JP7476985B2 - 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。

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と、
複数のアンテナ素子が直線状に配置されたリニアアレーアンテナと、
前記円形アレーアンテナと前記リニアアレーアンテナのそれぞれに対して位相差を持った複数の信号を供給可能なバトラー回路と
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。 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。 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。 ＵＬＡ２０によるビームの例を示す図である。 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。 信号処理の流れを示すフローチャートである。 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。 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。 信号処理の流れを示すフローチャートである。

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。

（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３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。

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４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４に示すように、本実施の形態の送信装置において、ＵＣＡに供給される位相差を持った信号を生成するバトラー回路が使用される。そのバトラー回路が、ＵＬＡへの位相差を持った信号の供給にも使用される。

バトラー回路からの出力信号を、ＵＣＡに供給するか、ＵＬＡに供給するかの切り替えについては、例えばスイッチ（スイッチに相当する機構を含む）が使用される。すなわち、本実施の形態に係る送信装置においては、バトラー回路を共通利用し、バトラー回路からの出力信号をスイッチ等によりＵＣＡ又はＵＬＡに振り分けることにより、２種類の送信を切り替えて使用することとしている。

以下、本実施の形態における送信装置の構成と動作の例として、実施例１～実施例３を説明する。実施例１～３は任意に組み合わせて実施することが可能である。例えば、送信装置は実施例１～３の機能を全て備えて、適宜機能を選択して動作することとしてもよい。

（実施例１）
図５は、実施例１における送信装置１００の構成図である。図５に示すように、実施例１の送信装置１００は、ＵＣＡ１０、ＵＬＡ２０、切替スイッチ部３０、ＯＡＭモード生成部４０、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、バトラー回路であり、切替スイッチ部３０は、バトラー回路からの出力信号をＵＣＡ１０又はＵＬＡ２０へ物理的に切り替えるスイッチである。

ＯＡＭモード生成部４０（バトラー回路）と、ＵＣＡ１０及びＵＬＡ２０との接続構成例を図６に示す。図６に示すように、ＵＣＡ１０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り、ＵＬＡ２０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。

また、図６は、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６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の信号とＯＡＭモード－１の信号を多重して送信する場合を想定している。

図６のように、ＵＣＡとＵＬＡをそれぞれ１つずつ備えることや、ＵＣＡ１０とＵＬＡ２０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は一例である。ＵＣＡとＵＬＡはそれぞれ複数であってもよい。ＵＣＡ１０とＵＬＡ２０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、ＵＣＡ１０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６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ことを想定する。なお、Ｎ個の入力ポートのうち、入力ポートＡと入力ポートＢ以外の入力ポートは、ＯＡＭモード１と‐１以外のＯＡＭモードに対応している。

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、ＵＣＡ１０において、便宜上、アンテナ素子＃１を基準（位相０°）とすると、ＵＣＡ１０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°）。

図６の例では、ＯＡＭモード生成部４０（バトラー回路）の出力ポートＪが、ＵＣＡ１０のアンテナ素子＃１又はＵＬＡ２０のアンテナ素子＃１に接続され、出力ポートＩが、ＵＣＡ１０のアンテナ素子＃２又はＵＬＡ２０のアンテナ素子＃２に接続され、出力ポートＨが、ＵＣＡ１０のアンテナ素子＃３又はＵＬＡ２０のアンテナ素子＃３に接続され、出力ポートＧが、ＵＣＡ１０のアンテナ素子＃４又はＵＬＡ２０のアンテナ素子＃４に接続され、出力ポートＦが、ＵＣＡ１０のアンテナ素子＃５又はＵＬＡ２０のアンテナ素子＃５に接続され、出力ポートＥが、ＵＣＡ１０のアンテナ素子＃６又はＵＬＡ２０のアンテナ素子＃６に接続され、出力ポートＤが、ＵＣＡ１０のアンテナ素子＃７又はＵＬＡ２０のアンテナ素子＃７に接続され、出力ポートＣが、ＵＣＡ１０のアンテナ素子＃８又はＵＬＡ２０のアンテナ素子＃８に接続される。

なお、図示の便宜上、図６では、出力ポートＪ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、当該出力ポートに切替スイッチ部３０（分岐点）を介して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＞
実施例１における図５に示す送信装置１００の動作例を図７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ＯＡＭモード生成部４０（バトラー回路）に入力する。

ＯＡＭモード生成部４０（バトラー回路）、ＵＣＡ１０、ＵＬＡ２０は、図６に示した構成であると想定すると、ＯＡＭモード生成部４０（バトラー回路）には、ＯＡＭモード１で送信する信号とＯＡＭモード－１で送信する信号がアナログ信号処理部５０から入力される。

Ｓ１０４において、ＯＡＭモード生成部４０（バトラー回路）は、図６を参照して説明したように、ＯＡＭモードの信号を生成し、生成した信号を各出力ポートから出力する。

ここでは、送信装置１００における制御部１１０が、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。なお、送信装置１００の制御部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、ＵＣＡ１０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）に受信装置があると判断すると、制御部１１０は、切替スイッチ部３０に対して、ＯＡＭモード生成部４０（バトラー回路）の各出力ポートをＵＣＡ１０の各アンテナ素子に接続するよう指示する。このケースでは、Ｓ１０５、Ｓ１０６において、ＯＡＭモード生成部４０（バトラー回路）の各出力ポートから出力された信号は、ＵＣＡ１０の各アンテナ素子に供給され、ＵＣＡ１０からＯＡＭモード１とＯＡＭモード‐１が多重された信号が送信される。受信装置が当該信号を受信する。

また、例えば、制御部１１０が、ＵＣＡ１０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、切替スイッチ部３０に対して、ＯＡＭモード生成部４０（バトラー回路）の各出力ポートをＵＬＡ２０の各アンテナ素子に接続するよう指示する。このケースでは、Ｓ１０５、Ｓ１０６において、ＯＡＭモード生成部４０（バトラー回路）の各出力ポートから出力された信号は、ＵＬＡ２０の各アンテナ素子に供給される。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とがＵＬＡ２０の各アンテナ素子に供給されるため、ＵＬＡ２０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。

また、図８（送信装置１００のＵＬＡ２０を上から見た図）に示すように、例えば、ＯＡＭモード１に対応する位相差を持った信号により、ＵＬＡ２０が方向Ａのビーム１を形成でき、ＯＡＭモード‐１に対応する位相差を持った信号により、ＵＬＡ２０が方向Ｂのビーム２を形成できるとする。

この場合、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、アナログ信号処理部５０に対して、方向Ａで送信する信号のみを入力ポートＡに入力させるととともに、切替スイッチ部３０に対して、ＯＡＭモード生成部４０（バトラー回路）の各出力ポートをＵＬＡ２０の各アンテナ素子に接続するよう指示する。これにより、ＵＬＡ２０から、図８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、アナログ信号処理部５０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、ＵＬＡ２０から、図８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、アナログ信号処理部５０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ＵＬＡ２０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、ＵＬＡ２０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、アナログ信号処理部５０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、ＵＬＡ２０から、図８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、ＵＬＡ２０のビームの生成自由度（方向の数）及びＯＡＭモード生成部４０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。

なお、ここでは、切替スイッチ部３０に接続されるＵＬＡ２０を１つとしているが、切替スイッチ部３０に接続されるＵＬＡ２０を複数とし、複数のＵＬＡ２０のうちの少なくとも１つのＵＬＡ２０を選択できることとしてもよい。また、より多くの方向に対応した位相差の信号を使用し、複数のＵＬＡ２０を用いることで、より細かくビームの方向を制御することができる。

（実施例２）
次に、実施例２を説明する。以下、主に、実施例１と異なる点について説明する。

＜装置構成例＞
図９は、実施例２における送信装置１００の構成図である。図９に示すように、実施例２の送信装置１００は、ＵＣＡ１０、ＵＬＡ２０、周波数制限フィルタ７０、ＯＡＭモード生成部４０、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。

図９に示すように、実施例１の切替スイッチ部３０に代えて、周波数制限フィルタ７０が備えられた点が実施例１と異なる。

実施例２では、ＵＣＡ１０を動作させる周波数帯と、ＵＬＡ２０を動作させる周波数帯を分けることを想定している。例えば、ＯＡＭモード生成部４０（バトラー回路）から出力される信号の周波数帯が５～１０であるとし、ＵＣＡ１０を動作させる周波数帯が８～１０であり、ＵＬＡ２０を動作させる周波数帯が５～７であるとする。

ＵＣＡ１０やＵＬＡ２０の動作可能な周波数帯が重なっている場合やその周波数帯以外の電波漏洩を防ぐため、周波数制限フィルタ７０を設けることで動作周波数帯を制限する。実施例２では、ＵＣＡ１０とＵＬＡ２０の動作可能な周波数帯が重なっていることを想定しており、そのため、周波数制限フィルタ７０の通過帯域８～１０のフィルタ出力はＵＣＡ１０に、通過帯域５～７のフィルタ出力はＵＬＡ２０に接続することで動作帯域を分ける。なお、ＵＣＡ１０とＵＬＡ２０の動作可能な周波数帯が異なる場合は、周波数制限フィルタ７０を除いても良い。

実施例２において、アナログ信号処理部５０は、周波数変換処理によって、ＵＣＡ１０に対応した周波数の信号、又は、ＵＬＡ２０に対応した周波数の信号を出力することを想定している。

＜動作例＞
実施例２における図９に示す送信装置１００の動作例を図１０のフローチャートを参照して説明する。

Ｓ１０１～Ｓ１０４は、基本的に実施例１におけるＳ１０１～Ｓ１０４と同じである。実施例２では、実施例１での切替スイッチ部３０での信号切替に代えて、周波数制限フィルタ７０での帯域制限（動作帯域の分け方）に従って、アナログ信号処理部５０により周波数変換を行い、ＯＡＭモード生成部４０（バトラー回路）の各出力ポートから出力される信号の供給先の選択（切り替え）を行って、ＵＣＡ１０又はＵＬＡ２０から信号を送信する（Ｓ１１５、Ｓ１０６）。

切り替えのための制御内容は実施例１と同じである。例えば、制御部１１０が、ＵＣＡ１０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）に受信装置があると判断すると、制御部１１０は、アナログ信号処理部５０に対して、デジタル信号処理部６０から受信した信号の周波数をＵＣＡ１０に対応した周波数に変換するよう指示する。このケースでは、Ｓ１１５、Ｓ１０６において、ＯＡＭモード生成部４０（バトラー回路）の各出力ポートから出力された信号は、周波数制限フィルタ７０によって、ＵＣＡ１０の各アンテナ素子に供給され、ＵＣＡ１０からＯＡＭモード１とＯＡＭモード‐１が多重された信号が送信される。その他の制御内容についても実施例１で説明した制御内容と同様である。

なお、周波数制限フィルタ７０に通過帯域を制御可能なチューナブルフィルタを適用し、アナログ信号処理部５０の出力信号の周波数制御に合わせて、このフィルタの通過帯域を動的に設定しても良い。例えば、ＵＣＡ１０から信号を送信させたい場合に、アナログ信号処理部５０が、ＵＣＡ１０向けの周波数帯域として７～８の帯域の周波数への変換を行う場合には、周波数制限フィルタ７０の通過帯域を７～８に設定する。このような制御は制御部１１０により行うことが可能である。

＜実施例２における他の構成例＞
上記の構成では、アナログ信号処理部５０が搬送波周波数帯への変換機能を有することとしたが、その変換機能をアナログ信号処理部５０の外部に備えてもよい。その場合の構成例を図１１に示す。図１１に示すように、アナログ信号処理部５０の出力に周波数変換部８０を接続し、アナログ信号処理部５０の出力信号の周波数帯を、周波数変換部８０によってＵＣＡ１０やＵＬＡ２０に対応した周波数帯に変換する。

（実施例３）
次に、実施例３を説明する。主に、実施例１と異なる点について説明する。

＜装置構成例＞
図１２は、実施例３における送信装置１００の構成図である。図１２に示すように、実施例３の送信装置１００は、ＵＣＡ１０、ＵＬＡ２０、分波部９０、ＯＡＭモード生成部４０、合波部９５、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。

図１２に示すように、実施例１の構成に対して、合波部９５が追加されるとともに、切替スイッチ部３０に代えて、分波部９０が備えられた点が実施例１と異なる。

実施例３においても、ＵＣＡ１０を動作させる周波数帯と、ＵＬＡ２０を動作させる周波数帯が異なることを想定している。

実施例３では、ＵＣＡ１０とＵＬＡ２０の両方から信号を送信することが可能である。すなわち、実施例３では、アナログ信号処理部５０から、ＵＣＡ１０に対応する周波数帯の信号と、ＵＬＡ２０に対応する周波数帯の信号とが出力され、合波部９５にて、これらの信号が合波（多重）される。

合波された信号は、合波部９５からＯＡＭモード生成部４０（バトラー回路）に入力される。具体的には、図６に示した構成例において、ＵＣＡ１０によりＯＡＭモード１で送信される信号とＵＬＡ２０によりＯＡＭモード１に対応した位相差で送信される信号とが合波された信号が入力ポートＡに入力され、ＵＣＡ１０によりＯＡＭモード‐１で送信される信号とＵＬＡ２０によりＯＡＭモード‐１に対応した位相差で送信される信号とが合波された信号が入力ポートＢに入力される。

なお、アナログ信号処理部５０と合波部９５との間に、図１１で説明した周波数変換部８０を備えてもよい。この場合、周波数変換部８０が、ＵＣＡ１０に対応する周波数帯への周波数変換、及び、ＵＬＡ２０に対応する周波数帯への周波数変換を行う。

ＯＡＭモード生成部４０（バトラー回路）の各出力ポートからは、ＯＡＭモードに対応した位相差を持った信号（合波信号）が出力される。分波部９０は、ＯＡＭモード生成部４０（バトラー回路）の各出力ポートから合波信号を受信し、合波信号を、ＵＣＡ１０向けの周波数帯の信号と、ＵＬＡ２０向けの周波数帯の信号に分波（分離）する。そして、分波部９０は、ＵＣＡ１０向けの周波数帯の信号をＵＣＡ１０の各アンテナ素子に供給し、ＵＬＡ２０向けの周波数帯の信号をＵＬＡ１０の各アンテナ素子に供給する。

なお、分波部９０の機能は、前述した周波数制限フィルタ７０の機能と同様であり、通過帯域を分けることである。また、分波部９０の通過帯域は予め設定されていて固定であることを想定している。ただし、分波部９０の通過帯域をチューナブルとしてもよい。すなわち、分波部９０として周波数制限フィルタ７０を用いてもよい。

図６の例において、例えば、ＯＡＭモード生成部４０（バトラー回路）の出力ポートＪからは、ＵＣＡ１０向けの周波数帯の信号（ＯＡＭモード１の位相０°の信号とＯＡＭモード‐１の位相０°の信号を含む）とＵＬＡ２０向けの周波数帯の信号（ＯＡＭモード１の位相０°の信号とＯＡＭモード‐１の位相０°の信号を含む）とが合波された信号が出力される。そして、分波部９０により、ＵＣＡ１０向けの周波数帯の信号（ＯＡＭモード１の位相０°の信号とＯＡＭモード‐１の位相０°の信号を含む）がＵＣＡ１０のアンテナ素子＃１に供給され、ＵＬＡ２０向けの周波数帯の信号（ＯＡＭモード１の位相０°の信号とＯＡＭモード‐１の位相０°の信号を含む）がＵＬＡ２０のアンテナ素子＃１に供給される。

同様に、ＯＡＭモード生成部４０（バトラー回路）の出力ポートＩからは、ＵＣＡ１０向けの周波数帯の信号（ＯＡＭモード１の位相４５°の信号とＯＡＭモード‐１の位相‐４５°の信号を含む）とＵＬＡ２０向けの周波数帯の信号（ＯＡＭモード１の位相４５°の信号とＯＡＭモード‐１の位相‐４５°の信号を含む）とが合波された信号が出力される。そして、分波部９０により、ＵＣＡ１０向けの周波数帯の信号（ＯＡＭモード１の位相４５°の信号とＯＡＭモード‐１の位相‐４５°の信号を含む）がＵＣＡ１０のアンテナ素子＃２に供給され、ＵＬＡ２０向けの周波数帯の信号（ＯＡＭモード１の位相４５°の信号とＯＡＭモード‐１の位相‐４５°の信号を含む）がＵＬＡ２０のアンテナ素子＃２に供給される。他の出力ポートについても同様である。

上記の動作により、ＵＣＡ１０からは、送信装置１０と対向する位置にある受信装置に対して信号が送信され、ＵＬＡ２０からは、送信装置１０に対してある方向を持った位置（例：図８の位置Ａ，位置Ｂ等）にある受信装置に向けた信号が送信される。

なお、受信装置の位置等の状況により、分波部９０は、分波した信号のうちＵＣＡ１０向けの信号のみをＵＣＡ１０に供給してもよいし、ＵＬＡ２０向けの信号のみをＵＬＡ２０に供給してもよい。

＜動作例＞
実施例３における図１２に示す送信装置１００の動作例を図１３のフローチャートを参照して説明する。

Ｓ１０１～Ｓ１０３は、実施例１におけるＳ１０１～Ｓ１０３と同様である。実施例３では、Ｓ１２３において上述した合波を行う点と、Ｓ１２５において、分波を行う点が実施例１と異なる。

切り替えのための制御内容は基本的には実施例１と同様である。例えば、制御部１１０が、ＵＣＡ１０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）に受信装置があり、更に、ＵＬＡ２０を用いた通信を行うことが可能な位置の周囲（例：図８の位置Ａや位置Ｂ）にも受信装置があると判断すると、制御部１１０は、合波部９５に対して、アナログ信号処理部５０から受信したＵＣＡ１０向けの信号とＵＬＡ２０向けの信号を合波するよう指示するととともに、分波部９０に対して、ＯＡＭモード生成部４０（バトラー回路）から受信した信号に対して分波を行って、ＵＣＡ１０向けの信号をＵＣＡ１０に供給し、ＵＬＡ２０向けの信号をＵＬＡ２０に供給するよう指示する。

これにより、ＵＣＡ１０とＵＬＡ２０の両方から信号が送信され、多方向に存在する受信装置が信号を受信できる。

（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と、
複数のアンテナ素子が直線状に配置されたリニアアレーアンテナと、
前記円形アレーアンテナと前記リニアアレーアンテナのそれぞれに対して位相差を持った複数の信号を供給可能なバトラー回路と
を備える送信装置。
（第２項）
前記バトラー回路と、前記円形アレーアンテナ及び前記リニアアレーアンテナとの間に周波数制限フィルタが備えられ、前記周波数制限フィルタにより、前記円形アレーアンテナに対応した周波数の信号が前記円形アレーアンテナに供給される、又は、前記リニアアレーアンテナに対応した周波数の信号が前記リニアアレーアンテナに供給される
第１項に記載の送信装置。
（第３項）
前記バトラー回路と、前記円形アレーアンテナ及び前記リニアアレーアンテナとの間に切替スイッチ部が備えられ、前記切替スイッチ部が、前記バトラー回路から出力された信号を前記円形アレーアンテナ又は前記リニアアレーアンテナに供給する
第１項に記載の送信装置。
（第４項）
前記バトラー回路への信号入力側において、前記円形アレーアンテナに対応した周波数の信号と、前記リニアアレーアンテナに対応した周波数の信号とを合波する合波部を備える
第１項又は第２項に記載の送信装置。
（第５項）
前記バトラー回路への信号入力側において、前記バトラー回路へ入力する信号の周波数を、前記円形アレーアンテナに対応した周波数に変換する、又は、前記リニアアレーアンテナに対応した周波数に変換する周波数変換部を備える
第１項ないし第４項のうちいずれか１項に記載の送信装置。
（第６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と、
複数のアンテナ素子が直線状に配置されたリニアアレーアンテナと、
前記円形アレーアンテナと前記リニアアレーアンテナのそれぞれに対して位相差を持った複数の信号を供給可能な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、
受信装置の位置に応じて、前記バトラー回路から出力される信号の供給先を、前記円形アレーアンテナと前記リニアアレーアンテナとの間で切り替え、前記円形アレーアンテナと前記リニアアレーアンテナとのうちのいずれかのアンテナに信号を送信させる
信号送信方法。
（第７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と、
複数のアンテナ素子が直線状に配置されたリニアアレーアンテナと、
前記円形アレーアンテナと前記リニアアレーアンテナのそれぞれに対して位相差を持った複数の信号を供給可能な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、
前記バトラー回路から出力される信号を前記円形アレーアンテナと前記リニアアレーアンテナとに供給し、前記円形アレーアンテナと前記リニアアレーアンテナの両方のアンテナに信号を送信させる
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 ＵＣＡ
２０ ＵＬＡ
３０ 切替スイッチ部
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
７０ 周波数制限フィルタ
８０ 周波数変換部
９０ 分波部
９５ 合波部
１００ 送信装置
１１０ 制御部

Claims (7)

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と、
   複数のアンテナ素子が直線状に配置されたリニアアレーアンテナと、
   前記円形アレーアンテナと前記リニアアレーアンテナのそれぞれに対して位相差を持った複数の信号を供給可能なバトラー回路と
   を備える送信装置。
2. 前記バトラー回路と、前記円形アレーアンテナ及び前記リニアアレーアンテナとの間に周波数制限フィルタが備えられ、前記周波数制限フィルタにより、前記円形アレーアンテナに対応した周波数の信号が前記円形アレーアンテナに供給される、又は、前記リニアアレーアンテナに対応した周波数の信号が前記リニアアレーアンテナに供給される
   請求項１に記載の送信装置。
3. 前記バトラー回路と、前記円形アレーアンテナ及び前記リニアアレーアンテナとの間に切替スイッチ部が備えられ、前記切替スイッチ部が、前記バトラー回路から出力された信号を前記円形アレーアンテナ又は前記リニアアレーアンテナに供給する
   請求項１に記載の送信装置。
4. 前記バトラー回路への信号入力側において、前記円形アレーアンテナに対応した周波数の信号と、前記リニアアレーアンテナに対応した周波数の信号とを合波する合波部を備える
   請求項１又は２に記載の送信装置。
5. 前記バトラー回路への信号入力側において、前記バトラー回路へ入力する信号の周波数を、前記円形アレーアンテナに対応した周波数に変換する、又は、前記リニアアレーアンテナに対応した周波数に変換する周波数変換部を備える
   請求項１ないし４のうちいずれか１項に記載の送信装置。
6. 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と、
   複数のアンテナ素子が直線状に配置されたリニアアレーアンテナと、
   前記円形アレーアンテナと前記リニアアレーアンテナのそれぞれに対して位相差を持った複数の信号を供給可能な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、
   受信装置の位置に応じて、前記バトラー回路から出力される信号の供給先を、前記円形アレーアンテナと前記リニアアレーアンテナとの間で切り替え、前記円形アレーアンテナと前記リニアアレーアンテナとのうちのいずれかのアンテナに信号を送信させる
   信号送信方法。
7. 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と、
   複数のアンテナ素子が直線状に配置されたリニアアレーアンテナと、
   前記円形アレーアンテナと前記リニアアレーアンテナのそれぞれに対して位相差を持った複数の信号を供給可能な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、
   前記バトラー回路から出力される信号を前記円形アレーアンテナと前記リニアアレーアンテナとに供給し、前記円形アレーアンテナと前記リニアアレーアンテナの両方のアンテナに信号を送信させる
   信号送信方法。

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