JP7635575B2 - 無線通信装置、及び、ビーム制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、無線通信装置、及び、ビーム制御方法に関する。

従来より、複数のアンテナがアレイ状に配置されたアレイアンテナからビームを出力する際に、特定の方向のサイドローブの出力を低下させるために、ＢＡＴアルゴリズム（コウモリアルゴリズム）に基づいて前記複数のアンテナから出力される信号のゲイン及び／又は位相に対して付与する重みを求める方法がある（例えば、非特許文献１参照）。

Xiao XIAO, et. al. "Data Based Model for Wide Nulling Problem in Adaptive Digital Beamforming Antenna Array," IEEE Antennas and Wireless Propagation Letters, vol. 18, No.11, 2019.

ところで、従来の方法におけるＢＡＴアルゴリズムのような繰り返し演算では、ローカルミニマムに落ち込むことを避けるのは難しく、特定の方向のサイドローブの出力を低下させるための重みの最適値が必ず求まるとは限らないという課題がある。

そこで、特定の方向のサイドローブの出力を低下させるための重みの最適値を確実に求めることができる無線通信装置、及び、ビーム制御方法を提供することを目的とする。

本発明の実施形態の無線通信装置は、ゲイン及び／又は位相に対する重み付けを表す重みベクトルに基づいて第１ビーム及び第２ビームを出力する複数のアンテナ素子と、前記第１ビームのメインローブの出力電力を表す第１行列から、前記第２ビームのメインローブと干渉する前記第１ビームのサイドローブの出力電力を低減する低減割合に前記第１ビームのサイドローブの出力電力を表す第２行列を乗じた行列を減じて得る行列の最大固有値に対応する重みベクトルを求める重みベクトル導出部と、前記第２行列に前記重みベクトルと前記重みベクトルの複素共役転置とを乗じて得る前記第１ビームのサイドローブの出力電力に対する、前記第１行列に前記重みベクトルと前記重みベクトルの複素共役転置とを乗じて得る前記第１ビームのメインローブの出力電力の電力比が、最大ＳＩＲｍａｘよりも大きいかどうかを判定する判定部と、前記判定部によって前記電力比が前記最大ＳＩＲｍａｘよりも大きくないと判定されると、前記重みベクトルを抽出する重み抽出部とを含む。

特定の方向のサイドローブの出力を低下させるための重みの最適値を確実に求めることができる無線通信装置、及び、ビーム制御方法を提供することができる。

２つのビーム５０Ａ、５０Ｂを示す図である。 基地局１０と、実施形態の無線通信装置１００とを示す図である。 ビーム出力装置１００Ｄのアレイアンテナ１１０Ｄを示す図である。 チェビシェフの重み付けを説明する図である。 ビーム出力装置１００Ｄを示す図である。 アレイアンテナ１１０Ｄから出力されるビームのメインローブが届く範囲を説明する図である。 ビームＩＤと、距離と、メインローブの電力の拘束条件とを関連付けたデータを示す図である。 アレイアンテナ１１０Ｄにおける放射パターンと位相差を説明する図である。 制御装置１００Ｃの構成を示す図である。 制御装置１００Ｃが実行する処理を示すフローチャートである。 ビームの分布を示す図である。 各アンテナ素子の出力と位相を示す図である。 ＳＩＲの度数分布を示す図である。 実施形態の変形例の制御装置１００Ｃが実行する処理を示すフローチャートである。

以下、本発明の無線通信装置、及び、ビーム制御方法を適用した実施形態について説明する。

＜実施形態＞
図１は、２つのビーム５０Ａ、５０Ｂを示す図である。ビーム５０Ａ、５０Ｂは、複数のアンテナ素子がアレイ状に配置された１つのアレイアンテナから出力されていることとして説明する。ここではビーム５０Ａを実線で示し、ビーム５０Ｂを破線で示す。また、図１では、分かり易くするためにＳＩＲ(Signal to Interference Ratio:信号電力対干渉電力比)の大きさを両矢印の長さで示す。また、端末３０Ａ、３０Ｂは、スマートフォン等である。

ビーム５０Ａは、１本のメインローブ５１Ａと複数本のサイドローブ５２Ａとを有し、ビーム５０Ｂは、１本のメインローブ５１Ｂと複数本のサイドローブ５２Ｂとを有する。メインローブ５１Ａはアレイアンテナから端末３０Ａに向けて出力されており、メインローブ５１Ｂはアレイアンテナから端末３０Ｂに向けて出力されている。

各アンテナ素子には、各アンテナ素子から出力される信号の位相及びゲインをそれぞれ調整するフェーズシフタ及びアンプが接続されており、位相及び／又はゲインに重み付けを行うことで、ビーム５０Ａ、５０Ｂの出力と角度（放射方向）を制御することができる。また、重み付けを調整することにより、複数のサイドローブ５２Ａ、５２Ｂのうちの特定の１又は複数のサイドローブの出力を抑制（低減）することができる。

図１（Ａ）には、比較用に、サイドローブ５２Ａ、５２Ｂの出力を抑制していない状態を示し、図１（Ｂ）には、サイドローブ５２Ａ、５２Ｂのうちの特定の１つのサイドローブ５２Ａ、５２Ｂの出力を抑制している状態を示す。

図１（Ａ）では、ビーム５０Ａのメインローブ５１Ａとビーム５０Ｂのサイドローブ５２Ｂとが重なっており、かつ、サイドローブ５２Ｂの出力はある程度大きい。同様に、ビーム５０Ｂのメインローブ５１Ｂとビーム５０Ａのサイドローブ５２Ａとが重なっており、かつ、サイドローブ５２Ａの出力はある程度大きい。この状態では、メインローブ５１Ａとサイドローブ５２Ｂとの干渉が大きく、メインローブ５１Ａとサイドローブ５２ＢとのＳＩＲが小さい。同様に、メインローブ５１Ｂとサイドローブ５２Ａとの干渉が大きく、ビーム５０Ｂのメインローブ５１Ｂとビーム５０Ａのサイドローブ５２ＡとのＳＩＲが小さい。ＳＩＲが小さいと、通信におけるスループットが低下するため、通信状態は良好ではない。

これに対して、図１（Ｂ）では、図１（Ａ）に比べてメインローブ５１Ａ、５１Ｂと重なる１つのサイドローブ５２Ａ、５２Ｂの出力が一点鎖線の円で囲んで示すように低減されているので、メインローブ５１Ａとサイドローブ５２Ｂとの干渉が小さく、メインローブ５１Ａとサイドローブ５２ＢとのＳＩＲが大きい。同様に、メインローブ５１Ｂとサイドローブ５２Ａとの干渉が小さく、メインローブ５１Ｂとサイドローブ５２ＡとのＳＩＲが大きい。ＳＩＲが大きいと、通信におけるスループットが改善されるため、通信状態は良好である。

図１（Ｂ）に示すように、メインローブ５１Ａ、５１Ｂと重なるサイドローブ５２Ａ、５２Ｂの出力を低減することは、アンプで信号を増幅する際のゲインに付与する重みを調整して、各アンテナ素子が出力する信号のゲインを個別的に調整することによって実現可能である。

図２は、基地局１０と、実施形態の無線通信装置１００とを示す図である。基地局１０は、ＤＵ(Distributed Unit)及びＣＵ(Central Unit)によって実現され、ＩＤ出力部１１と信号出力部１２、１３とを有する。基地局１０は、ＩＤ出力部１１及び信号出力部１２、１３以外の構成要素も含むが、ここでは省略する。

ＩＤ出力部１１は、ＩＤ(Identifier)番号をＲＵ２０のデコーダ１００Ａに出力する。ＩＤ出力部１１が出力するＩＤ番号は複数種類あり、各ＩＤ番号は、無線通信装置１００のビーム出力装置１００Ｄのアレイアンテナから出力するビームの方向に関する情報に割り当てられている。信号出力部１２は、送信信号を無線通信装置１００のビーム出力装置１００Ｄに出力する。信号出力部１３は、ローカル信号を無線通信装置１００のビーム出力装置１００Ｄに出力する。

無線通信装置１００は、ＲＵ(Radio Unit)である。無線通信装置１００は、デコーダ１００Ａ、メモリ１００Ｂ、制御装置１００Ｃ、及びビーム出力装置１００Ｄを有する。デコーダ１００Ａは、ＩＤ出力部１１から入力されるＩＤ番号をデコードしてアドレスを取得し、メモリ１００Ｂに受け渡す。メモリ１００Ｂは、メモリコントローラを含んでおり、デコーダ１００Ａから入力されるアドレスに基づいて制御データを読み出し、制御装置１００Ｃに受け渡す。制御データは、ビーム出力装置１００Ｄで送信信号を増幅する際のゲインに重み付けする際の重みデータと、送信信号の位相をシフトさせる際の位相に重み付けする際の重みデータとを含む。

制御装置１００Ｃは、メモリ１００Ｂから入力されるゲイン用の重みデータと、位相用の重みデータとを用いて、ビーム出力装置１００Ｄに入力される送信信号の増幅と位相のシフトとを制御する。制御装置１００Ｃは、一例としてＩＣ(Integrated Circuit：集積回路)によって実現される。

基地局１０及びＲＵ２０は、一例として、５Ｇ(Fifth Generation)のデータ通信用の装置である。また、無線通信装置１００のビーム出力装置１００Ｄは、ビームフォーミングによって図１に示すビーム５０Ａ、５０Ｂのような複数のビームを同時に出力することが可能である。ビームの数は３本以上であってもよい。３本以上のビームのうちのいずれか１本は第１ビームの一例であり、３本以上のビームのうち、第１ビームのサイドローブと干渉するメインローブを有する１本のビームは第２ビームの一例である。

図３は、ビーム出力装置１００Ｄのアレイアンテナ１１０Ｄを示す図である。以下では、ＸＹＺ座標系を定義して説明する。また、以下では、平面視とはＸＹ面視のことであり、説明の便宜上、－Ｚ方向側を下側又は下、＋Ｚ方向側を上側又は上と称すが、普遍的な上下関係を表すものではない。

アレイアンテナ１１０Ｄは、基板１１１Ｄ、アンテナ素子１１２Ｄ、グランド層１１３Ｄを有する。アレイアンテナ１１０Ｄの通信周波数は、一例として、３．７ＧＨｚ帯、４．５ＧＨｚ帯、又は２８ＧＨｚ帯である。

基板１１１Ｄは、一例としてＦＲ４(Flame Retardant type 4)規格の配線基板であり、上面にアンテナ素子１１２Ｄが設けられ、下面にグランド層１１３Ｄが設けられている。アンテナ素子１１２Ｄは、基板１１１Ｄの上面にアレイ状に配列されており、一例として８×８で配列される６４個のアンテナ素子１１２ＤがＸ方向及びＹ方向に等ピッチで配列されている。アンテナ素子１１２Ｄの配列は、マトリクス状として捉えることもできる。アンテナ素子１１２Ｄは、平面視で正方形であり、１辺の長さは通信周波数における波長の電気長の約１／２に設定されている。アンテナ素子１１２Ｄが上面に配列される基板１１１Ｄの下面にはグランド層１１３Ｄがあり、平面視ですべてのアンテナ素子１１２Ｄとグランド層１１３Ｄは重なっているため、アンテナ素子１１２Ｄ及びグランド層１１３Ｄは、パッチアンテナを構築する。

各アンテナ素子１１２Ｄには、スルーホールと基板１１１Ｄの配線とを介して給電が行われる。複数のアンテナ素子１１２Ｄから放射される電波のゲインと位相が調整され、１つのビームを構築する。

なお、アレイアンテナ１１０Ｄは、図３に示す構成に限定されるものではなく、複数のアンテナ素子１１２Ｄが配列されていれば、図３に示す構成とは異なる構成であってもよい。複数のアンテナ素子１１２Ｄの配列は、アレイ状ではなく一直線状であってもよい。

次に、図４を用いてチェビシェフの重み付けによるサイドローブの低減について説明する。図４は、チェビシェフの重み付けを説明する図である。ここでは、説明を簡単にするために図４（Ａ）に示すように、８個のアンテナ素子が一直線状に配列されていることとし、左側から右側にかけて１番から８番のアンテナ素子番号を割り振る。８個のアンテナ素子には、８個の可変増幅器がそれぞれ接続されており、８個のアンテナ素子から放射する電力を増幅する際のゲインに対して重み付けを行えるようになっていることとする。

図４（Ｂ）には、横軸にアンテナ素子番号を示し、縦軸に重み付けしたゲインを示す。８個のアンテナ素子から放射する電力に付与するゲインに対して、１番と８番のアンテナ素子から放射する電力に付与するゲインが最も小さくなり、中央に位置する４番と５番のアンテナ素子から放射する電力に付与するゲインが最も大きくなるように段階的に重み付けを行う。このような重み付けがチェビシェフの重み付けであり、隣接しているアンテナ素子間の重みの差は小さい。

図４（Ｃ）には、重み付けを行わずに図４（Ａ）の８個のアンテナ素子から電力を放射した場合のメインローブ及びサイドローブの出力（放射電力）を破線で示し、上述のように重み付けを行って図４（Ａ）の８個のアンテナ素子から電力を放射した場合のメインローブ及びサイドローブの出力（放射電力）を実線で示す。重み付けを行わない場合と、重み付けを行った場合とにおいて、中央に位置して最も出力が大きい１つの波形がメインローブの出力を表し、メインローブの両側に３つずつある波形がサイドローブの出力を表す。

中央から端に向かうほど重み付けを小さくすると、図４（Ｃ）に実線で示すように、中央のメインローブの出力は重み付けを行わない場合の破線のメインローブと殆ど変わらないが、サイドローブの出力は低減している。このように、チェビシェフの重み付けを行うと、メインローブの出力を維持しつつ、サイドローブの出力を選択的に低減させることができる。

図５は、ビーム出力装置１００Ｄを示す図である。ビーム出力装置１００Ｄは、信号端子１０１Ｄ、アレイアンテナ１１０Ｄ、フェーズシフタ１２０Ｄ、アンプ１３０Ｄ、ミキサ１４０Ｄ、ＰＡ(Power Amplifier)１５０Ｄを含む。信号端子１０１Ｄは、図２に示す信号出力部１２に接続されており、送信信号が入力される入力端子である。

図５にはアレイアンテナ１１０Ｄのうちのアンテナ素子１１２Ｄを示す。アンテナ素子１１２Ｄは、図３に示すように６４個あるが、図５にはそのうちの４個に関する構成を示す。

一例として、４個のアンテナ素子１１２Ｄには、４個のフェーズシフタ１２０Ｄ、４個のアンプ１３０Ｄ、４個のミキサ１４０Ｄ、４個のＰＡ１５０Ｄが接続される。ビーム出力装置１００Ｄは６４個のアンテナ素子１１２Ｄを含むため、ビーム出力装置１００Ｄは、６４個のフェーズシフタ１２０Ｄ、６４個のアンプ１３０Ｄ、６４個のミキサ１４０Ｄ、６４個のＰＡ１５０Ｄを含む。

フェーズシフタ１２０Ｄは、入力端子１２１Ｄと、出力端子１２２Ｄと、制御端子１２３Ｄとを有する。出力端子１２２Ｄは、アンプ１３０Ｄの入力端子１３１Ｄに接続される。制御端子１２３Ｄは、制御装置１００Ｃ（図２参照）に接続されており、位相用の重みデータが入力される。フェーズシフタ１２０Ｄは、入力端子１２１Ｄに入力される送信信号の位相を制御端子１２３Ｄに入力される位相用の重みデータに応じてシフトさせて出力端子１２２Ｄから出力する。

アンプ１３０Ｄは、出力端子１２２Ｄに接続される入力端子１３１Ｄと、出力端子１３２Ｄと、制御装置１００Ｃ（図２参照）に接続される制御端子１３３Ｄとを有する。入力端子１３１Ｄには出力端子１２２Ｄから位相が調整された送信信号が入力され、出力端子１３２Ｄにはミキサ１４０Ｄの入力端子１４１Ｄが接続され、制御端子１３３Ｄには制御装置１００Ｃからゲインに重み付けする重みが入力される。

アンプ１３０Ｄは、送信信号を増幅する際のゲインに重み付けする重みに応じてゲインが可変的に制御され、入力端子１３１Ｄに入力される送信信号を増幅して出力端子１３２Ｄから出力する。重みは制御装置１００Ｃによって制御される。重みは、メモリ１００Ｂから制御装置１００Ｃに入力されるゲイン用の重みデータに含まれる。重みによって重み付けられるアンプ１３０Ｄのゲインは、一例として、－２０ｄＢ～０ｄＢの範囲で１ｄＢのステップ（ゲインの変化幅）で制御可能である。

ミキサ１４０Ｄは、入力端子１４１Ｄ、１４２Ｄと出力端子１４３Ｄとを有する。入力端子１４１Ｄはアンプ１３０Ｄの出力端子１３２Ｄに接続され、アンプ１３０Ｄで増幅された送信信号が入力される。入力端子１４２Ｄは、基地局１０の信号出力部１３に接続されており、ローカル信号が入力される。出力端子１４３Ｄは、ＰＡ１５０Ｄの入力端子１５１Ｄに接続されている。ミキサ１４０Ｄは、入力端子１４１Ｄ入力される送信信号と、入力端子１４２Ｄに入力されるローカル信号とを乗算して出力端子１４３Ｄから出力する。

ＰＡ１５０Ｄは、入力端子１５１Ｄと出力端子１５２Ｄとを有するパワーアンプである。入力端子１５１Ｄはミキサ１４０Ｄの出力端子１４３Ｄに接続され、出力端子１５２Ｄはアンテナ素子１１２Ｄに接続される。ＰＡ１５０Ｄは、ミキサ１４０Ｄから入力される信号を増幅してアンテナ素子１１２Ｄに出力する。ＰＡ１５０Ｄの増幅率は一定値である。

以上のようなビーム出力装置１００Ｄは、一例として、アレイアンテナ１１０Ｄから複数のビームを出力する。各ビームは、メインローブとサイドローブを有するとともに、固有のビームＩＤを有するため、メインローブと他のビームのサイドローブとの干渉を抑制することが求められる。このようにビーム同士の干渉を抑制するには、各アンテナ素子１１２Ｄから放射する信号のゲインを調整することが必要になる。各アンテナ素子１１２Ｄから放射する信号のゲインは、アンプ１３０Ｄによって調整される。

図６は、アレイアンテナ１１０Ｄから出力されるビームのメインローブが届く範囲を説明する図である。ビームのメインローブが届く範囲とは、図１に示す端末３０Ａ、３０Ｂがデータ通信可能な所定電力以上の電力を受信可能な範囲である。

ここでは、一例としてアレイアンテナ１１０Ｄが４本のビームを出力することとする。４本のビームには、ビームＩＤ(Identifier)０～ビームＩ３が割り振られていることとする。一例として、アレイアンテナ１１０Ｄは地上から１０ｍの高さの位置にある。

４本のビームのメインローブが届く範囲は互いに異なる。ビームＩＤ０のビームは、アレイアンテナ１１０Ｄから距離ｒ_０の範囲に届き、ビームＩＤ１のビームは、アレイアンテナ１１０Ｄから距離ｒ_０～ｒ_１の範囲に届き、ビームＩＤ２のビームは、アレイアンテナ１１０Ｄから距離ｒ_１～ｒ_２の範囲に届き、ビームＩＤ３のビームは、アレイアンテナ１１０Ｄから距離ｒ_２～ｒ_３の範囲に届くこととする。また、距離ｒ_３は、アレイアンテナ１１０Ｄがビームフォーミングによって出力するビームが出力し得る最大電力Ｐ_Ａにおいてビームが届く最長距離であることとする。

図７は、ビームＩＤと、距離と、メインローブの電力の拘束条件とを関連付けたデータを示す図である。距離は、各ビームが届く最長距離である。メインローブの電力の拘束条件は、アレイアンテナ１１０Ｄがビームフォーミングによって出力するビームが出力し得る最大電力Ｐ_Ａを用いて、各ビームＩＤのビームの出力を表したものである。

図７に示すように、ビームＩＤ０のビームについての距離はｒ_０であり、拘束条件はｒ_３の二乗に対するｒ_０の二乗の比を最大電力Ｐ_Ａに乗じた値である。ビームＩＤ１のビームについての距離はｒ_１であり、拘束条件はｒ_３の二乗に対するｒ_１の二乗の比を最大電力Ｐ_Ａに乗じた値である。ビームＩＤ２のビームについての距離はｒ_２であり、拘束条件はｒ_３の二乗に対するｒ_２の二乗の比を最大電力Ｐ_Ａに乗じた値である。ビームＩＤ３のビームについての距離はｒ_３であり、拘束条件は最大電力Ｐ_Ａである。なお、ここでは拘束条件を距離の二乗の比で表す形態について説明するが、拘束条件は距離の三乗の比で表されてもよい。

図８は、アレイアンテナ１１０Ｄにおける放射パターンと位相差を説明する図である。図８には、一例として図３に示す６４個のアンテナ素子１１２のうちの８個を示す。図８に示す８個のアンテナ素子１１２は、Ｙ方向に８行あるうちの１行に含まれ、Ｘ方向に配列される８個のアンテナ素子１１２である。また、図８では、フェーズシフタ１２０Ｄ及びアンプ１３０Ｄをまとめて示し、それぞれ、重みデータの重み係数ｗ_０～ｗ_７が入力されるものとして説明する。

－Ｘ方向側の端のアンテナ素子１１２に示すように、アンテナ素子１１２が出力（放射）する電力の放射パターンをｇ（θ）とする。角度θは、＋Ｘ方向側の端から２番目のアンテナ素子１１２に示すように、アンテナ素子１１２の平面視における中央を通るＺ軸に平行な直線（アンテナ素子１１２の中央を通る法線）に対する角度である。

また、Ｘ方向において隣り合うアンテナ素子１１２同士のＸ方向の間隔をｄ（ｍｍ）とすると、Ｘ方向において隣り合うアンテナ素子１１２が角度θの方向に放射する電波の位相差は、２π（ｄ／λ）ｓｉｎθである。λは、各アンテナ素子１１２が出力する電波の自由空間における波長である。

次に、アレイアンテナ１１０Ｄが出力するビームに制御装置１００Ｃが付与する位相及びゲインの重みデータを生成する手法について説明する。ここでは、アレイアンテナ１１０Ｄが３本のビームを出力する形態について説明する。３本のビームのうちの１本目のビームは図１に示すビーム５０Ａであって第１ビームの一例である。２本目及び３本目のビームは、図１に示すビーム５０Ｂのようにビーム５０Ａの複数のサイドローブ５２Ａのうちの少なくとも１本と干渉するメインローブを有する。ここでは３本のビームを１本目（＃１）、２本目（＃２）、３本目（＃３）のビームとして区別して説明する。

ここで、６４個のアンテナ素子１１２に対応するフェーズシフタ１２０Ｄ及びアンプ１３０Ｄに入力される位相及びゲインを表す重みデータを重みベクトルｗで表す。重みベクトルｗは、次式（１）で表され、６４個の重み係数ｗ_０～ｗ_Ｎ－１を含む。Ｎはアンテナ素子１１２の数を表す２以上の整数であり、ここでは６４である。

また、１本目（＃１）のビームのメインローブの出力電力を表す行列をＡとする。行列Ａは、第１行列の一例である。また、１本目（＃１）のビームの複数のサイドローブのうち、２本目（＃２）及び３本目（＃３）のビームのメインローブと干渉するサイドローブの出力電力を表す行列をＢとする。行列Ｂは、第２行列の一例である。

１本目（＃１）のビームのメインローブの電力Ｐ_Ｓは次式（２）で表すことができる。式（２）において、Ｎはフェーズシフタ１２０Ｄとアンプ１３０Ｄとの組の数を表す。フェーズシフタ１２０Ｄとアンプ１３０Ｄが６４個ずつある場合は、Ｎは６４である。ｎは、フェーズシフタ１２０Ｄとアンプ１３０Ｄとの組の番号を表します。ｎは、０～Ｎ－１までの番号を表し、総数はＮである。

１本目（＃１）のビームの複数のサイドローブのうち、２本目（＃２）、３本目（＃３）のビームのメインローブと干渉するサイドローブの電力Ｐ_Ｉは、次式（３）で表すことができる。

ここで、太字で示すベクトルｗ^Ｈは、重みベクトルｗの複素共役転置である。また、次式（４）に示すように、重みベクトルｗに含まれる重み係数ｗ_０～ｗ_Ｎ－１の二乗和を定数Ｃとする。式（４）は、重みベクトルｗについての拘束条件である。重み係数ｗ_０～ｗ_Ｎ－１の二乗和は、重みベクトルｗとベクトルｗ^Ｈとを乗じることで得られる。なお、重み係数ｗ_０～ｗ_Ｎ－１の二乗和は全方向に放射される電力の総和と等しいため、全方向へ放射される電力を一定とするために、重み係数ｗ_０～ｗ_Ｎ－１の二乗和を定数Ｃにしている。

ここで、行列Ａの最大固有値に対応する固有ベクトルを重みベクトルｗ_Ａとすると、最大電力Ｐ_Ａは次式（５）で表される。

また、行列Ａから行列Ｂに低減割合βを乗じた行列βＢを減じて得る行列（Ａ－βＢ）の最大固有値に対応する固有ベクトルを重みベクトルｗとすると、２本目（＃２）及び３本目（＃３）のビームのメインローブと干渉するサイドローブを有する１本目（＃１）のビームについて、２本目（＃２）及び３本目（＃３）のビームのメインローブと干渉するサイドローブの出力電力に対するメインローブの出力電力の比を表すＳＩＲｍａｘは、次式（６）で表される。

ラグランジュの未定係数法を利用して、重みベクトルｗを求めると次式（７）のようになる。βは、２本目（＃２）及び３本目（＃３）のビームのメインローブと干渉する１本目（＃１）のビームのサイドローブの出力電力Ｂを低減する低減割合である。

式（７）を評価関数として、式（７）を重みベクトルｗで偏微分すると、次式（８）が得られる。

式（８）より、ξは行列Ａから行列Ｂに低減割合βを乗じた行列（Ａ－βＢ）の最大固有値であり、最大固有値ξに対応する固有ベクトルが重みベクトルｗとなる。このため、次式（９）が重みベクトルｗの拘束条件となる。式（９）で求まる、行列（Ａ－βＢ）の最大固有値ξに対応する固有ベクトルである重みベクトルｗが、実施形態の無線通信装置１００及びビーム制御方法で最終的に求めたい重みベクトルである。

図９は、制御装置１００Ｃの構成を示す図である。制御装置１００Ｃは、主制御部１１１Ｃ、条件導出部１１２Ｃ、重みベクトル生成部１１３Ｃ、重みベクトル付与部１１４Ｃ、低減割合導出部１１５Ｃ、許容割合導出部１１６Ｃ、ＳＩＲ導出部１１７Ｃ、判定部１１８Ｃ、ＳＩＲ更新部１１９Ｃ、重み抽出部１２０Ｃ、及びメモリ１２１Ｃを有する。制御装置１００Ｃは、ＣＰＵ(Central Processing Unit)、ＲＡＭ(Random Access Memory)、ＲＯＭ(Read Only Memory)、ＨＤＤ(Hard Disk Drive)、入出力インターフェース、及び内部バス等を含むコンピュータによって実現される。

主制御部１１１Ｃ、条件導出部１１２Ｃ、重みベクトル生成部１１３Ｃ、重みベクトル付与部１１４Ｃ、低減割合導出部１１５Ｃ、許容割合導出部１１６Ｃ、ＳＩＲ導出部１１７Ｃ、判定部１１８Ｃ、ＳＩＲ更新部１１９Ｃ、重み抽出部１２０Ｃは、制御装置１００Ｃが実行するプログラムの機能（ファンクション）を機能ブロックとして示したものである。また、メモリ１２１Ｃは、制御装置１００Ｃのメモリを機能的に表したものである。

主制御部１１１Ｃは、制御装置１００Ｃの制御処理を統括する処理部であり、条件導出部１１２Ｃ、重みベクトル生成部１１３Ｃ、重みベクトル付与部１１４Ｃ、低減割合導出部１１５Ｃ、許容割合導出部１１６Ｃ、ＳＩＲ導出部１１７Ｃ、判定部１１８Ｃ、ＳＩＲ更新部１１９Ｃ、及び重み抽出部１２０Ｃが実行する処理以外の処理を実行する。

条件導出部１１２Ｃは、最大電力算出部の一例であり、最大電力Ｐ_Ａを算出する。また、条件導出部１１２Ｃは、図６を用いて説明した最大電力Ｐ_Ａと距離を用いて、各ビームＩＤのビームについての拘束条件を導出し、図７に示すデータを作成する。なお、条件導出部１１２Ｃは、最大電力Ｐ_Ａについては予め設定された電力値をメモリ１２１Ｃから取得すればよく、距離については、各ビームＩＤに対して予め割り振られている電波の受信可能領域を表すデータに関連付けられている距離をメモリ１２１Ｃから取得すればよい。

重みベクトル生成部１１３Ｃは、重みベクトル導出部の一例であり、ビーム５０Ａのメインローブ５１Ａの出力電力を表す行列Ａから、ビーム５０Ｂのメインローブ５１Ｂと干渉するビーム５０Ａのサイドローブ５２Ｂの出力電力を低減する低減割合βにビーム５０Ａのサイドローブ５２Ａの出力電力を表す行列Ｂを乗じた行列（βＢ）を減じて得る行列（Ａ－βＢ）の最大固有値に対応する重みベクトルｗを求める。

より具体的には、重みベクトル生成部１１３Ｃは、行列Ａから、低減割合βの初期値に行列Ｂを乗じた行列を減じて得る行列（Ａ－βＢ）の最大固有値に対応する重みベクトルｗの初期値を求める。

また、重みベクトル生成部１１３Ｃは、１本目（＃１）のビームのメインローブの出力電力を表す行列Ａから、低減割合導出部１１５Ｃによって所定割合だけ増大された低減割合βに行列Ｂを乗じた行列を減じて得る行列（Ａ－βＢ）の最大固有値に対応する重みベクトルｗ_ｗを求める第２処理を行う。

また、重みベクトル生成部１１３Ｃは、第２処理で重みベクトルｗ_ｗを求める前の重みベクトルｗを重みベクトルｗ_ｃとしてメモリ１２１Ｃに格納する。

重みベクトル付与部１１４Ｃは、フェーズシフタ１２０Ｄ（図５参照）に位相用の重みデータを出力するとともに、アンプ１３０Ｄにゲイン用の重みデータを出力する。このようにして、重みベクトル付与部１１４Ｃは、アレイアンテナ１１０Ｄから出力されるビーム５０Ａ、５０Ｂに位相及びゲインの重みを付与する。重みベクトル付与部１１４Ｃは、重み抽出部１２０Ｃによって抽出された重みベクトルを出力する。重みベクトルｗは、重みデータであり、位相及びゲインを表す。

低減割合導出部１１５Ｃは、低減割合βの初期値と、低減割合βを所定割合だけ増大させた低減割合βを導出する。低減割合βを所定割合だけ増大させた低減割合βを導出する処理は、低減割合導出部１１５Ｃが実行する第１処理の一例である。低減割合導出部１１５Ｃは、後述するフローチャートにおいて低減割合βを所定割合だけ増大させる処理を繰り返し行う場合がある。

許容割合導出部１１６Ｃは、最大電力Ｐ_Ａを低減する際に、低減が許容される割合を表す許容割合αを導出する。最大電力Ｐ_Ａを低下させるとサイドローブの出力が低下するため、ＳＩＲが大きくなる傾向がある。このため、ＳＩＲを最大化する過程において、許容割合導出部１１６Ｃは、最大電力Ｐ_Ａの低減が許容される割合である許容割合αを低下させる。ただし、許容割合αが小さくなるとメインローブの出力電力が小さくなり、電波の放射距離が長いビームＩＤの受信可能領域が小さくなるため、下限を設ける。許容割合αは０より大きく１より小さい値である。

ＳＩＲ導出部１１７Ｃは、重みベクトル生成部１１３Ｃによって生成される重みベクトルｗを用いて、式（６）に基づいて、行列Ｂに重みベクトルｗの初期値と重みベクトルｗの初期値の複素共役転置ｗ^Ｈとを乗じて得る１本目（＃１）のビームのサイドローブの出力電力の初期値に対する、行列Ａに重みベクトルｗの初期値と重みベクトルの初期値の複素共役転置ｗ^Ｈとを乗じて得る１本目（＃１）のビームのメインローブの出力電力の初期値の電力比を最大ＳＩＲｍａｘとして算出する。ＳＩＲは、信号電力と干渉電力との電力比を表す。

判定部１１８Ｃは、最大電力Ｐ_Ａに許容割合αを乗じた電力αＰ_Ａよりも行列Ａに重みベクトルｗと重みベクトルｗの複素共役転置ｗ^Ｈとを乗じて得る１本目（＃１）のビームのメインローブの出力電力（ｗ^ＨＡｗ）の方が大きいかどうかを判定する。また、判定部１１８Ｃは、電力αＰ_Ａよりも１本目（＃１）のビームのメインローブの出力電力（ｗ^ＨＡｗ）の方が大きいと判定すると、さらに次のような判定を行う。判定部１１８Ｃは、行列Ｂに重みベクトルｗ_ｗと重みベクトルｗ_ｗの複素共役転置ｗ_ｗ ^Ｈとを乗じて得る１本目（＃１）のビームのサイドローブの出力電力に対する、行列Ａに重みベクトルｗ_ｗと重みベクトルｗ_ｗの複素共役転置ｗ_ｗ ^Ｈとを乗じて得る１本目（＃１）のビームのメインローブの出力電力の比であるＳＩＲが、最大ＳＩＲｍａｘよりも大きいかどうかを判定する。ここで、重みベクトルｗ_ｗは、低減割合導出部１１５Ｃによって所定割合だけ増大させた後の低減割合βを用いて求められる重みベクトルである。

ＳＩＲ更新部１１９Ｃは、判定部１１８Ｃによって、行列Ｂに重みベクトルｗ_ｗと重みベクトルｗ_ｗの複素共役転置ｗ_ｗ ^Ｈとを乗じて得る１本目（＃１）のビームのサイドローブの出力電力に対する、行列Ａに重みベクトルｗ_ｗと重みベクトルｗ_ｗの複素共役転置ｗ_ｗ ^Ｈとを乗じて得る１本目（＃１）のビームのメインローブの出力電力の比であるＳＩＲが、最大ＳＩＲｍａｘよりも大きいと判定されると、最大ＳＩＲｍａｘを大きいと判定されたＳＩＲに更新する。

重み抽出部１２０Ｃは、判定部１１８Ｃによって、行列Ｂに重みベクトルｗ_ｗと重みベクトルｗ_ｗの複素共役転置ｗ_ｗ ^Ｈとを乗じて得る１本目（＃１）のビームのサイドローブの出力電力に対する、行列Ａに重みベクトルｗ_ｗと重みベクトルｗ_ｗの複素共役転置ｗ_ｗ ^Ｈとを乗じて得る１本目（＃１）のビームのメインローブの出力電力の比であるＳＩＲが、最大ＳＩＲｍａｘよりも大きくないと判定されると、メモリ１２１Ｃに格納されている重みベクトルｗ_ｃを抽出する。重み抽出部１２０Ｃによって抽出される重みベクトルｗ_ｃは、最終的に求まる重みベクトルである。

メモリ１２１Ｃは、上述のような処理に必要なプログラム及びデータ等を格納する。

図１０は、制御装置１００Ｃが実行する処理を示すフローチャートである。制御装置１００Ｃが処理を開始（スタート）すると、条件導出部１１２Ｃは、式（５）に従って最大電力Ｐ_Ａを求める（ステップＳ１）。

低減割合導出部１１５Ｃは、低減割合βの初期値を導出する（ステップＳ２）。低減割合βの初期値をメモリ１２１Ｃに格納しておき、低減割合導出部１１５Ｃが読み出せばよい。低減割合βの初期値は、例えば実験等によって適切な値を予め求めておけばよい。

重みベクトル生成部１１３Ｃは、ビーム５０Ａのメインローブ５１Ａの出力電力を表す行列Ａから、低減割合βの初期値にビーム５０Ａのサイドローブ５２Ａの出力電力を表す行列Ｂを乗じた行列（βＢ）を減じて得る行列Ａ－βＢの最大固有値に対応する重みベクトルｗを求める（ステップＳ３）。

ＳＩＲ導出部１１７Ｃは、重みベクトル生成部１１３ＣによってステップＳ３で生成される重みベクトルｗを用いて、式（６）に基づいて、行列Ｂに重みベクトルｗの初期値と重みベクトルｗの初期値の複素共役転置ｗ^Ｈとを乗じて得る１本目（＃１）のビームのサイドローブの出力電力の初期値に対する、行列Ａに重みベクトルｗの初期値と重みベクトルの初期値の複素共役転置ｗ^Ｈとを乗じて得る１本目（＃１）のビームのメインローブの出力電力の初期値の電力比を最大ＳＩＲｍａｘとして算出する（ステップＳ４）。

低減割合導出部１１５Ｃは、低減割合βを所定割合だけ増大させた低減割合βを導出する（ステップＳ５）。ステップＳ５の処理は、低減割合導出部１１５Ｃが行う第１処理である。所定割合の増大は、例えば、予め決められた所定値を低減割合βに加算するか、又は、低減割合βを定数倍する等によって行えばよい。

重みベクトル生成部１１３Ｃは、このときの重みベクトルｗを重みベクトルｗ_ｃとしてメモリ１２１Ｃに格納する（ステップＳ６）。すなわち、重みベクトル生成部１１３Ｃは、第２処理で重みベクトルｗ_ｗを求める前の重みベクトルｗを重みベクトルｗ_ｃとしてメモリ１２１Ｃに格納する。

重みベクトル生成部１１３Ｃは、１本目（＃１）のビームのメインローブの出力電力を表す行列Ａから、低減割合導出部１１５Ｃによって所定割合だけ増大された低減割合βに行列Ｂを乗じた行列を減じて得る行列（Ａ－βＢ）の最大固有値に対応する重みベクトルｗ_ｗを求める（ステップＳ７）。ステップＳ７の処理は、重みベクトル生成部１１３Ｃが実行する第２処理である。

判定部１１８Ｃは、ステップＳ８では、次の２つの判定を行う（ステップＳ８）。判定部１１８Ｃは、１つ目の判定として、最大電力Ｐ_Ａに許容割合αを乗じた電力αＰ_Ａよりも行列Ａに重みベクトルｗ_ｗと重みベクトルｗ_ｗの複素共役転置ｗ_ｗ ^Ｈとを乗じて得る１本目（＃１）のビームのメインローブの出力電力（ｗ_ｗ ^ＨＡｗ_ｗ）の方が大きいかどうかを判定する。また、判定部１１８Ｃは、電力αＰ_Ａよりも１本目（＃１）のビームのメインローブの出力電力（ｗ_ｗ ^ＨＡｗ_ｗ）の方が大きいと判定すると、２つ目の判定として、行列Ｂに重みベクトルｗ_ｗと重みベクトルｗ_ｗの複素共役転置ｗ_ｗ ^Ｈとを乗じて得る１本目（＃１）のビームのサイドローブの出力電力に対する、行列Ａに重みベクトルｗ_ｗと重みベクトルｗ_ｗの複素共役転置ｗ_ｗ ^Ｈとを乗じて得る１本目（＃１）のビームのメインローブの出力電力の電力比であるＳＩＲが、最大ＳＩＲｍａｘよりも大きいかどうかを判定する。

ＳＩＲ更新部１１９Ｃは、判定部１１８ＣによってステップＳ８における２つの判定が成立した（Ｓ８：ＹＥＳ）と判定されると、最大ＳＩＲｍａｘをその電力比に更新する（ステップＳ９）。ステップＳ９の処理を終えると、フローはステップＳ５にリターンする。

また、ステップＳ５からＳ８まで進行して、判定部１１８Ｃが電力αＰ_Ａよりも出力電力ｗ_ｗ ^ＨＡｗ_ｗの方が大きいが、電力比が最大ＳＩＲｍａｘよりも大きくない（Ｓ８：ＮＯ）と判定すると、重み抽出部１２０Ｃは、メモリ１２１Ｃに格納されている重みベクトルｗ_ｃを最終的に求まる重みベクトルとして抽出する（ステップＳ１０）。ステップＳ５～Ｓ８の処理を１回ずつ行ってステップＳ８でＮＯと判定する場合も有り得るが、ステップＳ５～Ｓ８の処理を繰り返しながら、ステップＳ９で最大ＳＩＲｍａｘの値を更新することによって、最終的に求まる重みベクトルｗ_ｃが最適化される。すなわち、重みベクトルｗ_ｃの最適値が求まる。

また、ステップＳ８において、判定部１１８Ｃが電力αＰ_Ａよりも出力電力ｗ_ｗ ^ＨＡｗ_ｗの方が大きいと判定した場合においても、重み抽出部１２０Ｃは、メモリ１２１Ｃに格納されている重みベクトルｗ_ｃを最終的に求まる重みベクトルとして抽出する（ステップＳ１０）。ステップＳ８における１つ目の判定（判定αＰ_Ａ＜ｗ_ｗ ^ＨＡｗ_ｗ）が成り立たない場合は、メインローブが小さくなりすぎている場合であり、そのときの低減割合βを使った計算を行う前の重みベクトルｗ_ｃが最終的に求まる最適化された重みベクトルｗ_ｃとなる。低減割合βを大きくすると干渉を抑える効果が大きくなるためＳＩＲが大きくなり、メインローブが小さくなる傾向がある。このため、１つ目の判定（判定αＰ_Ａ＜ｗ_ｗ ^ＨＡｗ_ｗ）が成り立たないということは低減割合βを大きくしすぎてしまったことを表し、その前までに求めた重みベクトルｗ_ｃが最適値になる。

図１１は、ビームの分布を示す図である。ここでは、１６個のアンテナ素子１１２を一直線状に配置してビームフォーミングを行った場合のシミュレーション結果について説明する。図１１において、横軸は方向であり、縦軸は相対電力（ｄＢ）を示す。実施形態の実線の他に、信号最大とＳＩＲ最大の特性を示す。信号最大は、低減割合βをゼロ（β＝０）にした場合に得られるビームの分布であり、ＳＩＲ最大は、ＳＩＲの最大値を得るためにビームの出力を低減した場合のビームの分布を示す。実施形態のビームの分布は、図１０に示すフローチャートに従って、許容割合αをなるべく大きくしつつ、低減割合βの最適化を図った場合に得られたビームの分布である。なお、－９０度(deg.)から－４０度で０ｄＢ、－４０度から－３０度で－７０ｄＢ、－３０度から－２０度で０ｄＢ、－２０度から－５度で３０ｄＢ、－５度から０度で０ｄＢ、０度から４０度で－７０ｄＢ、及び４０度から９０度で０ｄＢの破線は、サイドローブの不要な放射を押さえる領域（－４０度から－３０度と０度から４０度）と、メインローブの領域（－２０度から－５度）を表す。

図１１に示す実施形態、信号最大、ＳＩＲ最大のいずれのビームの分布においても、メインローブは、方向が約－２０[deg.]から約０[deg.]の区間に存在し、その他の方向に複数のサイドローブが存在している。

図１１に示すように、実施形態のメインローブの相対電力は、信号最大のメインローブの相対電力に比べて僅かに低下したが、殆ど変わらないレベルであり、約２０ｄＢ程度であった。ＳＩＲ最大のメインローブの相対電力は、実施形態のメインローブと信号最大のメインローブの相対電力に比べると大幅に低下しており、約２ｄＢであった。

また、実施形態のサイドローブの相対電力は、信号最大のサイドローブの相対電力（約－１０～約０ｄＢ）に比べて大幅に低下しており、約－２０ｄＢ～約－１５ｄＢであった。ＳＩＲ最大のサイドローブの相対電力は、約－６３～約－５５ｄＢであるが、実施形態のサイドローブの相対電力は十分に低いレベルであった。

図１２は、各アンテナ素子の出力と位相を示す図である。図１２（Ａ）には出力の振幅（ｄＢ）を示し、図１２（Ｂ）には出力の位相[deg.]を示す。ここでは、図１１と同様に、１６個のアンテナ素子１１２を一直線状に配置してビームフォーミングを行った場合のシミュレーション結果について説明する。アンテナ素子１１２の素子番号は、端から０～１５とする。

図１２（Ａ）に示すように、ＳＩＲ最大の場合の１６個のアンテナ素子１１２の出力は、素子番号が５から１０の中央側のアンテナ素子１１２の出力に比べて、素子番号が０～４又は１１～１５の両端に位置するアンテナ素子１１２の出力が極端に低下していることが分かった。また、実施形態の場合の１６個のアンテナ素子１１２の出力は、信号最大の場合の出力と同様の傾向を示し、素子番号が０～４又は１１～１５の両端に位置するアンテナ素子１１２の出力は低下しているが、ＳＩＲ最大の場合ほど極端な低下ではないことが分かった。

また、図１２（Ｂ）に示すように、実施形態の場合の１６個のアンテナ素子１１２の出力の位相は、信号最大の場合の出力と同様の傾向を示し、周期的に変化した。また、ＳＩＲ最大の場合には、隣り合うアンテナ素子１１２で位相が大きく変化していた。図１２（Ａ）、図１２（Ｂ）の結果より、実施形態の場合には、出力を低減したいサイドローブが存在する方向の出力が低減されていることが分かった。実施形態のメインローブを大きくするためには、信号最大の場合と同様の位相を保つ拘束条件の中で、出力を低減したいサイドローブの出力を低減するように、振幅と位相が調整される。一方で、ＳＩＲ最大の場合は、メインローブを大きくする位相の拘束条件無しに、出力を低減したいサイドローブを低減するように、振幅と位相が調整される。このため、図１２（Ｂ）に示すような結果が得られた。

図１３は、ＳＩＲの度数分布を示す図である。図１３に示すＳＩＲの度数分布は、基地局と４つの端末と同時に通信している状態で得たものである。度数分布は、ＳＩＲが同一の数を表す。ＳＩＲはスループットに関連するため、ＳＩＲが大きければスループットが高く、例えば５Ｇの場合１Ｇｂｐｓなどで通信可能な状態である。ＳＩＲが小さいとスループットが低いため、例えば数Ｍｂｐｓ程度でしか通信できないことになる。

図１３では、８個のアンテナ素子１１２を一直線状に配置してビームフォーミングを行った場合のシミュレーション結果について説明する。図１３では、実施形態の場合に得られるＳＩＲと、チェビシェフの重み付けによって得られるＳＩＲと、重み付けを行わない（重み付けなし）の場合のＳＩＲとを比較する。

実施形態の場合は、チェビシェフと重み付けなしの場合に比べて、全体的にＳＩＲの値が大きくなっていることが分かった。このため、１つのビームのサイドローブと、他のビームのメインローブとの干渉が低減されていることが分かる。

以上のように、行列Ａ－βＢの最大固有値に対応する重みベクトルｗを求め、重みベクトルｗを用いてＳＩＲｍａｘを導出し、ＳＩＲｍａｘが最大化するように低減割合βの値を決定する。このような手法により、行列Ａ－βＢから得られるＳＩＲｍａｘが最大化する低減割合βを求めることで、ＳＩＲｍａｘが最大化する重みベクトルｗ_ｃの最適値を確実に求めることができる。

したがって、特定の方向のサイドローブの出力を低下させるための重みの最適値を確実に求めることができる無線通信装置１００を提供することができる。

また、許容割合αを設け、電力αＰ_Ａよりも１本目（＃１）のビームのメインローブの出力電力（ｗ_ｗ ^ＨＡｗ_ｗ）の方が大きい場合に、ＳＩＲｍａｘを更新するため、図１１及び図１２に示したＳＩＲ最大のようにメインローブ及びサイドローブの電力を低減するような重み付けを避けることができ、メインローブの高い出力電力が得られる。

また、以上では、ビーム出力装置１００Ｄが８×８で配列される６４個のアンテナ素子１１２Ｄを含む形態について説明したが、アンテナ素子１１２Ｄの数及び配列は、このような形態に限定されるものではない。図１１及び図１２で説明したように、複数のアンテナ素子１１２が一直線状に配列される構成であってもよい。

また、以上では式（４）に示したように重み係数ｗ_０～ｗ_Ｎ－１の二乗和を定数Ｃとする形態について説明したが、式（１０）に示すように重み係数ｗ_０～ｗ_Ｎ－１の各々が定数Ｃ以下になるようにしてもよい。各アンテナ素子１１２に同じアンプ１３０Ｄを接続した場合、各アンテナ素子１１２で送信できる最大電力が一定になるので、重み係数ｗ_０～ｗ_Ｎ－１の各々を一定値以下にする場合には、式（１０）に従えばよい。

図１４は、実施形態の変形例の制御装置１００Ｃが実行する処理を示すフローチャートである。図１４に示すフローは、図１０に示すフローのステップＳ８とステップＳ１０との間にステップＳ１０Ａ及びＳ１０Ｂを挿入したものである。ここでは相違点について説明する。

ステップＳ８において判定部１１８Ｃは、電力αＰ_Ａよりも出力電力ｗ_ｗ ^ＨＡｗ_ｗの方が大きいが、電力比が最大ＳＩＲｍａｘよりも大きくない（Ｓ８：ＮＯ）と判定すると、最大ＳＩＲｍａｘが所定のＳＩＲ_０よりも小さいかどうかを判定する（ステップＳ１０Ａ）。所定のＳＩＲ_０は、ＳＩＲとして必要な下限値である。すなわち、下限値である所定のＳＩＲ_０以上であることを補償する場合に、このようなステップＳ１０Ａを設けている。

判定部１１８Ｃによって最大ＳＩＲｍａｘが所定のＳＩＲ_０よりも小さい（Ｓ１０Ａ：ＹＥＳ）と判定されると、許容割合導出部１１６Ｃは、許容割合αを所定値だけ小さくする（ステップＳ１０Ｂ）。ステップＳ１０Ｂの処理を終えると、フローはステップＳ５にリターンする。

ステップＳ５～Ｓ８を経て、ステップＳ１０Ａにおいて判定部１１８Ｃが最大ＳＩＲｍａｘが所定のＳＩＲ_０よりも小さくない（Ｓ１０Ａ：ＮＯ）と判定すると、重み抽出部１２０Ｃは、メモリ１２１Ｃに格納されている重みベクトルｗ_ｃを最終的に求まる重みベクトルとして抽出する（ステップＳ１０Ｃ）。ステップＳ１０Ｃの処理は、図１０のステップＳ１０の処理と同一である。

図１４に示すフローによれば、ＳＩＲが下限値ＳＩＲ_０以上であることを補償することができる。

以上、本発明の例示的な実施形態の無線通信装置、及び、ビーム制御方法について説明したが、本発明は、具体的に開示された実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲から逸脱することなく、種々の変形や変更が可能である。
以上の実施形態に関し、さらに以下の付記を開示する。
（付記１）
ゲイン及び／又は位相に対する重み付けを表す重みベクトルに基づいて第１ビーム及び第２ビームを出力する複数のアンテナ素子と、
前記第１ビームのメインローブの出力電力を表す第１行列から、前記第２ビームのメインローブと干渉する前記第１ビームのサイドローブの出力電力を低減する低減割合に前記第１ビームのサイドローブの出力電力を表す第２行列を乗じた行列を減じて得る行列の最大固有値に対応する重みベクトルを求める重みベクトル導出部と、
前記第２行列に前記重みベクトルと前記重みベクトルの複素共役転置とを乗じて得る前記第１ビームのサイドローブの出力電力に対する、前記第１行列に前記重みベクトルと前記重みベクトルの複素共役転置とを乗じて得る前記第１ビームのメインローブの出力電力の電力比が、最大ＳＩＲｍａｘよりも大きいかどうかを判定する判定部と、
前記判定部によって前記電力比が前記最大ＳＩＲｍａｘよりも大きくないと判定されると、前記重みベクトルを抽出する重み抽出部と
を含む、無線通信装置。
（付記２）
前記重みベクトル導出部は、前記第１行列から、前記低減割合の初期値に前記第２行列を乗じた行列を減じて得る行列の最大固有値に対応する重みベクトルの初期値を求め、
前記第２行列に前記重みベクトルの初期値と前記重みベクトルの初期値の複素共役転置とを乗じて得る前記第１ビームのサイドローブの出力電力の初期値に対する、前記第１行列に前記重みベクトルの初期値と前記重みベクトルの初期値の複素共役転置とを乗じて得る前記第１ビームのメインローブの出力電力の初期値の電力比を前記最大ＳＩＲｍａｘとして導出するＳＩＲ導出部と、
前記低減割合を所定割合だけ増大させた低減割合を導出する第１処理を行う低減割合導出部と
をさらに含み、
前記重みベクトル導出部は、前記第１ビームのメインローブの出力電力を表す第１行列から、前記低減割合導出部によって前記所定割合だけ増大された低減割合に前記第２行列を乗じた行列を減じて得る行列の最大固有値に対応する重みベクトルを求める第２処理を行い、
前記判定部は、前記所定割合だけ増大させた低減割合を用いて得られた前記重みベクトルと当該重みベクトルの複素共役転置とを前記第２行列に乗じて得る前記第１ビームのサイドローブの出力電力に対する、前記所定割合だけ増大させた低減割合を用いて得られた前記重みベクトルと当該重みベクトルの複素共役転置とを前記第１行列に乗じて得る前記第１ビームのメインローブの出力電力の電力比が、前記最大ＳＩＲｍａｘよりも大きいかどうかを判定する第３処理を行う、付記１に記載の無線通信装置。
（付記３）
前記判定部によって前記電力比が前記最大ＳＩＲｍａｘよりも大きいと判定されると、前記最大ＳＩＲｍａｘを前記電力比に更新する更新部をさらに含み、
前記更新部によって前記最大ＳＩＲｍａｘが前記電力比に更新されると、前記低減割合導出部
による前記第１処理、前記前記重みベクトル導出部による前記第２処理、及び、前記判定部による前記第３処理を繰り返し実行する、付記２に記載の無線通信装置。
（付記４）
所定条件の下で前記第１ビームが出力可能な最大電力を算出する最大電力算出部と、
前記第１ビームのメインローブの出力電力について前記最大電力に対する低下を許容可能な許容割合を導出する許容割合導出部と
をさらに含み、
前記判定部は、前記最大電力に前記許容割合を乗じた電力よりも、前記所定割合だけ増大させた低減割合を用いて得られた前記重みベクトルと、当該重みベクトルの複素共役転置とを前記第１行列に乗じて得る前記第１ビームのメインローブの出力電力の方が大きいかどうかを判定するとともに、前記第３処理を行い、
前記更新部は、前記判定部によって、前記最大電力に前記許容割合を乗じた電力よりも、前記所定割合だけ増大させた低減割合を用いて得られた前記重みベクトルと、当該重みベクトルの複素共役転置とを前記第１行列に乗じて得る前記第１ビームのメインローブの出力電力の方が大きいと判定されるとともに、前記第３処理において前記電力比が前記最大ＳＩＲｍａｘよりも大きいと判定されると、前記最大ＳＩＲｍａｘを更新する、付記３に記載の無線通信装置。
（付記５）
前記最大電力算出部が前記最大電力を算出する際の前記所定条件は、前記第１ビームのメインローブが到達可能な最大距離である、付記４に記載の無線通信装置。
（付記６）
前記重みベクトル導出部は、前記重みベクトルの二乗和が一定という条件の下で、前記重みベクトルを求める、付記１乃至５のいずれか１項に記載の無線通信装置。
（付記７）
前記重みベクトル導出部は、前記重みベクトルの各重み係数が一定値以下という条件の下で、前記重みベクトルを求める、付記１乃至５のいずれか１項に記載の無線通信装置。
（付記８）
ゲイン及び／又は位相に対する重み付けを表す重みベクトルに基づいて第１ビーム及び第２ビームを出力する複数のアンテナ素子を含む無線通信装置におけるビーム制御方法であって、
前記第１ビームのメインローブの出力電力を表す第１行列から、前記第２ビームのメインローブと干渉する前記第１ビームのサイドローブの出力電力を低減する低減割合に前記第１ビームのサイドローブの出力電力を表す第２行列を乗じた行列を減じて得る行列の最大固有値に対応する重みベクトルを求めることと、
前記第２行列に前記重みベクトルと前記重みベクトルの複素共役転置とを乗じて得る前記第１ビームのサイドローブの出力電力に対する、前記第１行列に前記重みベクトルと前記重みベクトルの複素共役転置とを乗じて得る前記第１ビームのメインローブの出力電力の電力比が、最大ＳＩＲｍａｘよりも大きいかどうかを判定することと、
前記電力比が前記最大ＳＩＲｍａｘよりも大きくないと判定されると、前記重みベクトルを抽出することと
を含む処理をコンピュータが実行する、ビーム制御方法。

１０ 基地局
５０Ａ、５０Ｂ ビーム
５１Ａ、５１Ｂ メインローブ
５２Ａ、５２Ｂ サイドローブ
１００ 無線通信装置
１００Ｃ 制御装置
１１１Ｃ 主制御部
１１２Ｃ 条件導出部
１１３Ｃ 重みベクトル生成部
１１４Ｃ 重みベクトル付与部
１１５Ｃ 低減割合導出部
１１６Ｃ 許容割合導出部
１１７Ｃ ＳＩＲ導出部
１１８Ｃ 判定部
１１９Ｃ ＳＩＲ更新部
１２０Ｃ 重み抽出部
１２１Ｃ メモリ
１００Ｄ ビーム出力装置
１１０Ｄ アレイアンテナ
１１２Ｄ アンテナ素子
１２０Ｄ フェーズシフタ
１３０Ｄ アンプ

Claims (7)

1. ゲイン及び／又は位相に対する重み付けを表す重みベクトルに基づいて第１ビーム及び第２ビームを出力する複数のアンテナ素子と、
   前記第１ビームのメインローブの出力電力を表す第１行列から、前記第２ビームのメインローブと干渉する前記第１ビームのサイドローブの出力電力を低減する低減割合に前記第１ビームのサイドローブの出力電力を表す第２行列を乗じた行列を減じて得る行列の最大固有値に対応する重みベクトルを求める重みベクトル導出部であって、前記第１行列から、前記低減割合の初期値に前記第２行列を乗じた行列を減じて得る行列の最大固有値に対応する重みベクトルの初期値を求める重みベクトル導出部と、
   前記第２行列に前記重みベクトルの初期値と前記重みベクトルの初期値の複素共役転置とを乗じて得る前記第１ビームのサイドローブの出力電力の初期値に対する、前記第１行列に前記重みベクトルの初期値と前記重みベクトルの初期値の複素共役転置とを乗じて得る前記第１ビームのメインローブの出力電力の初期値の電力比をＳＩＲ(Signal to Interference Ratio)の最大値である最大ＳＩＲｍａｘとして導出するＳＩＲ導出部と、
   前記重みベクトル導出部によって、前記重みベクトルの初期値が格納されるメモリと、
   前記低減割合を所定割合だけ増大させた低減割合を導出する第１処理を行う低減割合導出部と、
   第３処理を行う判定部と、
   前記メモリに格納された前記重みベクトルの初期値を所定の場合に抽出する重み抽出部と
   を含み、
   前記重みベクトル導出部は、前記第１ビームのメインローブの出力電力を表す第１行列から、前記低減割合導出部によって前記所定割合だけ増大された低減割合に前記第２行列を乗じた行列を減じて得る行列の最大固有値に対応する重みベクトルを求める第２処理を行い、
   前記第３処理は、前記所定割合だけ増大させた低減割合を用いて得られた前記重みベクトルと当該重みベクトルの複素共役転置とを前記第２行列に乗じて得る前記第１ビームのサイドローブの出力電力に対する、前記所定割合だけ増大させた低減割合を用いて得られた前記重みベクトルと当該重みベクトルの複素共役転置とを前記第１行列に乗じて得る前記第１ビームのメインローブの出力電力の電力比が、前記最大ＳＩＲｍａｘよりも大きいかどうかを判定する処理であり、
   前記重み抽出部は、前記判定部によって前記電力比が前記最大ＳＩＲｍａｘよりも大きくないと判定されると、前記メモリに格納された前記重みベクトルの初期値を抽出する、無線通信装置。
2. 前記判定部によって前記電力比が前記最大ＳＩＲｍａｘよりも大きいと判定されると、前記最大ＳＩＲｍａｘを前記電力比に更新する更新部をさらに含み、
   前記更新部によって前記最大ＳＩＲｍａｘが前記電力比に更新されると、前記低減割合導出部による前記第１処理、前記重みベクトル導出部による前記第２処理、及び、前記判定部による前記第３処理を繰り返し実行する、請求項１に記載の無線通信装置。
3. 所定条件の下で前記第１ビームが出力可能な最大電力を算出する最大電力算出部と、
   前記第１ビームのメインローブの出力電力について前記最大電力に対する低下を許容可能な許容割合を導出する許容割合導出部と
   をさらに含み、
   前記判定部は、前記最大電力に前記許容割合を乗じた電力よりも、前記所定割合だけ増大させた低減割合を用いて得られた前記重みベクトルと、当該重みベクトルの複素共役転置とを前記第１行列に乗じて得る前記第１ビームのメインローブの出力電力の方が大きいかどうかを判定するとともに、前記第３処理を行い、
   前記更新部は、前記判定部によって、前記最大電力に前記許容割合を乗じた電力よりも、前記所定割合だけ増大させた低減割合を用いて得られた前記重みベクトルと、当該重みベクトルの複素共役転置とを前記第１行列に乗じて得る前記第１ビームのメインローブの出力電力の方が大きいと判定されるとともに、前記第３処理において前記電力比が前記最大ＳＩＲｍａｘよりも大きいと判定されると、前記最大ＳＩＲｍａｘを更新する、請求項２に記載の無線通信装置。
4. 前記最大電力算出部が前記最大電力を算出する際の前記所定条件は、前記第１ビームのメインローブが到達可能な最大距離である、請求項３に記載の無線通信装置。
5. 前記重みベクトル導出部は、前記重みベクトルの二乗和が一定という条件の下で、前記重みベクトルを求める、請求項１乃至４のいずれか１項に記載の無線通信装置。
6. 前記重みベクトル導出部は、前記重みベクトルの各重み係数が一定値以下という条件の下で、前記重みベクトルを求める、請求項１乃至４のいずれか１項に記載の無線通信装置。
7. ゲイン及び／又は位相に対する重み付けを表す重みベクトルに基づいて第１ビーム及び第２ビームを出力する複数のアンテナ素子を含む無線通信装置におけるビーム制御方法であって、
   前記第１ビームのメインローブの出力電力を表す第１行列から、前記第２ビームのメインローブと干渉する前記第１ビームのサイドローブの出力電力を低減する低減割合に前記第１ビームのサイドローブの出力電力を表す第２行列を乗じた行列を減じて得る行列の最大固有値に対応する重みベクトルを求めることであって、前記第１行列から、前記低減割合の初期値に前記第２行列を乗じた行列を減じて得る行列の最大固有値に対応する重みベクトルの初期値を求めることと、
   前記第２行列に前記重みベクトルの初期値と前記重みベクトルの初期値の複素共役転置とを乗じて得る前記第１ビームのサイドローブの出力電力の初期値に対する、前記第１行列に前記重みベクトルの初期値と前記重みベクトルの初期値の複素共役転置とを乗じて得る前記第１ビームのメインローブの出力電力の初期値の電力比をＳＩＲ(Signal to Interference Ratio)の最大値である最大ＳＩＲｍａｘとして導出することと、
   前記重みベクトルの初期値をメモリに格納することと、
   前記低減割合を所定割合だけ増大させた低減割合を導出する第１処理を行うことと、
   第３処理を行うことと、
   前記メモリに格納された前記重みベクトルの初期値を所定の場合に抽出することと
   を含む処理をコンピュータが実行し、
   前記重みベクトルを求めることは、前記第１ビームのメインローブの出力電力を表す第１行列から、前記第１処理を行うことによって前記所定割合だけ増大された低減割合に前記第２行列を乗じた行列を減じて得る行列の最大固有値に対応する重みベクトルを求める第２処理を行うことであり、
   前記第３処理は、前記所定割合だけ増大させた低減割合を用いて得られた前記重みベクトルと当該重みベクトルの複素共役転置とを前記第２行列に乗じて得る前記第１ビームのサイドローブの出力電力に対する、前記所定割合だけ増大させた低減割合を用いて得られた前記重みベクトルと当該重みベクトルの複素共役転置とを前記第１行列に乗じて得る前記第１ビームのメインローブの出力電力の電力比が、前記最大ＳＩＲｍａｘよりも大きいかどうかを判定する処理であり、
   前記メモリに格納された前記重みベクトルの初期値を所定の場合に抽出することは、前記電力比が前記最大ＳＩＲｍａｘよりも大きくないと判定されると、前記メモリに格納された前記重みベクトルの初期値を抽出することである、
   を含む処理をコンピュータが実行する、ビーム制御方法。

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