天线装置

摘要

本发明构成为设有子阵列数决定部(41)，该子阵列数决定部(41)根据由终端位置检测部(32)检测出的多个用户终端的位置与本天线装置的位置之间的关系，分别决定对多个用户终端分配的子阵列的数量，天线选择部(50)从子阵列(2‑1～2‑N)中选择由子阵列数决定部(41)决定的数量的子阵列，并对多个用户终端分别分配该选择出的子阵列。因此，在多个用户终端接近的状况下，也能够防止针对多个用户终端的波束之间的干扰，对多个用户终端提供良好的通信质量。

权利要求

1.一种天线装置，其特征在于，该天线装置具有：多个子阵列，其由多个元件天线构成；

终端位置检测部，其检测作为通信对象终端的多个用户终端的位置；

子阵列数决定部，其根据由所述终端位置检测部检测出的多个用户终端的位置与该天线装置的位置之间的关系，分别决定对所述多个用户终端分配的子阵列的数量；以及天线选择部，其从所述多个子阵列中选择由所述子阵列数决定部决定的数量的子阵列，并对所述多个用户终端分别分配所述数量的子阵列。

2.根据权利要求1所述的天线装置，其特征在于，所述子阵列数决定部根据由所述终端位置检测部检测出的多个用户终端的位置与该天线装置的位置之间的关系，确定从该天线装置观察到的所述多个用户终端之间的角度差，根据所述角度差分别决定对所述多个用户终端分配的子阵列的数量。

3.根据权利要求2所述的天线装置，其特征在于，所述多个用户终端之间的角度差越小，则所述子阵列数决定部越增加对所述多个用户终端分配的子阵列的数量。

4.根据权利要求2所述的天线装置，其特征在于，所述天线装置具有振幅相位调节部，该振幅相位调节部控制与构成由所述天线选择部选择出的子阵列的多个元件天线连接的振幅调节器和移相器，调节由所述子阵列发送接收的信号的振幅和相位。

5.根据权利要求4所述的天线装置，其特征在于，所述振幅相位调节部控制所述移相器，使得由所述子阵列形成的波束朝向被分配了所述子阵列的用户终端的方向。

6.根据权利要求4所述的天线装置，其特征在于，所述振幅相位调节部根据所述多个用户终端之间的角度差控制所述振幅调节器。

7.根据权利要求1所述的天线装置，其特征在于，使用设有垂直极化波用的供电点和水平极化波用的供电点的垂直极化波共用元件作为所述元件天线。

说明书

天线装置

技术领域

[0001] 本发明例如涉及在无线通信基站中使用的天线装置。

背景技术

[0002] 在移动通信系统中，作为实现高速大容量传输的技术，Massive MIMO(Multiple-Input Multiple-Output：多输入多输出)备受关注。

[0003] Massive MIMO是指使用数量非常多的元件天线进行多个流传输的多用户MIMO传输，例如在各基站设置由多个元件天线构成的阵列天线，在流复用的基础上进行波束形成。

[0004] 对全部元件天线连接作为数字模拟转换器的DAC(Digital  to  Analog Converter)和其它模拟部件并且连接数字电路的Digital Massive MIMO的结构，能够得到与元件天线的数量相应的自由度，因而具有非常高的传输性能。

[0005] 但是，Digital Massive MIMO在制造成本和计算量方面存在问题，因而提出通过使用移相器进行模拟波束的形成来减小电路规模的天线装置。

[0006] 在上述的天线装置中，使用全部元件天线形成多个波束的方式即全阵列方式(例如参照非专利文献1)能够得到较高的天线增益，但是为了形成多个波束，模拟波束的形成部变得复杂，存在制造方面和成本方面的问题。

[0007] 另一方面，按照每个波束使用不同的元件天线的方式即子阵列方式(例如参照非专利文献2、3)与全阵列方式相比，具有硬件的结构简单，能够灵活地变更各子阵列的配置等的优点等。

[0008] 另外，在下面的专利文献1中提出按照包含MIMO的多个传输模式变更要使用的天线尺寸(子阵列尺寸)的结构。

[0009] 现有技术文献

[0010] 专利文献

[0011] 专利文献1：日本特开2012-44408号公报

[0012] 非专利文献

[0013] 非专利文献1：小原，須山，シン，奥村，“高周波数帯を用いた超高速Massive MIMO伝送における固定ビームフォーミングと固有ビームプリコーディングの結合処理，”信学技報，RCS-2014-349，2014年3月

[0014] 非专利文献2：岡崎，井浦，福井，武，岡村，“次世代無線アクセスに向けた高周波帯活用の一検討，”信学技報，RCS2014-81，2014年6月

[0015] 非专利文献3：W.Roh et.al.,“Millimeter-Wave Beamforming as an Enabling Technology for 5G Cellular Communications:Theoretical Feasibility and Prototype Results,”IEEE Commun.Mag.,vol.52,no.2,pp.106-113,Feb.2014发明内容

[0016] 发明要解决的问题

[0017] 以往的天线装置是如上所述构成的，因而在使用子阵列方式的情况下，与使用全阵列方式的情况相比，具有能够灵活地变更各子阵列的配置等的优点等，但是如果元件天线的条数相同，则每1波束的元件天线数减少，在天线增益方面成为不利因素。因此，与使用全阵列方式的情况相比，例如存在与位于远处的用户终端的通信质量有时恶化这样的问题。

[0018] 在专利文献1中公开有根据通信环境变更要使用的元件天线的条数来切换天线尺寸的技术，但是没有公开在具有多个用户终端的通信环境中，考虑多个用户终端的位置关系变更针对各用户终端的天线尺寸的技术。因此，在多个用户终端接近的状况下，针对多个用户终端的波束相互干扰，存在通信质量有时恶化这样的问题。

[0019] 本发明正是为了解决如上所述的问题而完成的，其目的在于，得到能够对多个用户终端提供良好的通信质量的天线装置。

[0020] 用于解决问题的手段

[0021] 本发明的天线装置具有：多个子阵列，其由多个元件天线构成；终端位置检测部，其检测作为通信对象终端的多个用户终端的位置；以及子阵列数决定部，其根据由终端位置检测部检测出的多个用户终端的位置与本装置的位置之间的关系，分别决定对多个用户终端分配的子阵列的数量，天线选择部从多个子阵列中选择由子阵列数决定部决定的数量的子阵列，并对多个用户终端分别分配该选择出的子阵列。

[0022] 发明效果

[0023] 根据本发明，构成为具有子阵列数决定部，该子阵列数决定部根据由终端位置检测部检测出的多个用户终端的位置与本装置的位置之间的关系，分别决定对多个用户终端分配的子阵列的数量，天线选择部从多个子阵列中选择由子阵列数决定部决定的数量的子阵列，并对多个用户终端分别分配该选择出的子阵列。因此，具有能够对多个用户终端提供良好的通信质量的效果。

附图说明

[0024] 图1是示出本发明的实施方式1的天线装置的结构图。

[0025] 图2是天线装置的数字处理部由计算机构成时的硬件结构图。

[0026] 图3是示出天线装置的数字处理部的处理内容的流程图。

[0027] 图4是示出N＝16时的天线结构例的说明图。

[0028] 图5是示出方位角方向的视野角的说明图。

[0029] 图6是示出在对用户终端T1分配子阵列2-1、对用户终端T2分配子阵列2-2时，由子阵列2-1、2-2形成的波束的振幅分布的说明图。

[0030] 图7是示出在对用户终端T1分配子阵列2-1、2-2时，由子阵列2-1、2-2的合成子阵列形成的波束的振幅分布的说明图。

[0031] 图8是示出本发明的实施方式2的天线装置的一部分的结构图。

具体实施方式

[0032] 下面，为了更详细地说明本发明，按照附图说明用于实施本发明的方式。

[0033] 实施方式1

[0034] 图1是示出本发明的实施方式1的天线装置的结构图，图1的天线装置具有N(N为2以上的整数)个相控阵天线1。相控阵天线1-1～1-N是相同的结构。

[0035] 在图1中，安装于相控阵天线1-n(n＝1、2、…、N)的子阵列2-n由K(K为2以上的整数)条元件天线构成。即，子阵列2-n由元件天线3-1～3-K构成。

[0036] 在图1中，子阵列2-2～2-N被相控阵天线1-1遮挡，因而看不见。

[0037] 另外，在图1中仅记载有本发明所需要的部分，省略了放大器、滤波器等发送接收机所需要的个别器件。

[0038] 振幅调节器4-k(k＝1、2、…、K)与元件天线3-k连接，调节由元件天线3-k发送接收的信号的振幅。

[0039] 移相器5-k(k＝1、2、…、K)与振幅调节器4-k连接，调节由元件天线3-k发送接收的信号的相位。

[0040] 合成分配器6在发送信号的情况下，将从频率转换部7输出的高频信号分配成K个，将分配后的高频信号输出给移相器5-1～5-K，在接收信号的情况下，将由移相器5-1～5-K调节相位后的信号合成，将该合成信号输出给频率转换部8。

[0041] 频率转换部7实施将从天线选择部50输出的调制信号转换成模拟信号的D/A转换处理，并且实施将该模拟信号转换成高频信号的频率转换处理，将该高频信号输出给合成分配器6。

[0042] 在此，示出将调制信号转换成模拟信号后再转换成高频信号的例子，但也可以是，将调制信号转换成高频信号后再转换成模拟信号。

[0043] 频率转换部8实施将从合成分配器6输出的合成信号的频率转换成中间频率的频率转换处理，并且实施将频率转换后的合成信号转换成数字信号的A/D变换处理，将数字的合成信号即接收信号输出给天线选择部50。

[0044] 在此，示出将合成信号的频率转换成中间频率后再转换成数字信号的例子，但也可以是，将合成信号转换成数字信号后再转换成中间频率。

[0045] 用户信号处理部20是用于以一对一的方式与作为通信对象终端的用户终端进行数据通信的处理部。

[0046] 在该实施方式1中，最多能够与J(J为2以上的整数)个用户终端进行数据通信，因而设有J个用户信号处理部20。即，设有用户信号处理部20-1～20-J，用户信号处理部20-1～20-J是相同的结构。

[0047] 用户信号处理部20-1～20-J的发送部21实施如下处理：根据发送给通信对象用户终端的数据生成调制信号，将该调制信号输出给用户信号相位调节部22。

[0048] 用户信号相位调节部22实施如下处理：将从发送部21输出的调制信号分配成M(M为N以下的整数)个，并调节M个调制信号的相位。这里的将调制信号分配成M个是指复制调制信号，生成M个相同的调制信号。

[0049] 并且，用户信号相位调节部22实施如下处理：调节从用户信号振幅调节部23输出的M个接收信号的相位，将相位调节后的M个接收信号合成，将合成后的接收信号输出给接收部24。

[0050] 用户信号振幅调节部23实施如下处理：调节从用户信号相位调节部22输出的相位调节后的M个调制信号的振幅，将振幅调节后的M个调制信号输出给天线选择部50。

[0051] 并且，用户信号振幅调节部23实施如下处理：调节从天线选择部50输出的M个接收信号的振幅，将振幅调节后的M个接收信号输出给用户信号相位调节部22。

[0052] 接收部24对从用户信号相位调节部22输出的合成后的接收信号进行解调处理，对从通信对象用户终端发送的数据进行解调。

[0053] 用户信息识别部30由通信链路建立部31和终端位置检测部32构成。

[0054] 通信链路建立部31实施如下处理：在与多个用户终端开始单独的数据通信之前，例如使用公共控制信道与多个用户终端建立通信链路，检测期望开始单独的数据通信的用户终端。

[0055] 在此，公共控制信道可以使用相控阵天线1-1～1-N中的至少一个以上的相控阵天线1进行设定，也可以使用相控阵天线1-1～1-N以外的控制用天线等进行设定。

[0056] 终端位置检测部32实施如下处理：从由通信链路建立部31检测出的用户终端收集表示终端位置的位置信息，由此检测该用户终端的位置。

[0057] 控制部40由子阵列数决定部41和振幅相位调节部42构成。

[0058] 子阵列数决定部41实施如下处理：根据由终端位置检测部32检测出的多个用户终端的位置与本天线装置的位置之间的关系，分别决定对多个用户终端分配的子阵列的数量。

[0059] 即，子阵列数决定部41根据由终端位置检测部32检测出的多个用户终端的位置与本天线装置的位置之间的关系，确定从本天线装置观察到的多个用户终端之间的角度差，根据该角度差分别决定对多个用户终端分配的子阵列的数量。

[0060] 振幅相位调节部42实施如下处理：控制振幅调节器4-k(k＝1、2、…、K)和用户信号振幅调节部23，调节由构成子阵列2的元件天线3-k发送接收的信号的振幅，并且控制移相器5-k和用户信号相位调节部22，调节由构成子阵列2的元件天线3-k发送接收的信号的相位。

[0061] 天线选择部50实施如下处理：如果由子阵列数决定部41决定的子阵列的数量是M(M为N以下的整数)，则从子阵列2-1～2-N中选择M个子阵列2。

[0062] 并且，天线选择部50实施如下处理：对多个用户终端分别分配M个子阵列2，作为在与由通信链路建立部31检测出的多个用户终端进行单独的数据通信中使用的天线。

[0063] 在图1的例子中，假定作为天线装置的数字处理部的用户信号处理部20-1～20-J、用户信息识别部30、控制部40以及天线选择部50分别由专用的硬件构成。作为专用的硬件，例如可考虑安装有CPU的半导体集成电路、单片微型计算机等。

[0064] 但是，天线装置的数字处理部也可以由计算机构成。

[0065] 图2是天线装置的数字处理部由计算机构成时的硬件结构图。

[0066] 在天线装置的数字处理部由计算机构成的情况下，只要将记述有用户信号处理部20-1～20-J、用户信息识别部30、控制部40以及天线选择部50的处理内容的程序存储在计算机的存储器61中，该计算机的处理器62执行存储器61中存储的程序即可。

[0067] 图3是示出天线装置的数字处理部的处理内容的流程图。

[0068] 图4是示出N＝16时的天线结构例的说明图。

[0069] 在图4中示出子阵列2-1～2-16以4×4的排列方式构成平面天线的例子。

[0070] 另外，子阵列2-1～2-16由4×4排列的16个元件天线3-1～3-16构成，元件天线3-1～3-16例如由贴片天线(patch antenna)等构成。

[0071] 通常，1个子阵列2容纳一个用户终端，因而在图4的例子中最多能够容纳16个用户终端。但是，在各个用户终端之间的距离接近时，各个子阵列2形成的波束一部分重合，因而产生波束的干扰。

[0072] 在这种情况下，与接近的多个用户终端之间的数据通信比较困难，因而，在该实施方式1中，将在与1个用户终端之间的数据通信中使用的子阵列2的数量设为2以上，由此使波束宽度变窄，使得针对接近的多个用户终端的波束不干扰。

[0073] 例如，在使用合计4个(2×2排列)的子阵列2的情况下，与使用1个子阵列2的情况相比，水平方向的波束宽度和垂直方向的波束宽度成为一半，用户终端的分离性能提高与波束宽度变窄相应的量。

[0074] 另外，在使用多个子阵列2的情况下，天线增益得到改善，因而还能够容纳位于远处的用户终端，能够形成与设置环境对应的通信有效区。

[0075] 例如，在使用合计4个(2×2排列)的子阵列2的情况下，与使用1个子阵列2的情况相比，天线孔径成为4倍，因而天线增益成为4倍，如果是视距通信环境，则通信距离成为约2.4倍。

[0076] 下面对动作进行说明。

[0077] 用户信息识别部30的通信链路建立部31在开始与多个用户终端进行单独的数据通信之前，例如使用公共控制信道与多个用户终端建立通信链路。

[0078] 通信链路建立部31在与多个用户终端建立通信链路时，使用公共控制信道向多个用户终端一齐发送用于询问是否希望开始数据通信的询问信号。

[0079] 多个用户终端在接收到该询问信号时，在希望开始数据通信的情况下，使用公共控制信道向天线装置回送该询问信号的响应信号。

[0080] 另外，假设该响应信号包含表示用户终端的位置的位置信息和识别用户终端的终端ID。用户终端的位置例如能够根据由搭载于用户终端的GPS接收机接收到的GPS信号进行检测。

[0081] 在此，示出使用公共控制信道与多个用户终端建立通信链路的例子，但这只是一个例子，例如也可以使用单独的控制信道与多个用户终端建立通信链路。

[0082] 通信链路建立部31在接收到包含位置信息和终端ID的响应信号时，根据该响应信号中包含的终端ID识别希望开始数据通信的用户终端。

[0083] 通信链路建立部31在具有希望开始数据通信的用户终端的情况下，将从该用户终端发送的响应信号输出给终端位置检测部32。

[0084] 在该实施方式1中，为了简化说明，假设2个用户终端T1、T2希望开始数据通信，假设将从2个用户终端T1、T2发送的响应信号分别输出给终端位置检测部32。

[0085] 终端位置检测部32在从通信链路建立部31接收到2个响应信号时，参照2个响应信号中包含的位置信息，检测希望开始数据通信的2个用户终端T1、T2的位置(图3的步骤ST1)。

[0086] 控制部40的子阵列数决定部41事前存储有本天线装置的位置，在终端位置检测部32检测出2个用户终端T1、T2的位置时，根据2个用户终端T1、T2的位置与本天线装置的位置之间的关系，确定从本天线装置观察到的2个用户终端T1、T2之间的角度差θ。

[0087] 作为从本天线装置观察到的2个用户终端T1、T2之间的角度差θ，假定方位角方向的视野角θAZ和仰角方向的视野角θEL。

[0088] 图5是示出方位角方向的视野角的说明图，在图5中，θAZ表示方位角方向的视野角。〇表示本天线装置和2个用户终端T1、T2的位置(纬度、经度)。

[0089] 子阵列数决定部41在确定方位角方向的视野角θAZ和仰角方向的视野角θEL作为从本天线装置观察到的2个用户终端T1、T2之间的角度差θ时，根据方位角方向的视野角θAZ分别决定对2个用户终端T1、T2分配的方位角方向的子阵列2的数量，根据仰角方向的视野角θEL分别决定对2个用户终端T1、T2分配的仰角方向的子阵列2的数量(步骤ST2)。

[0090] 2个用户终端T1、T2之间的角度差θ越小，则子阵列数决定部41越增加对2个用户终端T1、T2分配的子阵列2的数量，具体地讲，如下所述决定方位角方向和仰角方向的子阵列2的数量。

[0091] 在此，为了便于说明，假设由相控阵天线1-1～1-N的振幅调节器4-1～4-16调节由构成子阵列2-1～2-16的元件天线3-1～3-16发送接收的信号的振幅，由此使元件天线3-1～3-16的权重全部成为“1”。

[0092] 在这种情况下，处于由1个子阵列2形成的波束宽度最细的状态，例如在将配置于1个子阵列2中央的4个元件天线3-6、3-7、3-10、3-11以外的元件天线的权重变更成“0.5”时，由1个子阵列2形成的波束的宽度变宽。

[0093] 假设子阵列数决定部41识别在元件天线3-1～3-16的权重全部为“1”时由1个子阵列2形成的波束的宽度。即，假设识别由1个子阵列2形成的波束的方位角方向的波束宽度和仰角方向的波束宽度。在图4的例子中，4×4排列的元件天线3-1～3-16以相等间隔进行排列，因而方位角方向的波束宽度和仰角方向的波束宽度是相同宽度。

[0094] 方位角方向的波束宽度用方位角方向的扩展角度φAZ表示，仰角方向的波束宽度用仰角方向的扩展角度φEL表示。

[0095] 在该实施方式1中，将从波束的中心到第一个零的宽度的2倍定义为波束宽度，以提高接近的2个用户终端T1、T2之间的分离性能。或者，将从波束的中心到功率下降3dB的位置的宽度的2倍定义为波束宽度。

[0096] 首先，说明方位角方向的子阵列数的决定。

[0097] 子阵列数决定部41在将方位角方向的视野角θAZ确定为从本天线装置观察到的2个用户终端T1、T2之间的角度差θ时，对该确定的视野角θAZ和与由1个子阵列2形成的波束的方位角方向的波束宽度对应的方位角方向的扩展角度φAZ进行比较。

[0098] 如果方位角方向的视野角θAZ与方位角方向的扩展角度φAZ相同(θAZ＝φAZ)或者大于方位角方向的扩展角度φAZ(θAZ>φAZ)，则即使对各个用户终端T1、T2分配的子阵列2的数量是1个，针对各个用户终端T1、T2的波束也不会相互干扰，因而子阵列数决定部41将对各个用户终端T1、T2分配的子阵列2的数量决定为1个。

[0099] 在方位角方向的视野角θAZ小于方位角方向的扩展角度φAZ的情况下(θAZ<φAZ)，在将对各个用户终端T1、T2分配的子阵列2的数量设为1个时，针对各个用户终端T1、T2的波束相互干扰，因而子阵列数决定部41判断为需要使针对各个用户终端T1、T2的波束变窄。

[0100] 子阵列数决定部41存储有在将方位角方向的子阵列2的数量设为m(m＝2、3、4)个时与方位角方向的波束宽度对应的方位角方向的扩展角度φAZ-m，在m＝2、3、4时，确定使方位角方向的视野角θAZ达到方位角方向的扩展角度φAZ-m以上的最小的m，由此决定方位角方向的子阵列2的数量m。

[0101] 例如，在m＝2时，如果方位角方向的视野角θAZ达到方位角方向的扩展角度φAZ-2以上，则将对各个用户终端T1、T2分配的子阵列2的数量决定为2个。

[0102] 并且，如果在m＝2时方位角方向的视野角θAZ小于方位角方向的扩展角度φAZ-2，但是，在m＝3时方位角方向的视野角θAZ达到方位角方向的扩展角度φAZ-3以上，则将对各个用户终端T1、T2分配的子阵列2的数量决定为3个。

[0103] 下面，说明仰角方向的子阵列数的决定。

[0104] 子阵列数决定部41在将仰角方向的视野角θEL确定为从本天线装置观察到的2个用户终端T1、T2之间的角度差θ时，对该确定的视野角θEL和与由1个子阵列2形成的波束的仰角方向的波束宽度对应的仰角方向的扩展角度φEL进行比较。

[0105] 如果仰角方向的视野角θEL与仰角方向的扩展角度φEL相同(θEL＝φEL)或者大于仰角方向的扩展角度φEL(θEL>φEL)，则即使对各个用户终端T1、T2分配的子阵列2的数量是1个，针对各个用户终端T1、T2的波束也不会相互干扰，因而子阵列数决定部41将对各个用户终端T1、T2分配的子阵列2的数量决定为1个。

[0106] 在仰角方向的视野角θEL小于仰角方向的扩展角度φEL的情况下(θEL<φEL)，在将对各个用户终端T1、T2分配的子阵列2的数量设为1个时，针对各个用户终端T1、T2的波束相互干扰，因而子阵列数决定部41判断为需要使针对各个用户终端T1、T2的波束变窄。

[0107] 子阵列数决定部41存储有在将仰角方向的子阵列2的数量设为m(m＝2、3、4)个时与仰角方向的波束宽度对应的仰角方向的扩展角度φEL-m，在m＝2、3、4时，确定使仰角方向的视野角θEL达到仰角方向的扩展角度φEL-m以上的最小的m，由此决定仰角方向的子阵列2的数量m。

[0108] 例如，在m＝2时，如果仰角方向的视野角θEL达到仰角方向的扩展角度φEL-2以上，则将对各个用户终端T1、T2分配的子阵列2的数量决定为2个。

[0109] 并且，如果在m＝2时仰角方向的视野角θEL小于仰角方向的扩展角度φEL-2，但是，在m＝3时仰角方向的视野角θEL达到仰角方向的扩展角度φEL-3以上，则将对各个用户终端T1、T2分配的子阵列2的数量决定为3个。

[0110] 图6是示出在对用户终端T1分配子阵列2-1、对用户终端T2分配子阵列2-2时，由子阵列2-1、2-2形成的波束的振幅分布的说明图。

[0111] 图7是示出在对用户终端T1分配子阵列2-1、2-2时，由子阵列2-1、2-2的合成子阵列形成的波束的振幅分布的说明图。

[0112] 其中，在图6和图7中，为了简化说明，关注于方位角方向而未描画仰角方向。

[0113] 在由子阵列数决定部41将对2个用户终端T1、T2分配的子阵列2的数量决定为1的情况下，例如如图6所示，对用户终端T1设定由子阵列2-1形成的波束，并且对用户终端T2设定由子阵列2-2形成的波束。对用户终端T1、T2设定的2个波束彼此独立。

[0114] 因此，天线装置能够使用由子阵列2-1形成的波束与用户终端T1单独开始数据通信，并且能够使用由子阵列2-2形成的波束与用户终端T2单独开始数据通信。

[0115] 在由子阵列数决定部41将对用户终端T1分配的子阵列2的数量决定为2的情况下，例如如图7所示，对用户终端T1设定由子阵列2-1、2-2的合成子阵列形成的波束。

[0116] 因此，天线装置能够使用由子阵列2-1、2-2的合成子阵列形成的波束与用户终端T1开始数据通信。

[0117] 在此，由于关注于方位角方向，因而示出选择沿方位角方向排列的子阵列2-1、2-2的例子，例如，如果仰角方向的子阵列的数量是2个，则可考虑选择沿仰角方向排列的子阵列2-1、2-5的情况。

[0118] 在子阵列数决定部41决定方位角方向和仰角方向的子阵列2的数量时，天线选择部50从子阵列2-1～2-N中选择由子阵列数决定部41决定的数量的子阵列2，将该选择出的子阵列2分配给2个用户终端T1、T2(步骤ST3)。

[0119] 例如，如果方位角方向和仰角方向的子阵列2的数量都是1，则可考虑对用户终端T1分配子阵列2-1，对用户终端T2分配子阵列2-3的方式。其中，对2个用户终端T1、T2分配哪个子阵列2可以是任意的，例如也可以是对用户终端T1分配子阵列2-1，对用户终端T2分配子阵列2-16的方式等。

[0120] 另外，如果方位角方向和仰角方向的子阵列2的数量都是2，则可考虑对用户终端T1分配子阵列2-1、2-2、2-5、2-6，对用户终端T2分配子阵列2-3、2-4、2-7、2-8的方式。其中，对2个用户终端T1、T2分配哪个子阵列2可以是任意的，例如也可以是对用户终端T1分配子阵列2-1、2-2、2-5、2-6，对用户终端T2分配子阵列2-11、2-12、2-15、2-16的方式等。

[0121] 在天线选择部50将由子阵列数决定部41决定的数量的子阵列2分配给2个用户终端T1、T2时，振幅相位调节部42决定与对用户终端T1、T2分配的子阵列2对应的用户信号处理部20的用户信号振幅调节部23和用户信号相位调节部22的调节量(步骤ST4)，并且决定与对用户终端T1、T2分配的子阵列2连接的振幅调节器4和移相器5的调节量(步骤ST5)。

[0122] 下面，具体说明振幅相位调节部42的处理内容。

[0123] 在此，考虑在由子阵列数决定部41决定的子阵列2的数量是2个时，例如将子阵列2-1和子阵列2-2分配给1个用户终端T1的情况。

[0124] 此时，在用户终端T1与子阵列2-1之间的距离和用户终端T1与子阵列2-2之间的距离不一致的情况下，如果从子阵列2-1发送的信号的振幅和相位与从子阵列2-2发送的信号的振幅和相位相同，则由于该距离差的影响，从子阵列2-1向用户终端T1的方向发送的信号与从子阵列2-2向用户终端T1的方向发送的信号不会成为同相。

[0125] 因此，为了即使存在距离差也要使从子阵列2-1发送的信号与从子阵列2-2发送的信号成为同相，振幅相位调节部42根据该距离差决定与子阵列2-1对应的用户信号处理部20-1的用户信号振幅调节部23和用户信号相位调节部22的调节量，并且决定与子阵列2-2对应的用户信号处理部20-2的用户信号振幅调节部23和用户信号相位调节部22的调节量。
另外，根据距离差决定调节量的处理本身是公知的技术，因而省略详细的说明。

[0126] 在由子阵列数决定部41决定的子阵列2的数量是1个的情况下，不需要考虑距离差的影响，因而振幅相位调节部42不决定用户信号振幅调节部23和用户信号相位调节部22的调节量。

[0127] 因此，用户信号振幅调节部23按照事前设定的振幅调节量调节信号的振幅，用户信号相位调节部22按照事前设定的相位调节量调节信号的相位。

[0128] 另外，振幅相位调节部42以使由分配给用户终端T1的子阵列2形成的波束的方向朝向用户终端T1的方向的方式，决定安装有该子阵列2的相控阵天线1的移相器5-1～5-k的调节量。

[0129] 例如，如果分配给用户终端T1的子阵列2是子阵列2-1，则决定相控阵天线1-1的移相器5-1～5-k的调节量，如果分配给用户终端T1的子阵列2是子阵列2-1、2-2、2-5、2-6，则决定相控阵天线1-1、1-2、1-5、1-6的移相器5-1～5-k的调节量。

[0130] 另外，振幅相位调节部42以使由分配给用户终端T2的子阵列2形成的波束的方向朝向用户终端T2的方向的方式，决定安装有该子阵列2的相控阵天线1的移相器5-1～5-k的调节量。

[0131] 例如，如果分配给用户终端T2的子阵列2是子阵列2-2，则决定相控阵天线1-2的移相器5-1～5-k的调节量，如果分配给用户终端T2的子阵列2是子阵列2-3、2-4、2-7、2-8，则决定相控阵天线1-3、1-4、1-7、1-8的移相器5-1～5-k的调节量。

[0132] 在该实施方式1中，假定振幅相位调节部42控制振幅调节器4-1～4-K，使得由构成子阵列2-1～2-16的元件天线3-1～3-K发送接收的信号的权重全部成为“1”，但是，在对各个用户终端T1、T2分配了多个子阵列2的情况下，也可以根据方位角方向的视野角θAZ和仰角方向的视野角θEL，决定与构成多个子阵列2的元件天线3-1～3-K连接的振幅调节器4-1～4-K的调节量，使得与由多个子阵列2的合成子阵列形成的波束的宽度对应的方位角方向的扩展角度φAZ和仰角方向的扩展角度φEL，与方位角方向的视野角θAZ和仰角方向的视野角θEL一致。

[0133] 即，由多个子阵列2的合成子阵列形成的波束的宽度如上所述比由1个子阵列2形成的波束的宽度窄，因而与由合成子阵列形成的波束的宽度对应的方位角方向的扩展角度φAZ和仰角方向的扩展角度φEL，有时比方位角方向的视野角θAZ和仰角方向的视野角θEL小。

[0134] 虽然由合成子阵列形成的波束的宽度窄时用户终端的分离性能提高，但是通过决定振幅调节器4-1～4-K的调节量，使得与由合成子阵列形成的波束的宽度对应的方位角方向的扩展角度φAZ和仰角方向的扩展角度φEL与方位角方向的视野角θAZ和仰角方向的视野角θEL一致，由此，能够在波束不干扰的范围内扩大通信有效区。

[0135] 在以上的处理完成时，与用户终端T1、T2之间的数据通信开始。

[0136] 下面，说明天线装置向用户终端T1发送高频信号时的处理内容。

[0137] 在此，为了便于说明，假设由天线选择部50对用户终端T1分配有子阵列2-1、2-2。并且，假设与用户终端T1对应的用户信号处理部20是用户信号处理部20-1。

[0138] 用户信号处理部20-1的发送部21生成叠加有针对用户终端T1的数据的调制信号并输出该调制信号。

[0139] 用户信号处理部20-1的用户信号相位调节部22在从发送部21接收到调制信号时，将该调制信号分配成2个，按照由振幅相位调节部42决定的调节量调节2个调制信号的相位。这里的将调制信号分配成2个是指复制调制信号来生成2个相同的调制信号。

[0140] 用户信号处理部20-1的用户信号振幅调节部23在从用户信号相位调节部22接收到相位调节后的2个调制信号时，按照由振幅相位调节部42决定的调节量调节2个调制信号的振幅，将振幅调节后的2个调制信号输出给天线选择部50。

[0141] 天线选择部50在从用户信号处理部20-1接收到振幅和相位调节后的2个调制信号时，分配子阵列2-1、2-2作为针对用户终端T1的子阵列2，因而将振幅和相位调节后的2个调制信号中的一个调制信号输出给相控阵天线1-1，将另一个调制信号输出给相控阵天线1-2。

[0142] 相控阵天线1-1、1-2的频率转换部7在从天线选择部50接收到调制信号时，将该调制信号转换成模拟信号，将该模拟信号转换成高频信号。

[0143] 在此，示出将调制信号转换成模拟信号后再转换成高频信号的例子，但也可以是，将调制信号转换成高频信号后再转换成模拟信号。

[0144] 相控阵天线1-1、1-2的合成分配器6在从频率转换部7接收到高频信号时，将该高频信号分配成K个，将分配后的高频信号输出给移相器5-1～5-K。

[0145] 相控阵天线1-1、1-2的移相器5-1～5-K在从合成分配器6接收到高频信号时，按照由振幅相位调节部42决定的调节量调节高频信号的相位，将相位调节后的高频信号输出给振幅调节器4-1～4-K。

[0146] 相控阵天线1-1、1-2的振幅调节器4-1～4-K在从移相器5-1～5-K接收到相位调节后的高频信号时，按照由振幅相位调节部42决定的调节量调节高频信号的振幅，将振幅调节后的高频信号输出给元件天线3-1～3-K。

[0147] 由此，从相控阵天线1-1、1-2的元件天线3-1～3-K朝向用户终端T1辐射振幅和相位调节后的高频信号。

[0148] 下面，说明天线装置接收从用户终端T1发送的高频信号时的处理内容。

[0149] 在此，为了便于说明，假设由天线选择部50对用户终端T1分配了子阵列2-1、2-2。并且，假设与用户终端T1对应的用户信号处理部20是用户信号处理部20-1。

[0150] 用户终端T1发送叠加有数据的高频信号。

[0151] 相控阵天线1-1、1-2的元件天线3-1～3-K接收从用户终端T1发送的高频信号。

[0152] 相控阵天线1-1、1-2的振幅调节器4-1～4-K在元件天线3-1～3-K接收到高频信号时，按照由振幅相位调节部42决定的调节量调节高频信号的振幅，将振幅调节后的高频信号输出给移相器5-1～5-K。

[0153] 相控阵天线1-1、1-2的移相器5-1～5-K在从振幅调节器4-1～4-K接收到振幅调节后的高频信号时，按照由振幅相位调节部42决定的调节量调节高频信号的相位，将相位调节后的高频信号输出给合成分配器6。

[0154] 相控阵天线1-1、1-2的合成分配器6在从移相器5-1～5-K接收到相位调节后的高频信号时，将K个高频信号合成，将合成后的高频信号即合成信号输出给频率转换部8。

[0155] 相控阵天线1-1、1-2的频率转换部8在从合成分配器6接收到合成信号时，实施将该合成信号的频率转换成中间频率的频率转换处理，并且实施将频率转换后的合成信号转换成数字信号的A/D变换处理，将数字的合成信号即接收信号输出给天线选择部50。

[0156] 在此，示出将合成信号的频率转换成中间频率后再转换成数字信号的例子，但也可以是，在将合成信号转换成数字信号后再转换成中间频率。

[0157] 天线选择部50在从相控阵天线1-1、1-2的频率转换部8接收到接收信号时，由于与用户终端T1对应的用户信号处理部20是用户信号处理部20-1，因而将2个接收信号输出给用户信号处理部20-1。

[0158] 用户信号处理部20-1的用户信号振幅调节部23在从天线选择部50接收到2个接收信号时，按照由振幅相位调节部42决定的调节量调节2个接收信号的振幅，将振幅调节后的2个接收信号输出给用户信号相位调节部22。

[0159] 用户信号处理部20-1的用户信号相位调节部22在从用户信号振幅调节部23接收到振幅调节后的2个接收信号时，按照由振幅相位调节部42决定的调节量调节2个接收信号的相位，将相位调节后的2个接收信号合成，将合成后的接收信号输出给接收部24。

[0160] 用户信号处理部20-1的接收部24在从用户信号相位调节部22接收到合成后的接收信号时，对该接收信号实施解调处理，对数据进行解调。

[0161] 在该实施方式1中示出如下情况：在2个用户终端T1、T2之间的方位角方向的视野角θAZ小于方位角方向的扩展角度φAZ的情况下(θAZ<φAZ)，将分配给用户终端T1、T2的方位角方向的子阵列2的数量设为2以上，并且在2个用户终端T1、T2之间的仰角方向的视野角θEL小于仰角方向的扩展角度φEL的情况下(θEL<φEL)，将分配给用户终端T1、T2的仰角方向的子阵列2的数量设为2以上，但也可以是，例如如果从天线装置到用户终端T1的距离为阈值以上，则无论是否满足(θAZ<φAZ)的条件和(θEL<φEL)的条件，都将分配给用户终端T1的方位角方向的子阵列2的数量和仰角方向的子阵列2的数量设为2以上。

[0162] 由此，能够通信的距离变长，因而即使在用户终端T1位于天线装置的远处的情况下，也能够开始数据通信。

[0163] 另外，在该实施方式1中示出为了提高终端分离性能，将分配给用户终端T1、T2的方位角方向的子阵列2的数量设为2以上而使方位角方向的波束宽度变窄的例子，以及将分配给用户终端T1、T2的仰角方向的子阵列2的数量设为2以上而使仰角方向的波束宽度变窄的例子，然而在用户终端T1与用户终端T2之间的距离极短的情况下，即使将方位角方向和仰角方向的子阵列2的数量设为最大数量，也不能分离用户终端T1和用户终端T2，有时不能同时容纳用户终端T1、T2。

[0164] 在这种情况下，通过采用进行控制以使针对用户终端T1的波束的频率与针对用户终端T2的波束的频率不同的方法、进行调度以使用户终端T1和用户终端T2不同时使用波束的方法，能够防止系统吞吐量的下降。

[0165] 如以上所述可知，根据该实施方式1，构成为具有子阵列数决定部41，该子阵列数决定部41根据由终端位置检测部32检测出的多个用户终端的位置与本天线装置的位置之间的关系，分别决定对多个用户终端分配的子阵列的数量，天线选择部50从子阵列2-1～2-N中选择由子阵列数决定部41决定的数量的子阵列，并对多个用户终端分别分配该选择出的子阵列。因此，具有能够对多个用户终端提供良好的通信质量的效果。

[0166] 即，可得到能够提高针对多个用户终端的终端分离性能并且能够扩大通信有效区的自由度较高的天线装置。

[0167] 实施方式2

[0168] 在上述实施方式1中，示出元件天线3-1～3-K由贴片天线等构成的例子，但也可以由设有垂直极化波用的供电点V和水平极化波用的供电点H的垂直极化波共用元件构成。

[0169] 图8是示出本发明的实施方式2的天线装置的一部分的结构图，在图8中，与图1相同的标号表示相同或者相当的部分，因而省略说明。

[0170] 垂直极化波共用元件70-1～70-K是设有垂直极化波用的供电点V和水平极化波用的供电点H的元件天线。

[0171] 水平极化波用的供电点H与相控阵天线1-n(n＝1、3、…、N-1)的振幅调节器4-k(k＝1、3、…、K)连接的垂直极化波共用元件70-k，其垂直极化波用的供电点V与相控阵天线1-(n+1)的振幅调节器4-k连接。

[0172] 因此，在该实施方式2中，相控阵天线1-n和相控阵天线1-(n+1)成为一组。

[0173] 例如，通过设为在微带天线、交叉偶极子天线和锥形缝隙天线等中设置两处供电点的构造，能够实现如垂直极化波共用元件70-1～70-K那样的元件天线。

[0174] 从水平极化波用的供电点H输入输出的信号被相控阵天线1-n加权并合成，从垂直极化波用的供电点V输入输出的信号被相控阵天线1-(n+1)加权并合成。

[0175] 在该实施方式2中，设置垂直极化波共用元件70-1～70-K以替代元件天线3-1～3-K，除此以外与上述实施方式1相同。因此，天线装置的处理内容本身与上述实施方式1相同。

[0176] 在该实施方式2中，能够利用垂直极化波和水平极化波容纳用户终端，因而即使将元件天线的数量减半，也能够容纳与上述实施方式1相同数量的用户终端。

[0177] 因此，通过对不同的波束分配垂直的极化波，能够比上述实施方式1削减天线规模。

[0178] 在该实施方式2中示出利用垂直极化波和水平极化波容纳用户终端的例子，但也可以利用圆极化波容纳用户终端。

[0179] 例如，在构成为将垂直极化波共用元件70-k的2个极化波输出信号输入到90度混合电路时，从90度混合电路的输出端子输出右旋圆极化波分量和左旋圆极化波分量。因此，在这种情况下，作为右旋圆极化波和左旋圆极化波的共用天线进行动作。

[0180] 作为激励圆极化波的方法不限于90度混合电路，只要是能够输出圆极化波的方法，可以是任何方法。

[0181] 另外，本发明能够在其发明的范围内进行各实施方式的自由组合或者各实施方式的任意构成要素的变形，或者在各实施方式中省略任意构成要素。

[0182] 产业上的可利用性

[0183] 本发明的天线装置适合于如下情况：需要在多个用户终端接近的状况下，防止针对多个用户终端的波束之间的干扰，提供良好的通信质量。

[0184] 标号说明

[0185] 1-1～1-N相控阵天线；2-1～2-N子阵列；3-1～3-K元件天线；4-1～4-K振幅调节器；5-1～5-K移相器；6合成分配器；7频率转换部；8频率转换部；20-1～20-J用户信号处理部；21发送部；22用户信号相位调节部；23用户信号振幅调节部；30用户信息识别部；31通信链路建立部；32终端位置检测部；40控制部；41子阵列数决定部42；振幅相位调节部；50天线选择部；61存储器；62处理器；70-1～70-K垂直极化波共用元件。