JP7453863B2 - 電子機器、電子機器の制御方法、及びプログラム - Google Patents

Description

本開示は、電子機器、電子機器の制御方法、及びプログラムに関する。

無線通信の分野において、複数のアンテナ素子（放射素子）を規則的に配列したアレイアンテナを用いて、放射素子から放射される電波の振幅・位相を電気的に制御することにより、アンテナの指向性を制御可能にする技術が知られている。また、アレイアンテナを用いて無線通信の通信品質を向上させる技術として、アダプティブアレイが知られている。アレイアンテナを用いて各アンテナ素子の重み付けを伝搬環境に応じてアダプティブ制御して、電気的に指向性を変えるようにしたアンテナも知られている。このようなアンテナは、アダプティブアレイアンテナ（Adaptive Array Antenna：ＡＡＡ）とも称される。

上述したようなアレイアンテナを用いた技術として、例えば以下のようなものが提案されている。すなわち、特許文献１は、遅延波あるいは干渉波の影響を低減した出力信号を受信し得るアダプティブアレイの受信装置を開示している。また、特許文献２は、ビームステアリング制御とヌルステアリング制御との両者を併用する方法を提案している。

特開２００１－４４７３９号公報 特開２００１－２２３５１６号公報

アダプティブアレイアンテナを用いてビームフォーミングを行うと、生成された指向性にヌル点が存在することにより、電波を受信する際の不感領域が発生する。アダプティブアレイアンテナを用いて、電波を受信する際の不感領域（ヌル点）を低減することができれば、アダプティブアレイアンテナの有用性を高めることができる。

本開示の目的は、アダプティブアレイアンテナの有用性を高め得る電子機器、電子機器の制御方法、及びプログラムを提供することにある。

一実施形態に係る電子機器は、
複数のアンテナ素子を含むアレイアンテナと、
前記アレイアンテナによって電波の送信及び受信の少なくとも一方を行うように制御する制御部と、
を備える。
前記制御部は、
前記アレイアンテナの指向性を制御するとともに、前記複数のアンテナ素子のうち所定のアンテナ素子によって、前記アレイアンテナの指向性のヌル点の受信感度を少なくとも部分的に補償し、
前記複数のアンテナ素子からの出力を合成したものに、前記所定のアンテナ素子からの出力を合成したものを出力し、
前記所定のアンテナ素子からの出力の位相を、前記複数のアンテナ素子からの出力を合成したものの位相と同相にする位相調整部を備える。
また、一実施形態に係る電子機器は、
複数のアンテナ素子を含むアレイアンテナと、
前記アレイアンテナによって電波の送信及び受信の少なくとも一方を行うように制御する制御部と、
を備える。
前記制御部は、
前記アレイアンテナの指向性を制御するとともに、前記複数のアンテナ素子のうち所定のアンテナ素子によって、前記アレイアンテナの指向性のヌル点の受信感度を少なくとも部分的に補償し、
前記複数のアンテナ素子からの出力を合成したものに、前記所定のアンテナ素子からの出力を合成したものを出力し、
前記複数のアンテナ素子からの出力の中から選択したいずれかの出力を、前記所定のアンテナ素子からの出力とし、
前記複数のアンテナ素子からの出力のうちレベルが最も高いものの中から選択した出力を、前記所定のアンテナ素子からの出力とする。

一実施形態に係る制御方法は、
複数のアンテナ素子を含むアレイアンテナを備える電子機器の制御方法であって、
前記アレイアンテナによって電波の送信及び受信の少なくとも一方を行うように制御するステップと、
前記アレイアンテナの指向性を制御するとともに、前記複数のアンテナ素子のうち所定のアンテナ素子によって、前記アレイアンテナの指向性のヌル点の受信感度を少なくとも部分的に補償するステップと、
前記複数のアンテナ素子からの出力を合成したものに、前記所定のアンテナ素子からの出力を合成したものを出力するステップと、
前記所定のアンテナ素子からの出力の位相を、前記複数のアンテナ素子からの出力を合成したものの位相と同相にするステップと、
を含む。
また、一実施形態に係る制御方法は、
複数のアンテナ素子を含むアレイアンテナを備える電子機器の制御方法であって、
前記アレイアンテナによって電波の送信及び受信の少なくとも一方を行うように制御するステップと、
前記アレイアンテナの指向性を制御するとともに、前記複数のアンテナ素子のうち所定のアンテナ素子によって、前記アレイアンテナの指向性のヌル点の受信感度を少なくとも部分的に補償するステップと、
前記複数のアンテナ素子からの出力を合成したものに、前記所定のアンテナ素子からの出力を合成したものを出力するステップと、
前記複数のアンテナ素子からの出力の中から選択したいずれかの出力を、前記所定のアンテナ素子からの出力とするステップと、
前記複数のアンテナ素子からの出力のうちレベルが最も高いものの中から選択した出力を、前記所定のアンテナ素子からの出力とするステップと、
を含む。

一実施形態に係るプログラムは、
複数のアンテナ素子を含むアレイアンテナを備える電子機器を制御するコンピュータに、
前記アレイアンテナによって電波の送信及び受信の少なくとも一方を行うように制御するステップと、
前記アレイアンテナの指向性を制御するとともに、前記複数のアンテナ素子のうち所定のアンテナ素子によって、前記アレイアンテナの指向性のヌル点の受信感度を少なくとも部分的に補償するステップと、
前記複数のアンテナ素子からの出力を合成したものに、前記所定のアンテナ素子からの出力を合成したものを出力するステップと、
前記所定のアンテナ素子からの出力の位相を、前記複数のアンテナ素子からの出力を合成したものの位相と同相にするステップと、
を実行させる。
また、一実施形態に係るプログラムは、
複数のアンテナ素子を含むアレイアンテナを備える電子機器を制御するコンピュータに、
前記アレイアンテナによって電波の送信及び受信の少なくとも一方を行うように制御するステップと、
前記アレイアンテナの指向性を制御するとともに、前記複数のアンテナ素子のうち所定のアンテナ素子によって、前記アレイアンテナの指向性のヌル点の受信感度を少なくとも部分的に補償するステップと、
前記複数のアンテナ素子からの出力を合成したものに、前記所定のアンテナ素子からの出力を合成したものを出力するステップと、
前記複数のアンテナ素子からの出力の中から選択したいずれかの出力を、前記所定のアンテナ素子からの出力とするステップと、
前記複数のアンテナ素子からの出力のうちレベルが最も高いものの中から選択した出力を、前記所定のアンテナ素子からの出力とするステップと、
を実行させる。

一実施形態によれば、アダプティブアレイアンテナの有用性を高め得る電子機器、電子機器の制御方法、及びプログラムを提供することができる。

一実施形態に係る電子機器の構成を概略的に示す機能ブロック図である。 一実施形態に係る電子機器の指向性の例を説明する図である。 一実施形態に係る制御部における処理を説明する図である。 一実施形態に係る電子機器の指向性の例を説明する図である。 一実施形態に係る制御部における処理を説明する図である。 一実施形態に係る電子機器の指向性の例を説明する図である。 一実施形態に係る制御部における処理を説明する図である。 一実施形態に係る制御部における処理を説明する図である。 一実施形態に係る制御部における処理を説明する図である。

以下、一実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。

一実施形態に係る電子機器は、例えば任意の送信装置から送信された電波を受信する受信装置としてよい。例えば、一実施形態に係る電子機器は、車道の側方などに設置される路側機のような、いわゆるＶ２Ｉ(Vehicle to Infrastructure)に位置付けられる装置に含まれる受信装置としてもよい。ここで、路側機とは、例えば路側機の周囲を走行する自動車などに情報を送信したり、又は、路側機の周囲を走行する自動車などから情報を受信したりするものとしてよい。また、一実施形態に係る電子機器は、路側機のような装置に含まれる受信装置に限定されず、各種の機器に含まれる装置としてもよいし、各種の機器と協働して用いられる装置としてもよい。また、後述のように、一実施形態に係る電子機器は、例えば電波を送信する送信装置としてよいし、電波の送受信を行う送受信装置としてもよい。以下、一実施形態に係る電子機器は、例えば路側機のような装置に含まれる又は当該装置と協働して用いられる受信装置であるものとして説明する。この場合、一実施形態に係る電子機器は、路側機のような装置の周囲を走行する例えば自動車などに設置された送信装置などから送信された電波を受信してよい。

（第１実施形態）
上述したアダプティブアレイアンテナを用いて、ビームフォーミングを実現する技術が知られている。ビームフォーミングは、アンテナの指向性を所定の方向に集中させることにより、局所的に電波を送信又は受信することができるため、通信性能が向上し得る。このような技術においては、アダプティブアレイアンテナにおける各アンテナ素子の重み付けを制御することができる（ビームフォーミング及び／又はヌルステアリングなど）。これにより、各アンテナ素子の重み付けを伝搬環境に応じて（アダプティブに）制御して、所望のアレイアンテナの指向性を生成することができる。このような技術分野において、指向性を生成する性能そのものに重点を置いた提案がなされている。例えば、上述した特許文献１及び特許文献２は、複数のアンテナの重み付けを制御するアルゴリズムによって、不利な条件下においても、所望の地点に存在する通信目標に対して、安定したアレイ指向性の生成を目指している。

また、ビームフォーミングのように局所的に電波を送受信する技術とは対照的に、所定の広がりを有する範囲に電波を送受信する技術もある。例えば、ブロードキャスト（同報通信）などのように、広範囲に電波を送信する技術が存在する。このような通信技術は、電波を広範囲に送受信するため、上述したアダプティブアレイを用いた技術とは対立するようにも思われる。

例えば、上述した路側機は、自動運転又は安全運転などを支援するＩＴＳ(Intelligent Transport Systems：高度道路交通システム)の技術を活用して、人、車両、及び道路（インフラ）の間において情報を提供するものである。この路側機は、あらゆる方向との送受信が必要なことも想定される。このような通信は、アダプティブアレイとの相性が良好でないようにも思われる。しかしながら、上述のような路側機を使用する場面によっては、あらゆる方向と電波の送受信を維持しつつ、例えば緊急車両などの局所的な方向にビームをアダプティブに（適応的に）向けることが望まれることもある。

そこで、一実施形態に係る電子機器１においては、アダプティブアレイアンテナを用いてビームフォーミングを行いつつ、電波を受信する際の不感領域（ヌル点）を低減させる。以下、このような通信を実現する構成について説明する。

図１は、一実施形態に係る電子機器の構成を概略的に示す機能ブロック図である。上述のように、一実施形態に係る電子機器は、送信装置などから送信された電波を受信する受信装置としてよい。

図１に示すように、一実施形態に係る電子機器１は、受信アンテナ１０ａ、受信アンテナ１０ｂ、・・・、受信アンテナ１０ｎを備えてよい。本開示において、受信アンテナ１０ａ及び受信アンテナ１０ｂのような複数の受信アンテナを特に区別しない場合、単に「受信アンテナ１０」とも記す。受信アンテナ１０は、所定の送信装置（送信機）などから送信された電波を受信するアンテナである。図１は、受信アンテナ１０ａから受信アンテナ１０ｎまで、合計ｎ個の受信アンテナ１０を備える電子機器１を模式的に示している。一実施形態に係る電子機器１は、２つ以上の任意の複数の受信アンテナ１０を備えてよい。図１に示す電子機器１において、複数の受信アンテナ１０は、いずれも無指向性のアンテナとしてよい。このように、一実施形態に係る電子機器１において、アレイアンテナに含まれる複数の受信アンテナ１０は、無指向性であるものとしてよい。

図１に示す電子機器１は、複数の受信アンテナ１０を含むアレイアンテナを備えている。すなわち、電子機器１は、規則的に配置した複数の受信アンテナ１０を備えてよい。例えば、電子機器１は、等間隔でリニアに配置された複数の受信アンテナ１０を備えてもよい。このように、一実施形態に係る電子機器１は、複数のアンテナ素子を含むアレイアンテナを備える。また、電子機器１が備える複数の受信アンテナ１０は、アダプティブアレイアンテナを構成するものとしてよい。すなわち、電子機器１は、アダプティブアレイアンテナとして機能する複数の受信アンテナ１０を備える。

図１に示すように、電子機器１は、ＬＮＡ(Low Noise Amplifier)２０ａ、ＬＮＡ２０ｂ、・・・、ＬＮＡ２０ｎを備えてよい。本開示において、ＬＮＡ２０ａ及びＬＮＡ２０ｂのような複数のＬＮＡを特に区別しない場合、単に「ＬＮＡ２０」とも記す。図１に示すように、ＬＮＡ２０は、それぞれ対応する受信アンテナ１０に接続される。ＬＮＡ２０は、受信アンテナ１０が受信した電波（信号）を低ノイズで増幅する。すなわち、ＬＮＡ２０は、それぞれ接続された受信アンテナ１０が受信した電波を増幅する。図１は、ＬＮＡ２０ａからＬＮＡ２０ｎまで、合計ｎ個のＬＮＡ２０を備える電子機器１を模式的に示している。一実施形態に係る電子機器１は、２つ以上の任意の複数のＬＮＡ２０を備えてよい。例えば、一実施形態に係る電子機器１は、受信アンテナ１０と同数のＬＮＡ２０を備えてよい。

図１に示すように、電子機器１は、ダウンコンバータ３０ａ、ダウンコンバータ３０ｂ、・・・、ダウンコンバータ３０ｎを備えてよい。本開示において、ダウンコンバータ３０ａ及びダウンコンバータ３０ｂのような複数のダウンコンバータを特に区別しない場合、単に「ダウンコンバータ３０」とも記す。図１に示すように、ダウンコンバータ３０は、それぞれ対応するＬＮＡ２０に接続されてよい。ダウンコンバータ３０は、ＬＮＡ２０から供給される電波（信号）を、低い周波数の信号に変換する。すなわち、ダウンコンバータ３０は、それぞれ接続されたＬＮＡ２０が増幅した電波の周波数を低くする。図１は、ダウンコンバータ３０ａからダウンコンバータ３０ｎまで、合計ｎ個のダウンコンバータ３０を備える電子機器１を模式的に示している。一実施形態に係る電子機器１は、２つ以上の任意の複数のダウンコンバータ３０を備えてよい。例えば、一実施形態に係る電子機器１は、受信アンテナ１０と同数のダウンコンバータ３０を備えてよい。

図１に示すように、電子機器１は、ＡＤＣ(Analog-to-Digital Converter)４０ａ、ＡＤＣ４０ｂ、・・・、ＡＤＣ４０ｎを備えてよい。本開示において、ＡＤＣ４０ａ及びＡＤＣ４０ｂのような複数のＡＤＣを特に区別しない場合、単に「ＡＤＣ４０」とも記す。図１に示すように、ＡＤＣ４０は、それぞれ対応するダウンコンバータ３０に接続されてよい。ＡＤＣ４０は、ダウンコンバータ３０から供給されるアナログ信号を、デジタル信号に変換する。すなわち、ＡＤＣ４０は、それぞれ接続されたダウンコンバータ３０が周波数変換したアナログ信号をデジタル信号に変換する。図１は、ＡＤＣ４０ａからＡＤＣ４０ｎまで、合計ｎ個のＡＤＣ４０を備える電子機器１を模式的に示している。一実施形態に係る電子機器１は、２つ以上の任意の複数のＡＤＣ４０を備えてよい。例えば、一実施形態に係る電子機器１は、受信アンテナ１０と同数のＡＤＣ４０を備えてよい。

上述した受信アンテナ１０、ＬＮＡ２０、ダウンコンバータ３０、及びＡＤＣ４０のそれぞれは、いずれも既知の技術に基づいて構成してよい。したがって、受信アンテナ１０、ＬＮＡ２０、ダウンコンバータ３０、及びＡＤＣ４０のそれぞれについては、より詳細な説明を省略する。

図１に示すように、電子機器１は、制御部５０を備えてよい。図１に示すように、制御部５０は、複数のＡＤＣ４０に接続されてよい。制御部５０は、ＡＤＣ４０から供給されるデジタル信号について、所定のデジタル信号処理を行う。すなわち、制御部５０は、複数のＡＤＣ４０がアナログ信号から変換したデジタル信号を処理する。

制御部５０は、電子機器１を構成する各機能部の制御をはじめとして、電子機器１全体の動作の制御を行うことができる。制御部５０は、種々の機能を実行するための制御及び処理能力を提供するために、例えばＣＰＵ(Central Processing Unit)又はＤＳＰ(Digital Signal Processor)などのような、少なくとも１つのプロセッサを含んでよい。制御部５０は、まとめて１つのプロセッサで実現してもよいし、いくつかのプロセッサで実現してもよいし、それぞれ個別のプロセッサで実現してもよい。プロセッサは、単一の集積回路として実現されてよい。集積回路は、ＩＣ（Integrated Circuit）ともいう。プロセッサは、複数の通信可能に接続された集積回路及びディスクリート回路として実現されてよい。プロセッサは、他の種々の既知の技術に基づいて実現されてよい。一実施形態において、制御部５０は、例えばＣＰＵ及び当該ＣＰＵで実行されるプログラムとして構成してよい。制御部５０は、制御部５０の動作に必要なメモリを適宜含んでもよい。

制御部５０によってデジタル信号処理された結果は、図１に示すように、受信信号として、他の機能部及び／又は他の装置などに供給されてよい。また、制御部５０は、受信アンテナ１０のような複数のアンテナ素子を含むアレイアンテナによって、電波の送信及び受信の少なくとも一方を行うように制御してよい。このように、所定のコントローラによって電波を送信又は受信する制御は、既知の技術に基づいて構成してよい。したがって、制御部５０が行う電波の送信又は受信に関する制御については、より詳細な説明を省略する。

次に、一実施形態に係る電子機器１が電波を受信する動作について、さらに説明する。

図１に示す電子機器１は、上述のように、アダプティブアレイアンテナとして機能する複数の受信アンテナ１０を備える。また、上述のように、アダプティブアレイアンテナを用いてビームフォーミングを行うと、生成された指向性にヌル点が存在することにより、そのヌル点方向に不感領域が発生する。

図２は、アダプティブアレイアンテナを用いてビームフォーミングを行った際の不感領域（ヌル点）を説明する図である。図２は、例えば図１に示した電子機器１によってビームフォーミングを行った際のアンテナの指向性を示す図としてよい。図２において、横軸は受信アンテナ１０を基準とした方位角（アジマス(azimuth)）を示し、縦軸は複数の受信アンテナ１０により構成されるアレイアンテナの指向性を示すものとしてよい。図２は、方位角に応じた指向性の変化を、破線によって示している。図２に示す例は、方位角が約０°、約１８０°、及び約３６０°において、強い指向性（ビーム）が形成されていることを示している。一方、図２に示す例は、方位角が約９０°及び約２７０°において、不感領域（ヌル点）が形成されていることを示している。図２は、説明の便宜上、正面（０度）方向に向く指向性を表示している。

上述した特許文献１及び特許文献２における提案を含め、アレイアンテナの重みを生成する方法においては、不要なヌル点が存在し、当該ヌル点の方向に不感領域が生じる。また、ヌルステアリングによっても、所望のヌル点の方向以外の方向に不所望なヌル点が発生し、当該ヌル点の方向に不感領域が発生する。

そこで、一実施形態に係る電子機器１は、アダプティブアレイを用いてアンテナの指向性を生成するとともに、生成されるヌル点を補償する。したがって、一実施形態に係る電子機器１は、アダプティブアレイを用いて生成される指向性により、所望の方向において信頼性の高い通信を提供することができる。これと同時に、一実施形態に係る電子機器１は、ヌル点が補償されることにより、ヌル点による不感領域を少なくとも低減することができる。

図３は、一実施形態に係る電子機器１の制御部５０が行うデジタル信号処理を説明する図である。以下、受信アンテナ１０から受信する信号について行うデジタル信号処理、すなわち図３に示すデジタル信号処理は、制御部５０において行われるものとしてよい。

図３に示す入力ａは、図１に示した受信アンテナ１０ａによって受信された信号が制御部５０に供給される信号経路を示す。すなわち、図３に示す入力ａは、図１に示した電子機器１において、受信アンテナ１０ａによって受信された信号が、ＬＮＡ２０ａ、ダウンコンバータ３０ａ、及びＡＤＣ４０ａを経て、制御部５０に供給される経路を表す。同様に、図３に示す入力ｂは、図１に示した受信アンテナ１０ｂによって受信された信号が制御部５０に供給される信号経路を示す。すなわち、図３に示す入力ｂは、図１に示した電子機器１において、受信アンテナ１０ｂによって受信された信号が、ＬＮＡ２０ｂ、ダウンコンバータ３０ｂ、及びＡＤＣ４０ｂを経て、制御部５０に供給される経路を表す。さらに、図３に示す入力ｎは、図１に示した受信アンテナ１０ｎによって受信された信号が制御部５０に供給される信号経路を示す。このように、図３に示す入力ａ、入力ｂ、・・・、入力ｎのような複数の入力は、図１に示した複数の受信アンテナ１０のそれぞれに対応する入力としてよい。

図３に示すように、入力ａから供給される信号は、重み調整部５１０ａによって重みが調整されてから、加算部５１２に供給される。同様に、入力ｂから供給される信号は、重み調整部５１０ｂによって重みが調整されてから、加算部５１２に供給される。また、入力ｎから供給される信号は、重み調整部５１０ｎによって重みが調整されてから、加算部５１２に供給される。本開示において、重み調整部５１０ａ及び重み調整部５１０ｂのような複数の重み調整部を特に区別しない場合、単に「重み調整部５１０」とも記す。

加算部５１２は、複数の重み調整部５１０から供給される結果を加算する。加算部５１２によって加算された結果は、重み制御部５１４及び加算部５１８に供給される。

重み制御部５１４は、加算部５１２から供給された加算の結果に基づいて、複数の重み調整部５１０がそれぞれ調整する重みを制御する。すなわち、重み制御部５１４は、複数の重み調整部５１０のそれぞれに供給される信号について調整される重みを制御する。例えば、重み制御部５１４は、所定のアルゴリズムに従って、アレイアンテナに含まれるそれぞれのアンテナからの出力について重みを制御してよい。具体的には、重み制御部５１４は、ビームフォーミング及び／又はヌルステアリングなどを実現するための制御を行ってもよい。

また、図３に示すように、入力ａ、入力ｂ、・・・、入力ｎのいずれか１つから供給される信号は、対応する重み調整部５１０に供給されるとともに、位相調整部５１６にも供給される。図３においては、入力ａは、重み調整部５１０ａに供給されるとともに、位相調整部５１６にも供給される例を示してある。しかしながら、例えば、入力ｂは、重み調整部５１０ｂに供給されるとともに、位相調整部５１６にも供給されてもよい。

位相調整部５１６は、入力ａ、入力ｂ、・・・、入力ｎのいずれか１つから供給される信号の位相を調整する。位相調整部５１６は、例えば、入力ａから供給される信号の位相を、加算部５１２から出力される信号の位相に合わせて調整してもよい。すなわち、位相調整部５１６は、例えば、入力ａから供給される信号の位相が、加算部５１２から出力される信号の位相と同相になるように調整してもよい。位相調整部５１６によって位相が調整された信号は、加算部５１８に供給される。

加算部５１８は、加算部５１２から供給される結果と、位相調整部５１６から供給される結果とを加算する。加算部５１８によって加算された結果は、制御部５０からの出力（図１の受信信号）としてよい。

このように、制御部５０は、アレイアンテナに含まれる複数の受信アンテナ１０のうち１つの出力を、アレイアンテナの出力と同相にしてから合成したものを出力してよい。また、位相調整部５１６は、アレイアンテナに含まれる複数の受信アンテナ１０のうち１つの出力を、アレイアンテナの出力と同相にする機能を実現する。ここで、位相を調整する原理は、例えばダイバーシティアンテナの場合の等利得合成と同様に考えることができる。等利得合成は、既知の技術であるため、より詳細な説明は省略する。位相調整部５１６は、出力電力が最大になるように、位相を調整する機能を果たすものであればよい。

図４は、制御部５０による図３に示したデジタル信号処理の結果の例を示す図である。図４は、図２と同様に、例えば図１に示した電子機器１によってビームフォーミングを行った際のアンテナの指向性を示す図としてよい。図４においても、図２と同様に、横軸は受信アンテナ１０を基準とした方位角（アジマス(azimuth)）を示し、縦軸は複数の受信アンテナ１０により構成されるアレイアンテナの指向性を示すものとしてよい。

図４は、比較のために、図２に示した結果を破線によって示している。図３に示したデジタル信号処理の結果は、図４において一点鎖線によって示してある。図２に示した例においては、方位角が約９０°及び約２７０°において、不感領域（ヌル点）が形成されていた。一方、図４は、図３に示したデジタル信号処理によって、方位角が約９０°及び約２７０°において、不感領域（ヌル点）が補償されて低減されることを示している。図４も、図２と同様に、説明の便宜上、正面（０度）方向に向く指向性を表示している。図４において一点鎖線の曲線が示すように、正面（０度）方向にビームが形成されていると同時に（完全な無指向性ではない）、不感領域が少なくとも部分的に解消されている。

このように、一実施形態に係る電子機器１において、制御部５０は、アレイアンテナの指向性を制御する。また、制御部５０は、上記制御とともに、複数のアンテナ素子（受信アンテナ１０）のうち所定のアンテナ素子（例えば受信アンテナ１０ａ）によって、アレイアンテナの指向性のヌル点の受信感度を少なくとも部分的に補償する。制御部５０は、複数のアンテナ素子（受信アンテナ１０）からの出力を合成したものに、所定のアンテナ素子（例えば受信アンテナ１０ａ）からの出力を合成したものを出力してもよい。すなわち、制御部５０は、加算部５１８を備えてもよい。また、制御部５０は、所定のアンテナ素子（例えば受信アンテナ１０ａ）からの出力の位相を、複数のアンテナ素子（受信アンテナ１０）からの出力を合成したものの位相と同相にする位相調整を行ってもよい。すなわち、制御部５０は、位相調整部５１６を備えてもよい。すなわち、位相調整部５１６は、例えば、入力ａから供給される信号の位相が、加算部５１２から出力される信号の位相と同相になるように調整してもよい。位相調整部５１６によって位相が調整された信号は、加算部５１８に供給される。また、制御部５０は、複数のアンテナ素子からの出力を合成した結果に基づいて、複数のアンテナ素子からの出力について重み付けを行ってもよい。すなわち、制御部５０は、重み制御部５１４を備えてもよい。

一実施形態に係る電子機器１によれば、アダプティブアレイを利用して、局所的に信頼性の高い通信を提供しつつ、例えばブロードキャストなどのように広範囲な通信を提供することもできる。一実施形態に係る電子機器１によれば、アダプティブアレイによって形成される指向性のヌル点を補償することができる。電子機器１によれば、ヌル点による不感領域を解消し、局所的な方向に通信性能を向上させつつ、広範囲な通信をも提供することができる。

以上のように、一実施形態に係る電子機器１によれば、アダプティブアレイアンテナを用いて、電波を受信する際の不感領域（ヌル点）を低減し得る。したがって、一実施形態に係る電子機器１によれば、アダプティブアレイアンテナの有用性が高まり得る。

（第２実施形態）
次に、第２実施形態に係る電子機器１について説明する。第２実施形態は、図１において説明した第１実施形態に係る電子機器１と同様の構成によって実施することができる。第２実施形態に係る電子機器１は、図３において説明したデジタル信号処理を部分的に変更したものとしてよい。以下の説明において、上述の第１実施形態に係る電子機器１と同様の内容になる説明は、適宜、簡略化又は省略する。

図５は、一実施形態に係る電子機器１の制御部５０が行うデジタル信号処理を説明する図である。以下、受信アンテナ１０から受信する信号について行うデジタル信号処理、すなわち図５に示すデジタル信号処理は、制御部５０において行われるものとしてよい。

図５に示すデジタル信号処理は、図３に示したデジタル信号処理において、乗算部５２０を付加したものである。図５においても、図３の場合と同様に、入力ａ、入力ｂ、・・・、入力ｎのいずれか１つ（例えば入力ａ）は、対応する重み調整部５１０（重み調整部５１０ａ）に供給されるとともに、位相調整部５１６にも供給される。一方、図５に示すデジタル処理においては、入力ａ、入力ｂ、・・・、入力ｎのいずれか１つは、位相調整部５１６に供給される前に、乗算部５２０によって乗算される。乗算部５２０は、供給される信号に所定の係数を乗算することができる、例えば適当なアンプとしての機能を有するものとしてよい。乗算部５２０によって乗算された結果は、位相調整部５１６に供給される。図５に示すデジタル信号処理は、乗算部５２０を付加したことによる観点を除けば、図３に示したデジタル信号処理と同様としてよい。

図５に示す処理においても、図３に示した処理と同様に、制御部５０は、アレイアンテナに含まれる複数の受信アンテナ１０のうち１つの出力を、アレイアンテナの出力と同相にしてから合成したものを出力してよい。ここで、図５に示す処理において、乗算部５２０は、アレイアンテナに含まれる複数の受信アンテナ１０のうち１つの出力に所定の係数を乗算した結果を、アレイアンテナの出力と同相にしてから合成したものを出力してよい。図５に示す処理においても、位相調整部５１６は、アレイアンテナに含まれる複数の受信アンテナ１０のうち１つの出力を、アレイアンテナの出力と同相にする機能を実現する。

図６は、制御部５０による図５に示したデジタル信号処理の結果の例を示す図である。図６は、図２及び図４と同様に、例えば図１に示した電子機器１によってビームフォーミングを行った際のアンテナの指向性を示す図としてよい。図６においても、図２及び図４と同様に、横軸は受信アンテナ１０を基準とした方位角（アジマス(azimuth)）を示し、縦軸は複数の受信アンテナ１０により構成されるアレイアンテナの指向性を示すものとしてよい。

図６は、比較のために、図２及び図４に示した結果も合わせて示してある。すなわち、図６において破線によって示す曲線（α＝０）は、図２及び図４に示した結果と同様である。図６に示すα＝０の曲線は、図５に示す乗算部５２０において、所定の係数として０を乗算した場合の例を示す。また、図６において一点鎖線によって示す曲線（α＝１）は、図４に示した結果と同様である。図６に示すα＝１の曲線は、図５に示す乗算部５２０において、所定の係数として１を乗算した場合の例を示す。その他、図６は、図５に示す乗算部５２０において、所定の係数としてα＝０．５、α＝０．２５、及びα＝０．１２５を乗算した場合の曲線の例も示している。

図６に示すα＝０の曲線は、図２及び図４においても示したように、図１に示した電子機器１によって通常のビームフォーミングを行った結果と変わらず、その指向性には不感領域が発生する。一方、図６に示すα＝０．１２５、α＝０．２５、α＝０．５、及びα＝１の曲線は、正面（０度）方向にビームが形成されていると同時に（完全な無指向性ではない）、不感領域が少なくとも部分的に解消されている。

このように、電子機器１において、制御部５０は、所定のアンテナ素子（例えば受信アンテナ１０ａ）からの出力に所定の係数を乗算してもよい。すなわち、制御部５０は、乗算部５２０を備えてもよい。この場合、電子機器１において、制御部５０は、所定の係数を乗算した出力の位相を、複数のアンテナ素子（受信アンテナ１０）からの出力を合成したものの位相と同相にする位相調整を行ってもよい。すなわち、制御部５０は、例えば、所定の係数を乗算した出力の位相が、加算部５１２から出力される信号の位相と同相になるように調整してもよい。

一実施形態に係る電子機器１によれば、第１実施形態に係る電子機器１と同様の効果が達成される。すなわち、一実施形態に係る電子機器１によれば、ヌル点による不感領域を解消し、局所的な方向に通信性能を向上させつつ、広範囲な通信をも提供することができる。また、一実施形態に係る電子機器１によれば、不感領域（ヌル点方向）が補償される程度を調整することができる。

（第３実施形態）
次に、第３実施形態に係る電子機器１について説明する。第３実施形態は、第２実施形態と同様に、図１において説明した第１実施形態に係る電子機器１と同様の構成によって実施することができる。第３実施形態に係る電子機器１は、図５において説明したデジタル信号処理を部分的に変更したものとしてよい。以下の説明において、上述の第１実施形態及び第２実施形態に係る電子機器１と同様の内容になる説明は、適宜、簡略化又は省略する。

図７は、一実施形態に係る電子機器１の制御部５０が行うデジタル信号処理を説明する図である。以下、受信アンテナ１０から受信する信号について行うデジタル信号処理、すなわち図７に示すデジタル信号処理は、制御部５０において行われるものとしてよい。

図５に示した第２実施形態においては、入力ａ、入力ｂ、・・・、入力ｎのいずれか１つ（例えば入力ａ）が、対応する重み調整部５１０に供給されるとともに、乗算部５２０を経て位相調整部５１６にも供給された。図５に示した第２実施形態においては、複数の入力のうち、乗算部５２０を経て位相調整部５１６に供給される入力は、適宜選択されてよい。しかしながら、例えばフェージング環境である場合、複数の受信アンテナ１０それぞれから供給される入力のレベルは異なることも想定される。このような場合、例えば、複数の受信アンテナ１０それぞれから供給される入力のうち、最もレベルの高い受信アンテナからの入力を選択してもよい。このようにして、一実施形態に係る電子機器１の制御部５０は、複数の受信アンテナ１０から供給される入力のうち、アレイアンテナの出力と合成される入力を選択可能にしてよい。

図５に示すように、切替部５３０ａは、入力ａが乗算部５２０を経て位相調整部５１６に供給される経路の開閉を切り替える。また、図５に示すように、切替部５３０ｂは、入力ｂが乗算部５２０を経て位相調整部５１６に供給される経路の開閉を切り替える。同様に、図５に示すように、切替部５３０ｎは、入力ｎが乗算部５２０を経て位相調整部５１６に供給される経路の開閉を切り替えてよい。本開示において、切替部５３０ａ及び切替部５３０ｂのような複数の切替部を特に区別しない場合、単に「切替部５３０」とも記す。一実施形態に係る制御部５０は、２つ以上の任意の複数の切替部５３０を備えてよい。例えば、一実施形態に係る制御部５０は、入力ａ、入力ｂ、・・・、入力ｎのような複数の入力の数と同数の切替部５３０を備えてよい。制御部５０は、複数の切替部５３０を適宜切り替えることによって、入力ａ、入力ｂ、・・・、入力ｎのような複数の入力のうちいずれか１つが乗算部５２０を経て位相調整部５１６に供給されるように制御してよい。

このように、一実施形態に係る電子機器１において、制御部５０は、複数のアンテナ素子（受信アンテナ１０）からの出力の中から選択したいずれかの出力を、複数のアンテナ素子のうち所定のアンテナ素子からの出力としてもよい。また、制御部５０は、複数のアンテナ素子（受信アンテナ１０）からの出力のうちレベルが最も高いものの中から選択した出力を、所定のアンテナ素子からの出力としてもよい。また、制御部５０は、複数のアンテナ素子（受信アンテナ１０）からの出力の経路を切り替えることにより、所定のアンテナ素子からの出力を選択してもよい。すなわち、制御部５０は、切替部５３０を備えてもよい。

上述した例においては、複数の受信アンテナ１０それぞれから供給される入力のうち、最もレベルの高い受信アンテナからの入力を選択した。しかしながら、複数の受信アンテナ１０からの入力を選択する際は、例えば、アレイアンテナの重み付けの算出結果に基づいて選択してもよい。アレイアンテナの重み付けの算出は、アレイの重みを制御するアルゴリズム部分によって行うことができる。例えば、アレイアンテナの重み付けの算出は、図７に示す重み制御部５１４において行ってもよい。例えば、重み制御部５１４が、最大比合成アルゴリズムを用いてアレイアンテナの重み付けを計算する場合、複数の受信アンテナ１０のうち、アレイアンテナの重み付けの最大値に対応するアンテナを選択してもよい。

（第４実施形態）
次に、第４実施形態に係る電子機器１について説明する。第４実施形態は、第３実施形態と同様に、図１において説明した第１実施形態に係る電子機器１と同様の構成によって実施することができる。第４実施形態に係る電子機器１は、図７において説明したデジタル信号処理を部分的に変更したものとしてよい。以下の説明において、上述の第１実施形態乃至第３実施形態に係る電子機器１と同様の内容になる説明は、適宜、簡略化又は省略する。

上述した第１実施形態乃至第３実施形態において、電子機器１は、例えば図４及び図６に示すように、全てのヌル点（不感領域）を補償した。これに対し、本実施形態において、電子機器１は、所定のヌル点（例えば一部のヌル点）のみを選択的に補償してもよい。

図８は、一実施形態に係る電子機器１のアレイアンテナ（複数の受信アンテナ１０）の配置の例を示す図である。図８に示すように、一実施形態に係る電子機器１において、複数の受信アンテナ１０（例えば受信アンテナ１０ａ、受信アンテナ１０ｂ、・・・、受信アンテナ１０ｎ）は、説明の便宜上、例えばリニア状に等間隔で配置してよい。一実施形態において、複数の受信アンテナ１０の配置は、リニア状に等間隔の配置に限定されない。

図８に示すようにリニア状に等間隔で配置されたアレイアンテナ（複数の受信アンテナ１０）の指向性Ｄ（θ）は、以下の式（１）のように記すことができる。ただし、式（１）において、ｗ_ｉはアレイアンテナの重みを示し、ｄはアンテナ間隔を示し、λは波長を示すものとする。

一実施形態において、制御部５０は、アレイアンテナの重み付けを取得することにより、アンテナの指向性を判別することができる。すなわち、制御部５０は、式（１）を計算することにより、ヌル点（不感領域）を把握することができる。したがって、一実施形態に係る電子機器１において、制御部５０は、補償したいヌル点の方向にビームフォーミングを行うことにより、そのヌル点（不感領域）を補償することができる。

図９は、一実施形態に係る電子機器１の制御部５０が行うデジタル信号処理を説明する図である。以下、受信アンテナ１０から受信する信号について行うデジタル信号処理、すなわち図９に示すデジタル信号処理は、制御部５０において行われるものとしてよい。

図７に示した第３実施形態において、入力ａ、入力ｂ、・・・、入力ｎは、それぞれ対応する切替部５３０及び乗算部５２０を経て、位相調整部５１６に供給された。これに対し、図９に示す第４実施形態において、入力ａから供給される信号は、対応する重み調整部５４０ａによって重みが調整されてから、加算部５５０に供給される。同様に、入力ｂから供給される信号は、対応する重み調整部５４０ｂによって重みが調整されてから、加算部５５０に供給される。また、入力ｎから供給される信号は、対応する重み調整部５４０ｎによって重みが調整されてから、加算部５５０に供給される。本開示において、重み調整部５４０ａ及び重み調整部５４０ｂのような複数の重み調整部を特に区別しない場合、単に「重み調整部５４０」とも記す。

図９に示すように、複数の重み調整部５４０によって重みが調整された結果は、加算部５５０によって加算される。加算部５５０によって加算された結果は、位相調整部５１６によって位相が調整されてから、加算部５１８に供給される。位相調整部５１６は、例えば、複数の重み調整部５４０から供給される信号の位相が、加算部５１２から出力される信号の位相と同相になるように調整してもよい。位相調整部５１６によって位相が調整された信号は、加算部５１８に供給される。

上述のように、制御部５０は、アレイアンテナの重み付けを取得することにより、アンテナの指向性を判別することができる。したがって、図９に示すように、一実施形態に係る制御部５０は、重み制御部５１４による重み付けの制御の結果に基づいて、算出部５５２において指向性を算出してもよい。また、制御部５０は、上述の式（１）を計算することにより、ヌル点（不感領域）を把握することができる。したがって、図９に示すように、一実施形態に係る制御部５０は、算出部５５２による指向性を算出に基づいて、決定部５５４において補償するヌル点を決定してよい。また、第３実施形態において説明したように、制御部５０は、補償したいヌル点の方向にビームフォーミングを行うことにより、そのヌル点（不感領域）を補償することができる。したがって、図９に示すように、一実施形態に係る制御部５０は、決定部５５４によって決定された補償するヌル点に基づいて、ビームフォーミング部５５６においてビームフォーミングを行ってよい。

図９に示すように、一実施形態において、制御部５０は、ビームフォーミング部５５６によるビームフォーミングに基づいて、複数の重み調整部５４０における重み付けをそれぞれ制御してよい。

このように、一実施形態に係る電子機器１において、制御部５０は、複数の受信アンテナ１０を含むアレイアンテナの指向性において、所定のヌル点の受信感度を少なくとも部分的に補償するように制御してもよい。一実施形態に係る電子機器１によれば、ヌル点（不感領域）を選択的に補償することができる。

本開示を諸図面及び実施例に基づき説明してきたが、当業者であれば本開示に基づき種々の変形又は修正を行うことが容易であることに注意されたい。したがって、これらの変形又は修正は本開示の範囲に含まれることに留意されたい。例えば、各機能部に含まれる機能などは論理的に矛盾しないように再配置可能である。複数の機能部等は、１つに組み合わせられたり、分割されたりしてよい。上述した本開示に係る各実施形態は、それぞれ説明した各実施形態に忠実に実施することに限定されるものではなく、適宜、各特徴を組み合わせたり、一部を省略したりして実施され得る。つまり、本開示の内容は、当業者であれば本開示に基づき種々の変形および修正を行うことができる。したがって、これらの変形および修正は本開示の範囲に含まれる。例えば、各実施形態において、各機能部、各手段、各ステップなどは論理的に矛盾しないように他の実施形態に追加し、若しくは、他の実施形態の各機能部、各手段、各ステップなどと置き換えることが可能である。また、各実施形態において、複数の各機能部、各手段、各ステップなどを１つに組み合わせたり、或いは分割したりすることが可能である。また、上述した本開示の各実施形態は、それぞれ説明した各実施形態に忠実に実施することに限定されるものではなく、適宜、各特徴を組み合わせたり、一部を省略したりして実施することもできる。

例えば、上述した各実施形態は、電子機器が電波を受信する受信装置である場合を想定して説明した。すなわち、一実施形態に係る電子機器１は、複数の受信アンテナ１０を含むアレイアンテナによって電波を受信してよい。しかしながら、一実施形態に係る電子機器１は、受信装置の機能に代えて、又は受信装置の機能とともに、送信装置として機能してもよい。すなわち、上述した各実施形態は、送信装置として機能する電子機器として実施してもよい。この場合、例えば受信アンテナ１０を送信アンテナとして、ＬＮＡ２０を電力増幅器として、ダウンコンバータ３０をアップコンバータとして、ＡＤＣ４０をＤＡＣ(Digital-to-Analog Converter)として構成してもよい。ここで、ＬＮＡ２０の代わりに用いられる電力増幅器は、例えばパワーアンプなどとしてよい。また、ダウンコンバータ３０の代わりに用いられるアップコンバータは、信号の周波数を高く変換するものとしてよい。また、ＡＤＣ４０の代わりに用いられるＤＡＣは、デジタル信号をアナログ信号に変換するものとしてよい。

また、上述した実施形態は、電子機器１としての実施のみに限定されるものではない。例えば、上述した実施形態は、電子機器１のような機器の制御方法として実施してもよい。さらに、例えば、上述した実施形態は、電子機器１のような機器が実行するプログラムとして実施してもよい。

１ 電子機器
１０ 受信アンテナ
２０ ＬＮＡ(Low Noise Amplifier)
３０ ダウンコンバータ
４０ ＡＤＣ(Analog-to-Digital Converter)
５０ 制御部

Claims (12)

1. 複数のアンテナ素子を含むアレイアンテナと、
   前記アレイアンテナによって電波の送信及び受信の少なくとも一方を行うように制御する制御部と、
   を備える電子機器であって、
   前記制御部は、
   前記アレイアンテナの指向性を制御するとともに、前記複数のアンテナ素子のうち所定のアンテナ素子によって、前記アレイアンテナの指向性のヌル点の受信感度を少なくとも部分的に補償し、
   前記複数のアンテナ素子からの出力を合成したものに、前記所定のアンテナ素子からの出力を合成したものを出力し、
   前記所定のアンテナ素子からの出力の位相を、前記複数のアンテナ素子からの出力を合成したものの位相と同相にする位相調整部を備える、電子機器。
2. 前記制御部は、前記所定のアンテナ素子からの出力に所定の係数を乗算したものの位相を、前記複数のアンテナ素子からの出力を合成したものの位相と同相にする位相調整を行う、請求項１に記載の電子機器。
3. 前記制御部は、前記複数のアンテナ素子からの出力を合成した結果に基づいて、前記複数のアンテナ素子について重み付けを行う、請求項１又は２に記載の電子機器。
4. 複数のアンテナ素子を含むアレイアンテナと、
   前記アレイアンテナによって電波の送信及び受信の少なくとも一方を行うように制御する制御部と、
   を備える電子機器であって、
   前記制御部は、
   前記アレイアンテナの指向性を制御するとともに、前記複数のアンテナ素子のうち所定のアンテナ素子によって、前記アレイアンテナの指向性のヌル点の受信感度を少なくとも部分的に補償し、
   前記複数のアンテナ素子からの出力を合成したものに、前記所定のアンテナ素子からの出力を合成したものを出力し、
   前記複数のアンテナ素子からの出力の中から選択したいずれかの出力を、前記所定のアンテナ素子からの出力とし、
   前記複数のアンテナ素子からの出力のうちレベルが最も高いものの中から選択した出力を、前記所定のアンテナ素子からの出力とする、電子機器。
5. 前記制御部は、前記複数のアンテナ素子からの出力の経路を切り替えることにより、前記所定のアンテナ素子からの出力を選択する、請求項４に記載の電子機器。
6. 前記制御部は、前記アレイアンテナの指向性において所定のヌル点の受信感度を少なくとも部分的に補償する、請求項１から５のいずれかに記載の電子機器。
7. 前記アレイアンテナによって電波を受信する、請求項１又は４に記載の電子機器。
8. 前記複数のアンテナ素子は無指向性である、請求項１から７のいずれかに記載の電子機器。
9. 複数のアンテナ素子を含むアレイアンテナを備える電子機器の制御方法であって、
   前記アレイアンテナによって電波の送信及び受信の少なくとも一方を行うように制御するステップと、
   前記アレイアンテナの指向性を制御するとともに、前記複数のアンテナ素子のうち所定のアンテナ素子によって、前記アレイアンテナの指向性のヌル点の受信感度を少なくとも部分的に補償するステップと、
   前記複数のアンテナ素子からの出力を合成したものに、前記所定のアンテナ素子からの出力を合成したものを出力するステップと、
   前記所定のアンテナ素子からの出力の位相を、前記複数のアンテナ素子からの出力を合成したものの位相と同相にするステップと、
   を含む、電子機器の制御方法。
10. 複数のアンテナ素子を含むアレイアンテナを備える電子機器の制御方法であって、
    前記アレイアンテナによって電波の送信及び受信の少なくとも一方を行うように制御するステップと、
    前記アレイアンテナの指向性を制御するとともに、前記複数のアンテナ素子のうち所定のアンテナ素子によって、前記アレイアンテナの指向性のヌル点の受信感度を少なくとも部分的に補償するステップと、
    前記複数のアンテナ素子からの出力を合成したものに、前記所定のアンテナ素子からの出力を合成したものを出力するステップと、
    前記複数のアンテナ素子からの出力の中から選択したいずれかの出力を、前記所定のアンテナ素子からの出力とするステップと、
    前記複数のアンテナ素子からの出力のうちレベルが最も高いものの中から選択した出力を、前記所定のアンテナ素子からの出力とするステップと、
    を含む、電子機器の制御方法。
11. 複数のアンテナ素子を含むアレイアンテナを備える電子機器を制御するコンピュータに、
    前記アレイアンテナによって電波の送信及び受信の少なくとも一方を行うように制御するステップと、
    前記アレイアンテナの指向性を制御するとともに、前記複数のアンテナ素子のうち所定のアンテナ素子によって、前記アレイアンテナの指向性のヌル点の受信感度を少なくとも部分的に補償するステップと、
    前記複数のアンテナ素子からの出力を合成したものに、前記所定のアンテナ素子からの出力を合成したものを出力するステップと、
    前記所定のアンテナ素子からの出力の位相を、前記複数のアンテナ素子からの出力を合成したものの位相と同相にするステップと、
    を実行させる、プログラム。
12. 複数のアンテナ素子を含むアレイアンテナを備える電子機器を制御するコンピュータに、
    前記アレイアンテナによって電波の送信及び受信の少なくとも一方を行うように制御するステップと、
    前記アレイアンテナの指向性を制御するとともに、前記複数のアンテナ素子のうち所定のアンテナ素子によって、前記アレイアンテナの指向性のヌル点の受信感度を少なくとも部分的に補償するステップと、
    前記複数のアンテナ素子からの出力を合成したものに、前記所定のアンテナ素子からの出力を合成したものを出力するステップと、
    前記複数のアンテナ素子からの出力の中から選択したいずれかの出力を、前記所定のアンテナ素子からの出力とするステップと、
    前記複数のアンテナ素子からの出力のうちレベルが最も高いものの中から選択した出力を、前記所定のアンテナ素子からの出力とするステップと、
    を実行させる、プログラム。

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