JP7371794B2 - 送信装置、及び信号送信方法 - Google Patents

Description

本発明は、電磁波の軌道角運動量（Orbital Angular Momentum：ＯＡＭ）を用いて無線信号を空間多重伝送する技術に関連するものである。

近年、伝送容量向上のため、ＯＡＭを用いた無線信号の空間多重伝送技術の検討が進められている。（例えば、非特許文献１）。ＯＡＭを持つ電磁波は、伝搬軸を中心に伝搬方向にそって等位相面がらせん状に分布する。異なるＯＡＭモードを持ち、同一方向に伝搬する電磁波は、回転軸方向において空間位相分布が直交するため、異なる信号系列で変調された各ＯＡＭモードの信号を受信局において分離することにより、信号を多重伝送することが可能である。

このＯＡＭ多重技術を用いた無線通信システムでは、複数のアンテナ素子を等間隔に円形配置した等間隔円形アレーアンテナ（以下、ＵＣＡ（Uniform Circular Array）と称する。）を用い、複数のＯＡＭモードを生成・合成して送信することにより、異なる信号系列の空間多重伝送を実現できる（例えば、非特許文献２）。複数のＯＡＭモードの信号生成には、例えば、バトラー回路（バトラーマトリクス回路）が使用される。

また、異径の複数のＵＣＡを同心円状に配置した多重ＵＣＡにより、同一ＯＡＭモードの信号を多重して送信することができる。受信側では、ＭＩＭＯ技術により、同一ＯＡＭモード内で多重された信号を分離することができる。

J. Wang et al., "Terabit free-space data transmission employing orbital angular momentum multiplexing, "Nature Photonics, Vol.6, pp.488-496, July 2012. Y. Yan et al., "High-capacity millimeter-wave communications with orbital angular momentum multiplexing, "Nature Commun., vol.5, p.4876, Sep. 2014.

上記のように、ＵＣＡとバトラー回路を用いた送信装置により、大容量の通信が可能になるが、今後は、移動通信への対応が望まれている。移動通信にＯＡＭ多重伝送技術を適用するためには、多方向に信号を送信できる多方向対応や移動追従性が必要である。

しかし、ＵＣＡ及びバトラー回路を用いた従来の無線伝送技術では、複数のＯＡＭモードの信号をモード間の干渉なく分離するために、送信アンテナと受信アンテナを正面で対向する位置に設置する必要があり、軸合わせが必要であることから多方向非対応かつ移動追従性が低いという課題がある。

本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、ＵＣＡとバトラー回路を用いた送信装置において、多方向対応と移動追従を可能とする技術を提供することを目的とする。

開示の技術によれば、複数のアンテナ素子が円形に配置された円形アレーアンテナを複数備える多重円形アレーアンテナと、
前記多重円形アレーアンテナに接続される複数のバトラー回路と、
前記多重円形アレーアンテナにおける複数のアンテナ素子のうちの一部のアンテナ素子により構成される１以上のリニアアレーアンテナに接続される１以上のバトラー回路と
を備える送信装置が提供される。

開示の技術によれば、ＵＣＡとバトラー回路を用いた送信装置において、多方向対応と移動追従を可能とする技術が提供される。

ＯＡＭモードの信号を生成するためのＵＣＡの位相設定例を示す図である。 ＯＡＭ多重信号の位相分布と信号強度分布の例を示す図である。 複数のＵＣＡを同心円状に備えるアンテナ構成の例を示す図である。 本発明の実施の形態に係る技術の基本概念を説明するための図である。 本発明の実施の形態における送信装置の概要を示す図である。 本発明の実施の形態における送信装置の構成例を示す図である。 ＯＡＭモード生成部の構成例を示す図である。 バトラー回路とアンテナ素子との接続構成例を示す図である。 信号処理の流れを示すフローチャートである。 ＵＬＡによるビームの例を示す図である。 ＵＬＡによるビームの例を示す図である。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態（本実施の形態）を説明する。以下で説明する実施の形態は一例に過ぎず、本発明が適用される実施の形態は、以下の実施の形態に限られるわけではない。

（基本的な動作例）
まず、本実施の形態における送信装置において使用するＵＣＡに係る基本的な設定・動作例について説明する。

図１は、ＯＡＭモードの信号を生成するためのＵＣＡの位相設定例を示す。図１に示すＵＣＡは、８つのアンテナ素子からなるＵＣＡである。

図１において、送信側におけるＯＡＭモード０，１，２，３，…の信号は、ＵＣＡの各アンテナ素子（●で示す）に供給される信号の位相差により生成される。すなわち、ＯＡＭモードｎの信号は、位相がｎ回転（ｎ×３６０度）になるように各アンテナ素子に供給する信号の位相を設定して生成する。例えば、図１に示すようにＵＣＡがｍ＝８個のアンテナ素子で構成される場合で、ＯＡＭモードｎ＝２の信号を生成する場合は、図１（３）に示すように、位相が２回転するように、各アンテナ素子に反時計回りに３６０ｎ／ｍ＝９０度の位相差（０度，９０度，１８０度，２７０度，０度，９０度，１８０度，２７０度）を設定する。

なお、ＯＡＭモードｎの信号に対して位相の回転方向を逆にした信号をＯＡＭモード－ｎとする。例えば、正のＯＡＭモードの信号の位相の回転方向を反時計回りとし、負のＯＡＭモードの信号の位相の回転方向を時計回りとする。

異なる信号系列を異なるＯＡＭモードの信号として生成し、生成した信号を同時に送信することで、空間多重による無線通信を行うことができる。

受信側でＯＡＭ多重信号を分離するためには、受信側のＵＣＡの各アンテナ素子の位相を、送信側のアンテナ素子の位相と逆方向になるように設定すればよい。

図２は、ＯＡＭ多重信号の位相分布と信号強度分布の例を示す。図２（１），（２）において、送信側から伝搬方向に直交する端面（伝搬直交平面）で見た、ＯＡＭモード１とＯＡＭモード２の信号の位相分布を矢印で表す。矢印の始めは０度であり、位相が線形に変化して矢印の終わりは３６０度である。すなわち、ＯＡＭモードｎの信号は、伝搬直交平面において、位相がｎ回転（ｎ×３６０度）しながら伝搬する。なお、ＯＡＭモード－１，－２の信号の位相分布の矢印は逆向きになる。

各ＯＡＭモードの信号は、ＯＡＭモード毎に信号強度分布と信号強度が最大になる位置が異なる。ただし、符号が異なる同じＯＡＭモードの強度分布は同じである。具体的には、ＯＡＭモードが高次になるほど、信号強度が最大になる位置が伝搬軸から遠くなる（非特許文献２）。ここで、ＯＡＭモードの値が大きい方を高次モードと称する。例えば、ＯＡＭモード３の信号は、ＯＡＭモード０、ＯＡＭモード１、ＯＡＭモード２の信号より、高次モードである。

図２（３）は、ＯＡＭモードごとに信号強度が最大になる位置を円環で示すが、ＯＡＭモードが高次になるほど信号強度が最大になる位置が中心軸から遠くなり、かつ伝搬距離に応じてＯＡＭモード多重信号のビーム径が広がり、ＯＡＭモードごとに信号強度が最大になる位置を示す円環が大きくなる。

また、例えば図３に示すように、異径の複数のＵＣＡを同心円状に配置した多重ＵＣＡにより、同一ＯＡＭモードの信号を多重して送信することができる。受信側では、ＭＩＭＯ技術により、同一ＯＡＭモード内で多重された信号を分離することができる。図３は、４つの異径のＵＣＡが同心円に配置された多重ＵＣＡの例である。

（本発明の実施の形態の概要）
前述したように、ＵＣＡとバトラー回路を用いた送信装置により、大容量の通信が可能になるが、ＵＣＡ及びバトラー回路を用いた従来の無線伝送技術では、多方向への通信が非対応であり、移動追従性も低い。

そこで、本実施の形態では、図４に示すように、ＵＣＡとＵＬＡ（Uniform Linear Array）を組み合わせて送信装置を構成することとしている。ただし、本実施の形態では、多重ＵＣＡを使用し、ＵＬＡは、多重ＵＣＡを構成する一部のアンテナ素子から構成される。

ＵＬＡは、複数のアンテナ素子がリニア（直線状）に配置されたアンテナであり、各アンテナ素子に位相を変えて信号を供給することにより、アンテナ列に対する垂直方向から傾いた方向の種々の方向のビームを動的に生成することが可能である。これにより、多方向対応や移動追従性を実現できる。

図５は、本実施の形態における送信装置の概要構成を示す図である。図５に示すようように、本実施の形態の送信装置において、同心異径の多重ＵＣＡのアンテナ素子のうち、一部の直列に並んだアンテナ素子をＵＬＡとして利用する。本実施の形態における多重ＵＣＡを構成する各アンテナ素子は、広帯域のアンテナ素子あるいは複数帯域に対応したアンテナ素子である。

多重ＵＣＡを構成する各ＵＣＡに対し、位相差を持った信号を生成するバトラー回路が接続される。更に、各ＵＬＡにも、位相差を持った信号を生成するバトラー回路が接続される。

例えば、図５に示すように、多重ＵＣＡが４つの異径のＵＣＡから構成され、当該多重ＵＣＡにおいて、４つのＵＬＡを構成する場合において、８個のバトラー回路が備えられる。

また、本実施の形態における多重ＵＣＡにおいて、ＵＣＡとＵＬＡとで対応する周波数帯が異なっている。それに伴って、ＵＣＡに接続されるバトラー回路と、ＵＬＡに接続されるバトラー回路とで対応する周波数帯が異なる。複数のＵＣＡにおけるＵＣＡ間では、対応する周波数帯が同じでもよいし、異なっていてもよい。また、複数のＵＬＡにおけるＵＬＡ間では、対応する周波数帯が同じでもよいし、異なっていてもよい。

本実施の形態では、アレーアンテナへ信号を供給する１以上のバトラー回路を選択することにより、多重ＵＣＡによる送信、単独ＵＣＡによる送信、単独ＵＬＡによる送信、複数ＵＬＡによる送信、多重ＵＣＡと単独ＵＬＡによる送信、多重ＵＣＡと複数ＵＬＡによる送信等を任意に選択できる。ＵＣＡとＵＬＡを両方使用するケースにおいて、ＵＣＡとＵＬＡとを非同期で利用することもできるし、ＵＣＡとＵＬＡとを同期かつ同時利用することもできる。

以下、本実施の形態における送信装置の構成と動作の実施例を説明する。

（実施例）
＜装置構成例＞
図６は、本実施例における送信装置１００の構成図である。図６に示すように、本実施例の送信装置１００は、多重ＵＣＡ１０、ＯＡＭモード生成部４０、選択部３０、アナログ信号処理部５０、デジタル信号処理部６０、制御部１１０を有する。

ＯＡＭモード生成部４０は、多重ＵＣＡ１０を構成する複数のＵＣＡの数、及び、多重ＵＣＡ１０を構成するアンテナ素子を用いた１以上のＵＬＡの数の合計の数のバトラー回路を有する。

例えば、多重ＵＣＡ１０が、異径の４つのＵＣＡ（ＵＣＡ＿１、ＵＣＡ＿２、ＵＣＡ＿３、ＵＣＡ＿４）からなるアンテナであり、多重ＵＣＡ１０を構成する複数アンテナ素子により、４つのＵＬＡ（ＵＬＡ＿１、ＵＬＡ＿２、ＵＬＡ＿３、ＵＬＡ＿４）が構成される場合において、図７に示すように、ＯＡＭモード生成部４０は、各ＵＣＡ及び各ＵＬＡに対応する８つのバトラー回路４０－１～４０－８を備える。例えば、バトラー回路４０－１～４０－４がＵＣＡ＿１、ＵＣＡ＿２、ＵＣＡ＿３、ＵＣＡ＿４に接続され、バトラー回路４０－５～４０－８がＵＬＡ＿１、ＵＬＡ＿２、ＵＬＡ＿３、ＵＬＡ＿４に接続される。

また、図７の例では、バトラー回路４０－１は、接続されるＵＣＡ＿１の周波数帯１に対応し、バトラー回路４０－２は、接続されるＵＣＡ＿２の周波数帯２に対応し、バトラー回路４０－３は、接続されるＵＣＡ＿３の周波数帯３に対応し、バトラー回路４０－４は、接続されるＵＣＡ＿４の周波数帯４に対応する。また、バトラー回路４０－５は、接続されるＵＬＡ＿１の周波数帯５に対応し、バトラー回路４０－６は、接続されるＵＬＡ＿２の周波数帯６に対応し、バトラー回路４０－７は、接続されるＵＬＡ＿３の周波数帯７に対応し、バトラー回路４０－８は、接続されるＵＬＡ＿４の周波数帯８に対応する。

なお、周波数帯１～８はそれぞれ異なる周波数帯であってもよいし、一部の複数周波数帯が同じであってもよい。

多重ＵＣＡ１０が、異径の４つのＵＣＡ（ＵＣＡ＿１、ＵＣＡ＿２、ＵＣＡ＿３、ＵＣＡ＿４）からなるアンテナであり、多重ＵＣＡ１０を構成する複数アンテナ素子により、４つのＵＬＡ（ＵＬＡ＿１、ＵＬＡ＿２、ＵＬＡ＿３、ＵＬＡ＿４）が構成される場合において、バトラー回路４０－１とＵＣＡ＿１との接続構成例、及び、バトラー回路４０－５とＵＬＡ＿１との接続構成例を図８に示す。図８は一例として、ＵＣＡ＿１とＵＬＡ＿１に関しての接続構成を示しているが、多重ＵＣＡ１０を構成する他のＵＣＡ、及び、多重ＵＣＡ１０内に構成される他のＵＬＡに関しても同様である。

なお、ＵＬＡに関して、例えば、ＵＣＡ＿１のアンテナ素子＃３と＃７を結ぶ線上のアンテナ素子列がＵＬＡ＿２を構成し、ＵＣＡ＿１のアンテナ素子＃４と＃８を結ぶ線上のアンテナ素子列がＵＬＡ＿３を構成し、ＵＣＡ＿１のアンテナ素子＃５と＃１を結ぶ線上のアンテナ素子列がＵＬＡ＿４を構成する。

図８に示すように、ＵＣＡ＿１は、８個のアンテナ素子＃１～＃８が円形状に配置されたアンテナである。また、図８に示す例では、バトラー回路４１‐５からの信号供給を受けるＵＬＡ（ＵＬＡ＿１）として、図８上での水平方向のアンテナ列（ＵＣＡ＿１のアンテナ素子＃２と＃６を結ぶ直線上のアンテナ素子の列）を使用している。

図８に示すＵＬＡ＿１は、８個のアンテナ素子＃１～＃８が直線状に配置されたアンテナである。図８の例において、ＵＬＡ＿１の８個のアンテナ素子＃１～＃８のうち、アンテナ素子＃１と＃８はＵＣＡ＿１の一部であり、アンテナ素子＃２と＃７はＵＣＡ＿２の一部であり、アンテナ素子＃３と＃６はＵＣＡ＿３の一部であり、アンテナ素子＃４と＃５はＵＣＡ＿４の一部である。

また、図８は、各バトラー回路が、Ｎ個の入力ポートを有していることを示している。基本的には、出力ポート数が、Ｎの最大数であり、図８の例のように、８個の出力ポートを有する場合、Ｎの最大数は８である。なお、「ポート」を「端子」と呼んでもよい。また、後述するように、本実施例では、一例として、ＯＡＭモード１に対応する位相差を持った信号とＯＡＭモード－１に対応する位相差を持った信号を合波（多重）して出力する場合の例を示している。

図８のように、多重ＵＣＡ１０が４つのＵＣＡから構成されることや、４つのＵＬＡを構成することや、ＵＣＡとＵＬＡのそれぞれのアンテナ素子数が８個であることや、ＯＡＭモード１の信号とＯＡＭモード－１の信号を多重すること等は一例である。多重ＵＣＡ１０は４個よりも多くのＵＣＡから構成されていてもよいし、４個よりも少ないＵＣＡから構成されていてもよい。ＵＬＡは４個よりも多くてもよいしい、少なくてもよい。ＵＣＡとＵＬＡのそれぞれのアンテナ素子数は、８個よりも多くてもよいし、少なくてもよい。また、各ＵＣＡが送信するＯＡＭモードの数は２個よりも多くてもよいし、少なくてもよい。

図８に示すバトラー回路４０－１は、入力ポートＡ、Ｂと、出力ポートＣ～Ｊを有する。図８に示す例において、入力ポートＡに、ＯＡＭモード１で送信しようとする信号が入力され、入力ポートＢにＯＡＭモード－１で送信しようとする信号が入力される。

入力ポートＡからの入力に対して、各出力ポートから反時計回りに４５°（３６０°／８）ずつの位相差を持った信号が出力され、入力ポートＢからの入力に対して、各出力ポートから反時計回りに‐４５°ずつの位相差を持った信号が出力される。つまり、入力ポートＡと入力ポートＢの両方に入力がある場合、各出力ポートから異なる位相を持つ２つの信号が合波（多重）された信号が出力される。

具体的には、ＵＣＡ＿１において、便宜上、アンテナ素子＃１を基準（位相０°）とすると、ＵＣＡ＿１の各アンテナ素子からは、下記の位相を持った２つの信号が合波された信号が出力される。

アンテナ素子＃１＝（０°，０°）、アンテナ素子＃２＝（４５°，‐４５°）、アンテナ素子＃３＝（９０°，‐９０°）、アンテナ素子＃４＝（１３５°，‐１３５°）、アンテナ素子＃５＝（１８０°，‐１８０°）、アンテナ素子＃６＝（２２５°，‐２２５°）、アンテナ素子＃７＝（２７０°，‐２７０°）、アンテナ素子＃８＝（３１５°，‐３１５°）。

ＵＬＡ＿１に接続されるバトラー回路４０－５は上述したバトラー回路４０－１と同じ構成を有しており、ＵＬＡ＿１を構成する複数のアンテナ素子＃１～＃８に上記と同様の位相差を持った信号を供給する。

なお、図８では、ＵＬＡ＿１に接続されるバトラー回路４０－５への入力信号を便宜上、ＯＡＭモード１の信号、ＯＡＭモード‐１の信号としているが、ＵＬＡに関しては、バトラー回路に入力されるＯＡＭモード１の信号は、ＯＡＭモード１に対応する位相差により生成されるビームで送信する信号であり、入力されるＯＡＭモード‐１の信号は、ＯＡＭモード‐１に対応する位相差により生成されるビームで送信する信号である。

図８の例では、バトラー回路４０－１の出力ポートＪが、ＵＣＡ＿１のアンテナ素子＃１に接続され、出力ポートＩが、ＵＣＡ＿１のアンテナ素子＃２に接続され、出力ポートＨが、ＵＣＡ＿１のアンテナ素子＃３に接続され、出力ポートＧが、ＵＣＡ＿１のアンテナ素子＃４に接続され、出力ポートＦが、ＵＣＡ＿１のアンテナ素子＃５に接続され、出力ポートＥが、ＵＣＡ＿１のアンテナ素子＃６に接続され、出力ポートＤが、ＵＣＡ＿１のアンテナ素子＃７に接続され、出力ポートＣが、ＵＣＡ＿１のアンテナ素子＃８に接続される。

また、バトラー回路４０－５の出力ポートＪが、ＵＬＡ＿１のアンテナ素子＃１に接続され、出力ポートＩが、ＵＬＡ＿１のアンテナ素子＃２に接続され、出力ポートＨが、ＵＬＡ＿１のアンテナ素子＃３に接続され、出力ポートＧが、ＵＬＡ＿１のアンテナ素子＃４に接続され、出力ポートＦが、ＵＬＡ＿１のアンテナ素子＃５に接続され、出力ポートＥが、ＵＬＡ＿１のアンテナ素子＃６に接続され、出力ポートＤが、ＵＬＡ＿１のアンテナ素子＃７に接続され、出力ポートＣが、ＵＬＡ＿１のアンテナ素子＃８に接続される。

なお、図示の便宜上、図８では、一部の出力ポートのみの接続を示している。各出力ポートから出力された信号は、当該出力ポートに接続されるアンテナ素子に供給され、アンテナ素子から電波として出力される。

＜動作例＞
本実施例における図６に示す送信装置１００の動作例を図９のフローチャートを参照して説明する。

Ｓ１０１において、データがデジタル信号処理部６０に入力される。Ｓ１０２において、デジタル信号処理部６０は、入力されたデータから、搬送波に乗せて送信するデジタル信号を生成し、生成したデジタル信号をアナログ信号処理部５０に出力する。

Ｓ１０３において、アナログ信号処理部５０は、デジタル信号をアナログ信号に変換（デジタル-アナログ変換）し、出力信号の周波数を搬送波の周波数帯（例：２８ＧＨｚ帯）に変換する。アナログ信号処理部５０は、生成したアナログ信号を選択部３０に入力する。

より詳細には、アナログ信号処理部５０は、選択部３０により選択されるＵＣＡ及びＵＬＡ（ＵＣＡのみでもよいし、ＵＬＡのみでもよい）のそれぞれに対応する（つまり、当該ＵＣＡ／ＵＬＡに接続されるバトラー回路のそれぞれに対応する）周波数帯の信号を生成し、選択部３０に入力する。このような制御は、例えば制御部１１０からの指示により実行される。

Ｓ１０４において、選択部３０は、制御部１１０からの指示に基づいて、信号を送信させるＵＣＡ及びＵＬＡに接続されるバトラー回路を選択し、アナログ信号処理部５０から受信した信号を、選択したバトラー回路へ出力する。この時、選択部３０は、制御部１１０から指示された送信する信号のＯＡＭモード、及び、それに対応する位相差の設定に応じて、バトラー回路の入力ポートを選択する。Ｓ１０５において、選択されたバトラー回路から出力された信号は、当該バトラー回路に接続されている各アンテナ素子に供給され、各アンテナ素子から信号が送信される。

図８の例を用いて説明する。例えば、制御部１１０が、ＵＣＡ＿１及びＵＬＡ＿１から信号を送信させることを決定したとすると、制御部１１０は、アナログ信号処理部５０に対して、ＵＣＡ＿１に対応する周波数帯の信号（ＯＡＭモード１で送信する信号と、ＯＡＭモード‐１で送信する信号）の生成と、ＵＬＡ＿１に対応する周波数帯の信号（ＯＡＭモード１の位相差で送信する信号と、ＯＡＭモード‐１の位相差で送信する信号）の生成を指示する。また、制御部１１０は、選択部３０に対して、ＵＣＡ＿１に対応する周波数帯の信号をバトラー回路４０－１に出力し、ＵＬＡ＿１に対応する周波数帯の信号をバトラー回路４０－５に出力するよう指示する。その時、各ＯＡＭモード、及び、それに対応する各位相差の信号を、各バトラー回路の該当入力ポートへ出力する。

アナログ信号処理部５０と選択部３０は、上記指示に従って動作する。これにより、ＵＣＡ＿１からはＯＡＭモード１とＯＡＭモード‐１が多重された信号が送信され、ＵＬＡ＿１からはＯＡＭモード１の位相差に対応するビーム、ＯＡＭモード‐１の位相差に対応するビームとにより信号が送信される。

なお、上記の例では、アナログ信号処理部５０がＵＣＡ／ＵＬＡに対応する周波数帯の信号を生成しているが、これに代えて、選択部３０が、周波数変換を実施することで、アナログ信号処理部５０から受信した信号の周波数を、選択するＵＣＡ／ＵＬＡそれぞれの周波数帯の周波数に変換し、出力してもよい。

＜ＵＣＡ／ＵＬＡの選択例＞
送信装置１００における制御部１１０がどのようにして信号を送信させるＵＣＡ／ＵＬＡを選択するかに関しての例を次に説明する。

制御部１１０は、各受信装置の位置（送信装置１００に対する受信装置が存在する方向でもよい）を把握しているとする。制御部１１０が、受信側の状態（受信装置の位置等）を把握する方法としてどのような方法を用いてもよい。例えば、制御部１１０が、受信装置から送信された参照信号を受信することで受信装置の位置を把握してもよいし、受信装置から送信された位置情報を受信することで受信装置の位置を把握してもよい。また、制御部１１０に、受信装置の位置（固定位置、時刻毎の移動予定位置等）が予め設定されることとしてもよい。

例えば、制御部１１０が、多重ＵＣＡ１０（単独ＵＣＡでもよい）を用いた通信を行うことが可能な位置（送信装置１００と対向する位置）に受信装置があることに加えて、多重ＵＣＡを用いた通信を行うことが可能な位置ではない位置に受信装置があると判断すると、制御部１１０は、アナログ信号処理部５０と選択部３０に対して、多重ＵＣＡ１０の各ＵＣＡと、ＵＬＡ（ＵＬＡ＿ｘとする）に信号を送信させるように指示する。

この場合、多重ＵＣＡ１０から大容量の信号が送信される。また、位相差を持った複数の信号がＵＬＡ＿ｘの各アンテナ素子に供給されるため、ＵＬＡ＿ｘは複数の方向にビームを向けた信号を送信することができる。ＵＬＡ＿ｘは１つでもよいし、複数でもよい。

制御部１１０は、１つ又は複数のＵＬＡ＿ｘを、受信装置の存在位置に応じて選択することができる。

例えば、便宜上、多重ＵＣＡ１０の円形の面が、地面（Ｘ－Ｙの水平面）に対して垂直であるとし、多重ＵＣＡ１０を上から見て、地面に対して平行になるＵＬＡが、図１０に示すＵＬＡ＿ｘであるとする。ＵＬＡ＿ｘが、ビーム１とビーム２で信号を送信することができる場合、例えば、制御部１１０は、これらのビームの方向に受信装置が存在することを把握した場合、ＵＬＡとして当該ＵＬＡ＿ｘを選択すし、送出する方向に合わせ、バトラー回路の入力ポートを選択する。例えば、図８において、ＵＬＡ＿１を選択し、ビーム１の方向に送出したい場合、制御部１１０は、選択部３０にバトラー回路４０－５の入力ポートＡを選択し、該当信号を入力するように指示する。

また、図１１に示すように、ＵＬＡ＿ｙは、多重ＵＣＡ１０における垂直に立っている位置のＵＬＡであり、図示するように、上下方向にビームを形成できるとする。この場合、制御部１１０は、例えば、ビーム３の方向に受信装置が存在することを把握した場合、ＵＬＡとして当該ＵＬＡ＿ｙを選択することができる。また、制御部１１０は、受信装置の位置に応じて、ＵＬＡ＿ｘとＵＬＡ＿ｙの両方を選択することもできる。

図１０に示すＵＬＡ＿ｘを使用するケースを用いてより具体的に説明する。例えば、受信装置が位置Ａにあることを制御部１１０が把握したとすると、制御部１１０は、選択部３０に対して、方向Ａで送信する信号のみを該当バトラー回路の入力ポートＡに入力させる。これにより、ＵＬＡ＿ｘから、図１０のビーム１で信号が送信され、受信装置は品質の良い信号を受信することができる。

更に、受信装置が位置Ｂに移動したことを制御部１１０が把握したとすると、制御部１１０は、選択部３０に対して、方向Ａで送信する信号を入力ポートＢに入力させるように切り替えることで、ＵＬＡ＿ｘから、図１０のビーム２で信号が送信され、受信装置は品質の良い信号を受信することができる。

同様に受信装置が他の位置に移動した場合は、制御部１１０は、選択部３０に対して、ＯＡＭモード１で送信する信号の出力を、その方向に対応した入力ポートｎに切り替えることで、ＯＡＭモード１に対応する位相差とは異なる位相差の信号をＵＬＡ＿ｘに供給できるので、ビームの方向を変更することができる。このように、ＵＬＡ＿ｘを用いることで、受信装置の移動に追随してビームを向けることができる。

また、受信装置Ｒ１，Ｒ２が異なる位置ＡとＢにあることを制御部１１０が把握したとすると、制御部１１０は、選択部３０に対して、受信装置Ｒ１に送信する信号を入力ポートＡに入力させ、受信装置Ｒ２に送信する信号を入力ポートＢに入力させるようにすることで、ＵＬＡ＿ｘから、図１０のビーム１と２を用いて信号が送信され、受信装置Ｒ１、Ｒ２はそれぞれ品質の良い信号を受信することができる。

入力ポートＡ及びＢへのこれらの信号の入力タイミングは、同時であっても別であっても良い。また、ＵＬＡ＿ｘのビームの生成自由度（方向の数）及びバトラー回路の入力ポート数に従って、同時または個別に複数の方向に信号を送信することができる。

上記のように、ある一定の移動方向に対するビーム方向の変更は、使用するＵＬＡに対応したバトラー回路の入力ポートを選択することで行うことが可能である。その上で、ＵＬＡを選択することで、３次元的に追従可能なビーム方向の制御を実現できる。

また、複数の信号を異なるポート（もしくは異なるＵＬＡに対応したバトラー回路の異なるポート）に入力することで、同時に複数の方向にビームを出すことが可能である。また、ＵＬＡによる複数の方向へのビームを用いた送信と同時に、ＵＣＡによるＯＡＭ多重伝送が可能である。

すなわち、多重ＵＣＡ１０自体の向きや、選択する１又は複数のＵＬＡにより３次元的に多方向にビームを向けることができる。また、ＵＣＡ／ＵＬＡ（対応するバトラー回路とその入力ポート）の選択をダイナミックに行うことで、移動追従を行うことができる。

（実施の形態の効果）
以上説明した本実施の形態に係る技術により、ＵＣＡとバトラー回路を用いた送信装置において、多方向対応と移動追従が可能となる。

（実施の形態のまとめ）
本明細書には、少なくとも下記の各項に記載した送信装置、及び信号送信方法が記載されている。
（第１項）
複数のアンテナ素子が円形に配置された円形アレーアンテナを複数備える多重円形アレーアンテナと、
前記多重円形アレーアンテナに接続される複数のバトラー回路と、
前記多重円形アレーアンテナにおける複数のアンテナ素子のうちの一部のアンテナ素子により構成される１以上のリニアアレーアンテナに接続される１以上のバトラー回路と
を備える送信装置。
（第２項）
前記多重円形アレーアンテナを構成する前記円形アレーアンテナに対応する周波数帯と、前記リニアアレーアンテナに対応する周波数帯とが異なる
第１項に記載の送信装置。
（第３項）
信号を送信させるリニアアレーアンテナ又は信号を送信させる円形アレーアンテナに接続されるバトラー回路を選択する選択部
を備える第１項又は第２項に記載の送信装置。
（第４項）
複数のアンテナ素子が円形に配置された円形アレーアンテナを複数備える多重円形アレーアンテナと、前記多重円形アレーアンテナに接続される複数のバトラー回路と、前記多重円形アレーアンテナにおける複数のアンテナ素子のうちの一部のアンテナ素子により構成される１以上のリニアアレーアンテナに接続される１以上のバトラー回路とを備える送信装置における信号送信方法であって、
前記複数のバトラー回路から１以上のバトラー回路を選択し、選択したバトラー回路に接続されるアレーアンテナに対応する周波数帯の信号を、当該選択したバトラー回路に入力する
信号送信方法。
（第５項）
特定の１以上のリニアアレーアンテナに接続される１以上のバトラー回路を選択し、前記特定の１以上のリニアアレーアンテナに、複数方向のビームで信号を送信させる
第４項に記載の信号送信方法。

以上、本実施の形態について説明したが、本発明はかかる特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。

１０ 多重ＵＣＡ
３０ 選択部
４０ ＯＡＭモード生成部
５０ アナログ信号処理部
６０ デジタル信号処理部
１００ 送信装置
１１０ 制御部

Claims (5)

1. 複数のアンテナ素子が円形に配置された円形アレーアンテナを複数備える多重円形アレーアンテナと、
   前記多重円形アレーアンテナに接続される複数のバトラー回路と、
   前記多重円形アレーアンテナにおける複数のアンテナ素子のうちの一部のアンテナ素子により構成される１以上のリニアアレーアンテナに接続される１以上のバトラー回路と
   を備える送信装置。
2. 前記多重円形アレーアンテナを構成する前記円形アレーアンテナに対応する周波数帯と、前記リニアアレーアンテナに対応する周波数帯とが異なる
   請求項１に記載の送信装置。
3. 信号を送信させるリニアアレーアンテナ又は信号を送信させる円形アレーアンテナに接続されるバトラー回路を選択する選択部
   を備える請求項１又は２に記載の送信装置。
4. 複数のアンテナ素子が円形に配置された円形アレーアンテナを複数備える多重円形アレーアンテナと、前記多重円形アレーアンテナに接続される複数のバトラー回路と、前記多重円形アレーアンテナにおける複数のアンテナ素子のうちの一部のアンテナ素子により構成される１以上のリニアアレーアンテナに接続される１以上のバトラー回路とを備える送信装置における信号送信方法であって、
   前記複数のバトラー回路から１以上のバトラー回路を選択し、選択したバトラー回路に接続されるアレーアンテナに対応する周波数帯の信号を、当該選択したバトラー回路に入力する
   信号送信方法。
5. 特定の１以上のリニアアレーアンテナに接続される１以上のバトラー回路を選択し、前記特定の１以上のリニアアレーアンテナに、複数方向のビームで信号を送信させる
   請求項４に記載の信号送信方法。

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