JP6454225B2 - 分散アレーアンテナ装置、及び通信方法 - Google Patents

Description

本発明は、分散アレーアンテナ装置、及び通信方法に関する。

衛星通信は広範なサービスエリアと災害に強い特徴を有しているため、地上回線の使用困難な洋上やデジタルディバイド地域、災害時の通信環境構築に広く利用されている。しかしながら、高度３６，０００ｋｍ上空の静止衛星を中継して通信する場合、伝搬損失が非常に大きい。複数のユーザが接続する基地局やリッチ・コンテンツ等の送受信を希望するユーザ局のように、広帯域・大容量の信号を伝送することが求められる場合、これを実現するためには通信性能（ＥＩＲＰ：Equivalent Isotropic Radiated Power，Ｇ／Ｔ：Gain to Noise temperature ratio））の高い地球局装置が必要となる。

このような地球局装置を低コストで実現する技術として、非特許文献１に述べられるように、複数の送受信装置で構成される分散アレーアンテナシステムの導入が検討されている。

鈴木，須崎，廣瀬，小林，「分散アレーアンテナシステムの固定局適用に関する検討」信学技報，SAT2011-36，Aug 2011.

しかしながら、従来の分散アレーアンテナシステムでは、分散アレーアンテナが自動車や船舶等のような移動体に搭載されている場合、移動体の移動又は動揺により、分散アレーアンテナに含まれる各アンテナの送信端から静止衛星の受信端までの経路長間の差である経路長差は、時間とともに変化してしまう。当該経路長差の変化は、分散アレーアンテナから送信される複数の送信信号間の位相差の変化を生じさせてしまう。

従来の分散アレーアンテナシステムでは、このような経路長差の変化に伴って変化する位相差の補償を十分な精度で行うことができない場合があり、その結果、静止衛星の受信端において、複数のアンテナそれぞれから送信される複数の送信信号同士の干渉を発生させてしまうという問題があった。静止衛星の受信端において当該送信信号同士の干渉は、分散アレーアンテナから送信される送信信号の伝搬損失を増大させてしまう。

上記事情に鑑み、本発明は、伝搬損失を抑制することができる分散アレーアンテナ装置、及び通信方法を提供することを目的としている。

本発明の一態様は、分散アレーアンテナに含まれる第１アンテナから送信される前の第１送信信号の位相と、前記分散アレーアンテナに含まれる第２アンテナから送信される前の第２送信信号の位相とのうちいずれか一方又は両方を、前記第１アンテナによって受信された第１受信信号と、前記第２アンテナによって受信された第２受信信号との位相差に基づいて移相する第１移相部と、前記第１受信信号又は前記第２受信信号の受信電力に基づいて、前記第１送信信号又は前記第２送信信号の位相を移相する第２移相部と、を備える分散アレーアンテナ装置である。

本発明の一態様は、前記分散アレーアンテナ装置であって、前記第１受信信号の受信時刻と前記第２受信信号の受信時刻との時間差を算出する時間差算出部と、前記第１受信信号と前記第２受信信号に基づいて前記位相差を算出する位相差算出部と、を更に備え、前記第１移相部は、前記時間差算出部が算出した前記時間差と、前記位相差算出部が算出した前記位相差とに基づいて、前記第１送信信号の位相と、前記第２送信信号の位相とのうちいずれか一方又は両方を移相する。

本発明の一態様は、前記分散アレーアンテナ装置であって、前記第１アンテナの第１姿勢と、前記第２アンテナの第２姿勢とを検出する姿勢検出部と、前記姿勢検出部が検出した第１姿勢及び第２姿勢に基づいて前記位相差を算出する位相差算出部と、を更に備える。

本発明の一態様は、分散アレーアンテナに含まれる第１アンテナから送信される前の第１送信信号の位相と、前記分散アレーアンテナに含まれる第２アンテナから送信される前の第２送信信号の位相とのうちいずれか一方又は両方を、前記第１アンテナによって受信された第１受信信号と、前記第２アンテナによって受信された第２受信信号との位相差に基づいて移相する第１移相ステップと、前記第１受信信号又は前記第２受信信号の受信電力に基づいて、前記第１送信信号又は前記第２送信信号の位相を移相する第２移相ステップと、を有する通信方法である。

本発明の一態様は、前記通信方法であって、前記第１受信信号の受信時刻と前記第２受信信号の受信時刻との時間差を算出する時間差算出ステップと、前記第１受信信号と前記第２受信信号に基づいて前記位相差を算出する位相差算出ステップと、を更に有し、前記第１移相ステップは、前記時間差算出ステップにより算出された前記時間差と、前記位相差算出ステップにより算出された前記位相差とに基づいて、前記第１送信信号の位相と、前記第２送信信号の位相とのうちいずれか一方又は両方を移相する。

本発明の一態様は、前記通信方法であって、前記第１アンテナの第１姿勢と、前記第２アンテナの第２姿勢とを検出する姿勢検出ステップと、前記姿勢検出ステップにより検出された第１姿勢及び第２姿勢に基づいて前記位相差を算出する位相差算出ステップと、を更に有する。

本発明により、伝搬損失を抑制することが可能となる。

第１実施形態に係る分散アレーアンテナシステム１の構成の一例を示す図である。 第１実施形態に係る分散アレーアンテナ装置２の機能構成の一例を示す図である。 分散アレーアンテナ装置２が行う第１送信信号処理の流れの一例を示す図である。 分散アレーアンテナ装置２が行う第２送信信号処理の流れの一例を示す図である。 分散アレーアンテナ装置２が行う移相値設定処理の流れの一例を示す図である。 分散アレーアンテナ装置２が行う位相値設定処理の流れの一例を示す図である。 第１実施形態の変形例に係る分散アレーアンテナ装置２ａの構成の一例を示す図である。 分散アレーアンテナ装置２ａが行う第１送信信号処理の流れの一例を示す図である。 分散アレーアンテナ装置２ａが行う第２送信信号処理の流れの一例を示す図である。 分散アレーアンテナ装置２ａが行う移相値設定処理の流れの一例を示す図である。 第２実施形態に係る分散アレーアンテナ装置２ｂの構成の一例を示す図である。 分散アレーアンテナ装置２ｂが行う移相値設定処理の流れの一例を示す図である。

＜第１実施形態＞
以下、本発明の第１実施形態に係る分散アレーアンテナシステム１について、図面を参照して説明する。図１は、第１実施形態に係る分散アレーアンテナシステム１の構成の一例を示す図である。

まず、図１を参照し、分散アレーアンテナシステム１の概略について説明する。
分散アレーアンテナシステム１は、分散アレーアンテナ装置２と、複数のアンテナにより構成される分散アレーアンテナ３を備える。この一例において、分散アレーアンテナ３は、複数のアンテナとして、基準となる第１アンテナ４−１と、第１アンテナ４−１から所定の距離だけ離れた位置に配置された第２アンテナ４−２を備える。なお、分散アレーアンテナ３は、第１アンテナ４−１と第２アンテナ４−２とともに３台以上のアンテナにより構成されても良い。

以下では、説明の便宜上、第１アンテナ４−１と第２アンテナ４−２を区別する必要が無い限り、まとめてアンテナ４と称して説明する。また、以下では、分散アレーアンテナ３から送信される送信信号のうち、第１アンテナ４−１から送信される送信信号を第１送信信号と称し、第２アンテナ４−２から送信される送信信号を第２送信信号と称して説明する。また、以下では、分散アレーアンテナ３により受信される受信信号のうち、第１アンテナ４−１により受信される受信信号を第１受信信号と称し、第２アンテナ４−２から受信される受信信号を第２受信信号と称して説明する。

また、分散アレーアンテナシステム１は、図示しない移動体に搭載される。移動体は、例えば、船舶である。なお、移動体は、これに代えて、鉄道、自転車等の有人の乗り物や、ドローン等の無人の移動する物体等であってもよい。

また、分散アレーアンテナシステム１では、分散アレーアンテナ装置２が分散アレーアンテナ３から通信衛星６へ送信信号を送信する。より具体的には、分散アレーアンテナ装置２は、通信衛星６に送信する送信信号を、分散アレーアンテナ３が備える複数のアンテナのそれぞれに分配する。この一例において、分散アレーアンテナ装置２は、当該送信信号を第１アンテナ４−１と第２アンテナ４−２に分配する。第１アンテナ４−１に分配された送信信号は、第１送信信号として通信衛星６に送信される。また、第２アンテナ４−２に分配された送信信号は、第２送信信号として通信衛星６に送信される。

通信衛星６は、分散アレーアンテナ３から第１送信信号と第２送信信号を受信する。例えば、通信衛星６は、受信した第１送信信号と第２送信信号を１つの送信信号に合成する。通信衛星６は、合成した送信信号を他の通信装置７に送信（中継）する。また、通信衛星６は、当該送信信号と同じ信号を折り返し信号として分散アレーアンテナ３に送信する。また、通信衛星６は、所定の周期でパイロット信号を分散アレーアンテナ３に送信する。

分散アレーアンテナ装置２は、分散アレーアンテナ３を介して通信衛星６から送信された折り返し信号を受信信号として受信する。より具体的には、分散アレーアンテナ装置２は、第１アンテナ４−１により受信された受信信号を第１受信信号として受信し、第２アンテナ４−２により受信された受信信号を第２受信信号として受信する。また、分散アレーアンテナ装置２は、所定の周期で通信衛星６からパイロット信号を受信信号として受信する。より具体的には、分散アレーアンテナ装置２は、第１アンテナ４−１により受信されたパイロット信号を第１受信信号として受信し、第２アンテナ４−２により受信されたパイロット信号を第２受信信号として受信する。なお、パイロット信号は、ビーコンであってもよい。以下では、一例として、第１受信信号と第２受信信号が、通信衛星６から分散アレーアンテナ３に送信された折り返し信号である場合について説明するが、これに代えて、パイロット信号やビーコン等の他の信号であってもよい。

以下、分散アレーアンテナシステム１の各構成について説明する。
分散アレーアンテナ３が備える各アンテナ４は、例えば、姿勢を変化させる図示しない機構と、当該機構を制御する図示しない制御装置を有する追尾アンテナである。各アンテナ４は、当該制御装置の制御の下、姿勢を変化させられ、通信衛星６の方向に向けられる。

分散アレーアンテナ装置２は、通信衛星６に送信する送信信号を変調する。分散アレーアンテナ装置２は、変調した当該送信信号を、分散アレーアンテナ３を介して通信衛星６に送信する。当該送信信号の周波数帯は、例えば、Ｋｕ帯である。この一例では、当該送信信号の周波数が、Ｋｕ帯の１４ギガヘルツである場合について説明する。なお当該周波数は、他の周波数であってもよい。

また、分散アレーアンテナ装置２は、通信衛星６から折り返し信号を受信信号として受信する。分散アレーアンテナ装置２は、受信した折り返し信号を復調する。これらの受信信号の周波数帯は、例えば、Ｋｕ帯である。この一例では、当該受信信号の周波数は、Ｋｕ帯の１２ギガヘルツである場合について説明する。なお、当該周波数は、他の周波数であってもよい。

また、分散アレーアンテナ装置２は、分散アレーアンテナ３が備える複数のアンテナから送信される送信信号のうち、基準となるアンテナから送信された基準送信信号の位相と、他のアンテナから送信された送信信号の位相との差を減少させる位相補償を行う。この一例において、分散アレーアンテナ３が第１アンテナ４−１と第２アンテナ４−２の２つのアンテナを備えるため、基準となるアンテナは、第１アンテナ４−１又は第２アンテナ４−２のいずれかである。以下では、一例として第１アンテナ４−１が基準となるアンテナである場合について説明する。

すなわち、分散アレーアンテナ装置２は、基準となるアンテナである第１アンテナ４−１を介して通信衛星６に送信する第１送信信号の位相と、第２アンテナ４−２を介して通信衛星６に送信する第２送信信号の位相との差を減少させる位相補償を行う。より具体的には、分散アレーアンテナ装置２は、通信衛星６の受信端における第１送信信号の位相と第２送信信号の位相とが同相（位相差が略ゼロ）になるように位相補償を行う。以下では、説明の便宜上、第１アンテナ４−１を介して通信衛星６に送信する第１送信信号の位相と、第２アンテナ４−２を介して通信衛星６に送信する第２送信信号との位相の差を、第１位相差と称して説明する。

ここで、第１位相差が生じる要因について説明する。第１位相差が生じる要因は、少なくとも２つある。まず、当該要因の１つ目である第１要因は、第１アンテナ４−１の送信端から通信衛星６の受信端までの第１経路長と、第２アンテナ４−２の送信端から通信衛星６の受信端までの第２経路長の経路長差である。また、この経路長差は、時間とともに変化する。何故なら、前述したように、この一例における分散アレーアンテナシステム１は、移動体に搭載されており、移動体の移動又は動揺により第１経路長と第２経路長のそれぞれが変化してしまうからである。第１位相差が生じるもう１つの要因である第２要因は、分散アレーアンテナ装置２において第１送信信号と第２送信信号のそれぞれを変調するＲＦ回路やケーブル等のハードウェアの温度特性である。

分散アレーアンテナ装置２は、このような要因によって生じる第１位相差の位相補償を行う。以下では、分散アレーアンテナ装置２が当該第１位相差の位相補償を行う方法（方式）、及びそれを実現する構成について説明する。

ここで、第１実施形態に係る分散アレーアンテナシステム１が備える分散アレーアンテナ装置２が第１位相差の位相補償を行う方法の概略について説明する。
分散アレーアンテナシステム１では、分散アレーアンテナ装置２が、分散アレーアンテナ３に含まれる第１アンテナ４−１から送信される前の第１送信信号の位相と、分散アレーアンテナ３に含まれる第２アンテナ４−２から送信される前の第２送信信号の位相とのうちいずれか一方又は両方を、第１アンテナ４−１によって受信された第１受信信号と、第２アンテナ４−２によって受信された第２受信信号との位相差に基づいて移相し、第１受信信号又は前記第２受信信号の受信電力に基づいて、第１送信信号又は第２送信信号の位相を移相する。

これにより、分散アレーアンテナシステム１、又は分散アレーアンテナ装置２は、分散アレーアンテナ３から送信する複数の送信信号間の通信衛星６の受信端における位相差を取り除く位相補償を精度よく行うことができる。その結果、分散アレーアンテナシステム１、又は分散アレーアンテナ装置２は、分散アレーアンテナ３から送信する複数の送信信号を同相状態にすることができ、当該送信信号間の干渉による伝搬損失を抑制することができる。

次に、図２を参照し、第１実施形態に係る分散アレーアンテナ装置２の機能構成について説明する。図２は、第１実施形態に係る分散アレーアンテナ装置２の機能構成の一例を示す図である。
分散アレーアンテナ装置２は、第１ＯＭＴ部２１と、第２ＯＭＴ部２２と、第１Ｄ／Ｃ部２３と、第２Ｄ／Ｃ部２４と、位相差算出部２５と、第１移相部２６と、第２移相部２７と、第１Ｕ／Ｃ部３０と、第２Ｕ／Ｃ部３１を備える。

第１ＯＭＴ部２１は、偏分波器である。第１ＯＭＴ部２１は、第１アンテナ４−１がから第１受信信号を取得する。第１ＯＭＴ部２１は、取得した第１受信信号を垂直偏波成分と水平偏波成分に分離する。第１ＯＭＴ部２１は、分離した垂直偏波成分を第１受信信号として第１Ｄ／Ｃ部２３に出力する。また、第１ＯＭＴ部２１は、第１Ｕ／Ｃ部３０から第１送信信号を取得する。第１ＯＭＴ部２１は、取得した第１送信信号を垂直偏波成分と水平偏波成分に分離する。第１ＯＭＴ部２１は、分離した水平偏波成分を第１送信信号として第１アンテナ４−１に出力して通信衛星６に送信させる。なお、第１ＯＭＴ部２１は、増幅器を備える構成であってもよい。この場合、第１ＯＭＴ部２１は、第１送信信号及び第１受信信号を増幅する。
第２ＯＭＴ部２２は、偏分波器である。第２ＯＭＴ部２２は、第２アンテナ４−２から第２受信信号を取得する。第２ＯＭＴ部２２は、取得した第２受信信号をを垂直偏波成分と水平偏波成分に分離する。第２ＯＭＴ部２２は、分離した垂直偏波成分を第２受信信号として第２Ｄ／Ｃ部２４に出力する。また、第２ＯＭＴ部２２は、第２Ｕ／Ｃ部３１から第２送信信号を取得する。第２ＯＭＴ部２２は、取得した第２送信信号を垂直偏波成分と水平偏波成分に分離する。第２ＯＭＴ部２２は、分離した水平偏波成分を第２送信信号として第２アンテナ４−２に出力して通信衛星６に送信させる。なお、第２ＯＭＴ部２２は、増幅器を備える構成であってもよい。この場合、第２ＯＭＴ部２２は、第２送信信号及び第２受信信号を増幅する。

第１Ｄ／Ｃ部２３は、ダウンコンバーターである。第１Ｄ／Ｃ部２３は、第１ＯＭＴ部２１から取得した第１受信信号をデジタル信号に変換する。第１Ｄ／Ｃ部２３は、デジタル信号に変換した第１受信信号をダウンコンバートする。この一例において、第１Ｄ／Ｃ部２３は、第１受信信号の周波数である１２ギガヘルツを指定の中間周波数まで周波数変調する。第１Ｄ／Ｃ部２３は、ダウンコンバートした第１受信信号を位相差算出部２５に出力する。また、第１Ｄ／Ｃ部２３は、ダウンコンバートした第１受信信号を第２移相部２７に出力する。
第２Ｄ／Ｃ部２４は、ダウンコンバーターである。第２Ｄ／Ｃ部２４は、第２ＯＭＴ部２２から取得した第２受信信号をデジタル信号に変換する。第２Ｄ／Ｃ部２４は、デジタル信号に変換した第２受信信号をダウンコンバートする。この一例において、第２Ｄ／Ｃ部２４は、第２受信信号の周波数である１２ギガヘルツを指定の中間周波数まで周波数変調する。第２Ｄ／Ｃ部２４は、ダウンコンバートした第２受信信号を位相差算出部２５に出力する。

位相差算出部２５は、第１Ｄ／Ｃ部２３から取得した第１受信信号の位相と、第２Ｄ／Ｃ部２４から取得した第２受信信号の位相との差を、第２位相差として算出する。位相差算出部２５は、算出した第２位相差に対して、分散アレーアンテナ３から送信される送信信号の波長と、分散アレーアンテナ３により受信される受信信号の波長との波長比を乗算することにより、第２位相差を調整する。この第２位相差の調整については、後述する。位相差算出部２５は、調整した第２位相差を示す第２位相差情報を第１移相部２６に出力する。

第１移相部２６は、第１移相器設定部２６１と、移相器２６２と、移相器２６３を備える。
第１移相器設定部２６１は、位相差算出部２５から取得した第２位相差情報が示す第２位相差の所定の割合分の値である第１移相値を移相器２６２に設定する（記憶させる）。また、第１移相器設定部２６１は、第２位相差から当該第１移相値を差し引いた残りの第２移相値を移相器２６３に設定する（記憶させる）。なお、所定の割合は、０％〜１００％のうちの任意の値であってよい。この一例では、所定の割合が５０％である場合について説明する。

移相器２６２は、分散アレーアンテナ装置２が備える図示しない送信信号源となる素子から第１送信信号を取得する。移相器２６２は、取得した第１送信信号の位相を、第１移相器設定部２６１により設定された第１移相値の分だけ変化させる。移相器２６２は、位相を変化させた第１送信信号を第１Ｕ／Ｃ部３０に出力する。
移相器２６３は、分散アレーアンテナ装置２が備える図示しない送信信号源となる素子から第２送信信号を取得する。移相器２６３は、取得した第２送信信号の位相を、第１移相器設定部２６１により設定された第２移相値の分だけ変化させる。移相器２６３は、位相を変化させた第２送信信号を、後述する移相器２７３に出力する。

第２移相部２７は、受信電力処理部２７１と、第２移相器設定部２７２と、移相器２７３を備える。
受信電力処理部２７１は、第１Ｄ／Ｃ部２３から第１受信信号を取得する。受信電力処理部２７１は、取得した第１受信信号の受信電力を検出（モニタ）する。受信電力処理部２７１は、検出した受信電力を示す情報を図示しない記憶部に記憶させる。また、受信電力処理部２７１は、算出した受信電力を示す情報を、第２移相器設定部２７２に出力する。

第２移相器設定部２７２は、受信電力処理部２７１から受信電力を示す情報を取得すると、図示しない記憶部に記憶された最新の受信電力の１つ前（すなわち、前回）に記憶された受信電力を示す情報を読み出す。第２移相器設定部２７２は、受信電力処理部２７１から取得した最新の受信電力を示す情報と、図示しない記憶部から読み出した前回の受信電力を示す情報とに基づいて、＋１又は−１を乗じた所定の位相値を移相器２７３に設定する。所定の位相値については、後述する。
移相器２７３は、移相器２６３から第２送信信号を取得する。移相器２７３は、取得した第２送信信号の位相を、第２移相器設定部２７２により設定された所定の位相値の分だけ変化させる。移相器２７３は、位相を変化させた第２送信信号を第２Ｕ／Ｃ部３１に出力する。

第１Ｕ／Ｃ部３０は、アップコンバーターである。第１Ｕ／Ｃ部３０は、移相器２６２から取得した第１送信信号をアップコンバートして１４ギガヘルツまで周波数変調する。第１Ｕ／Ｃ部３０は、周波数変調した第１送信信号をアナログ信号に変換する。第１Ｕ／Ｃ部３０は、アナログ信号に変換した第１送信信号を第１ＯＭＴ部２１に出力する。
第２Ｕ／Ｃ部３１は、アップコンバーターである。第２Ｕ／Ｃ部３１は、移相器２７３から取得した第２送信信号をアップコンバートして１４ギガヘルツまで周波数変調する。第２Ｕ／Ｃ部３１は、周波数変調した第２送信信号をアナログ信号に変換する。第２Ｕ／Ｃ部３１は、アナログ信号に変換した第２送信信号を第２ＯＭＴ部２２に出力する。

次に、分散アレーアンテナ装置２による第１位相差の位相補償を行う原理について説明する。まず、移動体の移動及び動揺がない場合について説明する。この場合、第１送信信号は、第１アンテナ４−１の送信端から通信衛星６の受信端までの経路長を伝搬する。以下では、当該経路長を第１経路長と称して説明する。また、第２送信信号は、第２アンテナ４−２の送信端から通信衛星６の受信端までの経路長を伝搬する。以下では、当該経路長を第２経路長と称して説明する。

通信衛星６の受信端における第１送信信号と第２送信信号の位相差である第１位相差には、第１経路長と第２経路長の差によって生じる位相差θ＿ｔが含まれる。また、第１位相差には、分散アレーアンテナ装置２内のハードウェアを伝搬した第１送信信号の第１アンテナ４−１の送信端での位相と、分散アレーアンテナ装置２内のハードウェアを伝搬した第２送信信号の第２アンテナ４−２の送信端での位相との差θ＿ｕが含まれる。すなわち、第１位相差θ＿１は、以下の式（１）のように表される。

θ＿１＝θ＿ｔ＋θ＿ｕ ・・・（１）

一方、第１アンテナ４−１の受信端における受信信号（第１受信信号）は、第２アンテナ４−２の受信端における受信信号（第２受信信号）と位相が位相差θ＿ｒだけ異なる。分散アレーアンテナシステム１が搭載された移動体の移動及び動揺がない場合であり、且つ送信信号の周波数ｆ＿ｔと受信信号の周波数ｆ＿ｒとが同じ場合、以下の式（２）が成り立つ。

θ＿ｔ＝θ＿ｒ ・・・（２）

以下では、位相差θ＿ｔは、分散アレーアンテナシステム１が搭載された移動体の移動及び動揺がない場合における位相差であって、通信衛星６の受信端における第１送信信号と第２送信信号との位相差を表す。また、位相差θ＿ｒは、分散アレーアンテナシステム１が搭載された移動体の移動及び動揺がない場合における位相差であって、第１アンテナ４−１の受信端における第１受信信号と第２アンテナ４−２の受信端における第２受信信号との位相差を表す。また、分散アレーアンテナシステム１が搭載された移動体の移動及び動揺がない場合であり、且つ送信信号の周波数ｆ＿ｔと受信信号の周波数ｆ＿ｒとが異なる場合、以下の式（３）及び式（４）に基づいて式（５）が成り立つ。

ｃ＝λ＿ｔｆ＿ｔ＝λ＿ｒｆ＿ｒ ・・・（３）
Ｋ≡−ｆ＿ｔ／ｆ＿ｒ＝−λ＿ｒ／λ＿ｔ ・・・（４）
θ＿ｔ＝Ｋθ＿ｒ ・・・（５）
である。ここで、係数Ｋは、周波数比（又は波長比）であり、波長λ＿ｔは、送信信号の波長であり、波長λ＿ｒは、受信信号の波長であり、光速度ｃは、送信信号及び受信信号の伝搬速度である。

前述したようにこの一例では、ｆ＿ｔ≠ｆ＿ｒであるため、位相差θ＿ｔと位相差θ＿ｒの関係は、上記の式（４）によって表される。ここで、実際には移動体は、移動及び動揺を起こすため、上記の式（５）は、以下に示した式（６）のように修正される。

θ’＿ｔ＝Ｋ（θ’＿ｒ） ・・・（６）

なお、θ’＿ｔ＝θ＿ｔ＋Δθ＿ｔであり、θ’＿ｒ＝θ＿ｒ＋Δθ＿ｒである。すなわち、Δθ＿ｔは、分散アレーアンテナ３から第１送信信号及び第２送信信号が送信されてから通信衛星６において受信されるまでの時間に移動体の移動又は動揺によって第１経路長と第２経路長が変化したことによる前述の位相差θ＿ｔからの増減を表す。また、Δθ＿ｒは、通信衛星６から受信信号が送信されてから分散アレーアンテナ３において受信されるまでの時間に、移動体の移動又は動揺によって第１経路長と第２経路長が変化したことによる前述の位相差θ＿ｒからの増減を表す。これらの増減は、周波数の違いによる値の変化を除いて近似的に等しい、すなわちΔθ＿ｔ＝ＫΔθ＿ｒである。以下では、説明の便宜上、分散アレーアンテナ３から第１送信信号及び第２送信信号が送信されてから、分散アレーアンテナ３において折り返し信号である受信信号が受信されるまでの時間を受信遅延時間と称して説明する。

また、第１受信信号と第２受信信号は、それぞれが分散アレーアンテナ装置２内のハードウェアを伝搬することにより、それぞれが分散アレーアンテナ装置２に入力されてから図２に示した位相差算出部２５に入力されるまでの間に位相が位相差θ＿ｄだけ変化する。すなわち、位相差算出部２５の入力端における第１受信信号と第２受信信号の位相差θ＿２は、以下の式（７）のように表される。

θ＿２＝θ’＿ｒ＋θ＿ｄ＝θ＿ｒ＋Δθ＿ｒ＋θ＿ｄ ・・・（７）

以下では、上記の式（７）によって表される位相差θ＿２を、第２位相差θ＿２と称して説明する。第２位相差θ＿２は、第１受信信号の受信時刻と、第２受信信号の受信時刻との差に基づいて算出することができる。これらの受信時刻の差に基づいた第２位相差θ＿２の算出方法については、従来から知られた方法で算出することが可能であるため説明を省略する。

上記の式（７）に示した第２位相差θ＿２と、上記の式（４）に示した係数Ｋとが算出された場合、以下の式（８）に示したように調整された調整後第２位相差θ＿ｃ２を用いて、第１位相差θ＿１の一部を補償することができる。

θ＿ｃ２＝Ｋ（θ＿ｒ＋Δθ＿ｒ＋θ＿ｄ） ・・・（８）

例えば、通信衛星６の受信端における第１位相差θ＿１の一部は、分散アレーアンテナ３から送信される前の第１送信信号と第２送信信号との両方の位相を、当該第１送信信号と当該第２送信信号の位相差が上記の式（８）に示した調整後第２位相差θ＿ｃ２となるように移相することにより補償することができる。これを式で表したものが、以下に示した式（９）である。なお、分散アレーアンテナ３から送信される前の第１送信信号と第２送信信号とのいずれか一方の位相を、当該第１送信信号と当該第２送信信号の位相差が上記の式（８）に示した調整後第２位相差θ＿ｃ２となるように移相してもよい。

θ’＿ｔ＋θ＿ｕ＋Ｋ（θ’＿ｒ＋θ＿ｄ）
＝θ＿ｔ＋Δθ＿ｔ＋θ＿ｕ＋Ｋθ＿ｒ＋ＫΔθ＿ｒ＋Ｋθ＿ｄ
＝θ＿ｕ＋Ｋθ＿ｄ ・・・（９）

上記の式（９）の残留位相差θ＿ｕ＋Ｋθ＿ｄは、分散アレーアンテナ３から送信される前の第２送信信号の位相を、第１受信信号の受信電力が最大となるように所定の位相値分だけ移相することを繰り返すことにより補償することができる。この位相補償の方法では、最新の第１受信信号の受信電力Ｐ＿１と、最新の１つ前（すなわち、前回）の第１受信信号の受信電力Ｐ＿２とを比較し、Ｐ＿１＞Ｐ＿２ならば当該第２送信信号の位相を所定の位相値分だけ増加させ、Ｐ＿１＜Ｐ＿２ならば当該第２送信信号の位相を所定の位相値分だけ減少させる。これを分散アレーアンテナ装置２が送信信号を通信衛星６へ送信する度に繰り返すことにより、上記の式（９）に示した第１位相差θ＿１をゼロに近づけることができる。

以上のように、この一例では、位相補償を２つの方法を組み合わせることによって行う。ここで、このような２つの方法の組み合わせが必要な理由について説明する。例えば、上記の式（７）に示した位相差θ＿２に含まれる位相差θ＿ｒ＋Δθ＿ｒは、移動体の動揺のうちのロールが８秒間に±３０°、第１アンテナ４−１と第２アンテナ４−２の間の距離が１メートル、送信信号の周波数がＫｕ帯の１４ギガヘルツ、送信信号の波長が０．０２１メートル、第１アンテナ４−１及び第２アンテナ４−２の送信端から通信衛星６の受信端までの往復に掛かる時間が２５０ミリ秒であるとすると、約１７４８°となってしまう。位相差が３６０°を超えた場合、通信衛星６を経由した信号を用いて位相補償を行うことは困難であることが知られている。

そのため、上記の式（９）に示したように位相差θ＿２を用いて位相差θ＿１から位相差の一部を差し引くことにより、通信衛星６の受信端における第１送信信号と第２送信信号との位相差を残留位相差θ＿ｕ＋Ｋθ＿ｄにまで減少させる。この残留位相差θ＿ｕ＋Ｋθ＿ｄは、３６０°未満の値となるため、位相補償を行うことが可能である。

そこで、分散アレーアンテナ装置２は、前述したように分散アレーアンテナ３から送信される前の第２送信信号の位相を、第１受信信号の受信電力が最大となるように所定の位相値分だけ移相することを繰り返すことにより、残留位相差θ＿ｕ＋Ｋθ＿ｄを減少させる。

これらを換言すると、分散アレーアンテナ装置２は、上記の式（１）に示した第１位相差θ＿１を、開ループ制御によって上記の式（９）に示した残留位相差θ＿ｕ＋Ｋθ＿ｄになるように補償し、残った残留位相差θ＿ｕ＋Ｋθ＿ｄを、第１受信信号の受信電力に基づく閉ループ制御によって補償する。分散アレーアンテナ装置２は、このような位相補償を、例えば、図３〜図６に示したフローチャートの処理によって実行する。

次に、図３を参照し、分散アレーアンテナ装置２が第１位相差θ＿１の一部を補償するために第１送信信号の位相を移相し、移相した第１送信信号を第１アンテナ４−１から通信衛星６へ送信するまでの第１送信信号処理について説明する。図３は、分散アレーアンテナ装置２が行う第１送信信号処理の流れの一例を示す図である。なお、分散アレーアンテナ装置２は、ステップＳ１００からステップＳ１３０までの処理を、第１送信信号が送信される度に繰り返す。

移相器２６２は、分散アレーアンテナ装置２が備える図示しない送信信号源となる素子から第１送信信号を取得する（ステップＳ１００）。次に、移相器２６２は、取得した第１送信信号の位相を、第１移相器設定部２６１により設定された第１移相値の分だけ移相する（ステップＳ１１０）。そして、移相器２６２は、移相した第１送信信号を第１Ｕ／Ｃ部３０に出力する。

次に、第１Ｕ／Ｃ部３０は、移相器２６２から取得した第１送信信号をアップコンバートして、指定の送信周波数である１４ギガヘルツまで周波数変調する（ステップＳ１２０）。そして、第１Ｕ／Ｃ部３０は、周波数変調した第１送信信号をアナログ信号に変換する。第１Ｕ／Ｃ部３０は、アナログ信号に変換した第１送信信号を第１ＯＭＴ部２１に出力する。次に、第１ＯＭＴ部２１は、第１Ｕ／Ｃ部３０から第１送信信号を取得する。第１ＯＭＴ部２１は、取得した第１送信信号を垂直偏波成分と水平偏波成分に分離する。第１ＯＭＴ部２１は、分離した水平偏波成分を第１送信信号として第１アンテナ４−１に出力して通信衛星６に送信させる（ステップＳ１３０）。

次に、図４を参照し、分散アレーアンテナ装置２が第１位相差θ＿１の一部を補償するために第２送信信号の位相を移相し、移相した第２送信信号を第２アンテナ４−２から通信衛星６へ送信するまでの第２送信信号処理について説明する。図４は、分散アレーアンテナ装置２が行う第２送信信号処理の流れの一例を示す図である。なお、分散アレーアンテナ装置２は、ステップＳ２００からステップＳ２４０までの処理を、第２送信信号が送信される度に繰り返す。

移相器２６３は、分散アレーアンテナ装置２が備える図示しない送信信号源となる素子から第２送信信号を取得する（ステップＳ２００）。次に、移相器２６３は、取得した第２送信信号の位相を、第１移相器設定部２６１により設定された第２移相値の分だけ移相する（ステップＳ２１０）。そして、移相器２６３は、位相を変化させた第２送信信号を移相器２７３に出力する。

次に、移相器２７３は、移相器２６３から取得した第２送信信号の位相を、第２移相器設定部２７２により設定された所定の位相値の分だけ移相する（ステップＳ２２０）。そして、移相器２７３は、移相した第２送信信号を第２Ｕ／Ｃ部３１に出力する。次に、第２Ｕ／Ｃ部３１は、移相器２７３から取得した第２送信信号をアップコンバートして、指定の送信周波数である１４ギガヘルツまで周波数変調する（ステップＳ２３０）。そして、第２Ｕ／Ｃ部３１は、周波数変調した第２送信信号をアナログ信号に変換する。第２Ｕ／Ｃ部３１は、アナログ信号に変換した第２送信信号を第２ＯＭＴ部２２に出力する。次に、第２ＯＭＴ部２２は、第２Ｕ／Ｃ部３１から取得した第２送信信号を垂直偏波成分と水平偏波成分に分離する。第２ＯＭＴ部２２は、分離した水平偏波成分を第２送信信号として第２アンテナ４−２に出力して通信衛星６に送信させる（ステップＳ２４０）。

以上のような第１送信信号処理と第２送信信号処理を繰り返すことによって、分散アレーアンテナ装置２は、通信衛星６の受信端における第１位相差θ＿１を補償する。
次に、図５を参照し、分散アレーアンテナ装置２が第２位相差θ＿２を算出し、移相器２６２に第１移相値を設定し、移相器２６３に第２移相値を設定するまでの移相値設定処理について説明する。図５は、分散アレーアンテナ装置２が行う移相値設定処理の流れの一例を示す図である。

なお、図５では、第１アンテナ４−１により受信された第１受信信号が第１ＯＭＴ部２１、第１Ｄ／Ｃ部２３を順に介して位相差算出部２５に入力され、更に第２アンテナ４−２により受信された第２受信信号が第２ＯＭＴ部２２、第２Ｄ／Ｃ部２４を順に介して位相差算出部２５に入力された後の処理について説明する。また、ステップＳ３００からステップＳ３３０までの処理は、分散アレーアンテナ装置２による通信において１回だけ行う構成であってもよく、分散アレーアンテナ装置２による通信において所定の時間が経過する毎に行う構成であってもよく、分散アレーアンテナ３により受信信号が受信される度に行う構成であってもよい。図５に示したフローチャートの処理は、前述の開ループ制御に相当する。

位相差算出部２５は、第１Ｄ／Ｃ部２３から取得した第１受信信号の受信時刻と、第２Ｄ／Ｃ部２４から取得した第２受信信号の受信時刻とに基づいて、第２位相差θ＿２を算出する（ステップＳ３００）。位相差算出部２５は、例えば、第１アンテナ４−１及び第２アンテナ４−２が図示しない受信時刻検出部を備えており、当該受信時刻検出部から第１受信信号の受信時刻及び第２受信信号の受信時刻を示す情報を取得する。位相差算出部２５は、取得したこれらの受信時刻に基づいて、第２位相差θ＿２を算出する。そして、位相差算出部２５は、算出した第２位相差θ＿２を示す情報を第１移相器設定部２６１に出力する。

次に、第１移相器設定部２６１は、位相差算出部２５から取得した第２位相差θ＿２を示す情報が示す第２位相差θ＿２の５０％の値を第１移相値として移相器２６２に設定する。また、第１移相器設定部２６１は、第２位相差から当該第１移相値を差し引いた残りの第２移相値を移相器２６３に設定する（ステップＳ３２０）。

次に、図６を参照し、分散アレーアンテナ装置２が第１受信信号の受信電力を算出し、移相器２７３に所定の位相値を設定するまでの位相値設定処理について説明する。図６は、分散アレーアンテナ装置２が行う位相値設定処理の流れの一例を示す図である。なお、図６では、第１アンテナ４−１により受信された第１受信信号が第１ＯＭＴ部２１、第１Ｄ／Ｃ部２３を順に介して受信電力処理部２７１に入力された後の処理について説明する。また、分散アレーアンテナ装置２は、ステップＳ４００からステップＳ４３０までの処理を、第１受信信号が受信される度に繰り返し行う。図６に示したフローチャートの処理は、前述の閉ループ制御に相当する。

受信電力処理部２７１は、第１Ｄ／Ｃ部２３から受信した第１受信信号の受信電力を検出する（ステップＳｌ４００）。受信電力処理部２７１は、検出した受信電力を示す情報を、例えば、現在の時刻を示す情報のように第１受信信号の受信した順序を表すことが可能な情報とともに図示しない記憶部に記憶させる（ステップＳ４１０）。そして、受信電力処理部２７１は、検出した受信電力を示す情報を第２移相器設定部２７２に出力する。

次に、第２移相器設定部２７２は、受信電力処理部２７１から受信電力を示す情報を取得すると、図示しない記憶部に記憶された最新の受信電力の１つ前（すなわち、前回）に記憶された受信電力を示す情報を読み出す。第２移相器設定部２７２は、受信電力処理部２７１から取得した最新の受信電力が、図示しない記憶部から読み出した前回の受信電力より大きいか否かの判定を行う。そして、第２移相器設定部２７２は、当該判定の結果に応じて、移相器２７３に設定する所定の位相値の符号をプラスまたはマイナスのいずれかに決定する（ステップＳ４２０）。

ここで、ステップＳ４２０の処理について説明する。第１受信信号の受信電力は、第２位相差による干渉が大きければ大きいほど小さくなる。また、第１受信信号の受信電力は、第２位相差による干渉が小さければ小さいほど大きくなる。そして、第１受信信号の受信電力は、第２位相差がゼロの場合、最大になる。すなわち、最新の受信電力が前回の受信電力よりも大きい場合、移相器２７３による第２送信信号の位相を進めることによって第２位相差による干渉が小さくなったと考えられるため、第２送信信号の位相を更に進めるために所定の位相値の符号をプラスに決定する。一方、最新の受信電力が前回の受信電力よりも小さい場合、移相器２７３による第２送信信号の位相を進めることによって第２位相差による干渉が大きくなったと考えられるため、第２送信信号の位相を遅らせるために所定の位相値の符号をマイナスに決定する。

次に、第２移相器設定部２７２は、予め記憶された所定の位相値の絶対値を読み出す。そして、第２移相器設定部２７２は、ステップＳ４２０において決定した符号の所定の位相値を移相器２７３に設定する（ステップＳ４３０）。ここで、ステップＳ４３０の処理について説明する。第２移相器設定部２７２は、ステップＳ４２０において符号がプラスと決定された場合、＋１を読み出した所定の位相値の絶対値に乗じる。そして、第２移相器設定部２７２は、＋１が乗じられることにより正の値となった所定の位相値を移相器２７３に設定する。一方、第２移相器設定部２７２は、ステップＳ４２０において符号がマイナスと決定された場合、−１を読み出した所定の位相値の絶対値に乗じる。そして、第２移相器設定部２７２は、−１が乗じられることにより正の値となった所定の位相値を移相器２７３に設定する。

以上説明したように、第１実施形態における分散アレーアンテナシステム１は、分散アレーアンテナ３に含まれる第１アンテナ４−１から送信される前の第１送信信号の位相と、分散アレーアンテナ３に含まれる第２アンテナ４−２から送信される前の第２送信信号の位相とのうちいずれか一方又は両方を、第１アンテナ４−１によって受信された第１受信信号と、第２アンテナ４−２によって受信された第２受信信号との位相差に基づいて移相し、第１受信信号又は前記第２受信信号の受信電力に基づいて、第１送信信号又は第２送信信号の位相を移相する。

これにより、分散アレーアンテナシステム１は、分散アレーアンテナ３から送信する複数の送信信号間の通信衛星６の受信端における位相差を取り除く位相補償を精度よく行うことができる。その結果、分散アレーアンテナシステム１、又は分散アレーアンテナ装置２は、分散アレーアンテナ３から送信する複数の送信信号を同相状態にすることができ、当該送信信号間の干渉による伝搬損失を抑制することができる。

なお、分散アレーアンテナシステム１では、分散アレーアンテナ装置２が分散アレーアンテナ３から通信衛星６を介して他の通信装置７の送信信号を送信する構成に代えて、分散アレーアンテナ装置２が通信衛星６を介さずに他の通信装置７へ送信信号を送信する構成であってもよい。この場合、他の通信装置７は、分散アレーアンテナ装置２から送信信号を受信したことを示す信号を分散アレーアンテナ装置２に送信する構成であってもよく、所定の周期でパイロット信号やビーコン等の信号を分散アレーアンテナ装置２に送信する構成であってもよい。これらの構成により、分散アレーアンテナ装置２は、上記で説明したように送信信号間の干渉による伝搬損失を抑制することができる。

＜第１実施形態の変形例＞
以下、本発明の第１実施形態の変形例に係る分散アレーアンテナ装置２ａについて、図面を参照して説明する。図７は、第１実施形態の変形例に係る分散アレーアンテナ装置２ａの構成の一例を示す図である。なお、第１実施形態の変形例では、第１実施形態と同様な校正部には同じ符号を付して説明を省略する。

分散アレーアンテナ装置２ａは、第１実施形態とは異なる方法によって、分散アレーアンテナ３から送信される前の第１送信信号と第２送信信号との両方の位相を移相する。この一例において、分散アレーアンテナ装置２ａは、上記の式（８）に示した第２位相差θ＿ｃ２から、第１送信信号の受信時刻と、第２送信信号の受信時刻との時間差である受信遅延時間に応じた位相である遅延時間移相を減ずる。そして、分散アレーアンテナ装置２ａは、分散アレーアンテナ３から送信される前の第１送信信号と第２送信信号との両方の位相を、当該第１送信信号と当該第２送信信号の位相差が以下の式（１０）に示した第２位相差θ＿ｓ２となるように移相することにより第１位相差θ＿１の一部を補償することができる。

θ＿ｓ２＝Ｋ（θ＿ｒ＋Δθ＿ｒ＋θ＿ｄ）−２πｆ＿ｒＮＴ＿ｓ ・・・（１０）

ここで、πは、円周率である。また、ＮＴ＿ｓは、受信遅延時間であり、Ｔ＿ｓは、第１受信信号及び第２受信信号の受信時刻のサンプリング周期である。Ｎは、サンプリング周期に乗じると受信遅延時間となる整数である。上記の式（１０）の右辺第３項は、受信遅延時間に応じた位相差を表している。

分散アレーアンテナ装置２ａは、上記の式（１０）が示す第２位相差θ＿ｓ２の所定の割合分の値を第１移相値として移相器２６２に設定する。また、分散アレーアンテナ装置２ａは、当該第２位相差から当該第１移相値を差し引いた残りを第２移相値として移相器２６３に設定する。

しかし、このままでは、第１送信信号が移相された量と、第２送信信号の移相された量との合計が、上記の式（８）に示した第２位相差θ＿ｃ２と一致しないため、第１実施形態と同様の結果を得ることができない。そこで、分散アレーアンテナ装置２ａは、第１送信信号と第２送信信号を遅延させる。この際、分散アレーアンテナ装置２ａは、第１送信信号を遅延させる時間と、第２送信信号を遅延させる時間との合計が前述の受信遅延時間となるように、第１送信信号及び第２送信信号を遅延させる。これにより、通信衛星６の受信端における第１送信信号と第２送信信号の位相差は、第１実施形態に係る分散アレーアンテナシステム１の場合と同様になる。その結果、分散アレーアンテナ装置２ａは、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。

以下、分散アレーアンテナ装置２ａの各構成について説明する。
分散アレーアンテナ装置２ａは、第１ＯＭＴ部２１と、第２ＯＭＴ部２２と、第１Ｄ／Ｃ部２３と、第２Ｄ／Ｃ部２４と、第１移相部２６ａと、第２移相部２７と、第１Ｕ／Ｃ部３０と、第２Ｕ／Ｃ部３１と、算出部３２を備える。
第１移相部２６ａは、第１移相器設定部２６１と、移相器２６２と、移相器２６３と、遅延処理部２６４を備える。

遅延処理部２６４は、後述する算出部３２から第１遅延時間を示す情報と、第２遅延時間を示す情報とを取得する。また、遅延処理部２６４は、分散アレーアンテナ装置２が備える図示しない送信信号源となる素子から第１送信信号を取得する。遅延処理部２６４は、取得した第１遅延時間を示す情報に基づいて、取得した第１送信信号を第１遅延時間の分だけ遅延させる。また、遅延処理部２６４は、分散アレーアンテナ装置２が備える図示しない送信信号源となる素子から第２送信信号を取得する。遅延処理部２６４は、取得した第２遅延時間を示す情報に基づいて、取得した第２送信信号を第２遅延時間の分だけ遅延させる。

算出部３２は、位相差算出部２５ａと、時間差算出部３２１を備える。算出部３２は、第１Ｄ／Ｃ部２３から第１受信信号を取得し、第２Ｄ／Ｃ部２４から第２受信信号を取得する。
位相差算出部２５ａは、第１Ｄ／Ｃ部２３から取得した第１受信信号の位相と、第２Ｄ／Ｃ部２４から取得した第２受信信号の位相との差を、第２位相差として算出する。位相差算出部２５ａは、算出した第２位相差に対して、分散アレーアンテナ３から送信される送信信号の波長と、分散アレーアンテナ３により受信される受信信号の波長との波長比を乗算することにより、第２位相差を調整する。位相差算出部２５は、調整した第２位相差から、後述する時間差算出部３２１が算出した受信遅延時間に応じた位相差を減ずる。位相差算出部２５ａは、当該位相差を減じた第２位相差を示す第２位相差情報を第１移相器設定部２６１に出力する。

時間差算出部３２１は、第１Ｄ／Ｃ部２３から取得した第１受信信号の受信時刻と、第２Ｄ／Ｃ部２４から取得した第２受信信号の受信時刻とに基づいて、これらの受信時刻の差である受信遅延時間を算出する。時間差算出部３２１は、算出した受信遅延時間のうちの所定の割合分を第１遅延時間とし、受信遅延時間から当該第１遅延時間を差し引いた時間を第２遅延時間として算出する。時間差算出部３２１は、算出した第１遅延時間を示す情報と、第２遅延時間を示す情報とを遅延処理部２６４に出力する。

次に、図８を参照し、分散アレーアンテナ装置２ａが第１位相差θ＿１の一部を補償するために第１送信信号を遅延させ、移相した第１送信信号を第１アンテナ４−１から通信衛星６へ送信するまでの第１送信信号処理について説明する。図８は、分散アレーアンテナ装置２ａが行う第１送信信号処理の流れの一例を示す図である。なお、図８に示したステップＳ１１０からステップＳ１３０までの処理については、図３に示したステップＳ１１０からステップＳ１３０までの処理と同様な処理であるため説明を省略する。また、図８では、遅延処理部２６４が時間差算出部３２１から第１遅延時間を示す情報をすでに取得した後の処理について説明する。また、分散アレーアンテナ装置２ａは、ステップＳ１０３からステップＳ１３０までの処理を、第１送信信号が送信される度に繰り返す。

遅延処理部２６４は、分散アレーアンテナ装置２が備える図示しない送信信号源となる素子から第１送信信号を取得する（ステップＳ１０３）。次に、遅延処理部２６４は、第１送信信号を遅延させる（ステップＳ１０５）。ここで、ステップＳ１０５の処理について説明する。遅延処理部２６４は、時間差算出部３２１から取得した第１遅延時間を示す情報に基づいて、取得した第１送信信号を第１遅延時間の分だけ遅延させる。そして、遅延処理部２６４は、遅延させた第１送信信号を移相器２６２に出力する。

次に、図９を参照し、分散アレーアンテナ装置２ａが第１位相差θ＿１の一部を補償するために第２送信信号を遅延させ、移相した第２送信信号を第２アンテナ４−２から通信衛星６へ送信するまでの第２送信信号処理について説明する。図９は、分散アレーアンテナ装置２ａが行う第２送信信号処理の流れの一例を示す図である。なお、図９に示したステップＳ２１０からステップＳ２４０までの処理については、図４に示したステップＳ１１０からステップＳ１４０までの処理と同様な処理であるため説明を省略する。また、図９では、遅延処理部２６４が時間差算出部３２１から第２遅延時間を示す情報をすでに取得した後の処理について説明する。また、分散アレーアンテナ装置２ａは、ステップＳ２０３からステップＳ１４０までの処理を、第２送信信号が送信される度に繰り返す。

遅延処理部２６４は、分散アレーアンテナ装置２が備える図示しない送信信号源となる素子から第２送信信号を取得する（ステップＳ２０３）。次に、遅延処理部２６４は、第２送信信号を遅延させる（ステップＳ２０５）。ここで、ステップＳ２０５の処理について説明する。遅延処理部２６４は、時間差算出部３２１から取得した第２遅延時間を示す情報に基づいて、取得した第２送信信号を第２遅延時間の分だけ遅延させる。そして、遅延処理部２６４は、遅延させた第２送信信号を移相器２６２に出力する。

以上のような第１送信信号処理と第２送信信号処理を繰り返すことによって、分散アレーアンテナ装置２ａは、通信衛星６の受信端における第１位相差θ＿１を補償する。
次に、図１０を参照し、分散アレーアンテナ装置２ａが第２位相差θ＿２を算出し、移相器２６２に第１移相値を設定し、移相器２６３に第２移相値を設定するまでの移相値設定処理について説明する。図１０は、分散アレーアンテナ装置２ａが行う移相値設定処理の流れの一例を示す図である。

なお、図１０では、第１アンテナ４−１により受信された第１受信信号が第１ＯＭＴ部２１、第１Ｄ／Ｃ部２３を順に介して算出部３２に入力され、更に第２アンテナ４−２により受信された第２受信信号が第２ＯＭＴ部２２、第２Ｄ／Ｃ部２４を順に介して算出部３２に入力された後の処理について説明する。また、図１０に示したステップＳ３２０の処理については、図５に示したステップＳ３２０の処理と同様な処理であるため説明を省略する。また、ステップＳ３００からステップＳ５６０までの処理は、分散アレーアンテナ装置２ａによる通信において１回だけ行う構成であってもよく、分散アレーアンテナ装置２ａによる通信において所定の時間が経過する毎に行う構成であってもよく、分散アレーアンテナ３により受信信号が受信される度に行う構成であってもよい。図１０に示したフローチャートの処理は、前述の開ループ制御に相当する。

位相差算出部２５ａは、第１Ｄ／Ｃ部２３から取得した第１受信信号の位相と、第２Ｄ／Ｃ部２４から取得した第２受信信号の位相との差を、第２位相差として算出する（ステップＳ５００）。そして、位相差算出部２５ａは、算出した第２位相差に対して、分散アレーアンテナ３から送信される送信信号の波長と、分散アレーアンテナ３により受信される受信信号の波長との波長比を乗算することにより、第２位相差を調整する。

次に、時間差算出部３２１は、第１Ｄ／Ｃ部２３から取得した第１受信信号の受信時刻と、第２Ｄ／Ｃ部２４から取得した第２受信信号の受信時刻とに基づいて、これらの受信時刻の差である受信遅延時間を算出する（ステップＳ５１０）。そして、時間差算出部３２１は、算出した受信遅延時間のうちの所定の割合分を第１遅延時間とし、受信遅延時間から当該第１遅延時間を差し引いた時間を第２遅延時間として算出する。時間差算出部３２１は、算出した第１遅延時間を示す情報と、第２遅延時間を示す情報とを遅延処理部２６４に出力する。なお、時間差算出部３２１は、例えば、第１アンテナ４−１及び第２アンテナ４−２が図示しない受信時刻検出部を備えており、当該受信時刻検出部から第１受信信号の受信時刻及び第２受信信号の受信時刻を示す情報を取得する。

次に、位相差算出部２５ａは、上記の式（１０）の右辺第３項に基づいて、時間差算出部３２１が算出した受信遅延時間に応じた位相を遅延時間位相として算出する（ステップＳ５３０）。次に、位相差算出部２５ａは、ステップＳ５３０において算出した遅延時間移相を、ステップＳ５００において算出した第２位相差θ＿ｃ２から減じた第２位相差θ＿ｓ２を算出する（ステップＳ５４０）。そして、位相差算出部２５ａは、算出した第２位相差θ＿ｓ２を示す情報を第１移相器設定部２６１に出力する。

次に、第１移相器設定部２６１は、位相差算出部２５から取得した第２位相差θ＿ｓ２の所定の割合分の値である第１移相値を移相器２６２に設定する。また、第１移相器設定部２６１は、第２位相差θ＿ｓ２から当該第１移相値を差し引いた残りの第２移相値を移相器２６３に設定する（ステップＳ５５０）。次に、遅延処理部２６４は、ステップＳ５１０において時間差算出部３２１から取得した第１遅延時間を示す情報に基づいて、第１送信信号を遅延させる時間を第１遅延時間に設定する。また、遅延処理部２６４は、ステップＳ５１０において時間差算出部３２１から取得した第２遅延時間を示す情報に基づいて、第２送信信号を遅延させる時間を第２遅延時間に設定する（ステップＳ５６０）。

以上説明したように、第１実施形態の変形例における分散アレーアンテナ装置２ａは、時間差算出部３２１が算出した受信遅延時間と、位相差算出部２５ａが算出した第２位相差θ＿ｓ２とに基づいて、第１送信信号の位相と、第２送信信号の位相とのうちいずれか一方又は両方を移相する。これにより、分散アレーアンテナ装置２ａは、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。

＜第２実施形態＞
以下、本発明の第２実施形態に係る分散アレーアンテナ装置２ｂについて、図面を参照して説明する。図１１は、第２実施形態に係る分散アレーアンテナ装置２ｂの構成の一例を示す図である。なお、第２実施形態では、第１実施形態と同様な校正部には同じ符号を付して説明を省略する。

分散アレーアンテナ装置２ｂは、第１実施形態及び第１実施形態の変形例と異なり、第２位相差θ＿ｃ２を、第１アンテナ４−１の姿勢と、第２アンテナ４−２の姿勢とに基づいて算出する。

以下、分散アレーアンテナ装置２ｂの各構成について説明する。
分散アレーアンテナ装置２ｂは、第１ＯＭＴ部２１と、第２ＯＭＴ部２２と、第１Ｄ／Ｃ部２３と、第２Ｄ／Ｃ部２４と、位相差算出部２５ｂと、第１移相部２６と、第２移相部２７と、第１Ｕ／Ｃ部３０と、第２Ｕ／Ｃ部３１と、姿勢検出部３３を備える。

位相差算出部２５ｂは、後述する姿勢検出部３３から取得した第１アンテナ４−１の姿勢を示す情報と、第２アンテナ４−２の姿勢を示す情報とに基づいて、上記の式（８）が示す第２位相差θ＿ｃ２を算出する。位相差算出部２５ｂは、算出した第２位相差θ＿ｃ２を示す情報を第１移相器設定部２６１に出力する。

姿勢検出部３３は、第１アンテナ４−１の姿勢と、第２アンテナ４−２の姿勢とのうちの少なくとも一方の姿勢が変化した場合、第１アンテナ４−１の姿勢及び第２アンテナ４−２の姿勢をそれぞれ検出するセンサーである。姿勢検出部３３は、追尾アンテナである第１アンテナ４−１及び第２アンテナ４−２のそれぞれが算出する指向方向情報を用いて、第１アンテナ４−１の姿勢と、第２アンテナ４−２の姿勢とを検出する。姿勢検出部３３は、検出した第１アンテナ４−１の姿勢を示す情報を位相差算出部２５ｂに出力する。また、姿勢検出部３３は、検出した第２アンテナ４−２の姿勢を示す情報を位相差算出部２５ｂに出力する。

次に、図１２を参照し、分散アレーアンテナ装置２ｂが第１アンテナ４−１の姿勢及び第２アンテナ４−２の姿勢を検出してから、移相器２６２に第１移相値を設定し、移相器２６３に第２移相値を設定するまでの移相値設定処理について説明する。図１２は、分散アレーアンテナ装置２ｂが行う移相値設定処理の流れの一例を示す図である。

なお、図１２では、また、図１２に示したステップＳ３２０の処理については、図５に示したステップＳ３２０の処理と同様な処理であるため説明を省略する。また、ステップＳ６００からステップＳ３２０までの処理は、第１アンテナ４−１と第２アンテナ４−２の少なくとも一方の姿勢が変化する度に行う。図１２に示したフローチャートの処理は、前述の開ループ制御に相当する。

姿勢検出部３３は、第１アンテナ４−１の姿勢と第２アンテナ４−２の姿勢のうちいずれか一方又は両方の姿勢が変化するまで待機する（ステップＳ６００）。第１アンテナ４−１の姿勢と第２アンテナ４−２の姿勢のうちいずれか一方又は両方の姿勢が変化した場合（ステップＳ６００−Ｙｅｓ）、姿勢検出部３３は、第１アンテナ４−１の姿勢及び第２アンテナ４−２の姿勢を検出する（ステップＳ６１０）。そして、姿勢検出部３３は、検出した第１アンテナ４−１の姿勢を示す情報と、第２アンテナ４−２の姿勢を示す情報とを位相差算出部２５ｂに出力する。

位相差算出部２５ｂは、姿勢検出部３３から取得した第１アンテナ４−１の姿勢を示す情報と、第２アンテナ４−２の姿勢を示す情報とに基づいて、第１実施形態において説明した第１経路長と第２経路長との差である経路長差を算出する（ステップＳ６２０）。ここで、ステップＳ６２０の処理について説明する。

例えば、移動体の動揺の発生により、第１アンテナ４−１と第２アンテナ４−２の両方の姿勢が同様の角度だけ変化した場合について説明する。第１アンテナ４−１と第２アンテナ４−２の間の距離をｄメートルとし、姿勢が変化する前の第１アンテナ４−１の姿勢をφ、当該姿勢から姿勢が変化した後の第１アンテナ４−１の姿勢の変化分をΔφとすると、第１アンテナ４−１の姿勢が変化する前の第１経路長Ｄ＿１と、第１アンテナ４−１の姿勢が変化した後の第１経路長Ｄ’＿１は、以下に示す式（１１）及び式（１２）により算出することができる。

Ｄ＿１＝ｄｓｉｎ（φ） ・・・（１１）
Ｄ’＿１＝ｄｓｉｎ（φ＋Δφ） ・・・（１２）

ここで、ｓｉｎφは、位相がφの正弦関数であり、ｓｉｎ（φ＋Δφ）は、位相がφ＋Δφの正弦関数である。従って、第１経路長の変化分は、以下に示す式（１３）に示したように、第１経路長Ｄと第１経路長Ｄ’との差である第１経路長差ΔＤ＿１として算出することができる。

ΔＤ＿１＝Ｄ＿１−Ｄ’＿１
＝ｄ｛ｓｉｎ（φ）ｃｏｓ（Δφ）＋ｓｉｎ（Δφ）ｃｏｓ（φ）｝−ｄｓｉｎ（φ） ・・・（１３）

ここで、Δφ＜＜１の場合、経路長差ΔＤ＿１は、以下に示す式（１４）のように近似することができる。

ΔＤ＿１≒Δφ ・・・（１４）

なお、上記の式（１２）〜式（１４）に基づいて、第２アンテナ４−２の姿勢が変化する前の第２経路長Ｄ＿２と、第２アンテナ４−２の姿勢が変化した後の第２経路長Ｄ’＿２との差である第２経路長差ΔＤ＿２も、同様の方法で算出することができるため、第２アンテナ４−２については、説明を省略する。

従って、位相差算出部２５ｂは、移動体の移動及び動揺がない場合の第１経路長と第２経路長と、上記の第１経路長差ΔＤ＿１と、第２経路長差ΔＤ＿２とに基づいて、第１アンテナ４−１の姿勢及び第２アンテナ４−２の姿勢が変化した後の第１経路長と第２経路長との間の経路長差を算出することができる。

ステップＳ６２０において第１経路長と第２経路長との間の経路長差を算出した後、位相差算出部２５ｂは、当該経路長差に基づいて、第２位相差を算出する（ステップＳ６３０）。ここで、ステップＳ６３０の処理について説明する。分散アレーアンテナ装置２ｂでは、分散アレーアンテナ装置２ｂ内のハードウェアを伝搬する第１受信信号及び第２受信信号に基づいて第１経路長と第２経路長との間の経路長差を算出するわけではない。このため、位相差算出部２５ｂが算出する第２位相差には、位相差θ＿ｄが含まれない。すなわち、ステップＳ６３０において算出される第２位相差θ＿２は、第１経路長と第２経路長との間の経路長差に基づく位相差θ＿ｒのみとなるため、以下に示した式（１５）のようになる。

θ＿２＝θ＿ｒ ・・・（１５）

位相差算出部２５ｂは、前述の周波数比Ｋによって上記の式（１５）が示す第２位相差θ＿２を以下に示した式（１６）のように調整し、第２位相差θ＿ｃ２を算出する。

θ＿ｃ２＝−Ｋθ＿ｒ ・・・（１６）

この場合、分散アレーアンテナ装置２ｂは、分散アレーアンテナ３から送信される前の第１送信信号と第２送信信号との両方の位相を、当該第１送信信号と当該第２送信信号の位相差が上記の式（１６）に示した調整後第２位相差θ＿ｃ２となるように移相することにより、通信衛星６の受信端における第１位相差θ＿１の一部を補償することができる。これを式で表したものが、以下に示した式（１７）である。なお、分散アレーアンテナ３から送信される前の第１送信信号と第２送信信号とのいずれか一方の位相を、当該第１送信信号と当該第２送信信号の位相差が上記の式（１７）に示した調整後第２位相差θ＿ｃ２となるように移相してもよい。

θ＿１＝θ＿ｔ＋θ＿ｕ＋Ｋθ＿ｒ＝θ＿ｕ ・・・（１７）

位相差算出部２５ｂは、以上のように算出した第２位相差θ＿ｃ２を示す情報を、第１移相器設定部２６１に出力する。これにより、第１移相器設定部２６１は、ステップＳ３２０において移相器２６２に第１移相値を設定することができ、移相器２６３に第２移相値を設定することができる。

以上説明したように、第２実施形態における分散アレーアンテナ装置２ｂは、第１アンテナ４−１の姿勢と、第２アンテナ４−２の姿勢とを検出し、検出した第１アンテナ４−１の姿勢及び第２アンテナ４−２の姿勢に基づいて第２位相差θ＿ｃ２を算出する。これにより、分散アレーアンテナ装置２ｂは、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。

上述した実施形態における分散アレーアンテナ装置２をコンピュータで実現するようにしてもよい。その場合、この機能を実現するためのプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することによって実現してもよい。なお、ここでいう「コンピュータシステム」とは、ＯＳや周辺機器等のハードウェアを含むものとする。また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭ、ＣＤ−ＲＯＭ等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。さらに「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムを送信する場合の通信線のように、短時間の間、動的にプログラムを保持するもの、その場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリのように、一定時間プログラムを保持しているものも含んでもよい。また上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであってもよく、さらに前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるものであってもよく、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）等のプログラマブルロジックデバイスを用いて実現されるものであってもよい。

以上、この発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計等も含まれる。

１…分散アレーアンテナシステム、 ２、２ａ、２ｂ…分散アレーアンテナ装置、 ３…分散アレーアンテナ、 ４…アンテナ、 ４−１…第１アンテナ、 ４−２…第２アンテナ、 ６…通信衛星、 ７ 他の通信装置、 ２１…第１ＯＭＴ部、 ２２…第２ＯＭＴ部、 ２３…第１Ｄ／Ｃ部、 ２４…第２Ｄ／Ｃ部、 ２５、２５ａ 位相差算出部、 ２６、２６ａ、２５ｂ…第１移相部、 ２７…第２移相部、 ３０…第１Ｕ／Ｃ部、 ３１…第２Ｕ／Ｃ部、 ３２…算出部、 ３３…姿勢検出部、 ２６１…第１移相器設定部、 ２６２、２６３、２７３…移相器、 ２６４…遅延処理部、 ２７１…受信電力処理部、 ２７２…第２移相器設定部、 ３２１…時間差算出部

Claims (4)

1. 分散アレーアンテナに含まれる第１アンテナによって受信された第１受信信号の受信時刻と前記分散アレーアンテナに含まれる第２アンテナによって受信された第２受信信号の受信時刻との時間差を算出する時間差算出部と、
   前記第１アンテナから送信される前の第１送信信号の位相と前記第２アンテナから送信される前の第２送信信号の位相とのうちいずれか一方又は両方を、前記時間差算出部が算出した前記時間差、及び前記第１受信信号と前記第２受信信号との位相差に基づいて移相する第１移相部と、
   前記第１受信信号又は前記第２受信信号の受信電力に基づいて、前記第１送信信号又は前記第２送信信号の位相を移相する第２移相部と、
   を備える分散アレーアンテナ装置。
2. 前記第１受信信号と前記第２受信信号に基づいて前記位相差を算出する位相差算出部を更に備え、
   前記第１移相部は、前記時間差算出部が算出した前記時間差、及び前記位相差算出部が算出した前記位相差に基づいて、前記第１送信信号の位相と前記第２送信信号の位相とのうちいずれか一方又は両方を移相する、
   請求項１に記載の分散アレーアンテナ装置。
3. 分散アレーアンテナに含まれる第１アンテナによって受信された第１受信信号の受信時刻と前記分散アレーアンテナに含まれる第２アンテナによって受信された第２受信信号の受信時刻との時間差を算出する時間差算出ステップと、
   前記第１アンテナから送信される前の第１送信信号の位相と前記第２アンテナから送信される前の第２送信信号の位相とのうちいずれか一方又は両方を、前記時間差算出ステップにより算出された前記時間差、及び前記第１受信信号と前記第２受信信号との位相差に基づいて移相する第１移相ステップと、
   前記第１受信信号又は前記第２受信信号の受信電力に基づいて、前記第１送信信号又は前記第２送信信号の位相を移相する第２移相ステップと、
   を有する通信方法。
4. 前記第１受信信号と前記第２受信信号に基づいて前記位相差を算出する位相差算出ステップを更に有し、
   前記第１移相ステップは、前記時間差算出ステップにより算出された前記時間差、及び前記位相差算出ステップにより算出された前記位相差に基づいて、前記第１送信信号の位相と前記第２送信信号の位相とのうちいずれか一方又は両方を移相する、
   請求項３に記載の通信方法。

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