JP2019220816A - 無線通信装置及び無線通信方法 - Google Patents

Abstract

【課題】アンテナを増加させた場合であっても回路面積の増大及び消費電力の増加を抑制可能な無線通信装置及び無線通信方法を提供すること。【解決手段】 実施形態によれば、複数のアンテナから送信される送信信号の歪みを補償するための無線通信装置であって、複数のアンテナから送信される送信信号を増幅する際に生じる送信信号の歪みを補償する補償器と、歪みが補償された送信信号を、複数のアンテナの本数に応じた数の信号に分岐する分岐器と、分岐した信号それぞれの位相をシフトさせる第１移相器と、送信信号を構成し、位相がシフトされた信号それぞれを、増幅したのち、複数のアンテナのうち対応するアンテナへ提供する増幅器と、シフトされた位相と逆方向に、信号それぞれの位相をシフトさせ、増幅器による増幅の際に生じる歪みを補償器へフィードバックするフィードバック回路と、を備える。【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、無線通信装置及び無線通信方法に関する。

従来のＭＩＭＯ（Ｍｕｌｔｉｐｌｅ−Ｉｎｐｕｔ−Ｍｕｌｔｉｐｌｅ−Ｏｕｔｐｕｔ）通信では、例えば２本、または４本のアンテナを搭載した無線通信装置を用いて、例えば１対１での無線通信（ＳＵ−ＭＩＭＯ）や１対多での無線通信（ＭＵ−ＭＩＭＯ）が行われている（例えば、特許文献１を参照）。

一方、近年では最大１２８本のアンテナを搭載した無線通信装置を用いて、１対多の無線通信における通信の信頼性や通信速度の向上を実現するＭａｓｓｉｖｅ ＭＩＭＯ通信が検討されている。

これは、Ｍａｓｓｉｖｅ ＭＩＭＯ通信では、例えば４本毎に束ねたアンテナを用いることで指向性の強い送信対象信号を形成できるためであり、例えば、通信速度が遅くなりがちだった地下駅構内や繁華街などのユーザが多く集まる場所でも快適な無線通信が期待されている。

国際公開２０１７／２２１２９１ Ａ１号 特開２００４−８８３０３号公報 特開２０１７−５５１６６号公報

Ｍａｓｓｉｖｅ ＭＩＭＯ通信におけるユーザとの無線通信では、フルデジタル技術を用いることが検討されている。フルデジタル技術とは、ユーザに送信対象信号を送信する際、当該送信対象信号に対する制御を全てデジタル信号で実現することを指す。

しかし、Ｍａｓｓｉｖｅ ＭＩＭＯ通信にフルデジタル技術を採用した場合、アンテナ毎に送信対象信号を処理するための回路を設ける必要が生じるため、アンテナ数の増加に伴って無線通信装置の回路面積が増大し、また無線通信装置全体の消費電力が増加するといった問題がある。

本発明が解決しようとする課題は、アンテナ数を増加させた場合であっても、回路面積の増大及び消費電力の増加を抑制できる無線通信装置及び無線通信方法を提供することである。

実施形態の無線通信装置は、アレイ状に配置された複数のアンテナから送信される送信対象信号の位相歪みを補償するための無線通信装置であって、複数のアンテナから送信される送信対象信号を電力増幅する際に生じる送信対象信号の位相歪みを補償する補償器と、位相歪みが補償された送信対象信号を、複数のアンテナの本数に応じた数の信号に分岐する信号分岐器と、分岐した信号それぞれの位相をシフトさせる第１移相器と、送信対象信号を構成し、位相がシフトされた信号それぞれを、電力増幅したのち、複数のアンテナのうち対応するアンテナへ提供する増幅器と、シフトされた位相と逆方向に、信号それぞれの位相をシフトさせ、増幅器による電力増幅の際に生じる位相歪みを補償器へフィードバックするフィードバック回路と、を備える。

第１実施形態の無線通信方法が適用された無線通信装置の回路構成を示す図である。 第１実施形態の無線通信方法が適用された無線通信装置内の制御回路による位相シフト量の設定動作例を示すフローチャートである。 第１実施形態の無線通信方法が適用された無線通信装置による送信対象信号の送信動作例を示すフローチャートである。 第２実施形態の無線通信方法が適用された無線通信装置の回路構成を示す図である。 第２実施形態の無線通信方法が適用された無線通信装置内の制御回路による位相シフト量の設定動作例を示すフローチャートである。 第２実施形態の無線通信方法が適用された無線通信装置による送信対象信号の送信動作例を示すフローチャートである。

以下、本実施形態を図面を参照して説明する。この説明に際し、全図にわたり、共通する部分には共通する参照符号を付す。

［第１実施形態］
図１は、第１実施形態の無線通信方法が適用された無線通信装置の回路構成を示す図である。

無線通信装置１は、信号処理回路１２、送信回路２０、ミラー移相回路３０、選択回路４０、フィードバック回路５０、及び制御回路６０を備える。

信号処理回路１２は、送信対象信号に対してベースバンド処理を行い、当該ベースバンド処理した送信対象信号を送信回路２０へ出力する機能を有する。ベースバンド処理とは、一般的に符号化処理やビーム形成処理を指す。

送信回路２０は、信号処理回路１２からの送信対象信号の電力増幅の際に生じる位相歪みを補償する他、無線通信装置１と無線通信を行う、例えば携帯電話などの通信端末（図示せず）が位置する特定の方向へ送信対象信号を送信する機能を有する。

送信回路２０は、単数又は複数のアンテナ素子を備えた単数又は複数の送信部２１を備えている。図１は、無線通信装置１が、例えば１０４本のアンテナ素子を搭載するために、それぞれ４本のアンテナ素子を備えた２６の送信部２１を備えた例を示しており、例えば送信部２１（１）は、アンテナ素子２７１（１）、２７１（２）、２７１（３）及び２７１（４）を用いて送信対象信号を空中へ放射する。

なお、本実施形態では、送信対象信号を放射するために必要なアンテナ素子の数を１０４本とし、各送信部２１が４本のアンテナ素子を搭載するものとして、送信部２１の数を２６としたが、本発明はこれに限られず、アンテナ素子の全数、１個の送信部２１に搭載されるアンテナ素子の数、送信部２１の数ともに２以上の数とすることができる。

送信部２１（１）〜２１（２６）それぞれは、互いに独立した送信対象信号を、対象の通信端末へ送信する。送信部２１（１）〜２１（２６）は同一の構成及び機能を有するため、以下では、送信部２１（１）に着目して説明する。

送信部２１（１）は、補償器２２（１）、デジタルアナログ変換器（図中、ＤＡＣと表記）２３（１）、信号分岐器（図中、ＨＹＢと表記）２４（１）、アナログ移相器２５（１）、パワーアンプ２６（１）、及びアンテナ２７（１）を備える。

補償器２２（１）は、パワーアンプ２６（１）による電力増幅の際に発生する送信対象信号の位相歪みを補償する機能を有する。具体的には、補償器２２（１）は、パワーアンプ２６（１）での送信対象信号に対する電力増幅の際に発生する位相歪みと逆方向の位相歪み（以下、逆特性と称する場合がある）を送信対象信号に設定する。

ここで、パワーアンプ２６（１）による送信対象信号の位相の歪み量を［α］（以下、歪み量［α］と称する）とし、この歪み量［α］と逆特性の逆歪み量を［α’］（以下、逆歪み量［α’］と称する）とする。

なお、本実施形態では、通信端末との無線通信前に、逆歪み量［α’］を予め補償器２２（１）に設定しても良いし、通信端末への送信対象信号の送信の都度パワーアンプ２６（１）によって生じた歪み量［α］に基づき算出された逆歪み量［α’］を補償器２２（１）に設定しても良い。

デジタルアナログ変換器２３（１）は、送信対象信号をデジタル信号からアナログ信号へ変換する機能を有する。

信号分岐器２４（１）は、アナログ信号へ変換された送信対象信号を、本例では４本のアンテナ素子２７１（２７１（１）、２７１（２）、２７１（３）及び２７１（４））に対応する４つの信号Ｓ（以下、信号Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３及びＳ４と称する）に分岐させ、後段のアナログ移相器２５（１）へ出力する機能を有する。なお、本例では４本のアンテナ素子２７１を用いることから、信号分岐器２４（１）が送信対象信号を分岐する信号Ｓの数を４つとしたが、前述したようにアンテナ素子２７１の本数は４本に限られず、少なくとも２つ以上であればよいので、信号分岐器２４（１）による信号Ｓの分岐数は、アンテナ素子２７１の数と同様に２以上とすることができる。

なお、本明細書において信号Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３及びＳ４を区別しない場合には、単に信号Ｓと称する。同様に、アンテナ素子２７１（１）、２７１（２）、２７１（３）及び２７１（４）を区別しない場合にも、単にアンテナ素子２７１と称する。

アナログ移相器２５（１）は、後述する制御回路６０からの位相シフト量情報に基づいて、信号分岐器２４（１）で分岐された信号Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３及びＳ４の位相をそれぞれ一定量シフトさせる機能を有する。

ここで、アナログ移相器２５（１）は、信号Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３及びＳ４にそれぞれ対応するアナログ移相素子２５１（１）、２５１（２）、２５１（３）及び２５１（４）を備える。

ここで、例えば、アナログ移相素子２５１（１）による信号Ｓ１に対する位相シフト量を位相［θ１］とする。また、アナログ移相素子２５１（２）、２５１（３）及び２５１（４）による信号Ｓ２、Ｓ３及びＳ４に対する位相シフト量をそれぞれ位相［θ２］、［θ３］及び［θ４］とする。

すなわち、アナログ移相素子２５１（１）は、信号Ｓ１の位相を位相［θ１］だけシフトさせる。他のアナログ移相素子２５１（２）、２５１（３）及び２５１（４）も同様に、信号Ｓ２、Ｓ３及びＳ４の位相をそれぞれ位相［θ２］、［θ３］及び［θ４］だけシフトさせる。これにより、アンテナ２７（１）によって合成される単一の送信対象信号を特定の方向へ送信可能とする。なお本明細書では、位相［θ１］、［θ２］、［θ３］及び［θ４］を区別しない場合には、単に位相［θ］と称する。

なお、アナログ移相素子２５１（１）、２５１（２）、２５１（３）及び２５１（４）に設定する位相シフト量を調整するために、信号Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３及びＳ４が伝搬する通信路の短長を物理的に調整してもよい。

パワーアンプ２６（１）は、信号Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３及びＳ４それぞれを電力増幅する機能を有する。パワーアンプ２６（１）は、信号Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３及びＳ４にそれぞれ対応するアンプ素子２６１（１）、２６１（２）、２６１（３）及び２６１（４）を備える。

そして、アンプ素子２６１（１）、２６１（２）、２６１（３）及び２６１（４）による電力増幅時の信号Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３及びＳ４それぞれの歪み量を［α］とする。つまり、例えばアンプ素子２６１（１）による信号Ｓ１に対する電力増幅により、当該信号Ｓ１の位相が更に歪み量［α］だけシフトする。アンプ素子２６１（２）、２６１（３）及び２６１（４）もそれぞれ同様である。すなわち、アンプ素子２６１（２）、２６１（３）及び２６１（４）それぞれによる信号Ｓ２、Ｓ３及びＳ４に対する電力増幅により、当該信号Ｓ２、Ｓ３及びＳ４の位相が更に歪み量［α］だけシフトする。

この結果、電力増幅後の例えば信号Ｓ１の位相は、当初（デジタル生成時）の位相に対して、位相［θ１］と、歪み量［α］と逆歪み量［α’］との差（以下、この差を位相差［Δα］と称する）と、を考慮した値だけシフトする。電力増幅後の例えば信号Ｓ２、Ｓ３及びＳ４の位相も同様に、当初（デジタル生成時）の位相に対して、位相［θ２］、［θ３］及び［θ４］それぞれと、歪み量［α］と逆歪み量［α’］との差（以下、この差を位相差［Δα］と称する）と、を考慮した値だけシフトする。

なお、補償器２２（１）による逆歪み量［α’］と、パワーアンプ２６（１）による歪み量［α］とが同値であれば位相差［Δα］は“０”である。

そして、アナログ移相器２５（１）により設定された信号Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３及びＳ４の位相シフト量である位相［θ１］、［θ２］、［θ３］及び［θ４］それぞれと、パワーアンプ２６（１）による信号Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３及びＳ４の電力増幅時に発生した歪み量［α］とを合計した位相シフト量が、フィードバック線Ｆ１、Ｆ２、Ｆ３及びＦ４を介して送信回路２０から後段のミラー移相回路３０へと提供される。

つまり、例えば歪み量［α］と位相［θ１］との合算値が、フィードバック線Ｆ１を介してミラー移相回路３０に提供される。歪み量［α］と位相［θ２］、歪み量［α］と位相［θ３］、及び歪み量［α］と位相［θ４］の各合算値も同様に、フィードバック線Ｆ２、Ｆ３及びＦ４を介してミラー移相回路３０に提供される。

アンテナ２７（１）は、アレイ状に配置されたアンテナ素子２７１（１）、２７１（２）、２７１（３）及び２７１（４）を備える。つまり、アンプ素子２６１（１）、２６１（２）、２６１（３）、及び２６１（４）においてそれぞれ電力増幅された信号Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３及びＳ４が、アンテナ素子２７１（１）、２７１（２）、２７１（３）及び２７１（４）によってそれぞれ合成され単一の送信対象信号として空中へ放射される。

なお、本明細書において、補償器２２（１）〜２２（２６）を区別しない場合には、単に補償器２２と称する。同様に、アナログ移相器２５（１）〜２５（２６）、パワーアンプ２６（１）〜２６（２６）、及びアンテナ２７（１）〜２７（２６）も同様に区別しない場合には、単にそれぞれアナログ移相器２５、パワーアンプ２６、及びアンテナ２７と称する。また、アナログ移相素子２５１及びアンプ素子２６１も同様である。

次に、ミラー移相回路３０について説明する。
ミラー移相回路３０は、後述する制御回路６０からの位相シフト量情報に基づき、アナログ移相素子２５１（１）、２５１（２）、２５１（３）及び２５１（４）それぞれによる信号Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３及びＳ４の位相のシフト方向と逆方向へ同量の位相をシフトさせる機能を有する。

ミラー移相回路３０は、上述した送信部２１（１）〜２１（２６）それぞれに対応して設置されたミラー移相部３１（１）〜３１（２６）を備える。ミラー移相部３１（１）〜３１（２６）の機能は同一であるため、以下ではミラー移相部３１（１）に着目して説明する。

ミラー移相部３１（１）は、アナログ移相素子２５１（１）、２５１（２）、２５１（３）及び２５１（４）それぞれに対応して設置されたミラー移相素子３１１（１）、３１１（２）、３１１（３）及び３１１（４）を備える。

例えば、ミラー移相素子３１１（１）による信号Ｓ１に対する位相シフト量を、位相［θ１］と逆方向の位相［−θ１］とする。また、ミラー移相素子３１１（２）、３１１（３）及び３１１（４）による信号Ｓ２、Ｓ３及びＳ４それぞれに対する位相シフト量を、位相［θ２］、［θ３］、及び［θ４］それぞれと逆方向の位相［−θ２］、［−θ３］及び［−θ４］とする。

従って、例えばミラー移相素子３１１（１）は、信号Ｓ１の位相を位相［−θ１］だけシフトさせることができる。他のミラー移相素子３１１（２）、３１１（３）及び３１１（４）も同様に信号Ｓ２、Ｓ３及びＳ４の位相をそれぞれ位相［−θ２］、［−θ３］及び［−θ４］だけシフトさせることができる。

その結果、ミラー移相素子３１１（１）、３１１（２）、３１１（３）及び３１１（４）それぞれから歪み量［α］を有する信号Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３及びＳ４が選択回路４０へ出力される。

次に、選択回路４０について説明する。
選択回路４０は、信号Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３及びＳ４のうちいずれか１つを選択し、選択した信号Ｓが有する歪み量［α］を後段のフィードバック回路５０へ出力する機能を有する。

フィードバック回路５０は、選択回路４０からの歪み量［α］を各送信部２１へ出力する機能を有する。

制御回路６０は、（ｉ）図示しない通信端末から受信した受信信号（例えば、ビーコン信号）の信号強度を計測する機能、（ｉｉ）計測した信号強度に基づいて、無線通信装置１と通信端末との位置関係を計測し、送信部２１（１）から通信端末へ送信する送信対象信号の方向（以下、チルト角［Ｔθ］と称する）を計測する機能、及び（ｉｉｉ）当該チルト角［Ｔθ］に基づいて、アナログ移相器２５（１）及びミラー移相部３１（１）へ設定する位相シフト量である位相［θ］及び位相［−θ］を算出し、算出した位相［θ］及び位相［−θ］それぞれを位相シフト量情報としてアナログ移相器２５及びミラー移相回路３０へ提供する機能を有する。

次に、上記構成における無線通信方法を適用した無線通信装置１の動作例について、図２を用いて説明する。

図２は、第１実施形態に係る無線通信方法を適用した無線通信装置１内の制御回路６０による位相シフト量の設定動作例を示すフローチャートである。

以下の動作例では、アナログ移相素子２５１（１）、２５１（２）、２５１（３）及び２５１（４）及びこれに対応するミラー移相素子３１１（１）、３１１（２）、３１１（３）及び３１１（４）に着目して説明する。

無線通信装置１と通信端末とが無線通信を開始する前に、図示しない通信端末から受信した受信信号の信号強度が制御回路６０により計測される（ステップＳＴ１）。

その後、制御回路６０により、計測された受信信号強度に基づき送信対象信号のチルト角［Ｔθ］が計測される（ステップＳＴ２）。

このチルト角［Ｔθ］に基づき、例えば信号Ｓ１に対する位相シフト量である位相［θ１］と、この位相［θ１］と逆方向の位相シフト量である位相［−θ１］とがそれぞれ算出される。

信号Ｓ２、Ｓ３及びＳ４に対する位相シフト量も同様である。つまり、チルト角［Ｔθ］に基づき、これら信号Ｓ２、Ｓ３及びＳ４に対して位相シフト量である位相［θ２］、［θ３］及び［θ４］と、これら位相［θ２］、［θ３］及び［θ４］それぞれの逆方向の位相シフト量である位相［−θ２］、［−θ３］及び［−θ４］が算出される。

その後、制御回路６０からの位相シフト量情報に従い、例えば位相シフト量である位相［θ１］がアナログ移相素子２５１（１）に設定される。また、制御回路６０からの位相シフト量情報に従い、位相シフト量である位相［θ２］、［θ３］及び［θ４］がそれぞれ、アナログ移相素子２５１（２）、２５１（３）及び２５１（４）に設定される（ステップＳＴ３）。

同様に、制御回路６０からの位相シフト量情報に従い、例えば位相シフト量である位相［−θ１］がミラー移相素子３１１（１）に設定される。また、制御回路６０からの位相シフト量情報に従い、位相シフト量である位相［−θ２］、［−θ３］、及び［−θ４］がそれぞれミラー移相素子３１１（２）、３１１（３）、及び３１１（４）に設定される（ステップＳＴ３）。

図３は、第１実施形態に係る無線通信方法を適用した無線通信装置１による送信対象信号の送信動作例を示すフローチャートである。
ここでも説明を簡単にするために、送信部２１（１）の各構成、及びミラー移相素子３１１（１）、３１１（２）、３１１（３）及び３１１（４）に着目して説明する。

まず、信号処理回路１２において送信対象信号（デジタル信号）に対してベースバンド処理が実行される（ステップＳＴ１０）。

その後、補償器２２（１）により、ステップＳＴ１０においてベースバンド処理が実行された送信対象信号に対して逆歪み量［α’］が設定される（ステップＳＴ１１）。これにより、パワーアンプ２６（１）による電力増幅時に発生する位相歪みに対する補償がなされる。

次いで、デジタルアナログ変換器２３（１）において送信対象信号（デジタル信号）がアナログ信号へ変換された後（ステップＳＴ１２）、当該アナログ信号へ変換された送信対象信号が信号分岐器２４（１）において信号Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３及びＳ４に分岐される（ステップＳＴ１３）。

次いで、ステップＳＴ３において設定された、例えば位相［θ１］に従い、アナログ移相素子２５１（１）において信号Ｓ１の位相が位相［θ１］だけシフトされる（ステップＳＴ１４）。また、ステップＳＴ３において設定された位相［θ２］、［θ３］及び［θ４］に従い、アナログ移相素子２５１（２）、２５１（３）及び２５１（４）それぞれによって、信号Ｓ２、Ｓ３及びＳ４それぞれの位相が、位相［θ２］、［θ３］及び［θ４］だけシフトされる（ステップＳＴ１４）。

次いで、例えばアンプ素子２６１（１）において信号Ｓ１に対する電力増幅がなされると（ステップＳＴ１５）、当該信号Ｓ１の位相が歪み量［α］だけ更にシフトされる。また、アンプ素子２６１（２）、２６１（３）及び２６１（４）それぞれにおいて信号Ｓ２、Ｓ３及びＳ４に対する電力増幅がなされると（ステップＳＴ１５）、当該信号Ｓ２、Ｓ３及びＳ４の位相がそれぞれ歪み量［α］だけ更にシフトされる。

この結果、信号Ｓ１の位相は位相［θ１＋Δα］だけシフトされ、信号Ｓ２の位相は位相［θ２＋Δα］だけシフトされ、信号Ｓ３の位相は位相［θ３＋Δα］だけシフトされ、信号Ｓ４の位相は位相［θ４＋Δα］だけシフトされる。

位相差［Δα］が“０”であれば、その後、アレイ状に配置されたアンテナ素子２７１（１）、２７１（２）、２７１（３）及び２７１（４）によって合成された信号Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３及びＳ４から成る単一の送信対象信号が、特定の方向に位置する通信端末へ送信される。（ステップＳＴ１６）。

その後、例えばフィードバック線Ｆ１を介して、信号Ｓ１に対するアナログ移相素子２５１（１）及びアンプ素子２６１（１）による合計位相シフト量である位相［θ１＋α］がミラー移相素子３１１（１）へ提供される。また、例えばフィードバック線Ｆ２を介して、信号Ｓ２に対するアナログ移相素子２５１（２）及びアンプ素子２６１（２）による合計位相シフト量である位相［θ２＋α］が、ミラー移相素子３１１（２）へ提供される。

信号Ｓ３及びＳ４に対する合計位相シフト量である位相［θ３＋α］及び［θ４＋α］も同様に、フィードバック線Ｆ３及びＦ４を介して、ミラー移相素子３１１（３）及び３１１（４）へそれぞれ提供される。

次いで、例えばミラー移相素子３１１（１）によって信号Ｓ１の位相が位相［−θ１］だけ逆方向へシフトされるため（ステップＳＴ１７）、当該ミラー移相素子３１１（１）を通過した後の信号Ｓ１の位相シフト量は歪み量［α］とされる。また、ミラー移相素子３１１（２）、３１１（３）及び３１１（４）によって信号Ｓ２、Ｓ３及びＳ４の位相がそれぞれ位相［−θ２］、位相［−θ３］、及び位相［−θ４］だけ逆方向へシフトされる（ステップＳＴ１７）。このため、当該ミラー移相素子３１１（２）、３１１（３）及び３１１（４）それぞれを通過した後の信号Ｓ２、Ｓ３及びＳ４の位相シフト量も歪み量［α］とされる。

その後、ミラー移相素子３１１（１）、３１１（２）、３１１（３）及び３１１（４）それぞれから提供された信号Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３及びＳ４のうちの１つが選択回路４０によって選択され、選択された信号Ｓの歪み量［α］がフィードバック回路５０を介して補償器２２（１）へフィードバックされる（ステップＳＴ１８）。

最後に、無線通信装置１から送信すべき送信対象信号がなければ（ステップＳＴ１９、ＮＯ）、当該送信対象信号の送信処理を終了する。これに対して、無線通信装置１によって送信すべき送信対象信号があれば（ステップＳＴ１９、ＹＥＳ）、再度ステップＳＴ１０の動作に戻り、ステップＳＴ１０〜ステップＳＴ１８までの動作が実行されることで、再度新たな送信対象信号が特定の通信端末へ送信される。

したがって、上記構成の無線通信方法が適用された無線通信装置１は、信号分岐器２４（１）において送信対象信号を信号Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３及びＳ４に分岐させ、分岐した信号Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３及びＳ４それぞれの位相をアナログ移相素子２５１（１）、２５１（２）、２５１（３）及び２５１（４）において、それぞれ位相［θ１］、［θ２］、［θ３］及び［θ４］だけシフトさせることで、特定の位置の通信端末に対して送信対象信号を送信する。

またアナログ移相素子２５１（１）、２５１（２）、２５１（３）及び２５１（４）と逆特性を有するミラー移相素子３１１（１）、３１１（２）、３１１（３）及び３１１（４）を用いて送信対象信号を構成する信号Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３及びＳ４の位相を、それぞれ位相［−θ１］、［−θ２］、［−θ３］及び［−θ４］だけ逆方向にシフトさせることで、アンプ素子２６１（１）、２６１（２）、２６１（３）及び２６１（４）による電力増幅で発生した歪み量［α］だけを補償器２２（１）へフィードバックする。

これによれば、第１実施形態に係る無線通信方法を適用した無線通信装置１は、簡易的な回路設計で位相歪みを補償できるという有利な点を有する。

補償器２２（１）へフィードバックされる信号Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３及びＳ４それぞれの位相シフト量は、アナログ移相素子２５１（１）、２５１（２）、２５１（３）及び２５１（４）による位相成分（位相［θ１］、［θ２］、［θ３］及び［θ４］）を含まないため、当該アナログ移相素子２５１（１）、２５１（２）、２５１（３）及び２５１（４）による位相シフトの影響を受けない。

すなわち、補償器２２（１）へフィードバックされる値は、アンプ素子２６１（１）、２６１（２）、２６１（３）及び２６１（４）における電力増幅により発生した歪み量［α］のうちいずれか１つである。このため、当該補償器２２（１）は、信号処理回路１２からの送信対象信号（デジタル信号）に対して当該歪み量［α］と逆特性の逆歪み量［α’］を設定すればよい。

換言すれば、補償器２２（１）は、通信端末の移動に伴ってその都度変化する信号Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３及びＳ４それぞれの位相シフト量である位相［θ１］、［θ２］、［θ３］及び［θ４］を考慮した上で歪み補償を実施しなくてもよくなることから、上述の通り簡易的な回路設計で位相歪み補償を実現できる。

また、上記構成の無線通信方法が適用された無線通信装置１は、電力増幅の際に同一の歪み量［α］を発生させるアンプ素子２６１（１）、２６１（２）、２６１（３）及び２６１（４）を備える。このため、信号分岐器２４（１）において逆歪み量［α’］をアンプ素子２６１（１）、２６１（２）、２６１（３）及び２６１（４）の数だけ分岐させる構成でよい。したがって補償器２２（１）の構成を、アンプ素子２６１（１）、２６１（２）、２６１（３）及び２６１（４）毎に設ける必要はない。

これによれば、第１実施形態に係る無線通信方法を適用した無線通信装置１は、回路面積の増大及び消費電力の増加を抑制できるという有利な点を有する。

上述の通り、補償器２２（１）は、アンプ素子２６１（１）、２６１（２）、２６１（３）及び２６１（４）それぞれにおいて共通して発生する歪み量［α］とは逆特性の逆歪み量［α’］を送信対象信号に設定すればよいことから、アンプ素子２６１（１）、２６１（２）、２６１（３）及び２６１（４）毎に補償器２２（１）を設ける必要がない。同様に、信号分岐器２４（１）の前段に設けられるデジタルアナログ変換器２３（１）も補償器２２（１）と同数だけ設置すればよい。

更に、送信部２１（１）内に設置される補償器２２（１）が１つで済むことから、歪み量［α］をフィードバックするフィードバック回路５０も補償器２２（１）の数に応じて減少させることができる。

また、送信対象信号を放射する際には、無線通信装置１において所定の電力を消費することになる。ここで、アンテナ２７（１）〜２７（２６）に搭載される１０４本からなるアンテナ素子の各々が信号Ｓを送信するために必要とされる送信電力は、無線通信装置１によって出力可能とされる総送信電力をアンテナの総本数で除した値となる。つまり、アンテナ素子１本当たりの送信電力は、総送信電力の１／１０４と非常に小さな値となる。このため、アンテナ２７（１）の前段に設けられるパワーアンプ２６（１）の消費電力も抑制することができ、またパワーアンプ２６（１）の消費電力の低下に伴いアナログ移相器２５（１）も小型化させることができる。

特に、Ｍａｓｓｉｖｅ ＭＩＭＯのように１００以上もの多数のアンテナ素子を必要とする通信規格では、アンテナ素子の数の増加に伴って送信回路も増加するが、第１実施形態に係る無線通信方法を適用した無線通信装置１によれば、送信部２１単位で補償器２２の数のみならず、デジタルアナログ変換器２３の数をも低減することができ、またアナログ移相器２５も小型化できることから無線通信装置１全体で回路面積の増大を抑制することが可能となる。

第１実施形態に係る無線通信方法を適用した無線通信装置１ではまた、補償器２２及びデジタルアナログ変換器２３の数を、アナログ移相器２５（１）を構成するアナログ移相素子２５１の数と同数にする必要がなく、またフィードバック回路５０は送信部２１（１）〜２１（２６）のすべてに対して１つしか設けない構成であるため、無線通信装置１における総電力消費量の増加を抑制できる。

［第２実施形態］
次に、第２実施形態に係る無線通信方法が適用された無線通信装置について説明する。第２実施形態は、第１実施形態に係る無線通信方法が適用された無線通信装置１において、信号処理回路１２内に各送信部２１に対応したデジタル移相素子１２０（図中、デジタル移相素子１２０（１）〜１２０（２６））を更に設けた構成であって、送信対象信号の位相シフトをデジタル移相素子１２０及びアナログ移相器２５の両者で実現するものである。

第２実施形態に係る無線通信方法が適用された無線通信装置１の構成を、図４を用いて説明する。以下説明では、デジタル移相素子１２０（１）、１２０（２）と、それぞれ対応する送信部２１（１）、２１（２）、及びミラー移相部３１（１）、３１（２）に着目して説明する。なお、第１の実施形態と同一の構成については同一の符号を付し、異なる構成や機能に着目して説明する。

なお、本実施形態では、無線通信装置１が、例えば２の送信部２１毎に合成した単一の送信対象信号を放射する例である。すなわち、送信回路２０は偶数の送信部２１を備える。このため、第１実施形態と同様に、送信対象信号を放射するために必要なアンテナ素子の数を１０４本とし、また各送信部２１が４本のアンテナ素子を搭載する例とすることで、送信回路２０は、２６個の送信部２１を備える。

制御回路６０は、２の送信部２１毎に制御を行い、デジタル移相素子１２０（１）、１２０（２）、アナログ移相素子２５１（２５１（１）、２５１（２）、２５１（３）及び２５１（４））、アナログ移相素子２５２（２５２（１）、２５２（２）、２５２（３）及び２５２（４））、ミラー移相素子３１１（３１１（１）、３１１（２）、３１１（３）及び３１１（４））、並びにミラー移相素子３１２（３１２（１）、３１２（２）、３１２（３）及び３１２（４））それぞれに位相シフト情報量を提供する機能を有する。

具体的には、制御回路６０は、８本のアンテナ素子２７１（１）、２７１（２）、２７１（３）、２７１（４）、２７２（１）、２７２（２）、２７２（３）及び２７２（４）それぞれによって単一の送信対象信号が形成されるように、アナログ移相素子２５１（１）、２５１（２）、２５１（３）、２５１（４）、２５２（１）、２５２（２）、２５２（３）及び２５２（４）に所定の位相シフト量情報を提供する。

また、制御回路６０は、位相シフト量情報が提供された結果、アナログ移相素子２５１（１）、２５１（２）、２５１（３）、２５１（４）、２５２（１）、２５２（２）、２５２（３）及び２５２（４）にそれぞれ設定された位相シフト量と逆の位相シフト量が設定されるように、ミラー移相素子３１１（１）、３１１（２）、３１１（３）、３１１（４）、３１２（１）、３１２（２）、３１２（３）及び３１２（４）に対してそれぞれ所定の位相シフト量情報を提供する。

更に、制御回路６０は、８本のアンテナ素子２７１（１）、２７１（２）、２７１（３）２７１（４）、２７２（１）、２７２（２）、２７２（３）及び２７２（４）により合成された単一の送信対象信号が特定の方向に送信されるように、当該送信部２１（１）、２１（２）に対応するデジタル移相素子１２０（１）、１２０（２）の組に所定の位相シフト量情報を提供する。

これにより、アナログ移相素子２５１、２５２、ミラー移相素子３１１、３１２、及びデジタル移相素子１２０（１）、１２０（２）には、以下のような位相シフト量がそれぞれ設定される。

制御回路６０からの位相シフト量情報に基づいて、例えば、位相シフト量である位相［θａ１］がアナログ移相素子２５１（１）に設定される。また、位相シフト量である位相［θａ２］、［θａ３］及び［θａ４］がそれぞれ、アナログ移相素子２５１（２）、２５１（３）及び２５１（４）に設定される。

同様に、制御回路６０からの位相シフト量情報に基づいて、例えば、位相シフト量である位相［θａ５］がアナログ移相素子２５２（１）に設定される。また、位相シフト量である位相［θａ６］、［θａ７］及び［θａ８］がそれぞれ、アナログ移相素子２５２（２）、２５２（３）及び２５２（４）に設定される。

更に、制御回路６０からの位相シフト量情報に基づいて、例えば、位相シフト量である位相［−θａ１］がミラー移相素子３１１（１）に設定される。また、位相シフト量である位相［−θａ２］、［−θａ３］及び［−θａ４］がそれぞれ、ミラー移相素子３１１（２）、３１１（３）及び３１１（４）に設定される。

また更に、制御回路６０からの位相シフト量情報に基づいて、例えば、位相シフト量である位相［−θａ５］がミラー移相素子３１２（１）に設定される。また、位相シフト量である位相［−θａ６］、［−θａ７］及び［−θａ８］がそれぞれ、ミラー移相素子３１２（２）、３１２（３）及び３１２（４）に設定される。

なお、位相［θａ１］〜［θａ８］及び位相［−θａ１］〜［−θａ８］を区別しない場合には、単に位相［θａ］及び位相［−θａ］と称する。

デジタル移相素子１２０（１）〜１２０（２６）は、送信部２１（１）〜２１（２６）に対応して配置される。

制御回路６０からの位相シフト量情報に基づいて、位相シフト量である位相［θｄ１］がデジタル移相素子１２０（１）、デジタル移相素子１２０（２）に設定される。

これにより、無線通信装置１は、例えば送信部２１（１）、２１（２）の組で合成された送信対象信号を特定の方向へ送信可能とする。

次に、上記構成における無線通信装置１の動作例について説明する。図５は、第２実施形態に係る無線通信方法を適用した無線通信装置１内の制御回路６０による位相シフト量の設定動作例を示すフローチャートである。

以下の動作例では、デジタル移相素子１２０（１）、１２０（２）と対応するアナログ移相素子２５１、２５２、及びミラー移相素子３１１、３１２に着目して説明する。

まず、第１実施形態におけるステップＳＴ１、ＳＴ２と同様の処理が実行される。すなわち、通信端末から受信した受信信号の受信信号強度が制御回路６０により計測され（ステップＳＴ１）、その後、制御回路６０により、計測された受信信号強度に基づき送信対象信号のチルト角［Ｔθ］が計測され、計測されたチルト角［Ｔθ］から位相シフト量情報として位相［θｄ１］、［θａ］及び［−θａ］が算出される（ステップＳＴ２）。

その後、制御回路６０からの位相シフト量情報に従い、例えば位相シフト量である位相［θｄ１］がデジタル移相素子１２０（１）、１２０（２）それぞれに設定される（ステップＳＴ３ａ）。

次いで、制御回路６０からの位相シフト量情報に従い、例えば、位相シフト量である位相［θａ１］がアナログ移相素子２５１（１）に対して設定される。また、制御回路６０からの位相シフト量情報に従い、位相シフト量である位相［θａ２］、［θａ３］及び［θａ４］がアナログ移相素子２５１（２）、２５１（３）及び２５１（４）それぞれに設定される（ステップＳＴ３ａ）。

更に、制御回路６０からの位相シフト量情報に従い、例えば、位相シフト量である位相［θａ５］がアナログ移相素子２５２（１）に対して設定される。また、位相シフト量である位相［θａ６］、［θａ７］及び［θａ８］がアナログ移相素子２５２（２）、２５２（３）及び２５２（４）それぞれに設定される（ステップＳＴ３ａ）。

また更に、制御回路６０からの位相シフト量情報に従い、例えば、位相シフト量である位相［−θａ１］がミラー移相素子３１１（１）に対して設定される。また、位相シフト量である位相［−θａ２］、［−θａ３］及び［−θａ４］がミラー移相素子３１１（２）、３１１（３）及び３１１（４）それぞれに設定される（ステップＳＴ３ａ）。

最後に、制御回路６０からの位相シフト量情報に従い、例えば、位相シフト量である位相［−θａ５］がミラー移相素子３１２（１）に対して設定される。また、位相シフト量である位相［−θａ６］、［−θａ７］及び［−θａ８］がミラー移相素子３１２（２）、３１２（３）及び３１２（４）それぞれに設定される（ステップＳＴ３ａ）。

図６は、第２実施形態に係る無線通信方法を適用した無線通信装置１による送信対象信号の送信時の動作例であって、ステップＳＴ１０の処理をより詳細に示すフローチャートである。
まず、第１実施形態で説明したステップＳＴ１０の処理が実行され、信号処理回路１２において送信対象信号（デジタル信号）に対してベースバンド処理が実行される（ステップＳＴ１０ａ）。

その後、デジタル移相素子１２０（１）、１２０（２）により、ベースバンド処理が実行されたデジタル信号の位相が位相［θｄ１］だけシフトされ（ステップＳＴ１０ｂ）、その後ステップＳＴ１１以降の処理がなされる。

なお、第２実施形態では、第１実施形態のステップＳＴ１４において、アナログ移相素子２５１（１）、２５１（２）、２５１（３）及び２５１（４）それぞれにより、信号Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３及びＳ４の位相がそれぞれ位相［θａ１］、［θａ２］、［θａ３］及び［θａ４］だけシフトされる。同様に、アナログ移相素子２５２（１）、２５２（２）、２５２（３）及び２５２（４）それぞれにより、信号Ｓ５、Ｓ６、Ｓ７及びＳ８の位相がそれぞれ位相［θａ５］、［θａ６］、［θａ７］及び［θａ８］だけシフトされる。

更に、第２実施形態では、第１実施形態のステップＳＴ１７において、ミラー移相素子３１１（１）、３１１（２）、３１１（３）及び３１１（４）それぞれにより、信号Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３及びＳ４の位相がそれぞれ位相［−θａ１］、［−θａ２］、［−θａ３］及び［−θａ４］だけシフトされる。同様に、ミラー移相素子３１２（１）、３１２（２）、３１２（３）及び３１２（４）それぞれにより、信号Ｓ５、Ｓ６、Ｓ７及びＳ８の位相がそれぞれ位相［−θａ５］、［−θａ６］、［−θａ７］及び［−θａ８］だけシフトされる。

したがって、第２実施形態の無線通信装置１によれば、信号処理回路１２内に、送信部２１（１）及び送信部２１（２）の組、…、送信部２１（２５）及び送信部２１（２６）の組によってそれぞれ合成された単一の送信対象信号の送信方向を制御するデジタル移相素子１２０（１）〜１２０（２６）を更に備える。

これによれば、第１実施形態で得られる有利な点に加えて、例えば８本のアンテナ素子２７１（１）、２７１（２）、２７１（３）、２７１（４）、２７２（１）、２７２（２）、２７２（３）、２７２（４）を用いることで送信対象信号の送信電力が上昇されることから、無線通信装置１から長距離に位置する通信端末に対して送信対象信号を送信することができる。

なお、第１実施形態及び第２実施形態に係る無線通信装置１による送信対象信号の送信動作は、例えば制御回路６０からの制御によって実現してもよい。この場合、例えば制御回路６０内に格納された実行プログラムを起動、実行することで、無線通信装置１を構成する各回路の動作が制御される。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

１…無線通信装置、１２…信号処理回路、２０…送信回路、２１…送信部、２２…補償器、２３…デジタルアナログ変換器、２４…信号分岐器、２５…アナログ移相器、２６…パワーアンプ、２７…アンテナ、３０…ミラー移相回路、３１…ミラー移相部、４０…選択回路、５０…フィードバック回路、６０…制御回路、１２０…デジタル移相素子、２５１〜２５２６…アナログ移相素子、２６１、２６２…アンプ素子、２７１、２７２…アンテナ素子、３１１、３１２…ミラー移相素子、Ｆ１〜Ｆ８…フィードバック線、Ｓ１〜Ｓ８…信号。

Claims (5)

1. アレイ状に配置された複数のアンテナから送信される送信対象信号の位相歪みを補償するための無線通信装置であって、
   前記複数のアンテナから送信される前記送信対象信号を電力増幅する際に生じる当該送信対象信号の位相歪みを補償する補償器と、
   前記位相歪みが補償された前記送信対象信号を、前記複数のアンテナの本数に応じた数の信号に分岐する信号分岐器と、
   分岐した前記信号それぞれの位相をシフトさせる第１移相器と、
   前記送信対象信号を構成し、前記位相がシフトされた前記信号それぞれを、電力増幅したのち、前記複数のアンテナのうち対応する前記アンテナへ提供する増幅器と、
   前記シフトされた前記位相と逆方向に、前記信号それぞれの位相をシフトさせ、前記増幅器による電力増幅の際に生じる前記位相歪みを前記補償器へフィードバックするフィードバック回路と、
   を備える無線通信装置。
2. 前記フィードバック回路は、
   前記第１移相器と対を成し、前記シフトされた前記位相と逆方向に前記信号それぞれの位相をシフトさせる第２移相器と、
   前記第２移相器により前記逆方向に前記位相をシフトされた前記信号のうちいずれか１つを選択し、選択した前記信号が有する前記位相歪みを前記補償器へ出力する選択回路とを備える、
   請求項１に記載の無線通信装置。
3. 前記第１移相器は、前記信号分岐器によって分岐された前記信号それぞれの位相をシフトさせる複数の移相素子を備え、
   前記増幅器は、前記信号分岐器によって分岐され、前記移相素子によって前記位相がシフトされた前記信号それぞれに同量の位相歪みを生じさせる複数の増幅素子を備える、
   請求項１又は請求項２に記載の無線通信装置。
4. 前記補償器、前記信号分岐器、前記第１移相器、前記増幅器、及び前記複数のアンテナを備えた送信部に対応して設けられた第３移相器を更に備え、
   前記第３移相器は、前記送信対象信号の前記位相をデジタル的にシフトさせることで、前記複数のアンテナによって合成された前記送信対象信号の放射方向を制御する、
   請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の無線通信装置。
5. アレイ状に配置された複数のアンテナから送信される送信対象信号の位相歪みを補償するための無線通信方法であって、
   前記複数のアンテナから送信される前記送信対象信号を電力増幅する際に生じる当該送信対象信号の位相歪みを補償し、
   前記位相歪みが補償された前記送信対象信号を、前記複数のアンテナの本数に応じた数の信号に分岐させ、
   分岐された前記信号それぞれの位相をシフトさせ、
   前記送信対象信号を構成し、前記位相がシフトされた前記信号それぞれを電力増幅したのち、前記複数のアンテナのうち対応する前記アンテナへ提供し、
   前記シフトされた前記位相と逆方向に前記信号それぞれの位相をシフトさせ、前記電力増幅の際に生じる前記位相歪みを前記補償するためにフィードバックする、無線通信方法。