JP7191712B2 - 送信システム及び送信方法 - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、送信システム及び送信方法に関する。

送信された無線信号が他の装置又はシステムに与える干渉は小さいほど好ましく、他の装置又はシステムへの干渉を抑えるために、無線信号の伝播を抑制する電波障壁を設置したり、指向性を有するアンテナを送信に用いたりすることが行われている。しかし、電波障壁の設置には場所が必要であり、電波障壁を設置することが困難な場合がある。指向性を有するアンテナとしてアレイアンテナを用いる場合、アレイ素子指向性に応じて振幅及び位相の制御が行われる（非特許文献１）。しかし、無線信号の送信方向（メインローブ）を維持しつつ干渉を抑えることが困難な場合がある。また、アレイアンテナ以外のアンテナを送信に用いたとしても、サイドローブにより干渉が生じる場合がある。このように、無線信号の送信により生じる他の装置又はシステムへの干渉を充分に抑えることができない場合があり、干渉の低減には改善の余地がある。

吉田、「改訂 レーダ技術」、電子情報通信学会、１９９６年、ｐｐ．１２４－１２５ 菊間信良、「アレーアンテナによる適応信号処理」、科学技術出版社、２００４、ｐｐ．６７－７８ Yasuo Suzuki and Taneaki Chiba, "Side Lobe Suppression with Phase Weight Only", The transactions of the IEICE, vol. E73, No. 2, pp.245-249, February 1990 Rovert A. Monzingo and Thomas W. Miller, "Introduction to Adaptive Arrays", Jhon Wiley & Sons inc., pp.390-404, 1980

本発明が解決しようとする課題は、無線信号の送信に伴い生じる他の装置又はシステムへの干渉を低減させることができる送信システム及び送信方法を提供することである。

実施形態の送信システムは、送信アンテナ及び補助アンテナと、モニタアンテナと、制御部と、を持つ。送信アンテナ及び補助アンテナは、信号を送信する。モニタアンテナは、補助アンテナよりも送信アンテナから離れた位置に配置される。制御部は、送信アンテナ及び補助アンテナから送信された信号をモニタアンテナで受信したときの受信信号に基づいて、補助アンテナから送信される信号の位相、又は位相及び振幅を制御する。モニタアンテナは、送信アンテナによる送信の干渉を抑えたい方向に配置されている。

受信信号に含まれる不要波を抑圧する受信システムの構成例を示す図。 実施形態の送信システムの構成例を示す図。 第１の実施形態による送信システムの構成例を示すブロック図。 第１の実施形態におけるモニタアンテナの配置例を示す図。 第１の実施形態における送信アンテナと補助アンテナとの角度応答のレベル関係を示す図。 第２の実施形態による送信システムの構成例を示すブロック図。 第３の実施形態におけるモニタアンテナの配置例を示す図。 第３の実施形態におけるモニタアンテナの他の配置例を示す図。 第４の実施形態による送信システムの構成例を示すブロック図。 第４の実施形態における切替器に対する切替制御の一例を示す図。

以下、実施形態の送信システム及び送信方法を、図面を参照して説明する。以下の実施形態では、同一の符号を付した構成要素は同様の動作を行うものとして、重複する説明を適宜省略する。

まず、実施形態の送信システムにおいて用いる信号処理とその概要について説明する。図１は、受信信号に含まれる不要波を抑圧する受信システムの構成例を示す図である。図１に示す受信システムは、受信アンテナ、受信機、補助アンテナ、補助受信機、ウェイト制御部及び相関算出部を備える。受信システムは、受信アンテナで受信する受信信号に含まれる不要波を、補助アンテナで受信する信号と受信信号とを合成することで抑圧する。受信システムは、補助アンテナの出力Ｘに複素ウェイトＷを乗じた信号Ｗ・Ｘと、受信アンテナの出力Ｙ０とを合成したビーム出力Ｙ（＝Ｙ０－Ｗ・Ｘ）を生成する。

受信システムが不要波を受信している場合において、ビーム出力Ｙに含まれる不要波を最小化するように、ウェイト制御部が信号Ｘとビーム出力Ｙとの相関に基づいてウェイトＷを制御する。ビーム出力Ｙにおける不要波を最小化するウェイトＷを算出するアダプティブ演算は、非特許文献２に記載されている手法を用いることができる。算出したウェイトＷを補助アンテナの受信に用いることで、不要波が到来する方向（不要波方向）に対して受信システムは受信ヌルを形成できる。受信システムは、不要波方向に受信ヌルを向けることにより、不要波を低減した受信を行うことができる。実施形態の送信システムは、図１に示した受信システムにおいて用いられるアダプティブ演算を利用する。

図２は、実施形態の送信システムの構成例を示す図である。図２に示す送信システムは、送信アンテナ、送信機、補助アンテナ、補助送信機、ウェイト制御部、相関算出部及びモニタアンテナを備える。送信システムは、補助アンテナから信号を送信することで、送信アンテナから送信する送信信号が他の装置又はシステムに与える干渉を低減させる。送信システムの補助アンテナは、送信アンテナから送信される送信信号の干渉を低減させたい方向に送信ヌルを形成するために用いられる。

送信ヌルを形成する方向には、モニタアンテナが配置される。モニタアンテナは、送信アンテナから送信される送信信号Ｙ０と、補助アンテナから送信される信号Ｗ・Ｘとを受信する。モニタアンテナで受信される信号は、送信アンテナと補助アンテナとのそれぞれから送信される信号の合成信号Ｙ（＝Ｙ０－Ｗ・Ｘ）となる。すなわち、モニタアンテナの出力が、図１のビーム出力に相当する。なお、図１に示した受信システムに揃えて、信号Ｗ・Ｘの符号を負としている。合成信号Ｙのレベルが最小となるように、ウェイト制御部は、送信される信号Ｘと合成信号Ｙとの相関に基づいてウェイトＷを制御する。モニタアンテナで受信される合成信号Ｙを最小にするウェイトＷを算出する演算は、前述のアダプティブ演算と同様である。

送信システムは、補助アンテナから送信する信号に対するウェイトを制御して、モニタアンテナが配置された方向に送信ヌルを形成することで、当該方向への干渉を低減することができる。送信システムによれば、電波障壁を設置する必要がなく、また所望の方向に送信ヌルが形成でき、他の装置又はシステムへの干渉を低減することができる。また、送信アンテナの指向性に変更を加えないため、送信アンテナのメインローブに与える影響を抑えることができる。送信システムは、モニタアンテナで受信される信号を用いたフィードバックにより、補助アンテナから送信される信号の位相、又は位相及び振幅をウェイトＷで制御する。このような制御を用いることにより、送信システムは、各素子の温度変化や経年変化に伴い指向性に変動が生じても、安定した送信ヌルを形成できる。また、送信システムによれば、送信アンテナの指向性を正確に把握せずとも、所望の方向に送信ヌルを容易に形成できる。以下、送信システムのより具体的な構成例を第１から第４の実施形態として説明する。

（第１の実施形態）
図３は、第１の実施形態による送信システム１００の構成例を示すブロック図である。送信システム１００は、送信ヌルを形成する上述の手法を特徴として有する。送信システム１００は、信号生成器１、変調器２、周波数変換器３、パルス変調器４、分配器５、乗算器６、６ａ、高出力増幅器（ＨＰＡ）７、７ａ、送信アンテナ８、補助アンテナ８ａ、カプラ９、モニタアンテナ１０、低ノイズ増幅器（ＬＮＡ）１１、１１ａ、周波数変換器１２、１２ａ、アナログ－ディジタル（ＡＤ）変換器１３、１３ａ、最大振幅選択器１４及び制御部１５を備える。

送信システム１００は、Ｎ個の送信アンテナ８（８－１，…，８－Ｎ）、Ｍ個の補助アンテナ８ａ（８ａ－１，…，８ａ－Ｍ）及びＰ個のモニタアンテナ１０（１０－１，…，１０－Ｐ）を備える。Ｎ個の送信アンテナ８は、アレイアンテナを構成する。アレイアンテナは、送信アンテナ８が直線上に配置されるリニアアレイであってもよいし、送信アンテナ８が平面上に配置されるプラナアレイであってもよい。なお、アレイアンテナの一部のアンテナ素子を補助アンテナ８ａとしてもよい。送信システム１００は、送信アンテナ８ごとに乗算器６及びＨＰＡ７を備える。また、送信システム１００は、補助アンテナ８ａごとに乗算器６ａ、ＨＰＡ７ａ及びカプラ９、ＬＮＡ１１ａ、周波数変換器１２ａ、ＡＤ変換器１３ａを備える。また、送信システム１００は、モニタアンテナ１０（１０－１，…，１０－Ｐ）ごとにＬＮＡ１１、周波数変換器１２、ＡＤ変換器１３を備える。

信号生成器１は、所定の送信パルスを生成し、送信パルスを変調器２に供給する。変調器２は、送信パルスに含まれるパルスそれぞれを符号系列で変調して変調信号を生成し、変調信号を周波数変換器３に供給する。変調に用いられる符号系列には、例えば、ＰＮ（Pseudo random noise）系列や、Ｇｏｌｄ系列、Ｍ（Maximal length）系列などが用いられる。周波数変換器３は、変調信号をＲＦ（Radio Frequency）帯の高周波信号に変換し、高周波信号をパルス変調器４に供給する。パルス変調器４は、高周波信号に含まれる各パルスの幅及び高さの一方又は両方を変化させる変調により、送信信号を生成する。パルス変調器４は、生成した送信信号を分配器５に供給する。

分配器５は、Ｎ個の送信アンテナ８それぞれに対応する乗算器６（６－１，…，６－Ｎ）と、Ｍ個の補助アンテナ８ａそれぞれに対応する乗算器６ａ（６ａ－１，…，６－Ｍ）とに送信信号を分配する。乗算器６それぞれは、送信アンテナ８で構成されるアレイアンテナの指向方向に応じたウェイトを送信信号に乗じ、ウェイトを乗じた送信信号をＨＰＡ７に供給する。ＨＰＡ７それぞれは、乗算器６から供給される送信信号を増幅して送信アンテナ８から送信する。乗算器６ａそれぞれは、制御部１５から供給される送信ウェイトＷを送信信号に乗じ、送信ウェイトＷを乗じた送信信号をＨＰＡ７ａに供給する。ＨＰＡ７ａそれぞれは、乗算器６ａから供給される送信信号を高出力増幅して補助アンテナ８ａから送信する。カプラ９それぞれは、ＨＰＡ７ａと補助アンテナ８ａとを接続する伝送線路に取り付けられ、補助アンテナ８ａから送信される送信信号を抽出してＬＮＡ１１ａに供給する。

ＬＮＡ１１ａそれぞれは、抽出された送信信号を増幅して周波数変換器１２ａに供給する。周波数変換器１２ａそれぞれは、周波数変換器１２ａから供給される送信信号を中間周波数信号に変換し、中間周波数信号をＡＤ変換器１３ａに供給する。ＡＤ変換器１３ａは、中間周波数信号をディジタル信号に変換し、ディジタル信号を制御部１５に供給する。

モニタアンテナ１０それぞれは、送信アンテナ８の周囲であって、補助アンテナ８ａよりも送信アンテナ８から離れた位置に配置される。モニタアンテナ１０は、送信アンテナ８で構成されるアレイアンテナの位相中心からみて、送信信号による干渉を低減させたい方向に配置される。換言すると、送信システムにおいて送信ヌルを形成したい方向にモニタアンテナ１０が配置される。モニタアンテナ１０それぞれで受信される受信信号は、ＬＮＡ１１に供給される。ＬＮＡ１１、周波数変換器１２及びＡＤ変換器１３は、ＬＮＡ１１ａ、周波数変換器１２ａ及びＡＤ変換器１３ａと同様に動作する。

最大振幅選択器１４には、受信信号に対する増幅、周波数変換及びＡＤ変換により得られたディジタル信号が供給される。最大振幅選択器１４は、ＡＤ変換器１３から供給されるディジタル信号のうち、最大の振幅を有するディジタル信号を選択し、選択したディジタル信号を最大振幅信号として制御部１５に供給する。最大振幅選択器１４によるディジタル信号の選択は、Ｐ個のモニタアンテナ１０で受信される受信信号のうち、振幅が最大の受信信号を選択する動作に相当する。すなわち、Ｐ個のモニタアンテナ１０それぞれに対応するＬＮＡ１１、周波数変換器１２及びＡＤ変換器１３の振幅特性が一致していることが好ましい。それらの振幅特性に差がある場合、最大振幅選択器１４は、特性差に基づいて、Ｐ個の受信信号のうち最大の振幅を有する受信信号に対応するディジタル信号を最大振幅信号として選択してもよい。

制御部１５は、最大振幅選択器１４により選択された最大振幅信号と、ＡＤ変換器１３ａそれぞれから供給されるディジタル信号との相関を算出する。制御部１５は、算出した相関に基づいて、Ｎ個の送信アンテナ８から送信される送信信号の成分が最大振幅信号において最小となるように、乗算器６ａそれぞれに供給する送信ウェイトＷを算出する。制御部１５は、乗算器６ａごとに算出した送信ウェイトＷを供給する。制御部１５は、最大振幅選択器１４により選択される最大振幅信号に基づいて、補助アンテナ８ａそれぞれに対する送信ウェイトＷを逐次算出する。すなわち、制御部１５は、送信アンテナ８及び補助アンテナ８ａから送信される信号がモニタアンテナ１０で受信されたときの振幅（受信レベル）に基づいて送信ウェイトＷを算出し、送信ウェイトＷを介して補助アンテナ８ａから送信される信号の位相、又は位相及び振幅を制御する。制御部１５は、モニタアンテナ１０で受信される信号の振幅を低下させるように各送信ウェイトＷを算出する。

送信ウェイトＷの更新により最大の振幅を有するディジタル信号が他のディジタル信号に変わる場合、最大振幅選択器１４は、最大振幅信号として選択するディジタル信号を切り替える。送信ウェイトＷの更新と最大振幅選択器１４の選択とが繰り返されることで、各モニタアンテナ１０における受信信号の受信レベルが次第に低くなる。これらの動作の繰り返しにより、送信システム１００はモニタアンテナ１０が配置されている方向に送信ヌルを形成でき、送信ヌルを形成した方向への送信信号の干渉を低減できる。

送信システム１００は、各モニタアンテナ１０で受信される信号のうち最大の振幅を有する信号を最大振幅選択器１４が選択する構成を有している。モニタアンテナ１０で受信される信号は、送信アンテナ８及び補助アンテナ８ａで送信される信号であるため、各モニタアンテナ１０の出力は高い相関を有する。そのため、各モニタアンテナ１０の出力をベクトル合成すると、出力が互いに打ち消し合う場合がある。このような場合、補助アンテナ８ａに対応するディジタル信号との相関を得ることができず、送信ヌルを形成できない。送信システム１００は、最大振幅選択器１４を備えることで、送信ウェイトＷの算出を安定して行い、送信ヌルを形成することができる。

図４は、第１の実施形態におけるモニタアンテナ１０の配置例を示す図である。図４では、プラナアレイアンテナを形成するアンテナ素子の一部を補助アンテナ８ａとして用い、他のアンテナ素子を送信アンテナ８として用いる構成を示している。アレイアンテナのアンテナ素子の配置されている面の法線は天頂方向を向いており、アレイアンテナの周囲にモニタアンテナ１０が配置されている。例えば、アレイアンテナの位相中心を中心とした同心円上に各モニタアンテナ１０を配置してもよい。モニタアンテナ１０は、アレイアンテナで所望の方向にメインローブを向けた際にサイドローブが生じる方向に配置されてもよい。アレイアンテナの名ローブを向ける方向に応じて、モニタアンテナ１０を移動させてもよい。このようにモニタアンテナ１０をアレイアンテナの周囲に配置することにより、送信システム１００は、アレイアンテナの平面方向に生じる干渉を低減させることができる。

モニタアンテナ１０とＬＮＡ１１とを有線ケーブルにて接続する構成を図３において説明した。しかし、モニタアンテナ１０とＬＮＡ１１と周波数変換器１２とを一つのモジュールとして形成し、モジュールとＡＤ変換器１３とＩＦケーブルで接続してもよい。あるいは、ＡＤ変換器１３をモジュールに加え、ディジタル信号を伝送してもよい。また、有線ケーブルを用いた伝送に代えて、ミリ波や光信号を用いた伝送を行ってもよい。

図５は、第１の実施形態における送信アンテナ８と補助アンテナ８ａとの角度応答のレベル関係を示す図である。図５において、横軸は送信アンテナ８の指向方向を示し、縦軸は送信される信号のレベルを示す。送信システム１００において、送信アンテナ８から送信される信号のレベルと、補助アンテナ８ａから送信される信号のレベルとは、次の関係を満たす必要がある。Ｎ個の送信アンテナ８で形成される指向方向（メインローブ領域）では、送信アンテナ８で送信される信号のレベルが補助アンテナ８ａで送信される信号のレベルが大きい。すなわち、送信アンテナ８の送信出力Ｐｔと送信角度応答Ｇｔとの積ＰｔＧｔ（ｍａｉｎ）が、補助アンテナ８ａの送信出力Ｐｔと送信角度応答Ｇｔとの積ＰｔＧｔ（ａｕｘ）より大きい。一方、Ｎ個の送信アンテナ８で形成される指向方向以外の方向（サイドローブ領域）では、送信アンテナ８で送信される信号のレベル（積ＰｔＧｔ（ｍａｉｎ））が、補助アンテナ８ａで送信される信号のレベル（積ＰｔＧｔ（ａｕｘ））より小さい。これらの関係が満たされることで、送信アンテナ８のサイドローブが生じる方向において生じる干渉を補助アンテナ８ａの送信にて低減することができる。なお、送信アンテナ８から送信される信号の振幅はＰｔＧｔ（ｍａｉｎ）に比例し、補助アンテナ８ａから送信される信号の振幅はＰｔＧｔ（ａｕｘ）に比例する。ＰｔＧｔは電力を表し、その平方根は振幅を表す。

次に、最大振幅選択器１４により選択された最大振幅信号と、ＡＤ変換器１３ａそれぞれから供給されるディジタル信号との相関に基づいた補助アンテナ８ａの送信ウェイトＷの算出を定式化する。例えば、送信ウェイトＷの算出に最急降下法を用いる場合、補助アンテナ８ａに対する送信ウェイトＷ（アダプティブウエイトＷ）は、式（１）となる。

式（１）において、iterは反復回数を表す。Ｗ（iter）は、第iter回目に算出される各補助アンテナ８ａに対するウェイトｗｍを要素とするベクトル［ｗ１，ｗ２，…，ｗＭ］^ｔである。ｙｍａｘ（iter）は、第iter回目におけるＰ個のモニタアンテナ１０の出力のうち最大の振幅を有するディジタル信号を表す。Ｘ（iter）は、Ｍ個の補助アンテナ８ａから送信される信号ｘｍを要素とするベクトル［ｘ１，ｘ２，…，ｘＭ］^ｔである。μは、送信ウェイトＷのステップサイズを表す。ｚｅｒｏは、要素数Ｍのゼロベクトルを表す。ベクトル［・］^ｔの右肩のｔは、ベクトルの転置を表す。

上記は、送信ウェイトＷが複素数で表される場合を示すが、送信ウェイトで位相のみを制御する場合、送信ウェイトφは式（２）となる（非特許文献３）。

式（２）において、φ（iter）は、第iter回目に算出される各補助アンテナ８ａに対するウェイトφｍを要素とするベクトル［φ１，φ２，…，φＭ］^ｔである。Ｉｍ［・］は、虚数部を表す。他の変数等については、式（１）と同様である。

送信ウェイトを算出する手法としては、他に、ＲＬＳ（Recursive Least Square）法がある（非特許文献２）。ＲＬＳ法では、補助アンテナ８ａの信号の相関行列の逆行列演算を漸化式で算出する手法であり、式（３）で表される。

式（３）におけるＲｘｘ^－１（iter）は、式（４）で与えられる。

式（３）及び式（４）におけるＲｘｘはベクトルＸの相関行列を表し、Ｒｘｘ^－１はＲｘｘの逆行列を表す。ベクトルＸ^Ｈの右肩のＨは、ベクトルＸのエルミート転置（共役転置）を表す。ａは忘却係数を表し、０＜ａ＜１を満たす実数である。他の変数等については、式（１）及び（２）と同様である。

ＲＬＳ法を用いることにより、複数の送信ヌルを形成する場合でも、制御部１５は各補助アンテナ８ａに対する送信ウェイトＷを最急降下法などより高速に算出できる。

送信ウェイトを算出する他の手法としては、ランダムサーチ法がある（非特許文献４）。ランダムサーチ法では、送信ウェイトにランダム変化分の変化を与え、モニタアンテナ１０の出力の変化量を観測して、最適な送信ウェイトに近づける方法である。この場合、送信ウェイトで位相を制御してもよいし、位相及び振幅を制御してもよい。ランダムサーチ法を定式化すると、式（５）で表される。

式（５）において、ΔＷ（iter）は、送信ウェイトのランダム変化分を表す。他の変数等については、式（１）～（４）と同様である。

第１の実施形態における送信システム１００は、複数のモニタアンテナ１０の出力のうち最大の振幅を有する信号に基づいた送信ウェイトＷの算出を特徴の一つとしている。制御部１５による送信ウェイトＷの算出に適用できる手法を幾つか説明したが、これらに限ることなく、制御部１５は他の手法を用いて送信ウェイトを算出してもよい。

（第２の実施形態）
第１の実施形態では、補助アンテナ８ａと送信アンテナ８とが同じアレイアンテナに含まれ、送信アンテナ８と補助アンテナ８ａとに分配器５が送信信号を供給する構成について説明した。第１の実施形態において説明した構成に限ることなく、補助アンテナ８ａに信号を供給する系統と、送信アンテナ８に信号を供給する系統が異なっていてもよい。例えば、送信アンテナ８が、アレイアンテナ以外のパラボラアンテナやホーンアンテナなどである場合に、補助アンテナ８ａを送信アンテナ８に装着又は周囲に配置してもよい。すなわち、送信アンテナ８とは別に補助アンテナ８ａを設けてもよい。第２の実施形態では、補助アンテナ８ａが送信アンテナ８と別に設けられ、送信信号を供給する系統が送信アンテナ８及び補助アンテナ８ａそれぞれに設けられる構成について説明する。

図６は、第２の実施形態による送信システム２００の構成例を示すブロック図である。送信システム２００は、信号生成器１、１ａ、変調器２、２ａ、周波数変換器３、３ａ、パルス変調器４、４ａ、分配器５、５ａ、乗算器６、６ａ、高出力増幅器（ＨＰＡ）７、７ａ、送信アンテナ８、補助アンテナ８ａ、カプラ９、モニタアンテナ１０、低ノイズ増幅器（ＬＮＡ）１１、１１ａ、周波数変換器１２、１２ａ、アナログ－ディジタル（ＡＤ）変換器１３、１３ａ、最大振幅選択器１４及び制御部１５を備える。送信システム２００は、Ｎ個の送信アンテナ８に送信信号を供給する信号処理の系統と独立した信号処理の系統として、信号生成器１ａから分配器５ａをＭ個の補助アンテナ８ａに対して備える。信号生成器１ａから分配器５ａまでの系統で生成される送信信号は、信号生成器１から分配器５までの系統で生成される送信信号と同じである。すなわち、送信アンテナ８と補助アンテナ８ａとから送信される信号は、送信ウェイトＷに応じた位相又は振幅の差があるものの同じ送信信号である。

送信システム２００は、Ｍ個の補助アンテナ８ａに対して送信信号を供給する信号処理の系統を、送信アンテナ８への系統と独立して有する。これにより、送信アンテナ８がアレイアンテナ以外のパラボラアンテナやホーンアンテナである場合においても、モニタアンテナ１０が配置された方向に送信ヌルを形成することができる。すなわち、送信アンテナ８として用いられるアンテナの種別や構造にかかわらず、送信システム２００は、所望の方向（モニタアンテナ１０を配置した方向）に送信ヌルを形成できる。

なお、送信アンテナ８に供給される送信信号を分岐させて補助アンテナ８ａに供給できる場合には、送信システム２００は、信号生成器１ａから分配器５ａまでの構成を備えずともよい。また、既存の送信装置に対しても、アンテナの種別や構造にかかわらず、モニタアンテナ１０で受信される受信信号に基づいたフィードバック・ループを適用する手法により、安定した送信ヌルを形成することができる。

（第３の実施形態）
第１及び第２の実施形態では、送信ヌルを形成する位置又は方向にモニタアンテナ１０を配置する構成について説明した。モニタアンテナ１０を配置できる範囲が狭く、送信アンテナ８とモニタアンテナ１０との間の距離が短いと、モニタアンテナ１０の位置及びその近傍で受信レベルが低下するものの、モニタアンテナ１０を配置した方向に送信ヌルが形成されない場合がある。このような場合、他の装置又はシステムの干渉を充分に低減できない。第３の実施形態では、送信ヌルをより確実に形成できる送信システムについて説明する。

第３の実施形態による送信システムでは、モニタアンテナ１０の配置に特徴がある。図７は、第３の実施形態におけるモニタアンテナ１０の配置例を示す図である。図７に示す配置例では、送信ヌルを形成したい方向に対して一定の角度幅を定め、その角度幅に応じた領域に複数のモニタアンテナ１０を配置する。送信ヌルを形成したい方向にモニタアンテナ１０を配置するだけでなく、当該モニタアンテナ１０の近傍にも他のモニタアンテナ１０を配置する。例えば、送信ヌルを形成したい方向を含む角度幅に応じた領域に複数のモニタアンテナ１０を配置することで、送信システムは、所望の方向に送信ヌルをより確実に形成しやすくなる。

図８は、第３の実施形態におけるモニタアンテナ１０の他の配置例を示す図である。図８に示す配置例では、送信ヌルを形成したい方向に沿って複数のモニタアンテナ１０を配置する。換言すると、送信ヌルを形成したい方向に配置されたモニタアンテナ１０と送信アンテナ８の位相中心とを結ぶ方向に他のモニタアンテナ１０が配置される。このように複数のモニタアンテナ１０を配置することにより、送信ヌルを形成したい方向に配置された一つのモニタアンテナ１０において局所的に受信レベルが低減されることを防ぎ、送信システムは、所望の方向に送信ヌルをより確実に形成しやすくなる。

図７及び図８においてモニタアンテナ１０の配置例を示したが、これらの配置例に限らず、送信ヌルを形成したい方向に応じて定まる領域に複数のモニタアンテナ１０を配置して、より確実に送信ヌルが形成されるようにしてもよい。また、複数のモニタアンテナ１０を配置する場合のモニタアンテナ１０の間隔は、送信アンテナ８のアンテナ開口長や、送信信号の周波数に基づいて定めてもよい。アンテナ開口長が大きく、周波数が高くなるほど、送信角度応答Ｇｔの変化がより大きくなる。そのため、アンテナ開口長が大きくなるほど、又は周波数が高くなるほど、モニタアンテナ１０の間隔を狭くすることにより、送信システムは、より確実に送信ヌルを所望の方向に形成できる。

（第４の実施形態）
第１及び第２の実施形態では、複数の補助アンテナ８ａ及び複数のモニタアンテナ１０のそれぞれに対応した受信処理の系統（ＬＮＡ１１からＡＤ変換器１３までの系統）を送信システムが備える構成について説明した。この構成を用いる場合、モニタアンテナ１０の増加に応じて受信処理の系統数が増えることになり、ハードウェア規模の増大につながる。第４の実施形態では、ハードウェア規模の増大を抑えつつ、送信ヌルを形成できる送信システムについて説明する。

図９は、第４の実施形態による送信システム３００の構成例を示すブロック図である。送信システム３００は、信号生成器１、変調器２、周波数変換器３、パルス変調器４、分配器５、乗算器６、６ａ、高出力増幅器（ＨＰＡ）７、７ａ、送信アンテナ８、補助アンテナ８ａ、カプラ９、モニタアンテナ１０、切替器１６、低ノイズ増幅器（ＬＮＡ）１１、周波数変換器１２、アナログ－ディジタル（ＡＤ）変換器１３、選択・切替器１７及び制御部１５を備える。送信システム３００と第１の実施形態の送信システム１００との違いは、ＬＮＡ１１、周波数変換器１２及びＡＤ変換器１３それぞれの数と、最大振幅選択器１４を備えないことと、切替器１６及び選択・切替器１７を備えることである。

送信システム３００における、ＬＮＡ１１、周波数変換器１２及びＡＤ変換器１３それぞれの数は、補助アンテナ８ａの数（Ｍ）より大きく、補助アンテナ８ａ及びモニタアンテナ１０の数の和（Ｍ＋Ｐ）より小さい数である。ＬＮＡ１１、周波数変換器１２及びＡＤ変換器１３の数（Ｌ）は、（Ｍ＋１）以上かつ（Ｍ＋Ｐ）未満である。

第１の実施形態の送信システム１００では、補助アンテナ８ａ及びモニタアンテナ１０ごとに、ＬＮＡ１１からＡＤ変換器１３までの受信処理の系統が設けられている。すなわち、（Ｍ＋Ｐ）個の信号に対する受信処理が常に並列して行われている。これに対して、送信システム３００は、各モニタアンテナ１０で受信する受信信号に対する受信処理を時分割で行うことで、モニタアンテナ１０ごとに受信処理の系統を備えずともよい構成を有する。モニタアンテナ１０に係る受信処理を時分割で行うために、送信システム３００は、切替器１６及び選択・切替器１７を備える。

切替器１６は、各補助アンテナ８ａに対応するＭ個のカプラ９により抽出された送信信号と、Ｐ個のモニタアンテナ１０で受信された受信信号とを入力する。切替器１６は、選択・切替器１７の制御に応じて、入力する（Ｍ＋Ｐ）個の信号から選択した信号をＬＮＡ１１へ出力する。切替器１６で選択された信号は、ＬＮＡ１１、周波数変換器１２及びＡＤ変換器１３による信号処理により、ディジタル信号に変換される。選択・切替器１７は、ＡＤ変換器１３から入力されるディジタル信号を制御部１５へ出力する。また、選択・切替器１７は、切替器１６に入力される（Ｍ＋Ｐ）個の信号からＬＮＡ１１へ出力される信号を切り替える制御を切替器１６に対して行う。

図１０は、第４の実施形態における切替器１６に対する切替制御の一例を示す図である。図１０において、横軸は時間を示し、縦軸は信号の振幅を示す。送信信号は、送信アンテナ８及び補助アンテナ８ａにおける送信の振幅（有無）を示す。補助アンテナ＃１～＃Ｍと、モニタアンテナ＃１～＃Ｐとは、それぞれに対応する信号のうち切替器１６が出力する信号の有無を示す。送信アンテナ８及び補助アンテナ８ａから送信信号が送信されているときに設定される最大値選定期間において、選択・切替器１７は、モニタアンテナ１０の受信信号が１つずつ順に出力されるように切替器１６を制御する。

選択・切替器１７は、最大値選定期間において入力されるディジタル信号のうち最大の振幅を有するディジタル信号を選択し、選択したディジタル信号に対応するモニタアンテナ１０－ｐ（１≦ｐ≦Ｐ）を特定する。すなわち、選択・切替器１７は、各モニタアンテナ１０で受信される受信信号の振幅を順に測定し、測定結果に基づいて最大の振幅を有するディジタル信号（受信信号）を選択する。選択・切替器１７は、最大値選定期間以降に特定したモニタアンテナ１０の受信信号と、カプラ９により抽出された送信信号とを出力するように切替器１６を制御する。このように、選択・切替器１７は、第１の実施形態の最大振幅選択器１４による最大振幅を有するディジタル信号の選択を、切替器１６を制御することで行う。

制御部１５は、最大値選定期間以降に選択・切替器１７から出力される（Ｍ＋１）個のディジタル信号に基づいて、第１の実施形態と同様の手法により補助アンテナ８ａそれぞれに対する送信ウェイトＷを算出する。選択・切替器１７は、送信ウェイトＷが更新される都度、最大値選定期間を設定してモニタアンテナ１０の選択を行ってもよい。なお、選択・切替器１７が行う動作及び切替器１６の制御を、制御部１５が行ってもよい。

図１０に示した切替制御では、最大値選定期間において１つの受信信号を順に選択する動作を説明したが、２つ以上の受信信号を順に選択するようにしてもよい。最大値選定期間において２つ以上の受信信号を選択する場合であっても、Ｍ個のカプラ９からの送信信号に対する受信処理の系統をモニタアンテナ１０の受信信号に対して使用するように切替器１６を制御することで、送信システム３００が備える受信処理の系統数Ｌを（Ｍ＋１）としてもよい。最大値選定期間に切替器１６から出力される受信信号を複数にすることにより、最大の振幅を有するディジタル信号の選択に要する時間を短縮できる。

送信信号に含まれる送信パルス内での振幅の時間変化が大きい場合には、送信ウェイトＷの算出精度が劣化することがある。しかし、ほとんどの場合は、送信信号の振幅はほぼ一定であるとみなせるため、受信信号を時分割でモニタしてもその影響は小さい。また、最大値選定期間において切替器１６が受信信号それぞれを出力する時間を１送信パルス以上の長さとしてもよい。切替器１６の出力時間を１送信パルス以上の長さとすることで、送信パルス内での振幅変化の影響を抑えることができる。

なお、第４の実施形態では、第１の実施形態の送信システム１００との対比にて送信システム３００の構成を説明した。しかし、第２の実施形態の送信システム２００に対して、第４の実施形態で説明した構成を適用してもよい。

上記の実施形態における送信システムは、バスで接続されたＣＰＵ（Central Processing Unit）やメモリや補助記憶装置などを備え、ＣＰＵがプログラムを実行することにより、受信信号を選択する処理や、送信ウェイトＷを算出する処理を行ってもよい。ＣＰＵは、補助記憶装置に記憶されたプログラムを実行することにより、送信システムにおける一部又はすべての動作を行ってもよい。また、送信システムにおける動作のすべて又は一部は、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）やＰＬＤ（Programmable Logic Device）やＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）等のハードウェアを用いて実現されてもよい。プログラムは、コンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録されてもよい。コンピュータ読み取り可能な記録媒体とは、例えば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などの非一時的な記憶媒体である。プログラムは、電気通信回線を介して送信されてもよい。

以上説明した少なくともひとつの実施形態によれば、送信アンテナ及び補助アンテナから送信された信号をモニタアンテナで受信したときの受信レベルに基づいて、補助アンテナから送信される信号の位相、又は位相及び振幅を制御する制御部を持つことにより、モニタアンテナが配置された方向に送信ヌルを形成することができ、無線信号の送信に伴い生じる他の装置又はシステムへの干渉を低減させることができる。

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。

１，１ａ…信号生成器、２，２ａ…変調器、３，３ａ…周波数変換器、４，４ａ…パルス変調器、５，５ａ…分配器、６，６ａ…乗算器、７，７ａ…ＨＰＡ、８…送信アンテナ、８ａ…補助アンテナ、９…カプラ、１０…モニタアンテナ、１１，１１ａ…ＬＮＡ、１２，１２ａ…周波数変換器、１３，１３ａ…ＡＤ変換器、１４…最大振幅選択器、１５…制御部、１６…切替器、１７…選択・切替器

Claims (8)

1. 信号を送信する、送信アンテナ及び補助アンテナと、
   前記補助アンテナよりも前記送信アンテナから離れた位置に配置されるモニタアンテナと、
   前記送信アンテナ及び前記補助アンテナから送信された信号を前記モニタアンテナで受信したときの受信信号に基づいて、前記補助アンテナから送信される信号の位相、又は位相及び振幅を制御する制御部と、
   を備え、前記モニタアンテナは、前記送信アンテナによる送信の干渉を抑えたい方向に配置されている
   送信システム。
2. 信号を送信する、送信アンテナ及び補助アンテナと、
   前記補助アンテナよりも前記送信アンテナから離れた位置に配置されるモニタアンテナと、
   前記送信アンテナ及び前記補助アンテナから送信された信号を前記モニタアンテナで受信したときの受信信号に基づいて、前記補助アンテナから送信される信号の位相、又は位相及び振幅を制御する制御部と、
   を備え、
   前記モニタアンテナは、複数あり、
   前記制御部は、複数の前記モニタアンテナで得られる前記受信信号のうち最大の振幅を有する受信信号に基づいて、前記補助アンテナから送信される信号の位相、又は位相及び振幅を制御して、前記送信アンテナ及び前記補助アンテナから送信された信号を前記モニタアンテナで受信したときの受信信号を低下させる
   送信システム。
3. 少なくとも１つの前記モニタアンテナの近傍には、他の前記モニタアンテナが配置されている、
   請求項２の送信システム。
4. 少なくとも１つの前記モニタアンテナと前記送信アンテナとを結ぶ方向に他の前記モニタアンテナが配置されている、
   請求項２の送信システム。
5. 前記制御部は、複数の前記モニタアンテナで受信される受信信号に対する受信処理系を時分割で利用して各受信信号の振幅を順に測定し、測定結果に基づいて最大の振幅を有する受信信号を特定する、
   請求項２の送信システム。
6. 前記送信アンテナは、複数のアンテナ素子を有し、
   前記送信アンテナと前記補助アンテナとは、アレイアンテナを形成する、
   請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の送信システム。
7. 信号を送信する送信アンテナ及び補助アンテナと、前記補助アンテナよりも前記送信アンテナから離れた位置に配置されるモニタアンテナと、を備える送信システムにおける送信方法であって、
   前記送信アンテナ及び前記補助アンテナから送信された信号を前記モニタアンテナで受信したときの受信信号に基づいて、前記補助アンテナから送信される信号の位相、又は位相及び振幅を制御する制御ステップ、
   を有し、前記モニタアンテナは、前記送信アンテナによる送信の干渉を抑えたい方向に配置されている
   送信方法。
8. 信号を送信する送信アンテナ及び補助アンテナと、前記補助アンテナよりも前記送信アンテナから離れた位置に配置されるモニタアンテナと、を備える送信システムにおける送信方法であって、
   前記送信アンテナ及び前記補助アンテナから送信された信号を前記モニタアンテナで受信したときの受信信号に基づいて、前記補助アンテナから送信される信号の位相、又は位相及び振幅を制御する制御ステップ、
   を有し、
   前記モニタアンテナは、複数あり、
   前記制御ステップにおいて、複数の前記モニタアンテナで得られる前記受信信号のうち最大の振幅を有する受信信号に基づいて、前記補助アンテナから送信される信号の位相、又は位相及び振幅を制御して、前記送信アンテナ及び前記補助アンテナから送信された信号を前記モニタアンテナで受信したときの受信信号を低下させる
   送信方法。

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