンバイナの第１入力ポートへ結合されている。位相差カプラＸ_２の第１出力ポートは、位相シフタＰＳ_１０の入力ポートへ結合されている。位相シフタＰＳ_１０の出力ポートは、交差カプラ１－０－９の第２入力ポートへ結合されている。位相差カプラＸ_２の第２出力ポートは、第２コンバイナ１－０－１１の第２入力ポートへ結合されている。交差カプラ１－０－９の第１出力ポートは、第１コンバイナの第２入力ポートへ結合されている。第２の第１構造１－０では、入力ポートｅは、位相シフタＰＳ_５を通じて位相差カプラＸ_３の第１入力ポートへ結合されている。入力ポートｆは、位相シフタＰＳ_６を通じて位相差カプラＸ_３の第２入力ポートへ結合されている。入力ポートｇは、位相シフタＰＳ_７を通じて位相差カプラＸ_４の第１入力ポートへ結合されている。入力ポートｈは、位相シフタＰＳ_８を通じて位相差カプラＸ_４の第２入力ポートへ結合されている。位相差カプラＸ_３の第１出力ポートが第１コンバイナ１－０－１０の第１入力ポートへ結合された後、第１コンバイナ１－０－１０の出力ポートは位相シフタＰＳ_１１へ結合されている。位相差カプラＸ_３の第２出力ポートが交差カプラ１－０－９の第１入力ポートへ結合された後、交差カプラ１－０－９の第２出力ポートは、第２コンバイナの第１入力ポートへ結合されている。位相差カプラＸ_４の第１出力ポートは、位相シフタＰＳ_１２の入力ポートへ結合されている。位相シフタＰＳ_１２の出力ポートは、交差カプラ１－０－９の第２入力ポートへ結合されている。位相差カプラＸ_４の第２出力ポートは、第２コンバイナ１－０－１１の第２入力ポートへ結合されている。交差カプラ１－０－９の第１出力ポートは、第１コンバイナの第２入力ポートへ結合されている。位相シフタＰＳ_９の出力ポート及び位相シフタＰＳ_１１の出力ポートは、第３コンバイナ５へ接続されている。第１構造１－０内の第２コンバイナ１－０－１１の出力ポートと、第２の第１構造１－０内の第２コンバイナ１－０－１１の出力ポートとは、第４コンバイナ６の出力ポートへ接続されている。

更に、通信装置の入力ポートａ～ｈは、図６ｂに示されるように、パワースプリッタへ更に結合されてもよく、出力ポートはこのようにして拡張されてよい。図６ｂは、８チャネル入力信号がパワースプリッタを使用することによってマルチチャネル信号に分割され、マルチチャネル信号が３２個の８入力２出力（２つの第１構造１－０（４入力２出力）によって構成される）ユニットに入力される８入力６４出力通信装置を示す。図６ｂに示されている８入力６４出力通信装置では、各８入力２出力ユニットの４つの位相差カプラ（２つの第１位相差カプラ１－０－１及び２つの第２位相差カプラ１－０－２）の位相差値及び位相シフタ（２つの第１位相シフタ１－０－３及び２つの第２位相シフタ１－０－４）の位相シフト値は、夫々同じである。具体的な値は、必要とされるビームの方向に基づき決定される。図６ａに示されている８入力２出力ユニット内の位相差カプラの入力ポートへ結合されている８つの位相シフタは、異なる８入力２出力ユニットに対応する８つのビームに対応する初期位相を調整するよう構成されてよい。図６ｂは、同じ２次元アンテナアレイのユニット配置を示す。相応して、ｊ行目ｉ列目にある８入力２出力ユニットのＰＳ_１、ＰＳ_２、ＰＳ_３、ＰＳ_４、ＰＳ_５、ＰＳ_６、ＰＳ_７及びＰＳ_８は、夫々、ＰＳ_１＝－２（ｉ－１）ＰＤ_{１＿ｃｏｌｕｍｎ}－（ｊ－１）ＰＤ_{１＿ｒｏｗ}、ＰＳ_２＝－２（ｉ－１）ＰＤ_{２＿ｃｏｌｕｍｎ}－（ｊ－１）ＰＤ_{２＿ｒｏｗ}、ＰＳ_３＝－２（ｉ－１）ＰＤ_{３＿ｃｏｌｕｍｎ}－（ｊ－１）ＰＤ_{３＿ｒｏｗ}、ＰＳ_４＝－２（ｉ－１）ＰＤ_{４＿ｃｏｌｕｍｎ}－（ｊ－１）ＰＤ_{４＿ｒｏｗ}、ＰＳ_５＝－２（ｉ－１）ＰＤ_{５＿ｃｏｌｕｍｎ}－（ｊ－１）ＰＤ_{５＿ｒｏｗ}、ＰＳ_６＝－２（ｉ－１）ＰＤ_{６＿ｃｏｌｕｍｎ}－（ｊ－１）ＰＤ_{６＿ｒｏｗ}、ＰＳ_７＝－２（ｉ－１）ＰＤ_{７＿ｃｏｌｕｍｎ}－（ｊ－１）ＰＤ_{７＿ｒｏｗ}、及びＰＳ_８＝－２（ｉ－１）ＰＤ_{８＿ｃｏｌｕｍｎ}－（ｊ－１）ＰＤ_{８＿ｒｏｗ}である。ＰＤ_{１＿ｃｏｌｕｍｎ}及びＰＤ_{１＿ｒｏｗ}は、夫々、図６ｂに示されているアンテナアレイの放射ビーム１によって必要とされる、隣接する列の間の入力信号の位相差、及び隣接する行の間の入力信号の位相差である。ＰＤ_{２＿ｃｏｌｕｍｎ}及びＰＤ_{２＿ｒｏｗ}は、夫々、図６ｂに示されているアンテナアレイの放射ビーム２によって必要とされる、隣接する列の間の入力信号の位相差、及び隣接する行の間の入力信号の位相差である。ＰＤ_{３＿ｃｏｌｕｍｎ}及びＰＤ_{３＿ｒｏｗ}は、夫々、図６ｂに示されているアンテナアレイの放射ビーム３によって必要とされる、隣接する列の間の入力信号の位相差、及び隣接する行の間の入力信号の位相差である。ＰＤ_{４＿ｃｏｌｕｍｎ}及びＰＤ_{４＿ｒｏｗ}は、夫々、図６ｂに示されているアンテナアレイの放射ビーム４によって必要とされる、隣接する列の間の入力信号の位相差、及び隣接する行の間の入力信号の位相差である。ＰＤ_{５＿ｃｏｌｕｍｎ}及びＰＤ_{５＿ｒｏｗ}は、夫々、図６ｂに示されているアンテナアレイの放射ビーム５によって必要とされる、隣接する列の間の入力信号の位相差、及び隣接する行の間の入力信号の位相差である。ＰＤ_{６＿ｃｏｌｕｍｎ}及びＰＤ_{６＿ｒｏｗ}は、夫々、図６ｂに示されているアンテナアレイの放射ビーム６によって必要とされる、隣接する列の間の入力信号の位相差、及び隣接する行の間の入力信号の位相差である。ＰＤ_{７＿ｃｏｌｕｍｎ}及びＰＤ_{７＿ｒｏｗ}は、夫々、図６ｂに示されているアンテナアレイの放射ビーム７によって必要とされる、隣接する列の間の入力信号の位相差、及び隣接する行の間の入力信号の位相差である。ＰＤ_{８＿ｃｏｌｕｍｎ}及びＰＤ_{８＿ｒｏｗ}は、夫々、図６ｂに示されているアンテナアレイの放射ビーム８によって必要とされる、隣接する列の間の入力信号の位相差、及び隣接する行の間の入力信号の位相差である。

本願で、図６ｂに示されている通信装置は、８×８の２次元アンテナアレイへ接続することによって、独立して調整することができる８つのビームを生成し得る。アレイ内のアンテナ要素が一様に分布するとき、間隔は半波長であり、ビーム１からビーム８のメインローブは全て、φ＝０°の平面上にあり（φは球面座標のアジマスである）、必要とされるビームの方向角度が夫々θ_１＝－４０°、θ_２＝－２４°、θ_３＝－１３°、θ_４＝１６°、θ_５＝－１６°、θ_６＝２７°、θ_７＝０°、及びθ_８＝４６°である場合に（θは球面座標のピッチ角度である）、通信装置の各行にあり各ビームによって必要とされる隣接出力ポート間の位相差は０°であり、各列の隣接出力ポート間の位相差は表１に示される、と仮定される。更に、調整可能な位相差を有する各８入力２出力カプラの位相差値及び４つの位相シフタの位相シフト値は、夫々、ｘ_１＝－２２．５°、ｘ_２＝－４５°、ｘ_３＝－６７．５°、ｘ_４＝－６７．５°、ＰＳ_１０＝－１０２．５°、ＰＳ_９＝９７．５°、ＰＳ_１２＝－５０°及びＰＳ_１３＝－１７．５°である。８入力２出力通信装置のｊ行目ｉ列目にあるＰＳ_１、ＰＳ_２、ＰＳ_３、ＰＳ_４、ＰＳ_５、ＰＳ_６、ＰＳ_７及びＰＳ_８は、夫々、ＰＳ_１＝－２４０（ｉ－１）、ＰＳ_２＝－１５０（ｉ－１）、ＰＳ_３＝－８０（ｉ－１）、ＰＳ_４＝１００（ｉ－１）、ＰＳ_５＝－１００（ｉ－１）、ＰＳ_６＝１７０（ｉ－１）、ＰＳ_７＝０、及びＰＳ_８＝２７０（ｉ－１）である。通信装置の位相差カプラの位相差値及び位相シフタの位相シフト値が上記のデータに基づきセットされる場合に、対応する８×８の２次元アンテナアレイによって生成される８つのビームの分布が図７ａに示されている。図７ｂは、φ＝０°平面内のビーム分布図である。図７ａには、８つの波ピークがある。すなわち、相応して、図７ｂの８つのビームは、夫々、ビーム１、ビーム２、ビーム３、ビーム４、ビーム５、ビーム６、ビーム７、及びビーム８である。

通信装置は、各ビームの方向を独立に調整し得る。ビーム１が一例として使用される。図８ａから図８ｄは、ビーム１が他の７つのビームに影響を及ぼさずにｘ方向で独立した走査を実施することを示す。ビーム１の初期状態は図７ｂに示されており、ビーム方向（θ，φ）＝（－４０，０）°である。表２に示されているように、位相差カプラの位相差ｘ_１と位相シフタの位相シフト値ＰＳ_１０及びＰＳ_１１とが同時に調整される場合に、ビーム１は、図８ａに示される（θ，φ）＝（－９，０）°、図８ｂに示される（θ，φ）＝（５，０）°、図８ｃに示される（θ，φ）＝（１９，０）°、及び図８ｄに示される（θ，φ）＝（３５，０）°に独立して走査し得る。

更に、図９ａ及び図９ｂは、ｙ方向でのビーム７による独立した走査の模式図を示す。ビーム７の方向角度は、図７ａに示されている初期位置（θ，φ）＝（０，０）°から図９ａに示されている（θ，φ）＝（１９，２７０）°に、又は図９ｂに示されている（θ，φ）＝（１９，９０）°に調整される。走査は、図６ｂのｊ行目の８入力２出力ユニットの位相シフタ７の位相シフト値をＰＳ_７＝－６０（ｊ－１）°及びＳＰ_７＝６０（ｊ－１）°に調整することによって実施される。

本願で、第５コンバイナ７、第６コンバイナ８、第７コンバイナ９、第８コンバイナ１０、第４位相差カプラ１１、及び第５位相差カプラ１２が更に、図１０ａ－１及び図１０ａ－２に示されるように、通信装置によって必要とされる位相シフタの数を更に減らすよう導入される。位相シフトユニット１が複数の第１構造１－０を含む場合に、第５コンバイナ７は、奇数番目の第１構造１－０内の第１位相シフタ１－０－３の出力ポートからの信号を結合してよく、第５コンバイナ７の出力ポートは、第４位相差カプラ１１の第１入力ポートへ結合され、第６コンバイナ８は、奇数番目の第１構造１－０内の第２コンバイナ１－０－１１の出力ポートからの信号を結合してよく、第６コンバイナ８の出力ポートは、第５位相差カプラ１２の第１入力ポートへ結合され、第７コンバイナ９は、偶数番目の第１構造１－０内の第１位相シフタ１－０－３の出力ポートからの信号を結合してよく、第７コンバイナ９の出力ポートは、第４位相差カプラ１１の第２入力ポートへ結合され、第８コンバイナ１０は、偶数番目の第１構造１－０内の第２コンバイナ１－０－１１の出力ポートからの信号を結合してよく、第８コンバイナ１０の出力ポートは、第５位相差カプラ１２の第２入力ポートへ結合される。

図１０ｂ－１及び図１０ｂ－２に示されるように、位相シフトユニット１が複数の第１構造１－０及び１つの第２構造１－１を含む場合に、第５コンバイナ７は、奇数番目の第１構造１－０内の第１位相シフタ１－０－３の出力ポートからの信号と、第２構造１－１内の第７位相シフタ１－１－２の出力ポートからの信号とを結合してよく、第５コンバイナ７の出力ポートは、第４位相差カプラ１１の第１入力ポートへ結合され、第６コンバイナ８は、奇数番目の第１構造１－０内の第２コンバイナ１－０－１１の出力ポートからの信号と、第２構造１－１内の第３位相差カプラ１－１－１の第２出力ポートからの信号とを結合してよく、第６コンバイナ８の出力ポートは、第５位相差カプラ１２の第１入力ポートへ結合され、第７コンバイナ９は、偶数番目の第１構造１－０内の第１位相シフタ１－０－３の出力ポートからの信号を結合してよく、第７コンバイナ９の出力ポートは、第４カプラ１１の第２入力ポートへ結合され、第８コンバイナ１０は、偶数番目の第１構造１－０内の第２コンバイナ１－０－１１の出力ポートからの信号を結合してよく、第８コンバイナ１０の出力ポートは、第５位相差カプラ１２の第２入力ポートへ結合される。

図１０ｃ－１及び図１０ｃ－２に示されるように、位相シフトユニット１が複数の第１構造１－０及び１つの第３構造１－２を含む場合に、第５コンバイナ７は、奇数番目の第１構造１－０内の第１位相シフタ１－０－３の出力ポートからの信号と、第３構造１－２内の第１０位相シフタ１－２－２の出力ポートからの信号とを結合してよく、第５コンバイナ７の出力ポートは、第４位相差カプラ１１の第１入力ポートへ結合され、第６コンバイナ８は、奇数番目の第１構造１－０内の第２コンバイナ１－０－１１の出力ポートからの信号と、第３構造１－２内のパワースプリッタ１－２－１の第２出力ポートからの信号とを結合してよく、第６コンバイナ８の出力ポートは、第５位相差カプラ１２の第１入力ポートへ結合され、第７コンバイナ９は、偶数番目の第１構造１－０内の第１位相シフタ１－０－３の出力ポートからの信号を結合してよく、第７コンバイナ９の出力ポートは、第４カプラ１１の第２入力ポートへ結合され、第８コンバイナ１０は、偶数番目の第１構造１－０内の第２コンバイナ１－０－１１の出力ポートからの信号を結合してよく、第８コンバイナ１０の出力ポートは、第５位相差カプラ１２の第２入力ポートへ結合される。

留意すべきは、位相シフトユニット１が、順にソートされている複数の第１構造１－０、例えば、１０個の第１構造１－０を含む場合に、上記の奇数番目は、１番目、３番目、５番目、７番目、及び９番目と理解されてよく、上記の偶数番目は、２番目、４番目、６番目、８番目、及び１０番目と理解されてよい点である。

本願で、第４位相差カプラ１１及び第５位相差カプラ１２は、通信装置の出力ポートの数を増やすために導入されており、それにより、通信装置内の位相シフタの数は更に減らすことができる。

第４位相差カプラ１１の位相差値がｘ_４＝０であり、第５位相差カプラ１２の位相差値がｘ_５＝０である場合に、８入力２出力ユニット内の位相差カプラの位相差値及び位相シフタの位相シフト値は、図７ａのビームに対応する位相シフタの位相シフト値及び位相差カプラの位相差値に基づき設定されてよく、空間分布における８つのビームが取得され得る。ｘ方向での８つのビームによる走査は、図７ａのそれと完全に同じであり、つまり、８つのビームは、ｘ方向において独立にかつ自由に走査を行い得る。しかし、８つのビームは、ｙ方向では２つのグループで独立して走査を行う。ビーム１から４がグループを形成し、ビーム５から８がグループを形成する。更に、ｙ方向でのビームによる走査は、位相差カプラｘ_４及びｘ_５の値を調整することによって実施される。図１１ａ及び図１１ｂは、ｙ方向での各グループに対応するビームによって、ｘ_４＝ｘ_５＝－４５°及びｘ_４＝ｘ_５＝－１３５°であるときに、異なる位相、異なる値で走査される異なる角度に夫々対応する。

更に、実際のアプリケーションでは、第５コンバイナ７、第６コンバイナ８、第７コンバイナ９、及び第８コンバイナ１０が位相シフトユニット１内の信号を結合する場合に、信号結合方法は上記の信号結合方法に制限されない。他の信号結合方法が更に含まれてもよい。これは、本願においてここで具体的に制限されない。例えば、位相シフトユニット１が２ｎ個の第１構造１－０を含む場合に、第５コンバイナ７は、１番目の構造の第１位相シフタ１－０－３の出力ポートからの信号をｎ番目の構造に結合してよく、第６コンバイナ８は、１番目の第１構造の第２コンバイナ１－０－１１の出力ポートからの信号をｎ番目の第１構造１－０に結合してよく、第７コンバイナ９は、ｎ＋１番目の第１構造の第１位相シフタ１－０－３の出力ポートからの信号を２ｎ番目の第１構造１－０に結合してよく、第８コンバイナ１０は、ｎ＋１番目の第１構造の第２コンバイナ１－０－１１の出力ポートからの信号を２ｎ番目の第１構造１－０に結合してよい。ｎは整数であり、ｎは０以上である。位相シフトユニット１の出力信号が第５コンバイナ７、第６コンバイナ８、第７コンバイナ９、及び第８コンバイナ１０を使用することによって結合される如何なる方法も、本願に適用可能である。

例えば、通信装置は、図１２に示されるように、コントローラ４を更に含んでもよい。コントローラ４は、位相シフトユニット１へ結合されている。コントローラ４は、上記の方法で通信装置内の位相シフタの位相シフト値及び位相差カプラの位相差値を決定し、決定された位相シフト値及び位相差値に基づいて位相シフトユニット１のパラメータを調整し得る。パラメータは、次の：第１位相差カプラ１－０－１のパラメータ、第２位相差カプラ１－０－２のパラメータ、第３位相差カプラ１－１－１のパラメータ、第１位相シフタ１－０－３のパラメータ、第２位相シフタ１－０－４のパラメータ、第３位相シフタ１－０－５のパラメータ、第４位相シフタ１－０－６のパラメータ、第５位相シフタ１－０－７のパラメータ、第６位相シフタ１－０－８のパラメータ、第７位相シフタ１－１－２のパラメータ、第８位相シフタ１－１－３のパラメータ、第９位相シフタ１－１－４のパラメータ、第１０位相シフタ１－２－２のパラメータ、及び第１１位相シフタ１－２－３のパラメータ、のうちの少なくとも１つのパラメータを含むが、これに限られない。実際のアプリケーションでは、コントローラ４は、フィールド・プログラマブル・ゲート・アレイ（field programmable gate array，ＦＰＧＡ）又はデジタル・シグナル・プロセッシング（digital signal processing，ＤＳＰ）チップを使用することによって実装されてよく、あるいは、他のハードウェア様式又はソフトウェア様式で実装されてもよい。これは、本願においてここで具体的に制限されない。

更に、留意すべきは、本願の位相差カプラは、単極多投スイッチを使用することによって位相差を調整可能な位相差カプラ、固定位相差を有する位相差カプラ、及び固定位相シフト値を有する位相シフタを実装してもよい点である。図１３は、調整可能な位相差を有する位相差カプラの具体的な構造を示す。当該構造を有している位相差カプラの位相差値の調整範囲は、０°から１８０°までであり（０°及び１８０°を含む）、調整ステップは２２．５°である。図１３に示されるように、構造は、２つの単極８投スイッチＡ及びＢと、－４５°の位相差を有する４つの３ｄＢ位相差カプラと、４５°の位相差を有する４つの３ｄＢ位相差カプラと、１６個の固定位相シフタと、出力ポートＣと、出力ポートＤとを含む。位相シフタの位相シフト値の分布も図１３に示されている。この構造において、異なる位相差値を有する位相差カプラは、スイッチにより異なる入力ポートを選択することによって実装される。入力ポートと出力ポートとの間の位相差の対応は表１に示されている。実際のアプリケーションでは、表１の一部の行及び列しか適用されなくてもよい、これはここで具体的に制限されない。例えば、単極多投スイッチＡが入力ポートｂに接続され、単極多投スイッチＢが入力ポートｊに接続される場合に、当該構造により決定される調整可能な位相差カプラの位相差値は－２２．５である。単極多投スイッチＡが入力ポートｄに接続され、単極多投スイッチＢが入力ポートｌに接続される場合に、当該構造により決定される調整可能な位相差カプラの位相差値は－４５である。

本願に従って、通信装置を使用することによってビームフォーミングが行われる場合に、調整可能な位相差を有する位相差カプラが導入され、それにより、ビームフォーミング中に必要とされる位相シフタの数は減らすことができる。異なるチャネルでの信号は、第１位相シフタ１－０－３及び第２位相シフタ１－０－４と共有し得る。位相シフタ多重化の場合に、位相シフタの数はやはり減らすことができ、ビームフォーミング中のデバイスオーバヘッドは減らすことができ、デバイスの電力消費は更に削減され得る。更に、位相差カプラの位相差値及び位相シフタの位相シフト値は調整され、それにより、複数のビームは柔軟に調整及び制御することができ、各ビームによる独立した走査が実装され得る。

当業者であれば、本願の実施形態が方法、システム、又はコンピュータプログラム製品として提供されてよいことを理解するはずである。従って、本願は、ハードウェアのみの実施形態、ソフトウェアのみの実施形態、又はソフトウェアとハードウェアとの組み合わせによる実施形態の形式を使用する可能性がある。更に、本願は、コンピュータが使用可能なプログラムコードを含む１つ以上のコンピュータが使用可能な記憶媒体（ディスクメモリ、ＣＤ－ＲＯＭ、光学メモリ、などを含むが限られない）で実装されるコンピュータプログラム製品の形式を使用する可能性がある。

本願は、本願に従う方法、デバイス（システム）、及びコンピュータプログラム製品のフローチャート及び／又はブロック図を参照して記載される。コンピュータプログラム命令が、フローチャート及び／又はブロック図内の各プロセス及び／又は各ブロック並びにフローチャート及び／又はブロック図内のプロセス及び／又はブロックの組み合わせを実装するために使用されてよいことが理解されるべきである。コンピュータプログラム命令は、マシンを発生させるよう汎用コンピュータ、専用コンピュータ、埋め込みプロセッサ、又は任意の他のプログラム可能データ処理デバイスのプロセッサに与えられてよく、それにより、コンピュータ又は任意の他のプログラム可能データ処理デバイスのプロセッサによって実行される命令は、フローチャート内の１つ以上のプロセスでの及び／又はブロック図内の１つ以上のブロックでの具体的な機能を実装するための装置を発生させる。

コンピュータプログラム命令は、代替的に、特定の方法で動作するようにコンピュータ又は任意の他のプログラム可能データ処理デバイスに指示することができるコンピュータ可読メモリに記憶されてもよく、それにより、コンピュータ可読メモリに記憶されている命令は、命令装置を含むアーチファクトを発生させる。命令装置は、フローチャート内の1つ以上のプロセスでの及び／又はブロック図内の1つ以上のブロックでの具体的な機能を実装する。

コンピュータプログラム命令は、代替的に、コンピュータ又は他のプログラム可能データ処理デバイスにロードされてもよく、それにより、一連の動作及びステップは、コンピュータにより実施される処理を発生させるよう、コンピュータ又は他のプログラム可能なデバイスで実行される。従って、コンピュータ又は他のプログラム可能なデバイスで実行された命令は、フローチャート内の1つ以上のプロセスでの及び／又はブロック図内の1つ以上のブロックでの具体的な機能を実装するステップをもたらす。

当業者であれば、本願の範囲から逸脱せずに、本願に対して様々な変更及び変形を行うことができることは、明らかである。本願は、本願のそれらの変更及び変形が後続の特許請求の範囲及びそれらの同等の技術によって定義される保護の範囲内にあるという条件で、変更及び変形をカバーするよう意図される。

［関連出願への相互参照］
本願は、２０２０年９月１４日に「COMMUNICATION APPARATUS AND SYSTEM」との発明の名称で中国国家知識産権局に出願された中国特許出願第２０２０１０９５９９０９．５号に対する優先権を主張するものである。先の中国特許出願は、その全文を参照により本願に援用される。

本願の実施形態は、通信技術の分野に、特に、通信装置及びシステムに関係がある。

地上基地局通信及び衛星通信では、隣接するセルへの干渉及び隣接するセルからの干渉を減らすように、複数のビームを使用することによって選択的な送信及び受信が行われている。更に、複数のビームは、空間分割多重化を実装するのに役立ち、通信システムの容量を向上させる。

現在、複数のビームは、デジタルビームフォーミング、アナログビームフォーミング、及びハイブリッドビームフォーミングにより実施され得る。複数のビームがデジタルビームフォーミングにより形成される場合に、各ビームの方向は独立して柔軟に調整され得る。しかし、デジタルビームフォーミングによって必要とされる無線周波数リンクの数はアンテナアレイ内のアンテナの数に等しく、アンテナアレイの規模が大きくなると、必要とされるアナログ－デジタルコンバータの数及び必要とされるデジタル－アナログコンバータの数も多くなり、電力消費が高くなる。複数のビームがアナログビームフォーミングにより形成される場合に、アナログ－デジタルコンバータ又はデジタル－アナログコンバータは不要であり、電力消費は大幅に低減される。しかし、アナログビームフォーミングにより形成されたビームは、柔軟に調整及び制御することができない。柔軟に調整及び制御することができる複数のビームは、全結合構造を使用することによってハイブリッドビームフォーミングにより形成される。しかし、この方法では、実施のために、大量の位相シフタが必要である。例えば、Ｎ×Ｍのアンテナアレイを含む２次元アレイを使用してＴ個のビームが同時に生成される場合に、Ｔ×Ｎ×Ｍ個の位相シフタが必要である。既存のビームフォーミングにより形成された複数のビームはサービス要求を満足することができず、フィードネットワークは、柔軟に調整及び制御することができる複数のビームを形成し、低電力消費の条件下で可能な限り位相シフタの数を減らすよう、切実に求められている、ことが分かる。

本願の実施形態は、位相シフタの数を減らし、複数のビームを柔軟に調整及び制御し、かつ各ビームにより独立した走査を実装するように、通信装置及びシステムを提供する。

留意すべきは、本願で述べられている結合は、２つのコンポーネント間の直接接続と理解されてよく、あるいは、２つのコンポーネント間の間接接続と理解されてもよい点である。例えば、第１位相シフタは第１コンバイナへ結合される。直接接続は、第１位相シフタと第１コンバイナとの間の直接的な接続として理解されてよい。間接接続は、第１位相シフタと、任意数の位相シフタが接続された後の第１コンバイナとの間の接続として理解されてよく、あるいは、抵抗を使用することによる第１位相シフタと第１コンバイナとの間の接続として更に理解されてもよい。

第１の態様に従って、本願の実施形態は通信装置を提供する。通信装置は、位相シフトユニット、入力ポート、及び出力ポートを含む。位相シフトユニットは少なくとも１つの第１構造を含む。第１構造は、第１位相差カプラ、第２位相差カプラ、第１位相シフタ、第２位相シフタ、第３位相シフタ、第４位相シフタ、第５位相シフタ、第６位相シフタ、交差カプラ、第１コンバイナ、及び第２コンバイナを含む。第１位相差カプラは、第３位相シフタ及び第４位相シフタへ結合され、交差カプラ及び第１コンバイナへ結合される。第２位相差カプラは、第５位相シフタ及び第６位相シフタへ結合され、第２位相シフタ及び第２コンバイナへ結合される。第１位相差カプラの第２出力ポートは、交差カプラの第１入力ポートへ結合され、第２位相差カプラの第１出力ポートは、第２位相シフタの入力ポートへ結合され、第２位相シフタの出力ポートは、交差カプラの第２入力ポートへ結合される。通信装置の入力ポートは、第３位相シフタの入力ポート、第４位相シフタの入力ポート、第５位相シフタの入力ポート、及び第６位相シフタの入力ポートへ結合される。通信装置の出力ポートは、第１位相シフタの出力ポート及び第２コンバイナの出力ポートへ結合される。

本願に従って、通信装置を使用することによってビームフォーミングが行われるとき、ビームフォーミング中に必要な位相シフタの数を減らすために位相差カプラが導入され、異なるチャネルでの信号が第１位相シフタ及び第２位相シフタを共有し得るので、位相シフタの数は減り、ビームフォーミング中のデバイスオーバヘッドは減り、デバイスの電力消費は位相シフタ多重化の場合に減る。更に、位相差カプラの位相差値及び位相シフタの位相シフト値は調整され、それにより、複数のビームは柔軟に調整及び制御され得、各ビームによる独立した走査が実装され得る。

可能な実施において、位相シフトユニットは第２構造を更に含む。第２構造は、第３位相差カプラ、第７位相シフタ、第８位相シフタ、及び第９位相シフタを含む。第３位相差カプラは、第８位相シフタ及び第９位相シフタへ結合され、第７位相シフタへ結合される。通信装置の入力ポートは、第８位相シフタの入力ポート及び第９位相シフタの入力ポートへ結合される。通信装置の出力ポートは、第７位相シフタの出力ポートへ結合される。

このように、位相シフトユニットが第２構造を使用することによってビームフォーミングを行うとき、位相シフタの数はやはり低減され得、複数のビームは柔軟に調整及び制御され、各ビームによる独立した走査が実装され得る。更に、実際のアプリケーションでは、第１構造及び第２構造は、通信装置を使用することによってより多くのビームを柔軟に調整するために、ビームフォーミングを実装するよう組み合わされてもよい。

可能な実施において、位相シフトユニットは第３構造を更に含む。第３構造は、パワースプリッタ、第１０位相シフタ、及び第１１位相シフタを含む。パワースプリッタは、第１０位相シフタ及び第１１位相シフタへ結合される。通信装置の入力ポートは、第１１位相シフタの入力ポートへ結合される。通信装置の

このように、位相シフトユニットの実際のアプリケーションでは、ビームフォーミングは、通信装置を使用することによってより多くのビームを柔軟に調整するために、第１構造及び第３構造を組み合わせることによって実装されてもよい。

可能な実施において、通信装置の入力ポートは、パワースプリッタへ結合される。通信装置の入力ポートは、無線周波数ユニットからの信号をマルチチャネル信号に分割し、マルチチャネル信号を通信装置へ入力するために、パワースプリッタへ結合される。

可能な実施において、通信装置は、第３コンバイナ及び第４コンバイナを更に含む。位相シフトユニットが複数の第１構造を含む場合に、第３コンバイナは、第１構造内の第１位相シフタの出力ポートからの信号を結合してよく、第４コンバイナは、第１構造内の第２コンバイナの出力ポートからの信号を結合してよい。位相シフトユニットが少なくとも１つの第１構造及び１つの第２構造を含む場合に、第３コンバイナは、第１構造内の第１位相シフタの出力ポートからの信号と、第２構造内の第７位相シフタの出力ポートからの信号とを結合してよく、第４コンバイナは、第１構造内の第２コンバイナの出力ポートからの信号と、第２構造内の第３位相差カプラの第２出力ポートからの信号とを結合してよい。位相シフトユニットが少なくとも１つの第１構造及び１つの第３構造を含む場合に、第３コンバイナは、第１構造内の第１位相シフタの出力ポートからの信号と、第３構造内の第１０位相シフタの出力ポートからの信号とを結合してよく、第４コンバイナは、第１構造内の第２コンバイナの出力ポートからの信号と、第３構造内のパワースプリッタの第２出力ポートからの信号とを結合してよい。

留意すべきは、第３コンバイナ及び第４コンバイナを含む通信装置では、マルチチャネル信号の入力及び２チャネル信号の出力が実装されてもよい点である。

可能な実施において、通信装置は、第５コンバイナ、第６コンバイナ、第７コンバイナ、第８コンバイナ、第４位相差カプラ、及び第５位相差カプラを更に含む。位相シフトユニットが複数の第１構造を含み、第１構造が位相シフトユニット内で順番に配置される場合に、第５コンバイナは、奇数番目の第１構造内の第１位相シフタの出力ポートからの信号を結合してよく、第５コンバイナの出力ポートは、第４位相差カプラの第１入力ポートへ結合され、第６コンバイナは、奇数番目の第１構造内の第２コンバイナの出力ポートからの信号を結合してよく、第６コンバイナの出力ポートは、第５位相差カプラの第１入力ポートへ結合され、第７コンバイナは、偶数番目の第１構造内の第１位相シフタの出力ポートからの信号を結合してよく、第７コンバイナの出力ポートは、第４位相差カプラの第２入力ポートへ結合され、第８コンバイナは、偶数番目の第１構造内の第２コンバイナの出力ポートからの信号を結合してよく、第８コンバイナの出力ポートは、第５位相差カプラの第２入力ポートへ結合される。

位相シフトユニットが複数の第１構造及び１つの第２構造を含む場合に、第５コンバイナは、奇数番目の第１構造内の第１位相シフタの出力ポートからの信号と、第２構造内の第７位相シフタの出力ポートからの信号とを結合してよく、第５コンバイナの出力ポートは、第４位相差カプラの第１入力ポートへ結合され、第６コンバイナは、奇数番目の第１構造内の第２コンバイナの出力ポートからの信号と、第２構造内の第３位相差カプラの第２出力ポートからの信号とを結合してよく、第６コンバイナの出力ポートは、第５位相差カプラの第１入力ポートへ結合され、第７コンバイナは、偶数番目の第１構造内の第１位相シフタの出力ポートからの信号を結合してよく、第７コンバイナの出力ポートは、第４位相差カプラの第２入力ポートへ結合され、第８コンバイナは、偶数番目の第１構造内の第２コンバイナの出力ポートからの信号を結合してよく、第８コンバイナの出力ポートは、第５位相差カプラの第２入力ポートへ結合される。

位相シフトユニットが複数の第１構造及び１つの第３構造を含む場合に、第５コンバイナは、奇数番目の第１構造内の第１位相シフタの出力ポートからの信号と、第３構造内の第１０位相シフタの出力ポートからの信号とを結合してよく、第５コンバイナの出力ポートは、第４位相差カプラの第１入力ポートへ結合され、第６コンバイナは、奇数番目の第１構造内の第２コンバイナの出力ポートからの信号と、第３構造内のパワースプリッタの第２出力ポートからの信号とを結合してよく、第６コンバイナの出力ポートは、第５位相差カプラの第１入力ポートへ結合され、第７コンバイナは、偶数番目の第１構造内の第１位相シフタの出力ポートからの信号を結合してよく、第７コンバイナの出力ポートは、第４位相差カプラの第２入力ポートへ結合され、第８コンバイナは、偶数番目の第１構造内の第２コンバイナの出力ポートからの信号を結合してよく、第８コンバイナの出力ポートは、第５位相差カプラの第２入力ポートへ結合される。

留意すべきは、位相シフトユニットが、順番に配置されている複数の第１構造、例えば、１０個の第１構造を含む場合に、上記の奇数番目の第１構造は、１番目の第１構造、３番目の第１構造、５番目の第１構造、７番目の第１構造、又は９番目の第１構造と理解されてよく、上記の偶数番目の第１構造は、２番目の第１構造、４番目の第１構造、６番目の第１構造、８番目の第１構造、又は１０番目の第１構造と理解されてよい点である。

更に、実際のアプリケーションでは、第５コンバイナ、第６コンバイナ、第７コンバイナ、及び第８コンバイナが位相シフトユニット内の信号を結合する場合に、信号結合方法は上記の信号結合方法に制限されない。他の信号結合方法が更に含まれてもよい。これは、本願においてここで具体的に制限されない。例えば、位相シフトユニットが２ｎ個の第１構造を含む場合に、第５コンバイナは、１番目の第1構造の第１位相シフタの出力ポートからの信号をｎ番目の第1構造に結合してよく、第６コンバイナは、１番目の第１構造の第２コンバイナの出力ポートからの信号をｎ番目の第１構造に結合してよく、第７コンバイナは、ｎ＋１番目の第１構造の第１位相シフタの出力ポートからの信号を２ｎ番目の第１構造に結合してよく、第８コンバイナは、ｎ＋１番目の第１構造の第２コンバイナの出力ポートからの信号を２ｎ番目の第１構造に結合してよい。ｎは整数であり、ｎは０以上である。位相シフトユニットの出力信号が第５コンバイナ、第６コンバイナ、第７コンバイナ、及び第８コンバイナを使用することによって結合される如何なる方法も、本願に適用可能である。

留意すべきは、第４位相差カプラ及び第５位相差カプラを含む通信装置では、マルチチャネル信号の入力及び４チャネル信号の出力が実装されてもよい点である。

可能な実施において、通信装置はコントローラを更に含む。コントローラは、位相シフトユニットのパラメータを調整するよう構成される。パラメータは、次の：第１位相差カプラのパラメータ、第２位相差カプラのパラメータ、第３位相差カプラのパラメータ、第１位相シフタのパラメータ、第２位相シフタのパラメータ、第３位相シフタのパラメータ、第４位相シフタのパラメータ、第５位相シフタのパラメータ、第６位相シフタのパラメータ、第７位相シフタのパラメータ、第８位相シフタのパラメータ、第９位相シフタのパラメータ、第１０位相シフタのパラメータ、及び第１１位相シフタのパラメータ、のうちの少なくとも１つを含む。

留意すべきは、コントローラは、位相シフトユニット内の位相差カプラの位相差値及び位相シフタの位相シフト値を調整し得る点である。従って、異なる方向を持ったビームは、通信装置を使用することによって決定される。

第２の態様に従って、本願の実施形態は、複数のアンテナアレイと、第１の態様に従う記載の通信装置とを含む通信システムを更に提供する。アンテナアレイは、通信装置の出力ポートへ接続され、アンテナアレイは、異なる方向を持ったビームを出力するよう構成される。

可能な実施において、通信システムは無線周波数ユニットを更に含む。無線周波数ユニットは、通信装置の入力ポートへ接続され、無線周波数ユニットは、通信装置へ信号を入力するよう構成される。

第３の態様に従って、本願の実施形態は制御方法を提供する。方法は、第２の態様に従う通信システムに適用されてよい。方法は、無線周波数ユニットが、無線周波数信号を受信し、無線周波数信号を通信装置へ送信して、アンテナアレイが異なる方向を持ったビームを出力できるようにすることを含む。

加えて、更に留意すべきは、通信装置内の位相差カプラの位相差値及び位相シフタの位相シフト値は、必要とされるビームの方向が決定された後にコントローラによって決定され得る点である。

第４の態様に従って、本願の実施形態はシステムを提供する。システムは電子機器であってよい。

第２の態様から第４の態様までの対応する解決法の技術的効果については、第１の態様での対応する解決法に従って得られる技術的効果を参照されたい。繰り返し部分は詳細に記載されない。

本願のこれら及び他の態様は、以下の実施形態の説明では、より簡潔かつ理解しやすい。

本願の実施形態に従う通信システムの構造の模式図である。 本願の実施形態に係る通信装置の構造の模式図である。 本願の実施形態に係る通信装置の他の構造の模式図である。 本願の実施形態に従う通信装置の他の構造の模式図である。 本願の実施形態に従う通信装置の構造の模式図である。 本願の実施形態に従う通信装置の構造の模式図である。 本願の実施形態に従う通信装置の構造の模式図である。 本願の実施形態に従う通信装置の他の構造の模式図である。 本願の実施形態に従う通信装置の他の構造の模式図である。 本願の実施形態に従うシミュレーション結果の模式図である。 本願の実施形態に従うシミュレーション結果の模式図である。 本願の実施形態に従うシミュレーション結果の模式図である。 本願の実施形態に従うシミュレーション結果の模式図である。 本願の実施形態に従うシミュレーション結果の模式図である。 本願の実施形態に従うシミュレーション結果の模式図である。 本願の実施形態に従うシミュレーション結果の模式図である。 本願の実施形態に従うシミュレーション結果の模式図である。 本願の実施形態に従う通信装置の構造の模式図である。 本願の実施形態に従う通信装置の構造の模式図である。 本願の実施形態に従う通信装置の他の構造の模式図である。 本願の実施形態に従う通信装置の他の構造の模式図である。 本願の実施形態に従う通信装置の他の構造の模式図である。 本願の実施形態に従う通信装置の他の構造の模式図である。 本願の実施形態に従うシミュレーション結果の模式図である。 本願の実施形態に従うシミュレーション結果の模式図である。 本願の実施形態に従う通信装置の他の構造の模式図である。 本願の実施形態に従う調整可能な位相差を持つ位相差カプラの構造の模式図である。

本願の目的、技術的解決法、及び利点をより明らかにするために、以下は、本願の実施形態における添付の図面を参照して、本願の実施形態における技術的解決法について詳細に記載する。

基地局通信又は衛星通信などの高レート通信のシナリオでは、アンテナアレイの規模がますます大きくなっている。超大規模アンテナ例の電力消費は無視することができない。方向が調整可能である複数のビームは、低電力消費でアナログビームフォーミングにより実施され、全結合アーキテクチャによる位相シフタの数を減らすことは、現在切実に解決される必要がある問題になっている。これに基づき、本願は、ビームフォーミング中に必要とされる位相シフタの数を減らし、方向が柔軟に調整及び制御され得る複数のビームを実施するように、通信装置を提供する。

留意すべきは、本願の実施形態の説明において、「少なくとも１つ」は１つ以上を指し、「複数の・・・」は２つ以上を指す点である。これを考慮して、本発明の実施形態では、「複数の・・・」は「少なくとも２つ」とも理解され得る。「及び／又は」という用語は、関連するオブジェクト間の関連付け関係を表し、３つの関係が存在する可能性があることを示す。例えば、Ａ及び／又はＢは、次の３つの場合：Ａのみ存在、ＡとＢの両方が存在、及びＢのみ存在、を示し得る。更に、文字「／」は、一般に、別なふうに特定されない限りは、関連するオブジェクト間の「論理和」関係を示す。更に、本願の明細書中、「第１」及び「第２」などの用語は、単に区別及び説明のために使用されているのであって、相対的な重要度を指示又暗示するものとして理解されるべきではなく、また、順番を指示又は暗示するものとして理解されるべきではない、ことが理解されるべきである。

留意すべきは、本願の実施形態において、「結合」は電気的な接続を意味し、２つの電気的要素間の接続は、２つの電気的要素間の直接的又は間接的な接続であってよい点である。例えば、ＡとＢとの間の接続は、Ａ及びＢが互いに直接的に接続されか、あるいは、Ａ及びＢが、１つ以上の他の電気的要素を使用することによって、互いに間接的に接続されることを表し得る。例えば、ＡとＢとの間の接続はまた、ＡがＣへ直接的に接続され、ＣがＢへ直接的に接続され、Ａ及びＢがＣを通じて互いに接続されることを表し得る。

図１は、本願の実施形態が適用される通信システムの模式図である。通信システムは、無線周波数ユニット、通信装置、及びアンテナアレイを含む。アンテナアレイは、通信装置の出力ポートへ接続されている。無線周波数ユニットは、通信装置の入力ポートへ接続されている。アンテナアレイは、異なる方向を持ったビームを出力するよう構成される。無線周波数ユニットは、信号を通信装置へ入力するよう構成される。通信装置がＴ個の入力ポート及びＭ／Ｎ個の出力ポートを含む場合に、ビームフォーミングに必要なフィード信号の位相シフト量は、アンテナアレイ内のアンテナユニットごとに供給され得る。図１に示されるように、無線周波数信号のＴ個のストリームは、Ｔ入力Ｍ／Ｎ出力通信装置のＴ個の入力ポートから入力され、信号の各ストリームは、通信装置のＭ／Ｎ個の出力ポートを通じて出力される。出力信号の位相分布は、通信装置へ接続されているアンテナアレイが特定の方向でビームを放射することを可能にし得る。

本願の通信システムにおいて、同時に生成することができるビームの最大数は、通信装置の入力ポートの数に等しい。更に、各ビームの方向は、通信装置内の位相差カプラの位相差値及び位相シフタの位相シフト値を調整することによって、独立にかつ柔軟に変更され得る。

次に、本願の通信装置の構造について、添付の図面を参照して記載され得る。図２に示されるように、通信装置は、位相シフトユニット１、入力ポート２、及び出力ポート３を含む。位相シフトユニット１は、少なくとも１つの第１構造１－０を含む。第１構造１－０は、第１位相差カプラ１－０－１、第２位相差カプラ１－０－２、第１位相シフタ１－０－３、第２位相シフタ１－０－４、第３位相シフタ１－０－５、第４位相シフタ１－０－６、第５位相シフタ１－０－７、第６位相シフタ１－０－８、交差カプラ１－０－９、第１コンバイナ１－０－１０、及び第２コンバイナ（１－０－１１）を含む。

第１位相差カプラ１－０－１は、第３位相シフタ１－０－５及び第４位相シフタ１－０－６へ結合され、交差カプラ１－０－９及び第１コンバイナ１－０－１０へ結合される。第２位相差カプラ１－０－２は、第５位相シフタ１－０－７及び第６位相シフタ１－０－８へ結合され、第２位相シフタ１－０－４及び第２コンバイナ１－０－１１へ結合される。第１位相差カプラ１－０－１の第２出力ポートは、交差カプラ１－０－９の第１入力ポートへ結合される。第２位相差カプラ１－０－２の第１出力ポートは、第２位相シフタ１－０－４の入力ポートへ結合される。第２位相シフタ１－０－４の出力ポートは、交差カプラ１－０－９の第２入力ポートへ結合される。入力ポート２は、第３位相シフタ１－０－５の入力ポート、第４位相シフタ１－０－６の入力ポート、第５位相シフタ１－０－７の入力ポート、及び第６位相シフタ１－０－８の入力ポートへ夫々結合される。出力ポート３は、第１位相シフタ１－０－３の出力ポート及び第２コンバイナ１－０－１１の出力ポートへ夫々結合される。

留意すべきは、信号が位相差カプラの異なる入力ポートで入力される場合に、位相差カプラの出力ポートでの出力信号間の位相差は異なる点である。例えば、上側出力ポートと下側出力ポートとの間でｘ_１の位相差を持った位相差カプラについては、信号がその位相差カプラの情報の上側入力ポートから入力される場合に、その位相差カプラの上側出力ポート及び下側出力ポートは、等しい信号振幅及びｘ_１の位相差を有する信号を出力する。信号が位相差カプラの下側入力ポートから入力される場合に、その位相差カプラの上側出力ポート及び下側出力ポートは、等しい信号振幅及び－ｘ１の位相差を有する信号を出力する。

更に、図２に示される第１構造１－０では、第３位相シフタ１－０－５、第４位相シフタ１－０－６、第５位相シフタ１－０－７、及び第６位相シフタ１－０－８は、通信装置の入力ポートへ結合されてよい。しかし、実際のアプリケーションでは、第１構造１－０は第６位相シフタ１－０－８を更に含まなくてもよく、第１構造１－０内の第３位相シフタ１－０－５、第４位相シフタ１－０－６、及び第５位相シフタ１－０－７は、通信装置の入力ポートへ結合される。

例えば、位相シフトユニット１は、図３に示されるような第２構造１－１を更に含んでもよい。第２構造１－１は、第３位相差カプラ１－１－１、第７位相シフタ１－１－２、第８位相シフタ１－１－３、及び第９位相シフタ１－１－４を含む。第３位相差カプラ１－１－１は、第８位相シフタ１－１－３及び第９位相シフタ１－１－４へ結合され、第７位相シフタ１－１－２へ結合される。入力ポート２は、第８位相シフタ１－１－３の入力ポート及び第９位相シフタ１－１－４の入力ポートへ結合される。出力ポート３は、第７位相シフタ１－１－２の出力ポートへ結合される。

以下は、第３位相差カプラ１－１－１の位相差値及び第７位相シフタ１－１－２の位相シフト値を決定する方法について簡単に説明するために、第２構造１－１を一例として使用する。放射アレイの隣接ユニットの入力信号間の位相差とアレイ放射ビームの方向との間には一対一の対応があり、第２構造１－１における第７位相シフタ１－１－２の出力ポート及び第３位相差カプラ１－１－１の出力ポートは通信装置の信号出力ポートへ結合されているので、放射ビームに必要な目標方向は、第２構造１－１における第３位相差カプラ１－１－１の出力ポートからの出力信号と第７位相シフタ１－１－２の出力ポートからの出力信号との間の位相差を決定するために使用されてよい。

本願の技術的解決法についてより良く説明するために、対応する放射ビームの方向に基づき決定される、必要とされるアレイの隣接ユニット間の位相差は、夫々、ＰＤ_４ｎ＋１及びＰＤ_４ｎ＋２であり、第７位相シフタ１－１－２の位相シフト値はＰＳ_７であり、第８位相シフタ１－１－３の位相シフト値はＰＳ_８であり、第９位相シフタ１－１－４の位相シフト値はＰＳ_９であり、第３位相差カプラ１－１－１の位相差値はｘ_３である、と仮定される。無線周波数ユニットからの信号は、－ＰＳ_８の位相シフトで第８位相シフタ１－１－３を通る。信号は、第３位相差カプラ１－１－１の第１入力ポートに入力され、位相変化なしで、つまり、－ＰＳ_８－０で、第３位相差カプラ１－１－１の第１出力ポートから出力される。次いで、出力された信号は、－ＰＳ_８－０－ＰＳ_７の位相シフトで第７位相シフタ１－１－２を通る。無線周波数ユニットからの信号は、－ＰＳ_８の位相シフトで第８位相シフタ１－１－３を通る。信号は、第３位相差カプラ１－１－１の第１入力ポートに入力され、－ｘ_３の位相変化を有して第３位相差カプラ１－１－１の第２出力ポートから出力される。従って、信号は－ＰＳ_８－ｘ_３に変化する。－ＰＳ_８－ｘ_３は、－ＰＳ_８－０－ＰＳ_７から減じられて、ＰＤ_４ｎ＋１が得られる。つまり、－ｘ_３＋ＰＳ_７＝ＰＤ_４ｎ＋１である。無線周波数ユニットからの信号は、－ＰＳ_９の位相シフトで第９位相シフタ１－１－４を通る。信号は第３位相差カプラ１－１－１の第２入力ポートに入力され、－ｘ_３の位相変化を有して第３位相差カプラ１－１－１の第１出力ポートから出力されるので、位相シフトは－ＰＳ_９－ｘ_３である。次いで、出力された信号は、第７位相シフタ１－１－２を通り、位相シフトは、－ＰＳ_９－ｘ_３－ＰＳ_７になる。無線周波数ユニットからの信号は、－ＰＳ_９の位相シフトで第９位相シフタ１－１－４を通る。信号は第３位相差カプラ１－１－１の第２入力ポートに入力され、位相変化なしで第３位相差カプラ１－１－１の第２出力ポートから出力されるので、信号の位相シフトは依然として－ＰＳ_９である。－ＰＳ_９は、－ＰＳ_９－ｘ_３－ＰＳ_７から減じられて、ｘ_３＋ＰＳ_７が得られる。つまり、ｘ_３＋ＰＳ_７＝ＰＤ_４ｎ＋２である。ｘ_３及びＰＳ_７の値は、－ｘ_３＋ＰＳ_７＝ＰＤ_４ｎ＋１及びｘ_３＋ＰＳ_７＝ＰＤ_４ｎ＋２に対して計算を行うことによって決定される。同様に、第１構造１－０では、第１位相差カプラ１－０－１の位相差値、第２位相差カプラ１－０－２の位相差値、第１位相シフタ１－０－３の位相シフト値、及び第２位相シフタ１－０－４の位相シフト値は全て、上記の方法と同様の方法で決定され得る。

例えば、位相シフトユニット１は、図４に示されるような第３構造１－２を更に含んでもよい。第３構造１－２は、パワースプリッタ１－２－１、第１０位相シフタ１－２－２、及び第１１位相シフタ１－２－３を含む。パワースプリッタ１－２－１は、第１０位相シフタ１－２－２及び第１１位相シフタ１－２－３へ結合される。入力ポート２は、第１１位相シフタ１－２－３の入力ポートへ結合される。出力ポート３は、第１０位相シフタ１－２－２の出力ポートへ結合される。

第１構造１－０は、４つの入力及び２つの出力を備えた構造として理解されてよく、あるいは、３つの入力及び２つの出力を備えた構造として理解されてもよい。第２構造１－１は、２つの入力及び２つの出力を備えた構造として理解されてよい。第３構造１－２は、１つの入力及び２つの出力を備えた構造として理解されてよい。実際のアプリケーションでは、通信装置は、第１構造１－０、第２構造１－１、及び第３構造１－２に基づき構成されてよい。従って、第３コンバイナ５及び第４コンバイナ６が更に本願では導入される。第１構造１－０、第２構造１－１、及び第３構造１－２によって出力される信号は、図５ａから図５ｃに示されるように、第３コンバイナ５及び第４コンバイナ６を使用することによって結合されてよい。

図５ａに示されるように、位相シフトユニット１が複数の第１構造１－０を含む場合に、第３コンバイナ５は、第１構造１－０内の第１位相シフタ１－０－３の出力ポートからの信号を結合してよく、第４コンバイナ６は、第１構造１－０内の第２コンバイナ１－０－１１の出力ポートからの信号を結合してよい、ことが留意されるべきである。図５ｂに示されるように、位相シフトユニット１が少なくとも１つの第１構造１－０及び１つの第２構造１－１を含む場合に、第３コンバイナ５は、第１構造１－０内の第１位相シフタ１－０－３の出力ポートからの信号と、第２構造１－１内の第７位相シフタ１－１－２の出力ポートからの信号とを結合してよく、第４コンバイナ６は、第１構造１－０内の第２コンバイナ１－０－１１の出力ポートからの信号と、第２構造１－１内の第３位相差カプラ１－１－１の第２出力ポートからの信号とを結合してよい。図５ｃに示されるように、位相シフトユニット１が少なくとも１つの第１構造１－０及び１つの第３構造１－２を含む場合に、第３コンバイナ５は、第１構造１－０内の第１位相シフタ１－０－３の出力ポートからの信号と、第３構造１－２内の第１０位相シフタ１－２－２の出力ポートからの信号とを結合してよく、第４コンバイナ６は、第１構造１－０内の第２コンバイナ１－０－１１の出力ポートからの信号と、第３構造１－２内のパワースプリッタ１－２－１からの信号とを結合してよい。

実際のアプリケーションでは、通信装置を構成するために具体的に選択される第１構造１－０の数、第２構造１－１の数、及び第３構造１－２の数は、入力ポートの数を４で割ることによって決定され得る（第１構造１－０は最大４つの入力ポートへ結合され得るので、通信装置によって必要とされる第１構造１－０の数、第２構造１－１の数、第３構造１－２の数は、入力ポートの数を４で割ることによってより良く決定され得る）。例えば、入力ポートの数Ｔが１７であり、１７を４で割ったときの商が４であり、余りが１である場合に、４つの第１構造１－０（４つの入力及び２つの出力）、１つの第３構造１－２、１つの第３コンバイナ５、及び１つの第４コンバイナ６が、通信装置を構成するために選択され得る。入力ポートの数Ｔが１８であり、１８を４で割ったときの商が４であり、余りが２である場合に、４つの第１構造１－０（４つの入力及び２つの出力）、１つの第２構造、１つの第３コンバイナ５、及び１つの第４コンバイナ６が、通信装置を構成するために選択され得る。入力ポートの数Ｔが１９であり、１９を４で割ったときの商が４であり、余りが３である場合に、４つの第１構造１－０（４つの入力及び２つの出力）、１つの第１構造１－０（３つの入力及び２つの出力）、１つの第３コンバイナ５、及び１つの第４コンバイナ６が、通信装置を構成するために選択され得る。入力ポートの数Ｔが２０であり、２０を４で割ったときの商が５である場合に、５つの第１構造１－０（４つの入力及び２つの出力）、１つの第３コンバイナ５、及び１つの第４コンバイナ６が、通信装置を構成するために選択され得る。

例えば、図６ａに示されるように、８入力３出力ユニットは２つの第１構造１－０から成る。第１の第１構造１－０では、入力ポートａは、位相シフタＰＳ_１を通じて位相差カプラＸ_１の第１入力ポートへ結合されている。入力ポートｂは、位相シフタＰＳ_２を通じて位相差カプラＸ_１の第２入力ポートへ結合されている。入力ポートｃは、位相シフタＰＳ_３を通じて位相差カプラＸ_２の第１入力ポートへ結合されている。入力ポートｄは、位相シフタＰＳ_４を通じて位相差カプラＸ_２の第２入力ポートへ結合されている。位相差カプラＸ_１の第１出力ポートが第１コンバイナ１－０－１０の第１入力ポートへ結合された後、第１コンバイナ１－０－１０の出力ポートは位相シフタＰＳ_９へ結合されている。位相差カプラＸ_１の第２出力ポートが交差カプラ１－０－９の第１入力ポートへ結合された後、交差カプラ１－０－９の第２出力ポートは、第２コンバイナ１－０－１１の第１入力ポートへ結合されている。位相差カプラＸ_２の第１出力ポートは、位相シフタＰＳ_１０の入力ポートへ結合されている。位相シフタＰＳ_１０の出力ポートは、交差カプラ１－０－９の第２入力ポートへ結合されている。位相差カプラＸ_２の第２出力ポートは、第２コンバイナ１－０－１１の第２入力ポートへ結合されている。交差カプラ１－０－９の第１出力ポートは、第１コンバイナ１－０－１０の第２入力ポートへ結合されている。第２の第１構造１－０では、入力ポートｅは、位相シフタＰＳ_５を通じて位相差カプラＸ_３の第１入力ポートへ結合されている。入力ポートｆは、位相シフタＰＳ_６を通じて位相差カプラＸ_３の第２入力ポートへ結合されている。入力ポートｇは、位相シフタＰＳ_７を通じて位相差カプラＸ_４の第１入力ポートへ結合されている。入力ポートｈは、位相シフタＰＳ_８を通じて位相差カプラＸ_４の第２入力ポートへ結合されている。位相差カプラＸ_３の第１出力ポートが第１コンバイナ１－０－１０の第１入力ポートへ結合された後、第１コンバイナ１－０－１０の出力ポートは位相シフタＰＳ_１１へ結合されている。位相差カプラＸ_３の第２出力ポートが交差カプラ１－０－９の第１入力ポートへ結合された後、交差カプラ１－０－９の第２出力ポートは、第２コンバイナ１－０－１１の第１入力ポートへ結合されている。位相差カプラＸ_４の第１出力ポートは、位相シフタＰＳ_１２の入力ポートへ結合されている。位相シフタＰＳ_１２の出力ポートは、交差カプラ１－０－９の第２入力ポートへ結合されている。位相差カプラＸ_４の第２出力ポートは、第２コンバイナ１－０－１１の第２入力ポートへ結合されている。交差カプラ１－０－９の第１出力ポートは、第１コンバイナ１－０－１０の第２入力ポートへ結合されている。位相シフタＰＳ_９の出力ポート及び位相シフタＰＳ_１１の出力ポートは、第３コンバイナ５へ接続されている。第１の第１構造１－０内の第２コンバイナ１－０－１１の出力ポートと、第２の第１構造１－０内の第２コンバイナ１－０－１１の出力ポートとは、第４コンバイナ６の出力ポートへ接続されている。

更に、通信装置の入力ポートａ～ｈは、図６ｂに示されるように、パワースプリッタへ更に結合されてもよく、出力ポートはこのようにして拡張されてよい。図６ｂは、８チャネル入力信号がパワースプリッタを使用することによってマルチチャネル信号に分割され、マルチチャネル信号が３２個の８入力２出力（２つの第１構造１－０（４入力２出力）によって構成される）ユニットに入力される８入力６４出力通信装置を示す。図６ｂに示されている８入力６４出力通信装置では、各８入力２出力ユニットの４つの位相差カプラ（２つの第１位相差カプラ１－０－１及び２つの第２位相差カプラ１－０－２）の位相差値及び位相シフタ（２つの第１位相シフタ１－０－３及び２つの第２位相シフタ１－０－４）の位相シフト値は、夫々同じである。具体的な値は、必要とされるビームの方向に基づき決定される。図６ｂに示されている８入力２出力ユニット内の位相差カプラの入力ポートへ結合されている８つの位相シフタは、異なる８入力２出力ユニットに対応する８つのビームに対応する初期位相を調整するよう構成されてよい。図６ｂは、同じ２次元アンテナアレイのユニット配置を示す。相応して、ｊ行目ｉ列目にある８入力２出力ユニットのＰＳ_１、ＰＳ_２、ＰＳ_３、ＰＳ_４、ＰＳ_５、ＰＳ_６、ＰＳ_７及びＰＳ_８は、夫々、ＰＳ_１＝－２（ｉ－１）ＰＤ_{１＿ｃｏｌｕｍｎ}－（ｊ－１）ＰＤ_{１＿ｒｏｗ}、ＰＳ_２＝－２（ｉ－１）ＰＤ_{２＿ｃｏｌｕｍｎ}－（ｊ－１）ＰＤ_{２＿ｒｏｗ}、ＰＳ_３＝－２（ｉ－１）ＰＤ_{３＿ｃｏｌｕｍｎ}－（ｊ－１）ＰＤ_{３＿ｒｏｗ}、ＰＳ_４＝－２（ｉ－１）ＰＤ_{４＿ｃｏｌｕｍｎ}－（ｊ－１）ＰＤ_{４＿ｒｏｗ}、ＰＳ_５＝－２（ｉ－１）ＰＤ_{５＿ｃｏｌｕｍｎ}－（ｊ－１）ＰＤ_{５＿ｒｏｗ}、ＰＳ_６＝－２（ｉ－１）ＰＤ_{６＿ｃｏｌｕｍｎ}－（ｊ－１）ＰＤ_{６＿ｒｏｗ}、ＰＳ_７＝－２（ｉ－１）ＰＤ_{７＿ｃｏｌｕｍｎ}－（ｊ－１）ＰＤ_{７＿ｒｏｗ}、及びＰＳ_８＝－２（ｉ－１）ＰＤ_{８＿ｃｏｌｕｍｎ}－（ｊ－１）ＰＤ_{８＿ｒｏｗ}である。ＰＤ_{１＿ｃｏｌｕｍｎ}及びＰＤ_{１＿ｒｏｗ}は、夫々、図６ｂに示されているアンテナアレイの放射ビーム１によって必要とされる、隣接する列の間の入力信号の位相差、及び隣接する行の間の入力信号の位相差である。ＰＤ_{２＿ｃｏｌｕｍｎ}及びＰＤ_{２＿ｒｏｗ}は、夫々、図６ｂに示されているアンテナアレイの放射ビーム２によって必要とされる、隣接する列の間の入力信号の位相差、及び隣接する行の間の入力信号の位相差である。ＰＤ_{３＿ｃｏｌｕｍｎ}及びＰＤ_{３＿ｒｏｗ}は、夫々、図６ｂに示されているアンテナアレイの放射ビーム３によって必要とされる、隣接する列の間の入力信号の位相差、及び隣接する行の間の入力信号の位相差である。ＰＤ_{４＿ｃｏｌｕｍｎ}及びＰＤ_{４＿ｒｏｗ}は、夫々、図６ｂに示されているアンテナアレイの放射ビーム４によって必要とされる、隣接する列の間の入力信号の位相差、及び隣接する行の間の入力信号の位相差である。ＰＤ_{５＿ｃｏｌｕｍｎ}及びＰＤ_{５＿ｒｏｗ}は、夫々、図６ｂに示されているアンテナアレイの放射ビーム５によって必要とされる、隣接する列の間の入力信号の位相差、及び隣接する行の間の入力信号の位相差である。ＰＤ_{６＿ｃｏｌｕｍｎ}及びＰＤ_{６＿ｒｏｗ}は、夫々、図６ｂに示されているアンテナアレイの放射ビーム６によって必要とされる、隣接する列の間の入力信号の位相差、及び隣接する行の間の入力信号の位相差である。ＰＤ_{７＿ｃｏｌｕｍｎ}及びＰＤ_{７＿ｒｏｗ}は、夫々、図６ｂに示されているアンテナアレイの放射ビーム７によって必要とされる、隣接する列の間の入力信号の位相差、及び隣接する行の間の入力信号の位相差である。ＰＤ_{８＿ｃｏｌｕｍｎ}及びＰＤ_{８＿ｒｏｗ}は、夫々、図６ｂに示されているアンテナアレイの放射ビーム８によって必要とされる、隣接する列の間の入力信号の位相差、及び隣接する行の間の入力信号の位相差である。

本願で、図６ｂに示されている通信装置は、８×８の２次元アンテナアレイへ接続することによって、独立して調整することができる８つのビームを生成し得る。アレイ内のアンテナ要素が一様に分布するとき、間隔は半波長であり、ビーム１からビーム８のメインローブは全て、φ＝０°の平面上にあり（φは球面座標のアジマスである）、必要とされるビームの方向角度が夫々θ_１＝－４０°、θ_２＝－２４°、θ_３＝－１３°、θ_４＝１６°、θ_５＝－１６°、θ_６＝２７°、θ_７＝０°、及びθ_８＝４６°である場合に（θは球面座標のピッチ角度である）、通信装置の各行にあり各ビームによって必要とされる隣接出力ポート間の位相差は０°であり、各列の隣接出力ポート間の位相差は表１に示される、と仮定される。更に、調整可能な位相差を有する各８入力２出力カプラの位相差値及び４つの位相シフタの位相シフト値は、夫々、ｘ_１＝－２２．５°、ｘ_２＝－４５°、ｘ_３＝－６７．５°、ｘ_４＝－６７．５°、ＰＳ_１０＝－１０２．５°、ＰＳ_９＝９７．５°、ＰＳ_１２＝－５０°及びＰＳ_１３＝－１７．５°である。８入力２出力通信装置のｊ行目ｉ列目にあるＰＳ_１、ＰＳ_２、ＰＳ_３、ＰＳ_４、ＰＳ_５、ＰＳ_６、ＰＳ_７及びＰＳ_８は、夫々、ＰＳ_１＝－２４０（ｉ－１）、ＰＳ_２＝－１５０（ｉ－１）、ＰＳ_３＝－８０（ｉ－１）、ＰＳ_４＝１００（ｉ－１）、ＰＳ_５＝－１００（ｉ－１）、ＰＳ_６＝１７０（ｉ－１）、ＰＳ_７＝０、及びＰＳ_８＝２７０（ｉ－１）である。通信装置の位相差カプラの位相差値及び位相シフタの位相シフト値が上記のデータに基づきセットされる場合に、対応する８×８の２次元アンテナアレイによって生成される８つのビームの分布が図７ａに示されている。図７ｂは、φ＝０°平面内のビーム分布図である。図７ａには、８つの波ピークがある。すなわち、相応して、図７ｂの８つのビームは、夫々、ビーム１、ビーム２、ビーム３、ビーム４、ビーム５、ビーム６、ビーム７、及びビーム８である。

通信装置は、各ビームの方向を独立に調整し得る。ビーム１が一例として使用される。図８ａから図８ｄは、ビーム１が他の７つのビームに影響を及ぼさずにｘ方向で独立した走査を実施することを示す。ビーム１の初期状態は図７ｂに示されており、ビーム方向（θ，φ）＝（－４０，０）°である。表２に示されているように、位相差カプラの位相差ｘ_１と位相シフタの位相シフト値ＰＳ_１０及びＰＳ_１１とが同時に調整される場合に、ビーム１は、図８ａに示される（θ，φ）＝（－９，０）°、図８ｂに示される（θ，φ）＝（５，０）°、図８ｃに示される（θ，φ）＝（１９，０）°、及び図８ｄに示される（θ，φ）＝（３５，０）°に独立して走査し得る。

更に、図９ａ及び図９ｂは、ｙ方向でのビーム７による独立した走査の模式図を示す。ビーム７の方向角度は、図７ａに示されている初期位置（θ，φ）＝（０，０）°から図９ａに示されている（θ，φ）＝（１９，２７０）°に、又は図９ｂに示されている（θ，φ）＝（１９，９０）°に調整される。走査は、図６ｂのｊ行目の８入力２出力ユニットの位相シフタ７の位相シフト値をＰＳ_７＝－６０（ｊ－１）°及びＳＰ_７＝６０（ｊ－１）°に調整することによって実施される。

本願で、第５コンバイナ７、第６コンバイナ８、第７コンバイナ９、第８コンバイナ１０、第４位相差カプラ１１、及び第５位相差カプラ１２が更に、図１０ａ－１及び図１０ａ－２に示されるように、通信装置によって必要とされる位相シフタの数を更に減らすよう導入される。位相シフトユニット１が複数の第１構造１－０を含む場合に、第５コンバイナ７は、奇数番目の第１構造１－０内の第１位相シフタ１－０－３の出力ポートからの信号を結合してよく、第５コンバイナ７の出力ポートは、第４位相差カプラ１１の第１入力ポートへ結合され、第６コンバイナ８は、奇数番目の第１構造１－０内の第２コンバイナ１－０－１１の出力ポートからの信号を結合してよく、第６コンバイナ８の出力ポートは、第５位相差カプラ１２の第１入力ポートへ結合され、第７コンバイナ９は、偶数番目の第１構造１－０内の第１位相シフタ１－０－３の出力ポートからの信号を結合してよく、第７コンバイナ９の出力ポートは、第４位相差カプラ１１の第２入力ポートへ結合され、第８コンバイナ１０は、偶数番目の第１構造１－０内の第２コンバイナ１－０－１１の出力ポートからの信号を結合してよく、第８コンバイナ１０の出力ポートは、第５位相差カプラ１２の第２入力ポートへ結合される。

図１０ｂ－１及び図１０ｂ－２に示されるように、位相シフトユニット１が複数の第１構造１－０及び１つの第２構造１－１を含む場合に、第５コンバイナ７は、奇数番目の第１構造１－０内の第１位相シフタ１－０－３の出力ポートからの信号と、第２構造１－１内の第７位相シフタ１－１－２の出力ポートからの信号とを結合してよく、第５コンバイナ７の出力ポートは、第４位相差カプラ１１の第１入力ポートへ結合され、第６コンバイナ８は、奇数番目の第１構造１－０内の第２コンバイナ１－０－１１の出力ポートからの信号と、第２構造１－１内の第３位相差カプラ１－１－１の第２出力ポートからの信号とを結合してよく、第６コンバイナ８の出力ポートは、第５位相差カプラ１２の第１入力ポートへ結合され、第７コンバイナ９は、偶数番目の第１構造１－０内の第１位相シフタ１－０－３の出力ポートからの信号を結合してよく、第７コンバイナ９の出力ポートは、第４位相差カプラ１１の第２入力ポートへ結合され、第８コンバイナ１０は、偶数番目の第１構造１－０内の第２コンバイナ１－０－１１の出力ポートからの信号を結合してよく、第８コンバイナ１０の出力ポートは、第５位相差カプラ１２の第２入力ポートへ結合される。

図１０ｃ－１及び図１０ｃ－２に示されるように、位相シフトユニット１が複数の第１構造１－０及び１つの第３構造１－２を含む場合に、第５コンバイナ７は、奇数番目の第１構造１－０内の第１位相シフタ１－０－３の出力ポートからの信号と、第３構造１－２内の第１０位相シフタ１－２－２の出力ポートからの信号とを結合してよく、第５コンバイナ７の出力ポートは、第４位相差カプラ１１の第１入力ポートへ結合され、第６コンバイナ８は、奇数番目の第１構造１－０内の第２コンバイナ１－０－１１の出力ポートからの信号を結合してよく、第６コンバイナ８の出力ポートは、第５位相差カプラ１２の第１入力ポートへ結合され、第７コンバイナ９は、偶数番目の第１構造１－０内の第１位相シフタ１－０－３の出力ポートからの信号を結合してよく、第７コンバイナ９の出力ポートは、第４位相差カプラ１１の第２入力ポートへ結合され、第８コンバイナ１０は、偶数番目の第１構造１－０内の第２コンバイナ１－０－１１の出力ポートからの信号を結合してよく、第８コンバイナ１０の出力ポートは、第５位相差カプラ１２の第２入力ポートへ結合される。

留意すべきは、位相シフトユニット１が、順にソートされている複数の第１構造１－０、例えば、１０個の第１構造１－０を含む場合に、上記の奇数番目は、１番目、３番目、５番目、７番目、及び９番目と理解されてよく、上記の偶数番目は、２番目、４番目、６番目、８番目、及び１０番目と理解されてよい点である。

本願で、第４位相差カプラ１１及び第５位相差カプラ１２は、通信装置の出力ポートの数を増やすために導入されており、それにより、通信装置内の位相シフタの数は更に減らすことができる。

第４位相差カプラ１１の位相差値がｘ_４＝０であり、第５位相差カプラ１２の位相差値がｘ_５＝０である場合に、８入力２出力ユニット内の位相差カプラの位相差値及び位相シフタの位相シフト値は、図７ａのビームに対応する位相シフタの位相シフト値及び位相差カプラの位相差値に基づき設定されてよく、空間分布における８つのビームが取得され得る。ｘ方向での８つのビームによる走査は、図７ａのそれと完全に同じであり、つまり、８つのビームは、ｘ方向において独立にかつ自由に走査を行い得る。しかし、８つのビームは、ｙ方向では２つのグループで独立して走査を行う。ビーム１から４がグループを形成し、ビーム５から８がグループを形成する。更に、ｙ方向でのビームによる走査は、位相差カプラｘ_４及びｘ_５の値を調整することによって実施される。図１１ａ及び図１１ｂは、ｙ方向での各グループに対応するビームによって、ｘ_４＝ｘ_５＝－４５°及びｘ_４＝ｘ_５＝－１３５°であるときに、異なる位相、異なる値で走査される異なる角度に夫々対応する。

更に、実際のアプリケーションでは、第５コンバイナ７、第６コンバイナ８、第７コンバイナ９、及び第８コンバイナ１０が位相シフトユニット１内の信号を結合する場合に、信号結合方法は上記の信号結合方法に制限されない。他の信号結合方法が更に含まれてもよい。これは、本願においてここで具体的に制限されない。例えば、位相シフトユニット１が２ｎ個の第１構造１－０を含む場合に、第５コンバイナ７は、１番目の第１構造の第１位相シフタ１－０－３の出力ポートからの信号をｎ番目の第１構造に結合してよく、第６コンバイナ８は、１番目の第１構造の第２コンバイナ１－０－１１の出力ポートからの信号をｎ番目の第１構造１－０に結合してよく、第７コンバイナ９は、ｎ＋１番目の第１構造の第１位相シフタ１－０－３の出力ポートからの信号を２ｎ番目の第１構造１－０に結合してよく、第８コンバイナ１０は、ｎ＋１番目の第１構造の第２コンバイナ１－０－１１の出力ポートからの信号を２ｎ番目の第１構造１－０に結合してよい。ｎは整数であり、ｎは０以上である。位相シフトユニット１の出力信号が第５コンバイナ７、第６コンバイナ８、第７コンバイナ９、及び第８コンバイナ１０を使用することによって結合される如何なる方法も、本願に適用可能である。

例えば、通信装置は、図１２に示されるように、コントローラ４を更に含んでもよい。コントローラ４は、位相シフトユニット１へ結合されている。コントローラ４は、上記の方法で通信装置内の位相シフタの位相シフト値及び位相差カプラの位相差値を決定し、決定された位相シフト値及び位相差値に基づいて位相シフトユニット１のパラメータを調整し得る。パラメータは、次の：第１位相差カプラ１－０－１のパラメータ、第２位相差カプラ１－０－２のパラメータ、第３位相差カプラ１－１－１のパラメータ、第１位相シフタ１－０－３のパラメータ、第２位相シフタ１－０－４のパラメータ、第３位相シフタ１－０－５のパラメータ、第４位相シフタ１－０－６のパラメータ、第５位相シフタ１－０－７のパラメータ、第６位相シフタ１－０－８のパラメータ、第７位相シフタ１－１－２のパラメータ、第８位相シフタ１－１－３のパラメータ、第９位相シフタ１－１－４のパラメータ、第１０位相シフタ１－２－２のパラメータ、及び第１１位相シフタ１－２－３のパラメータ、のうちの少なくとも１つのパラメータを含むが、これに限られない。実際のアプリケーションでは、コントローラ４は、フィールド・プログラマブル・ゲート・アレイ（field programmable gate array，ＦＰＧＡ）又はデジタル・シグナル・プロセッシング（digital signal processing，ＤＳＰ）チップを使用することによって実装されてよく、あるいは、他のハードウェア様式又はソフトウェア様式で実装されてもよい。これは、本願においてここで具体的に制限されない。

更に、留意すべきは、本願の位相差カプラは、単極多投スイッチを使用することによって位相差を調整可能な位相差カプラ、固定位相差を有する位相差カプラ、及び固定位相シフト値を有する位相シフタを実装してもよい点である。図１３は、調整可能な位相差を有する位相差カプラの具体的な構造を示す。当該構造を有している位相差カプラの位相差値の調整範囲は、０°から１８０°までであり（０°及び１８０°を含む）、調整ステップは２２．５°である。図１３に示されるように、構造は、２つの単極８投スイッチＡ及びＢと、－４５°の位相差を有する４つの３ｄＢ位相差カプラと、４５°の位相差を有する４つの３ｄＢ位相差カプラと、１６個の固定位相シフタと、出力ポートＣと、出力ポートＤとを含む。位相シフタの位相シフト値の分布も図１３に示されている。この構造において、異なる位相差値を有する位相差カプラは、スイッチにより異なる入力ポートを選択することによって実装される。入力ポートと出力ポートとの間の位相差の対応は表３に示されている。実際のアプリケーションでは、表３の一部の行及び列しか適用されなくてもよい、これはここで具体的に制限されない。例えば、単極多投スイッチＡが入力ポートｂに接続され、単極多投スイッチＢが入力ポートｊに接続される場合に、当該構造により決定される調整可能な位相差カプラの位相差値は－２２．５である。単極多投スイッチＡが入力ポートｄに接続され、単極多投スイッチＢが入力ポートｌに接続される場合に、当該構造により決定される調整可能な位相差カプラの位相差値は－４５である。

本願に従って、通信装置を使用することによってビームフォーミングが行われる場合に、調整可能な位相差を有する位相差カプラが導入され、それにより、ビームフォーミング中に必要とされる位相シフタの数は減らすことができる。異なるチャネルでの信号は、第１位相シフタ１－０－３及び第２位相シフタ１－０－４と共有し得る。位相シフタ多重化の場合に、位相シフタの数はやはり減らすことができ、ビームフォーミング中のデバイスオーバヘッドは減らすことができ、デバイスの電力消費は更に削減され得る。更に、位相差カプラの位相差値及び位相シフタの位相シフト値は調整され、それにより、複数のビームは柔軟に調整及び制御することができ、各ビームによる独立した走査が実装され得る。

当業者であれば、本願の実施形態が方法、システム、又はコンピュータプログラム製品として提供されてよいことを理解するはずである。従って、本願は、ハードウェアのみの実施形態、ソフトウェアのみの実施形態、又はソフトウェアとハードウェアとの組み合わせによる実施形態の形式を使用する可能性がある。更に、本願は、コンピュータが使用可能なプログラムコードを含む１つ以上のコンピュータが使用可能な記憶媒体（ディスクメモリ、ＣＤ－ＲＯＭ、光学メモリ、などを含むが限られない）で実装されるコンピュータプログラム製品の形式を使用する可能性がある。

本願は、本願に従う方法、デバイス（システム）、及びコンピュータプログラム製品のフローチャート及び／又はブロック図を参照して記載される。コンピュータプログラム命令が、フローチャート及び／又はブロック図内の各プロセス及び／又は各ブロック並びにフローチャート及び／又はブロック図内のプロセス及び／又はブロックの組み合わせを実装するために使用されてよいことが理解されるべきである。コンピュータプログラム命令は、マシンを発生させるよう汎用コンピュータ、専用コンピュータ、埋め込みプロセッサ、又は任意の他のプログラム可能データ処理デバイスのプロセッサに与えられてよく、それにより、コンピュータ又は任意の他のプログラム可能データ処理デバイスのプロセッサによって実行される命令は、フローチャート内の１つ以上のプロセスでの及び／又はブロック図内の１つ以上のブロックでの具体的な機能を実装するための装置を発生させる。

コンピュータプログラム命令は、代替的に、特定の方法で動作するようにコンピュータ又は任意の他のプログラム可能データ処理デバイスに指示することができるコンピュータ可読メモリに記憶されてもよく、それにより、コンピュータ可読メモリに記憶されている命令は、命令装置を含むアーチファクトを発生させる。命令装置は、フローチャート内の1つ以上のプロセスでの及び／又はブロック図内の1つ以上のブロックでの具体的な機能を実装する。

コンピュータプログラム命令は、代替的に、コンピュータ又は他のプログラム可能データ処理デバイスにロードされてもよく、それにより、一連の動作及びステップは、コンピュータにより実施される処理を発生させるよう、コンピュータ又は他のプログラム可能なデバイスで実行される。従って、コンピュータ又は他のプログラム可能なデバイスで実行された命令は、フローチャート内の1つ以上のプロセスでの及び／又はブロック図内の1つ以上のブロックでの具体的な機能を実装するステップをもたらす。

当業者であれば、本願の範囲から逸脱せずに、本願に対して様々な変更及び変形を行うことができることは、明らかである。本願は、本願のそれらの変更及び変形が後続の特許請求の範囲及びそれらの同等の技術によって定義される保護の範囲内にあるという条件で、変更及び変形をカバーするよう意図される。

［関連出願への相互参照］
本願は、２０２０年９月１４日に「COMMUNICATION APPARATUS AND SYSTEM」との発明の名称で中国国家知識産権局に出願された中国特許出願第２０２０１０９５９９０９．５号に対する優先権を主張するものである。先の中国特許出願は、その全文を参照により本願に援用される。

Claims (7)

1. 位相シフトユニット（１）、入力ポート（２）、及び出力ポート（３）を有し、
   前記位相シフトユニット（１）は少なくとも１つの第１構造（１－０）を有し、前記第１構造（１－０）は、第１位相差カプラ（１－０－１）、第２位相差カプラ（１－０－２）、第１位相シフタ（１－０－３）、第２位相シフタ（１－０－４）、第３位相シフタ（１－０－５）、第４位相シフタ（１－０－６）、第５位相シフタ（１－０－７）、第６位相シフタ（１０－８）、交差カプラ（１－０－９）、第１コンバイナ（１－０－１０）、及び第２コンバイナ（１－０－１１）を有し、
   前記第１位相差カプラ（１－０－１）は、前記第３位相シフタ（１－０－５）及び前記第４位相シフタ（１－０－６）へ結合され、前記交差カプラ（１－０－９）及び前記第１コンバイナ（１－０－１０）へ結合され、前記第２位相差カプラ（１－０－２）は、前記第５位相シフタ（１－０－７）及び前記第６位相シフタ（１－０－８）へ結合され、前記第２位相シフタ（１－０－４）及び前記第２コンバイナ（１－０－１１）へ結合され、前記第１位相差カプラ（１－０－１）の第２出力ポートは、前記交差カプラ（１－０－９）の第１入力ポートへ結合され、前記第２位相差カプラ（１－０－２）の第１出力ポートは、前記第２位相シフタ（１－０－４）の入力ポートへ結合され、前記第２位相シフタ（１－０－４）の出力ポートは、前記交差カプラ（１－０－９）の第２入力ポートへ結合され、
   前記入力ポート（２）は、前記第３位相シフタ（１－０－５）の入力ポート、前記第４位相シフタ（１－０－６）の入力ポート、前記第５位相シフタ（１－０－７）の入力ポート、及び前記第６位相シフタ（１－０－８）の入力ポートへ結合され、前記出力ポート（３）は、前記第１位相シフタ（１－０－３）の出力ポート及び前記第２コンバイナ（１－０－１１）の出力ポートへ結合される、
   通信装置。
2. 前記位相シフトユニット（１）は、第２構造（１－１）を更に有し、
   前記第２構造（１－１）は、第３位相差カプラ（１－１－１）、第７位相シフタ（１－１－２）、第８位相シフタ（１－１－３）、及び第９位相シフタ（１－１－４）を有し、
   前記第３位相差カプラ（１－１－１）は、前記第８位相シフタ（１－１－３）及び前記第９位相シフタ（１－１－４）へ結合され、前記第７位相シフタ（１－１－２）へ結合され、
   前記入力ポート（２）は、前記第８位相シフタ（１－１－３）の入力ポート及び前記第９位相シフタ（１－１－４）の入力ポートへ結合され、前記出力ポート（３）は、前記第７位相シフタ（１－１－２）の出力ポート及び前記第３位相差カプラ（１－１－１）へ結合される、
   請求項１に記載の装置。
3. 前記位相シフトユニット（１）は、第３構造（１－２）を更に有し、
   前記第３構造（１－２）は、パワースプリッタ（１－２－１）、第１０位相シフタ（１－２－２）、及び第１１位相シフタ（１－２－３）を有し、
   前記パワースプリッタ（１－２－１）は、前記第１０位相シフタ（１－２－２）及び前記第１１位相シフタ（１－２－３）へ結合され、
   前記入力ポート（２）は、前記第１１位相シフタ（１－２－３）の入力ポートへ結合され、前記出力ポート（３）は、前記第１０位相シフタ（１－２－２）の出力ポート及び前記パワースプリッタ（１－２－１）へ結合される、
   請求項１又は２に記載の装置。
4. 当該装置の前記入力ポート（２）は、前記パワースプリッタへ結合される、
   請求項１乃至３のうちいずれか一項に記載の装置。
5. コントローラ（４）を更に有し、
   前記コントローラ（４）は、前記位相シフトユニット（１）のパラメータを調整するよう構成され、前記パラメータは、次の、
   前記第１位相差カプラ（１－０－１）のパラメータ、
   前記第２位相差カプラ（１－０－２）のパラメータ、
   前記第３位相差カプラ（１－１－１）のパラメータ、
   前記第１位相シフタ（１－０－３）のパラメータ、
   前記第２位相シフタ（１－０－４）のパラメータ、
   前記第３位相シフタ（１－０－５）のパラメータ、
   前記第４位相シフタ（１－０－６）のパラメータ、
   前記第５位相シフタ（１－０－７）のパラメータ、
   前記第６位相シフタ（１－０－８）のパラメータ、
   前記第７位相シフタ（１－１－２）のパラメータ、
   前記第８位相シフタ（１－１－３）のパラメータ、
   前記第９位相シフタ（１－１－４）のパラメータ、
   前記第１０位相シフタ（１－２－２）のパラメータ、又は
   前記第１１位相シフタ（１－２－３）のパラメータ
   のうちの少なくとも１つを有する、
   請求項１乃至４のうちいずれか一項に記載の装置。
6. 複数のアンテナアレイと、請求項１乃至５のうちいずれか一項に記載の通信装置とを有し、
   前記アンテナアレイは、前記通信装置の出力ポートへ接続され、
   前記アンテナアレイは、異なる方向を持ったビームを出力するよう構成される、
   通信システム。
7. 無線周波数ユニットを更に有し、
   前記無線周波数ユニットは、前記通信装置の入力ポートへ接続され、
   前記無線周波数ユニットは、前記通信装置へ信号を入力するよう構成される、
   請求項６に記載のシステム。

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