JP5252094B2 - 無線通信装置、送信機および無線通信方法 - Google Patents

Description

本発明は、無線通信装置、送信機および無線通信方法に関し、特に、アンテナからの放射パターンを制御することが可能な無線通信装置および送信機として、アンテナから送出されるローカルリーク信号と送信すべき無線信号との放射方向を独立に制御することができる無線通信装置、送信機および無線通信方法に関する。

近年の通信情報量の増大に伴い、高速に大量の情報を伝送することができる高周波帯を利用した無線通信技術が注目を集めている。特に、６０ＧＨｚ帯の高周波数帯を利用する場合、送信機１台当たり２．５ＧＨｚの周波数帯域まで、免許を取得することなく、利用することができ、１Ｇｂｐｓ以上の高速の速度で通信することが可能となる。

ここで、高周波帯を利用する無線通信装置においては、自由空間の伝播損失が大きくなることから、通信距離を伸ばすために、高利得のアンテナが利用されてきた。高利得アンテナの場合、一般的に放射パターンの半値幅が狭いため、アンテナのアライメントが非常に重要になる。つまり、高利得アンテナのアライメントを決定する場合、無線信号の放射方向を変化させながら、通信を行い、最も受信電力が大きくなる放射方向を探し出す。そして、探し出した放射方向を利用することにより、良好な通信が行うことができ、さらには、アンテナのアライメントがずれた場合でも、同様の処理を行うことにより、自動的に良好な通信を復活させることが可能となる。

図１２は、２台の無線通信装置間の通信時においてアンテナのアライメントを自動的に制御する様子を模式的に示す模式図である。まず、一方の無線通信装置５０は、アンテナから送出する無線信号の放射方向をあらゆる方向へ変化させながら、他方の無線通信装置５１向けの無線信号を送出する。一方、該無線通信装置５０からの無線信号を受信する他方の無線通信装置５１においては、受信した無線信号から受信電力やＳ／Ｎを計測値として抽出し、抽出した該計測値を無線通信装置５１から送信元の無線通信装置５０に向けて送信する。無線通信装置５０は、送信先の無線通信装置５１から受信した計測値を基にして、無線通信装置５１におけるＳ／Ｎが最大となる放射方向を割り出し、割り出した該放射方向に従って、アンテナから送出する無線信号の放射方向を制御する。

図１２のように、無線通信装置５０を構成する送信機のアンテナから送出される無線信号の放射方向を制御する方法の一つとして、所謂、複数のアンテナ素子からなるアレイアンテナが用いられる。アレイアンテナにおいては、個々のアンテナ素子から送出される無線信号の位相を制御することにより、無線信号の放射方向が制御される。ここで、アレイアンテナとは、複数のアンテナ素子をアレイ状に整列配置したアンテナであり、一般に、送出される無線信号の位相を制御することが可能なフェーズドアレイアンテナとして形成される。

フェーズドアレイアンテナを備え、無線信号の位相を制御する送信機の構成方法として、図１３〜図１５には、３種類の送信機の構成例を示している。図１３は、無線信号の位相を制御する送信機における本発明の関連技術として一般的に利用されている送信機の構成を示している。図１３に示す送信機５２においては、ローカル信号増幅器５３によって増幅した後のローカル信号により直交変調器５４においてＩ，Ｑのベースバンド信号をアップコンバートして周波数変換することにより生成した無線信号を、アレイアンテナを形成するｈ個（ｈは整数）の送信アンテナ５７−１〜５７−ｈに対応する個数に分配し、分配したそれぞれの経路に挿入されているｈ個の無線信号用移相器５５−１〜５５−ｈにより、無線信号それぞれの位相を適当な値に変更制御している。

しかる後、無線信号用移相器５５−１〜５５−ｈにより位相が変更制御されたｈ個の各無線信号は、それぞれ、送信増幅器５６−１〜５６−ｈにより増幅された後、送信アンテナ５７−１〜５７−ｈから送出される。

図１３の送信機５２に示す構成の場合は、各無線信号用移相器５５−１〜５５−ｈそれぞれを高周波帯で構成する必要があり、かつ、広帯域な移相器を構成することが難しいという問題があった。

一方、図１４は、無線信号の位相を制御する送信機において本発明の関連技術として非特許文献１に記載されている送信機の構成を示している。図１４に示す送信機５８においては、ローカル信号増幅器５９によって増幅した後のローカル信号を、まず、アレイアンテナを形成するｈ個（ｈは整数）の送信アンテナ６３−１〜６３−ｈに対応する個数に分配し、分配したそれぞれの経路に挿入されているｈ個のローカル信号用移相器６０−１〜６０−ｈにより、ローカル信号それぞれの位相を適当な値に変更制御している。

しかる後、位相変更制御された後のローカル信号により、それぞれ、直交変調器６１−１〜６１−ｈにおいてＩ，Ｑのベースバンド信号をアップコンバートして無線信号として生成し、それぞれ、送信増幅器６２−１〜６２−ｈにより増幅した後、送信アンテナ６３−１〜６３−ｈから送出する。

図１４の送信機５８に示す構成の場合は、各ローカル信号用移相器６０−１〜６０−ｈにおいてローカル信号レベルで位相の変換制御を行うので、複数個の直交変調器が必要となるものの、広帯域な移相器を構成する必要はなくなり、図１３の送信機５２の場合よりも容易に送信機を構成することができる。

また、図１５は、無線信号の位相を制御する送信機において本発明の関連技術として本出願人が先に出願した特許文献１に記載されている送信機の構成を示している。図１５に示す送信機６４においては、Ｉ，Ｑのベースバンド信号の経路を、アレイアンテナを形成するｈ個（ｈは整数）の送信アンテナ６９−１〜６９−ｈに対応する個数に分配し、分配したそれぞれの経路に挿入されているｈ個のベースバンド信号用移相器６６−１〜６６−ｈにより、ベースバンド信号それぞれの位相を適当な値に変更制御している。

しかる後、位相変更制御された後のベースバンド信号を、それぞれ、ローカル信号増幅器６５にて増幅されたローカル信号により、直交変調器６７−１〜６７−ｈにおいてアップコンバートして無線信号として生成し、それぞれ、送信増幅器６８−１〜６８−ｈにより増幅した後、送信アンテナ６９−１〜６９−ｈから送出する。

図１５の送信機６４に示す構成の場合は、各ベースバンド信号用移相器６６−１〜６６−ｈにおいてベースバンド信号レベルで位相の変換制御を行うので、図１４の送信機５８の構成と同様に、複数個の直交変調器が必要となるものの、広帯域な移相器を構成する必要はなくなり、広帯域な移相器を構成する必要はなくなり、図１３の送信機５２の場合よりも容易に送信機を構成することができる。

特願２００８−０３３８００号（図１）

Arun Natarajan et. al.,"A 77-GHz-Phased-Array Transceiver With On-Chip Antennas in Silicon : Transmitter and Local LO-Path Phase Shifting" ,IEEE Journal of Solid-State Circuits,pp.2807-2819,2006.

前記非特許文献１に記載の送信機５８や前記特許文献１に記載の送信機６４のような構成を採用すると、前述したように、アレイアンテナを形成するアンテナ素子の個数だけ、直交変調器が必要となる。一般に、高周波帯で構成された直交変調器においては、寄生容量を考慮した回路設計が非常に困難であり、ローカルリーク信号が生じ易い。ローカルリーク信号が、送信先に放射しようとした送信信号と同一放射方向に送出された場合には、該送信信号の受信側において復調信号にＤＣオフセットを生じさせ、その結果として、受信した無線信号の信号品質を劣化させる。

図１６は、図１４に示す送信機５８における送信信号の放射パターンとローカルリーク信号の放射パターンとを示す放射パターン図であり、１点鎖線の送信信号放射パターン７０で示すような送信信号を送出する場合のローカルリーク信号放射パターン７１を実線で示している。また、図１７は、図１５に示す送信機６４における送信信号の放射パターンとローカルリーク信号の放射パターンとを示す放射パターン図であり、１点鎖線の送信信号放射パターン７２で示すような送信信号を送出する場合のローカルリーク信号放射パターン７３を実線で示している。図１６、図１７のいずれの放射パターンにおいても、送信先へ送信しようとする送信信号の放射方向に、ローカルリーク信号が送出されてしまう状況になっている。

このため、ローカルリーク信号の送出レベルを低く抑えることが望まれている。そこで、ローカルリーク信号の電力を検出しながら、ローカルリーク信号の電力量が最小になるように、ローカル信号の位相をキャリブレーションする手法が一般に採用されている。

しかしながら、前記非特許文献１や前記特許文献１のように、アレイアンテナを形成するアンテナ素子の個数だけ直交変調器を必要とする方式においては、直交変調器の個数に応じたキャリブレーション回路が必要となり、回路構成が複雑になるのみならず、消費電力も大きくなってしまう。そこで、かくのごときキャリブレーション回路を利用することなく、無線信号の放射方向へのローカルリーク信号を低く抑えることが可能な無線通信装置、送信機および無線通信方法の開発が、非常に重要な課題となってきている。

（本発明の目的）
本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであり、複数のアンテナ素子（以下、誤解を生じる恐れがない限り、単に、「アンテナ」と略称する）からなるアレイアンテナを備えた無線通信装置および送信機において、アンテナから放射される送信信号の放射方向とローカルリーク信号の放射方向とを独立に制御し、該送信信号の放射方向へのローカルリーク信号の放射量を低減することが可能な無線通信装置、送信機および無線通信方法を提供することを、その目的としている。

前述の課題を解決するため、本発明による無線通信装置は、次のような特徴的な構成を採用している。

（１）複数のアンテナを有し、各前記アンテナから送出される無線信号の放射方向を制御する機構を備えた無線通信装置であって、各前記アンテナから送出される送信信号とローカルリーク信号との双方の放射方向を互いに独立に制御することができる無線通信装置。

本発明の無線通信装置、送信機および無線通信方法によれば、以下のような効果を奏することができる。

第１の効果は、ローカルリーク信号と送信信号とのそれぞれの放射方向を独立に制御することによって、送信信号の放射方向へのローカルリーク信号の放射量を抑圧した無線通信装置および送信機を提供することができる。

第２の効果は、ローカルリーク信号と送信信号とのそれぞれの放射方向を独立に制御することによって、ローカルリーク信号の放射量を抑圧するためのキャリブレーション回路が不要な無線通信装置および送信機を提供することができる。

本発明に係る無線通信装置の装置構成の一例を示す装置構成図である。 本発明に係る無線通信装置を構成する送信機の第１の実施形態の装置構成を示す構成図である。 本発明の第１の実施形態として図２に示す送信機における送信信号の放射パターンを制御する動作を説明するためのフローチャートである。 本発明の第１の実施形態として図２に示す送信機における無線信号の放射パターンの計算結果を示す放射パターン図である。 本発明に係る無線通信装置を構成する送信機の第２の実施形態の装置構成を示す構成図である。 本発明の第２の実施形態として図５に示す送信機における無線信号の放射パターンの計算結果を示す放射パターン図である。 本発明に係る無線通信装置を構成する送信機の第３の実施形態の装置構成を示す構成図である。 本発明の第３の実施形態として図７に示す送信機における無線信号の放射パターンの計算結果を示す放射パターン図である。 本発明に係る無線通信装置を構成する送信機において各アンテナに対応するローカル信号の移相量を第４の実施形態として示すテーブルである。 本発明に係る無線通信装置を構成する送信機のアンテナ単体における無線信号の放射パターンの計算結果を第５の実施形態として示す放射パターン図である。 本発明の第５の実施形態として図１０に示す無線信号の放射パターンを有するアンテナを図５に示す送信機に使用した場合の無線信号の放射パターンの計算結果を示す放射パターン図である。 ２台の無線通信装置間の通信時においてアンテナのアライメントを自動的に制御する様子を模式的に示す模式図である。 無線信号の位相を制御する送信機における本発明の関連技術として一般的に利用されている送信機の構成を示す構成図である。 無線信号の位相を制御する送信機において本発明の関連技術として非特許文献１に記載されている送信機の構成を示す構成図である。 無線信号の位相を制御する送信機において本発明の関連技術として特許文献１に記載されている送信機の構成を示す構成図である。 図１４に示す送信機における送信信号の放射パターンとローカルリーク信号の放射パターンとを示す放射パターン図である。 図１５に示す送信機における送信信号の放射パターンとローカルリーク信号の放射パターンとを示す放射パターン図である。

以下、本発明による無線通信装置、送信機および無線通信方法の好適な実施形態について添付図を参照して説明する。なお、以下の説明においては、本発明による無線通信装置、送信機および無線通信方法について説明するが、場合によっては、かかる無線通信方法をコンピュータにより実行可能な無線通信プログラムとして実施するようにしても良いし、あるいは、無線通信プログラムをコンピュータにより読み取り可能な記録媒体に記録するようにしても良いことは言うまでもない。

＜本発明の特徴＞
本発明の実施形態の説明に先立って、本発明の特徴についてその概要をまず説明する。本発明は、フェーズドアレイアンテナを形成するアンテナの個数に該当する個数に分配したローカル信号の経路と、該アンテナの個数に該当する個数に分配したベースバンド信号の経路とに、それぞれ、ローカル信号用移相器とベースバンド信号用移相器とを有し、それぞれのローカルリーク信号の放射方向はローカル信号用移相器によって制御し、それぞれの送信信号の放射方向は、ローカルリーク信号の放射方向とは互いに独立に制御され、該送信信号の放射方向は、ローカル信号用移相器とベースバンド信号用移相器とによって制御することを特徴としている。ここで、送信信号の放射方向は、対向する無線通信装置にて受信する受信信号のＳ／Ｎが最も良好な最適角度に制御されるとともに、ローカルリーク信号のヌル点は受信信号のＳ／Ｎが最も良好な前記最適角度に制御されることを特徴としている。

なお、ローカル信号の位相を制御された値に設定するローカル信号用移相器の代わりに、該ローカル信号を０°と１８０°との２つの信号に分配する１８０°分配器を、アンテナの個数の略半分に該当する個数有するようにしても良い。ここで、１８０°分配器は、入力された信号を２分配する素子であり、出力された２つの信号の位相差は１８０°になる。

また、本発明は、アンテナの個数が偶数（２ｍ個：ｍは整数）の場合、ベースバンド信号は該アンテナの個数に該当する偶数の個数つまり２ｍ個の経路に分配され、ベースバンド信号それぞれの経路に、ベースバンド信号用移相器を有し、一方、ローカル信号は、該アンテナの個数の半分に該当する個数つまりｍ（＝２ｍ／２）個の経路に分配され、ローカル信号のｍ個の経路それぞれには、ローカル信号を２分配する１８０°分配器を有し、さらに、それぞれの送信信号の放射方向はベースバンド信号用移相器と１８０°分配器とによって制御され、それぞれの送信信号の放射方向と一致する方向のローカルリーク信号は１８０°分配器の作用によって抑圧される。ここで、１８０°分配器は、入力された信号を２分配する素子であり、出力された２つの信号の位相差は１８０°になる。

また、本発明は、アンテナの個数が奇数｛（２ｎ＋１）個：ｎは整数｝の場合、ベースバンド信号は該アンテナの個数に該当する奇数の個数つまり（２ｎ＋１）個の経路に分配され、ベースバンド信号それぞれの経路に、ベースバンド信号用移相器を有し、一方、ローカル信号は、該アンテナの個数の略半分に該当する個数つまり（ｎ＋１）個の経路に分配され、そのうちの１つの経路にはローカル信号用移相器を有し、また、残りのｎ個の経路それぞれには、ローカル信号を２分配する１８０°分配器を有し、さらに、それぞれの送信信号の放射方向はベースバンド信号用移相器と１８０°分配器およびローカル信号用移相器とによって制御され、それぞれの送信信号の放射方向と一致する方向のローカルリーク信号は、１つのローカル信号用移相器とｎ個の１８０°分配器との作用によって抑圧される。ここで、１８０°分配器は、入力された信号を２分配する素子であり、出力された２つの信号の位相差は１８０°になる。

また、本発明は、複数のアンテナが２次元にアレイ状に配置され、アンテナの個数に該当する個数だけ分配されたベースバンド信号の経路と、アンテナの個数に該当する個数だけ分配されたローカル信号の経路とに、それぞれ、ベースバンド信号用移相器とローカル信号用移相器とが挿入され、複数のアンテナのうち、互いに隣り合うアンテナから出力されるローカルリーク信号の移相差が１８０°となるように、ローカル信号の位相をローカル信号用移相器によって制御し、それぞれの送信信号の放射方向と一致する方向のローカルリーク信号を抑圧する。なお、それぞれの送信信号の放射方向はベースバンド信号用移相器によって制御される。

また、本発明においては、アンテナ単体それぞれの無線信号の放射パターンが指向性を有しており、アンテナ面に対して垂直方向にはアンテナ利得を高め、アンテナ面と平行方向に放射されるローカル信号電力は抑圧される。

＜実施形態の説明＞
次に、本発明に係る実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。

図１は、本発明に係る無線通信装置の装置構成の一例を示す装置構成図である。図１に示す無線通信装置は、送信ベースバンド生成ユニット１、送信機２、複数の送信アンテナ３−１〜３−ｈ（ｈは整数）、制御部４、ローカル信号発振回路５、受信ベースバンド信号処理ユニット６、受信機７、複数の受信アンテナ８−１〜８−ｋ（ｋは整数）を少なくとも備えて構成されている。

図１に示す無線通信装置において、送信ベースバンド信号生成ユニット１は、制御部４からの制御信号に従い、入力されてくる送信データから送信機２へ入力するための２つのベースバンド信号Ｉ，Ｑを生成し、送信機２へ入力する。送信機２では、入力された２つのベースバンド信号Ｉ，Ｑをローカル信号発振回路５からのローカル信号によって送信周波数までアップコンバートする。このとき送信機２においては、制御部４からの制御信号に従い、送信信号の位相を制御する。しかる後、位相制御された状態の送信信号は、複数の送信アンテナ３−１〜３−ｈから送信される。

一方、受信機７では、受信アンテナ８−１〜８−ｋによって受信した受信信号を、ローカル信号発振回路５からのローカル信号によってベースバンド信号周波数までダウンコンバートする。このとき、受信機７においても、制御部４からの制御信号に従い、受信信号の位相が制御される。しかる後、受信機７は、受信ベースバンド信号処理ユニット６へ２つのベースバンド信号Ｉ，Ｑを入力する。受信ベースバンド信号処理ユニット６においては、制御部４からの制御信号に従い、受信データを生成して出力する。また、制御部４では、受信ベースバンド信号処理ユニット６にて生成した受信データを基にして、送信機２と受信機７との最適移相量を割り出し、割り出した該最適移相量を送信機２や受信機７へ制御信号として入力する。

なお、本発明の一実施形態を説明するために、図１の無線通信装置においては、送信アンテナ３−１〜３−ｈと受信アンテナ８−１〜８−ｋとをそれぞれ別個に有する無線通信装置について示したが、場合によっては、送信アンテナと受信アンテナとが共通で、共通のアンテナに接続される送信機２と受信機７とを切り換える機構を有する無線通信装置であっても良い。また、送信機２への入力信号、受信機７からの出力信号として、I，Ｑのベースバンド信号を用いる場合について示したが、中間周波数帯の信号であっても良い。また、以下の実施形態の説明においては、無線通信装置の送信機についてのみ説明を行っているが、受信機に関しても全く同様に適用することが可能である。

＜第１の実施形態＞
図２は、本発明に係る無線通信装置を構成する送信機の第１の実施形態の装置構成を示す構成図である。

図２に示す送信機９は、ローカル信号増幅器１０、ローカル信号用移相器１１−１〜１１−ｈ、ベースバンド信号用移相器１２−１〜１２−ｈ、直交変調器１３−１〜１３−ｈ、送信増幅器１４−１〜１４−ｈ、送信アンテナ１５−１〜１５−ｈ、を少なくとも備えて構成されている。

ローカル信号発振回路から入力されたローカル信号は、ローカル信号増幅器１０で所望の電力まで増幅された後、送信アンテナ１５−１〜１５−ｈの個数に該当する個数つまりｈ個（ｈは整数）の経路に分配されて、それぞれ、ローカル信号用移相器１１−１〜１１−ｈへ入力される。ローカル信号用移相器１１−１〜１１−ｈにおいては、制御部からの制御信号に従い、それぞれに入力されてくるローカル信号の位相を変化させて、直交変調器１３−１〜１３−ｈへ入力する。

一方、送信機９へ入力された２つのベースバンド信号Ｉ，Ｑは、同様に、送信アンテナ１５−１〜１５−ｈの個数に該当する個数つまりｈ個の経路に分配されて、それぞれ、ベースバンド信号用移相器１２−１〜１２−ｈへ入力される。ベースバンド信号用移相器１２−１〜１２−ｈにおいては、制御部からの制御信号に従い、それぞれに入力されてくるベースバンド信号の位相を変化させて、直交変調器１３−１〜１３−ｈへ入力する。

直交変調器１３−１〜１３−ｈにおいては、それぞれ、ベースバンド信号用移相器１２−１〜１２−ｈから入力されてくるベースバンド信号を、ローカル信号用移相器１１−１〜１１−ｈから入力されてくるローカル信号によって送信信号周波数帯へアップコンバートし、送信増幅器１４−１〜１４−ｈへ送信信号として入力する。送信増幅器１４−１〜１４−ｈへ入力された送信信号は、送信増幅器１４−１〜１４−ｈにおいて送信電力まで増幅された後、送信アンテナ１５−１〜１５−ｈから送信される。

図３は、本発明の第１の実施形態として図２に示す送信機９における送信信号の放射パターンを制御する動作を説明するためのフローチャートである。

図３に示すフローチャートにおいて、送信機９が起動されると同時に、移相器初期化ステップが実施される（ステップＳ１）。該移相器初期化ステップにおいては、ローカル信号用移相器１１−１〜１１−ｈとベースバンド信号用移相器１２−１〜１２−ｈとのすべての移相器が初期状態に設定される。

しかる後、最適方向探索ステップが実施される（ステップＳ２）。該最適方向探索ステップにおいては、ベースバンド信号用移相器１２−１〜１２−ｈを初期状態に設定した状態のまま、ローカル信号用移相器１１−１〜１１−ｈのみを制御して、対向する受信側の無線通信装置において受信電力またはＳ／Ｎが最も良好になる最適放射方向を決定する。

次いで、ローカル信号用移相器移相量決定ステップが実施される（ステップＳ３）。該ローカル信号用移相器移相量決定ステップにおいては、ステップＳ２の最適方向探索ステップにおいて決定した最適放射方向に対して、ローカルリーク信号のヌル点が生成されるように、ローカル信号用移相器１１−１〜１１−ｈそれぞれにおけるローカル信号の移相量を決定する。

しかる後、ベースバンド信号用移相器移相量決定ステップが実施される（ステップＳ４）。該ベースバンド信号用移相器移相量決定ステップにおいては、ステップＳ２の最適方向探索ステップにおいて決定した最適放射方向に対して、送信信号の放射方向が一致するように、ベースバンド信号用移相器１２−１〜１２−ｈそれぞれにおけるベースバンド信号の移相量を決定する。なお、ベースバンド信号用移相器１２−１〜１２−ｈそれぞれの移相量を決定する際は、ローカル信号用移相器１１−１〜１１−ｈの移相量が考慮される。

図４は、本発明の第１の実施形態として図２に示す送信機９における無線信号の放射パターンの計算結果を示す放射パターン図である。１点鎖線で示す送信信号放射パターン２０は、送信信号の放射パターンを表し、実線で示すローカルリーク信号放射パターン２１は、ローカルリーク信号の放射パターンを表している。なお、本計算においては、図２の直交変調器１３−１〜１３−ｈそれぞれから出力されるローカルリーク信号電力が、送信信号電力に比して１５ｄＢだけ抑圧されているものと仮定した。また、送信アンテナ１５−１〜１５−ｈ単体のそれぞれの放射電力は全方向等しいオムニパターンであるものと仮定した。

図４に示す通り、ローカル信号用移相器１１−１〜１１−ｈおよびベースバンド信号用移相器１２−１〜１２−ｈそれぞれの移相量を、図３に示すような制御手順によって決定することにより、送信信号の放射方向には、ローカルリーク信号のヌル点を設定することができ、その結果として、受信側におけるＤＣオフセットを低減することができる。

ここで、図４に示す本第１の実施形態の送信機における放射パターンと、図１６に示した前記非特許文献１の回路構成における放射パターン、図１７に示した前記特許文献１の回路構成における放射パターンとを比較する。図１６に示す放射パターン、図１７に示す放射パターンのいずれについても、図４に示す放射パターンとは異なり、前述したように、送信信号の放射方向に送出されるローカルリーク信号を抑止することができていない。

すなわち、図１６に示す放射パターンの場合は、ローカルリーク信号放射パターン７１と送信信号放射パターン７０とに示すように、ローカルリーク信号が送信信号の放射方向と一致しており、受信側において高いＤＣオフセットが生じる。一方、図１７に示す放射パターンの場合は、ローカルリーク信号放射パターン７３が示すように、送信信号の放射方向のローカルリーク信号は図１６の場合よりも抑えられているものの、ローカルリーク信号の放射パターンは固定しており、送信信号放射パターン７２が示す送信信号の放射方向の如何によっては、大きな影響が生じる。

以上のように、第１の実施形態として図２に示した本発明による送信機９によれば、ローカルリーク信号の放射パターンと送信信号の放射パターンとを互いに独立に制御することができるため、送信信号の放射方向のローカルリーク信号電力を大幅に低減することができ、受信側でのＤＣオフセット量を低減することができる。

＜第２の実施形態＞
図５は、本発明に係る無線通信装置を構成する送信機の第２の実施形態の装置構成を示す構成図であり、フェーズドアレイアンテナを形成する複数のアンテナが１次元に並んでおり、かつ、アンテナの個数が偶数（２ｍ：ｍは整数）の場合を示している。

図５に示す送信機２２は、ローカル信号増幅器２３、１８０°分配器２４−１〜２４−ｍ、ベースバンド信号用移相器２５−１〜２５−２ｍ、直交変調器２６−１〜２６−２ｍ、送信増幅器２７−１〜２７−２ｍ、送信アンテナ２８−１〜２８−２ｍ、を少なくとも備えて構成されている。

ローカル信号発振回路から入力されたローカル信号は、ローカル信号増幅器２３で所望の電力まで増幅された後、送信アンテナ２８−１〜２８−２ｍの個数の半分（１／２）に該当する個数つまりｍ個（ｍは整数）の経路に分配されて、それぞれ、１８０°分配器２４−１〜２４−ｍへ入力される。１８０°分配器２４−１〜２４−ｍにおいては、それぞれに入力されてくるローカル信号を１８０°の位相差を持って０°と１８０°との２つずつのローカル信号に分配する。１８０°分配器２４−１〜２４−ｍにおいて０°と１８０°との２つずつのローカル信号に分配して、合計２ｍ個に分配されたローカル信号は、直交変調器２６−１〜２６−２ｍへ入力される。

一方、送信機２２へ入力された２つのベースバンド信号Ｉ，Ｑは、送信アンテナ２８−１〜２８−２ｍの個数に該当する個数つまり２ｍ個の経路に分配されて、それぞれ、ベースバンド信号用移相器２５−１〜２５−２ｍへ入力される。ベースバンド信号用移相器２５−１〜２５−２ｍにおいては、制御部からの制御信号に従い、それぞれに入力されてくるベースバンド信号の位相を変化させて、直交変調器２６−１〜２６−２ｍへ入力する。

直交変調器２６−１〜２６−２ｍにおいては、それぞれ、ベースバンド信号用移相器２５−１〜２５−２ｍから入力されてくるベースバンド信号を、１８０°分配器２４−１〜２４−ｍから入力されてくる０°と１８０°との２つずつのローカル信号によって送信信号周波数帯へアップコンバートし、送信増幅器２７−１〜２７−２ｍへ送信信号として入力する。送信増幅器２７−１〜２７−２ｍへ入力された送信信号は、送信増幅器２７−１〜２７−２ｍにおいて送信電力まで増幅された後、送信アンテナ２８−１〜２８−２ｍから送信される。

図６は、本発明の第２の実施形態として図５に示す送信機２２における無線信号の放射パターンの計算結果を示す放射パターン図である。１点鎖線で示す送信信号放射パターン２９は、送信信号の放射パターンを表し、実線で示すローカルリーク信号放射パターン３０は、ローカルリーク信号の放射パターンを表している。なお、本計算においては、図５の直交変調器２６−１〜２６−２ｍそれぞれから出力されるローカルリーク信号電力が、送信信号電力に比して１５ｄＢだけ抑圧されているものと仮定した。また、送信アンテナ２８−１〜２８−２ｍ単体のそれぞれの放射電力は全方向等しいオムニパターンであるものと仮定した。

図６に示す通り、１８０°分配器２４−１〜２４−ｍを用いることによりローカルリーク信号の放射方向を±９０°方向へ制御することができ、送信信号の放射方向への影響を低く抑えることができる。

以上のように、第２の実施形態として図５に示した本発明による送信機２２によれば、第１の実施形態の図２におけるローカル信号用移相器１１−１〜１１−ｈの代わりに、１８０°分配器２４−１〜２４−ｍを利用しているので、回路構成を簡単にしつつ、送信信号の放射方向へのローカルリーク信号の影響を低く抑えることができる。

＜第３の実施形態＞
図７は、本発明に係る無線通信装置を構成する送信機の第３の実施形態の装置構成を示す構成図であり、フェーズドアレイアンテナを形成する複数のアンテナが１次元に並んでおり、かつ、アンテナの個数が奇数（２ｎ＋１：ｎは整数）の場合を示している。

図７に示す送信機３１は、ローカル信号増幅器３２、ローカル信号用移相器３３、１８０°分配器３４−１〜３４−ｎ、ベースバンド信号用移相器３５−１〜３５−（２ｎ＋１）、直交変調器３６−１〜３６−（２ｎ＋１）、送信増幅器３７−１〜３７−（２ｎ＋１）、送信アンテナ３８−１〜３８−（２ｎ＋１）、を少なくとも備えて構成されている。

ローカル信号発振回路から入力されたローカル信号は、ローカル信号増幅器３２で所望の電力まで増幅された後、送信アンテナ３８−１〜３８−（２ｎ＋１）の個数の略半分（１／２）に該当する個数つまり（ｎ＋１）個（ｎは整数）の経路に分配されて、１個はローカル信号用移相器３３へ入力され、残りのｎ個は、それぞれ、１８０°分配器３４−１〜３４−ｎへ入力される。ここで、ローカル信号用移相器３３は、移相量が０°または１８０°のいずれかにセットされており、制御部からの制御信号に従い、入力されたローカル信号の位相を０°または１８０°のいずれかに変更する。１８０°分配器３４−１〜３４−ｎにおいては、それぞれに入力されてくるローカル信号を１８０°の位相差を持って０°と１８０°との２つのローカル信号に分配する。ローカル信号用移相器３３と１８０°分配器３４−１〜３４−ｎとから出力された合計（２ｎ＋１）個のローカル信号は、直交変調器３６−１〜３６−（２ｎ＋１）へ入力される。

一方、送信機３１へ入力された２つのベースバンド信号Ｉ，Ｑは、送信アンテナ２８−１〜２８−２ｍの個数に該当する個数つまり（２ｎ＋１）個の経路に分配されて、それぞれ、ベースバンド信号用移相器３５−１〜３５−（２ｎ＋１）へ入力される。ベースバンド信号用移相器３５−１〜３５−（２ｎ＋１）においては、制御部からの制御信号に従い、それぞれに入力されてくるベースバンド信号の位相を変化させて、直交変調器３６−１〜３６−（２ｎ＋１）へ入力する。

直交変調器３６−１〜３６−（２ｎ＋１）においては、それぞれ、ベースバンド信号用移相器３５−１〜３５−（２ｎ＋１）から入力されてくるベースバンド信号を、ローカル信号用移相器３３から入力されてくるローカル信号および１８０°分配器３４−１〜３４−ｎから入力されてくる０°と１８０°との２つずつのローカル信号によって送信信号周波数帯へアップコンバートし、送信増幅器３７−１〜３７−（２ｎ＋１）へ送信信号として入力する。送信増幅器３７−１〜３７−（２ｎ＋１）へ入力された送信信号は、送信増幅器３７−１〜３７−（２ｎ＋１）において送信電力まで増幅された後、送信アンテナ３８−１〜３８−（２ｎ＋１）から送信される。

図８は、本発明の第３の実施形態として図７に示す送信機３１における無線信号の放射パターンの計算結果を示す放射パターン図である。１点鎖線で示す送信信号放射パターン３９は、送信信号の放射パターンを表し、実線で示すローカルリーク信号放射パターン４０は、ローカルリーク信号の放射パターンを表している。なお、本計算においては、図７の直交変調器３６−１〜３６−（２ｎ＋１）それぞれから出力されるローカルリーク信号電力が、送信信号電力に比して１５ｄＢだけ抑圧されているものと仮定した。また、送信アンテナ３８−１〜３８−（２ｎ＋１）単体のそれぞれの放射電力は全方向等しいオムニパターンであるものと仮定した。

図８に示す通り、ローカル信号用移相器３３および１８０°分配器３４−１〜３４−ｎを用いることによりローカルリーク信号の放射方向を±９０°方向へ制御することができ、送信信号の放射方向への影響を低く抑えることができる。

以上のように、第３の実施形態として図７に示した本発明による送信機３１によれば、第１の実施形態の図２におけるローカル信号用移相器１１−１〜１１−ｈの代わりに、ローカル信号用移相器３３および１８０°分配器３４−１〜３４−ｎを利用しているので、回路構成を簡単にしつつ、送信信号の放射方向へのローカルリーク信号の影響を低く抑えることができる。

＜第４の実施形態＞
図９は、本発明に係る無線通信装置を構成する送信機において各アンテナに対応するローカル信号の移相量を第４の実施形態として示すテーブルであり、本第４の実施形態においては、フェーズドアレイアンテナを形成する複数のアンテナが２次元に並んでいるものとしている。図９の場合は、１つ１つの四角形が各アンテナの配置位置を表しており、横方向に６個ずつ並んだアンテナが、縦方向に６列並んで、合計３６個のアンテナが２次元に配置されている場合を示している。

なお、本第４の実施形態においては、各ローカル信号に移相量を与えるために、ローカル信号用移相器（例えば、図２に示すローカル信号用移相器１１−１〜１１−ｈ）を使用した場合を想定しているが、１８０°分配器（例えば、図５に示す１８０°分配器２４−１〜２４−ｍ）を使用して、各ローカル信号の位相を変化させるようにしても良い。

図９に示す通り、本第４の実施形態においては、２次元に配置された複数の送信アンテナについて、互いに隣り合う送信アンテナから送出されるローカルリーク信号同士の位相が１８０°になるように、互いに隣り合う送信アンテナに対応するローカル信号同士の位相が１８０°ずつ変化するように移相量を制御する。この結果、第２の実施形態の場合と同様に、送信信号の放射方向へのローカルリーク信号の影響を抑えることができる。なお、図９の場合には、アレイアンテナを構成する各アンテナの縦軸方向および横軸方向の個数を６個ずつと偶数にした場合を示したが、奇数であっても、同様であり、隣り合う送信アンテナに対応するローカル信号同士の位相をいずれも１８０°ずつ変化させるように移相量を制御することにより、偶数のアンテナ個数にした効果と同様の効果が得られる。

＜第５の実施形態＞
図１０は、本発明に係る無線通信装置を構成する送信機のアンテナ単体における無線信号の放射パターンの計算結果を第５の実施形態として示す放射パターン図である。図１０に示すようなアンテナ単体からの無線信号の放射パターン４１を有するアンテナは、全方向に亘って相等しい電力ではなく、アンテナ面に対して垂直方向（０°方向）のアンテナ利得を強めたアンテナであって、アンテナ面と平行方向（±９０°方向）のアンテナ利得が弱められており、各アンテナ単体から送出される無線信号の放射パターンは、指向性を有している。

図１０のごときアンテナ単体からの無線信号の放射パターン４１を有するアンテナを、例えば、第２の実施形態として図５に示す送信機２２に使用した場合の放射パターンの計算結果を、図１１に示す。つまり、図１１は、本発明の第５の実施形態として図１０に示す無線信号の放射パターンを有するアンテナを図５に示す送信機に使用した場合の無線信号の放射パターンの計算結果を示す放射パターン図である。１点鎖線で示す送信信号放射パターン４２は、送信信号の放射パターンを表し、実線で示すローカルリーク信号放射パターン４３は、ローカルリーク信号の放射パターンを表している。なお、本計算においては、図５の直交変調器２６−１〜２６−２ｍそれぞれから出力されるローカルリーク信号電力が、送信信号電力に比して１５ｄＢだけ抑圧されているものと仮定した。

図１１に示す通り、図５に示したような１８０°分配器２４−１〜２４−ｍを用いることによりローカルリーク信号の放射方向を±９０°方向へ制御することができ、送信信号の放射方向への影響を低く抑えることができる他、図１０のごときアンテナ単体からの無線信号の放射パターン４１を有するアンテナを送信アンテナ２８−１〜２８−２ｍに使用することにより、±９０°方向への放射パターンも、図６の場合に比して、より低いレベルに抑えられていることが分かる。

以上のように、第５の実施形態として図１０に示したアンテナ単体からの無線信号の放射パターン４１を有するアンテナを送信アンテナに使用する本発明による送信機によれば、送信信号の放射方向へのローカルリーク信号の影響をより低く抑えることができると同時に、±９０°方向へのローカルリーク信号をより低く抑えることもできる。例えば、本発明の実施態様は、課題を解決するための手段における構成（１）に加えて、次のような構成として表現できる。
（２）ローカル信号の位相を制御された値に設定するローカル信号用移相器と、ベースバンド信号の位相を制御された値に設定するベースバンド信号用移相器と、前記ローカル信号用移相器からの前記ローカル信号により前記ベースバンド信号用移相器から出力される前記ベースバンド信号をアップコンバートして周波数変換する直交変調器と、を複数の前記アンテナの個数と同数備えている上記（１）の無線通信装置。
（３）前記ローカル信号の位相を制御された値に設定する前記ローカル信号用移相器の代わりに、前記ローカル信号を０°と１８０°との２つの信号に分配する１８０°分配器を複数の前記アンテナの個数の略半分の個数備える上記（２）の無線通信装置。
（４）複数の前記アンテナの個数が偶数個となる２ｍ個(ｍは整数）であり、前記１８０°分配器をｍ個備える上記（３）の無線通信装置。
（５）複数の前記アンテナの個数が奇数個となる（２ｎ＋１）個（ｎは整数）であり、前記１８０°分配器をｎ個とさらに前記ローカル信号の位相を制御された値に設定する前記ローカル信号用移相器を１個備える上記（３）の無線通信装置。
（６）前記ローカル信号の位相を制御された値に設定する前記ローカル信号用移相器の移相量が０°または１８０°である上記（５）の無線通信装置。
（７）複数の前記アンテナが２次元に配列されており、互いに隣り合う前記アンテナから送出される前記ローカルリーク信号同士の位相差が１８０°となるように、ローカル信号の位相が制御される上記（１）の無線通信装置。
（８）複数の前記アンテナに関して、前記アンテナ単体それぞれの無線信号の放射パターンが指向性を有する上記（１）ないし上記（７）のいずれかの無線通信装置。
（９）複数のアンテナを有し、各前記アンテナから送出される無線信号の放射方向を制御する機構を備えた送信機であって、各前記アンテナから送出される送信信号とローカルリーク信号との双方の放射方向を互いに独立に制御することができる送信機。
（１０）複数のアンテナを有し、各前記アンテナから送出される無線信号の放射方向を制御する無線通信方法であって、各前記アンテナから送出される送信信号とローカルリーク信号との双方の放射方向を互いに独立に制御することができる無線通信方法。

以上、実施の形態を参照して本願発明を説明したが、本願発明は上記によって限定されるものではない。本願発明の構成や詳細には、発明のスコープ内で当業者が理解し得る様々な変更をすることができる。

この出願は、２００９年１２月２１日に出願された日本出願特願２００９−２８９２４５を基礎とする優先権を主張し、その開示の全てをここに取り込む。

１ 送信ベースバンド信号生成ユニット
２ 送信機
３−１〜３−ｈ 送信アンテナ
４ 制御部
５ ローカル信号生成回路
６ 受信ベースバンド信号処理ユニット
７ 受信機
８−１〜８−ｋ 受信アンテナ
９ 送信機
１０ ローカル信号増幅器
１１−１〜１１−ｈ ローカル信号用移相器
１２−１〜１２−ｈ ベースバンド信号用移相器
１３−１〜１３−ｈ 直交変調器
１４−１〜１４−ｈ 送信増幅器
１５−１〜１５−ｈ 送信アンテナ
２０ 送信信号放射パターン
２１ ローカルリーク信号放射パターン
２２ 送信機
２３ ローカル信号増幅器
２４−１〜２４−ｍ １８０°分配器
２５−１〜２５−２ｍ ベースバンド信号用移相器
２６−１〜２６−２ｍ 直交変調器
２７−１〜２７−２ｍ 送信増幅器
２８−１〜２８−２ｍ 送信アンテナ
２９ 送信信号放射パターン
３０ ローカルリーク信号放射パターン
３１ 送信機
３２ ローカル信号増幅器
３３ ローカル信号用移相器
３４−１〜３４−ｎ １８０°分配器
３５−１〜３５−（２ｎ＋１） ベースバンド信号用移相器
３６−１〜３６−（２ｎ＋１） 直交変調器
３７−１〜３７−（２ｎ＋１） 送信増幅器
３８−１〜３８−（２ｎ＋１） 送信アンテナ
４１ アンテナ単体からの無線信号の放射パターン
４２ 送信信号放射パターン
４３ ローカルリーク信号放射パターン
５０ 無線通信装置
５１ 無線通信装置
５２ 送信機
５３ ローカル信号増幅器
５４ 直交変調器
５５−１〜５５−ｈ 無線信号用移相器
５６−１〜５６−ｈ 送信増幅器
５７−１〜５７−ｈ 送信アンテナ
５８ 送信機
５９ ローカル信号増幅器
６０−１〜６０−ｈ ローカル信号用移相器
６１−１〜６１−ｈ 直交変調器
６２−１〜６２−ｈ 送信増幅器
６３−１〜６３−ｈ 送信アンテナ
６４ 送信機
６５ ローカル信号増幅器
６６−１〜６６−ｈ ベースバンド信号用移相器
６７−１〜６７−ｈ 直交変調器
６８−１〜６８−ｈ 送信増幅器
６９−１〜６９−ｈ 送信アンテナ
７０ 送信信号放射パターン
７１ ローカルリーク信号放射パターン
７２ 送信信号放射パターン
７３ ローカルリーク信号放射パターン

Claims (10)

1. 複数のアンテナと、
   各前記アンテナから送出される無線信号の放射方向を制御する機構と、を備え、
   各前記アンテナから送出される送信信号とローカルリーク信号との双方の放射方向を互いに独立に制御することができることを特徴とする無線通信装置。
2. ローカル信号の位相を制御された値に設定するローカル信号用移相器と、ベースバンド信号の位相を制御された値に設定するベースバンド信号用移相器と、前記ローカル信号用移相器からの前記ローカル信号により前記ベースバンド信号用移相器から出力される前記ベースバンド信号をアップコンバートして周波数変換する直交変調器と、を複数の前記アンテナの個数と同数備えていることを特徴とする請求項１に記載の無線通信装置。
3. 前記ローカル信号の位相を制御された値に設定する前記ローカル信号用移相器の代わりに、前記ローカル信号を０°と１８０°との２つの信号に分配する１８０°分配器を複数の前記アンテナの個数の略半分の個数備えることを特徴とする請求項２に記載の無線通信装置。
4. 複数の前記アンテナの個数が偶数個となる２ｍ個(ｍは整数）であり、前記１８０°分配器をｍ個備えることを特徴とする請求項３に記載の無線通信装置。
5. 複数の前記アンテナの個数が奇数個となる（２ｎ＋１）個（ｎは整数）であり、前記１８０°分配器をｎ個とさらに前記ローカル信号の位相を制御された値に設定する前記ローカル信号用移相器を１個備えることを特徴とする請求項３に記載の無線通信装置。
6. 前記ローカル信号の位相を制御された値に設定する前記ローカル信号用移相器の移相量が０°または１８０°であることを特徴とする請求項５に記載の無線通信装置。
7. 複数の前記アンテナが２次元に配列されており、互いに隣り合う前記アンテナから送出される前記ローカルリーク信号同士の位相差が１８０°となるように、ローカル信号の位相が制御されることを特徴とする請求項１に記載の無線通信装置。
8. 複数の前記アンテナに関して、前記アンテナ単体それぞれの無線信号の放射パターンが指向性を有することを特徴とする請求項１ないし請求項７のいずれかに記載の無線通信装置。
9. 複数のアンテナと、
   各前記アンテナから送出される無線信号の放射方向を制御する機構と、を備え、
   各前記アンテナから送出される送信信号とローカルリーク信号との双方の放射方向を互いに独立に制御することができることを特徴とする送信機。
10. 複数のアンテナから送出される無線信号の放射方向を制御する際に、各前記アンテナから送出される送信信号とローカルリーク信号との双方の放射方向を互いに独立に制御することを特徴とする無線通信方法。

Images