(57)【要約】【課題】装置内の定常スプリアス信号成分を相殺して、ＣＡＬ特性の劣化を補償する。【解決手段】キャリブレーション用の信号の極性を正極性と逆極性とにそれぞれ符号反転させるキャリブレーション信号極性制御回路２２と、キャリブレーション信号極性制御回路２２の符号反転に対応し、キャリブレーション用の信号が正極性の場合は、相関値を正極性とする符号パターンを、キャリブレーション用の信号が逆極性の場合は、相関値を逆極性とする符号パターンをそれぞれ出力するキャリブレーション信号符号パターン発生器２１と、を備え、相関器１８は、正極性のキャリブレーション用の信号が送信されている場合の正極性の相関値を求め、かつ逆極性の信号が送信されている場合の逆極性の相関値を求め、該逆極性の相関値に逆極性の符号パターンを適用した値と正極性の相関値との平均を真の相関値とする。【選択図】図１
2010283732.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
キャリブレーション用の信号を発生させる送受信信号処理部と、アレイアンテナの各アンテナ素子近傍にそれぞれ設けられ、前記キャリブレーション用の信号が入力された場合、該入力された信号を近傍の前記アンテナ素子に発信し、前記キャリブレーション用の信号が前記アンテナ素子に入力された場合、その信号を前記アンテナ素子から受信するカップラと、前記キャリブレーション用の信号を前記カップラのそれぞれに分配し、前記カップラがそれぞれ受信した信号を合成して一つの信号にするキャリブレーション信号分配／合成器と、前記合成による前記一つの信号と前記キャリブレーション用の信号とを比較することによって送信時の遅延差を、前記アンテナ素子が受信した信号と前記キャリブレーション用の信号とを比較することによって受信時の遅延差を、それぞれ相関値として求める相関器とを有する、アレイアンテナのキャリブレーション用回路であって、
前記キャリブレーション用の信号の極性を正極性と逆極性とにそれぞれ符号反転させるキャリブレーション信号極性制御回路と、
前記キャリブレーション信号極性制御回路の符号反転に対応し、前記キャリブレーション用の信号が正極性の場合は、前記相関値を正極性とする符号パターンを、前記キャリブレーション用の信号が逆極性の場合は、前記相関値を逆極性とする符号パターンをそれぞれ出力するキャリブレーション信号符号パターン発生器と、
を備え、
前記相関器は、前記キャリブレーション信号極性制御回路により正極性の前記キャリブレーション用の信号が送信されている場合の正極性の相関値を求め、かつ前記キャリブレーション信号極性制御回路により逆極性の信号が送信されている場合の逆極性の相関値を求め、該逆極性の相関値に前記逆極性の符号パターンを適用した値と前記正極性の相関値との平均を真の相関値とすることを特徴とするアレイアンテナのキャリブレーション用回路。
【請求項２】
デジタル信号である前記キャリブレーション用の信号をアナログ信号に変換するＤ／Ａコンバータと、
アナログ信号である前記一つの信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄコンバータと、
を更に備え、
前記Ｄ／Ａコンバータによるアナログ信号は前記キャリブレーション信号分配／合成器及び前記アンテナ素子に分配され、
前記相関器は、前記Ａ／Ｄコンバータによるデジタル信号から前記相関値を求めることを特徴とする請求項１に記載のアレイアンテナのキャリブレーション用回路。
【請求項３】
前記アンテナ素子への送受信を制御する送受信制御回路と、
前記キャリブレーション信号極性制御回路に応じて正極性及び逆極性の前記キャリブレーション用の信号を出力するキャリブレーション信号送信回路と、
該キャリブレーション信号送信回路の直後に存する前記Ｄ／Ａコンバータと、
前記Ｄ／Ａコンバータの直後に存し前記キャリブレーション用の信号を前記キャリブレーション信号分配／合成器又は前記送受信制御回路に切り替えるスイッチと、
前記キャリブレーション信号分配／合成器と前記送受信制御回路からの信号とを切り替えるスイッチと、
該スイッチの直後に存する前記Ａ／Ｄコンバータと、
前記Ａ／Ｄコンバータの直後に存する前記相関器と、
前記相関器に接続される前記キャリブレーション信号符号パターン発生器と、
を有し、
前記各アンテナ素子のそれぞれに対応して設けられ、かつ前記各アンテナ素子を通じて送受信を行うチャネルを兼ねることを特徴とする請求項２に記載のアレイアンテナのキャリブレーション用回路。
【請求項４】
前記キャリブレーション信号極性制御回路に応じて正極性及び逆極性の前記キャリブレーション用の信号を出力するキャリブレーション信号送信回路と、
該キャリブレーション信号送信回路の直後に存するスイッチと、
該スイッチの直後に存する前記Ａ／Ｄコンバータと、
前記Ａ／Ｄコンバータの直後に存する前記相関器と、
前記相関器に接続される前記キャリブレーション信号符号パターン発生器と、
を有し、
前記チャネルとは別個の回路であることを特徴とする請求項２に記載のアレイアンテナのキャリブレーション用回路。
【請求項５】
前記キャリブレーション信号極性制御回路は、前記キャリブレーション用の信号及び前記相関値の符号反転を行うことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載のアレイアンテナのキャリブレーション用回路。
【請求項６】
前記キャリブレーション用の信号の周波数と、前記アンテナ素子又は前記カップラから受信した信号の周波数とを一致させる回路を更に備えることにより、ＴＤＤ（Time Division Duplex）とＦＤＤ（Frequency Division Duplex）とに対応する請求項５に記載のアレイアンテナのキャリブレーション用回路。
【請求項７】
前記キャリブレーション用の信号の波形と前記キャリブレーション符号パターンとを実数部だけでなく虚数部も持つ（Ｉ，Ｑ）値とし、
前記相関器は、前記（Ｉ，Ｑ）値を平面上で、所望の角度分回転させて相関値を計算し、前記相関値の平均値を求める請求項１に記載のアレイアンテナのキャリブレーション用回路。
【請求項８】
キャリブレーション用の信号を発生させる手順と、アレイアンテナの各アンテナ素子近傍にそれぞれ設けられたカップラに前記キャリブレーション用の信号が入力された場合、該入力された信号を近傍の前記アンテナ素子に発信する手順と、前記キャリブレーション用の信号が前記アンテナ素子に入力された場合、その信号を前記アンテナ素子から前期カップラが受信する手順と、前記カップラがそれぞれ受信した信号を合成して一つの信号にする手順と、前記合成による前記一つの信号と前記キャリブレーション用の信号とを比較することによって送信時の遅延差を、前記アンテナ素子が受信した信号と前記キャリブレーション用の信号とを比較することによって受信時の遅延差を、それぞれ相関値として求める手順とを有する、アレイアンテナのキャリブレーションの方法であって、
前期キャリブレーション用の信号を発生させる手順の後に、前記キャリブレーション用の信号の極性を正極性と逆極性とにそれぞれ符号反転させるキャリブレーション信号極性制御手順と、
前記キャリブレーション信号極性制御手順での符号反転に対応し、前記キャリブレーション用の信号が正極性の場合は、前記相関値を正極性とする符号パターンを、前記キャリブレーション用の信号が逆極性の場合は、前記相関値を逆極性とする符号パターンをそれぞれ出力するキャリブレーション信号符号パターン発生手順と、
を備え、
前記相関値として求める手順は、前記キャリブレーション信号極性制御手順により正極性の前記キャリブレーション用の信号が送信されている場合の正極性の相関値を求め、かつ前記キャリブレーション信号極性制御手順により逆極性の信号が送信されている場合の逆極性の相関値を求め、該逆極性の相関値に前記逆極性の符号パターンを適用した値と前記正極性の相関値との平均を真の相関値とすることを特徴とするアレイアンテナのキャリブレーションの方法。
【請求項９】
デジタル信号である前記キャリブレーション用の信号をアナログ信号に変換するＤ／Ａコンバータ手順と、
アナログ信号である前記一つの信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄコンバータ手順と、
を更に備え、
前記Ｄ／Ａコンバータ手順によるアナログ信号は前記カップラ及び前記アンテナ素子に分配され、
相関値として求める手順は、前記Ａ／Ｄコンバータ手順によるデジタル信号から前記相関値を求めることを特徴とする請求項８に記載のアレイアンテナのキャリブレーションの方法。
【請求項１０】
前記キャリブレーション信号極性制御手順は、前記キャリブレーション用の信号及び前記相関値の符号反転を行うことを特徴とする請求項８又は９のいずれか１項に記載のアレイアンテナのキャリブレーションの方法。
【請求項１１】
前記キャリブレーション用の信号の周波数と、前記アンテナ素子又は前記カップラから受信した信号の周波数とを一致させる手順を更に備えることにより、ＴＤＤ（Time Division Duplex）とＦＤＤ（Frequency Division Duplex）とに対応する請求項１０に記載のアレイアンテナのキャリブレーションの方法。
【請求項１２】
前記キャリブレーション用の信号の波形と前記キャリブレーション符号パターンとを実数部だけでなく虚数部も持つ（Ｉ，Ｑ）値とし、
前期相関値として求める手順は、前記（Ｉ，Ｑ）値を平面上で、所望の角度分回転させて相関値を計算し、前記相関値の平均値を求める請求項８に記載のアレイアンテナのキャリブレーションの方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
ＣＡＬ（キャリブレーション）信号の極性を逆転した信号（符号）パターンを用いることによって、装置内に定常的に存在するスプリアス成分による相関値のみが逆極性となることを利用し、通常の相関値と極性反転した相関値を平均化することにより、装置内の定常スプリアス信号成分を相殺して、ＣＡＬ特性の劣化を補償することを特徴とするアレイアンテナのキャリブレーション用回路及びアレイアンテナのキャリブレーションの方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
無線通信の需要増大に伴い、限られた無線資源の中で更なる大容量化、高速化が求められている。アレイアンテナは、そのような要求に応えるために用いられるアンテナであり、ビームフォーミングやＭＩＭＯ(Multi Input Multi Output)を実現し大容量化高速化を行うことが可能である。
【０００３】
図１０に、アレイアンテナを用いたビームフォーミングの例を示す。各アンテナの送受信信号の特性（遅延／位相振幅）を調整することにより、干渉を用いて電波に指向性を持たせている。この技術により、別方向にいるユーザを分離して取り扱うことができ、干渉を抑えて高速大容量通信が可能となる。
【０００４】
アレイアンテナを用いてビームフォーミングやＭＩＭＯを行うためには、各アンテナ間の特性が揃っている必要がある。しかし実際には、製造における誤差、回路やケーブルの特性差によるバラツキがあり、更には温度などの影響によっても変化していく。そのためビームフォーミングやＭＩＭＯを用いるためには、アンテナ間のキャリブレーションが必須であり、各アンテナ間、正確には、アンテナを含む伝送経路における遅延量や位相振幅変化を一致させて、アンテナで送受信される信号の特性を揃える必要がある。
【０００５】
更に、このようなキャリブレーションは、アレイアンテナを製造したときに一度だけ行えばよいというものではなく、ある程度の間隔を置いて定期的に（温度変化や経年変化などに応じて）行う必要がある。
【０００６】
アレイアンテナを有する装置の特性を高レベルで維持するためには、キャリブレーション機能や補正回路（位相振幅補正、遅延補正）を実装する必要がある。そのようにして特性を一致させたアレイアンテナにより、ビームフォーミングやＭＩＭＯを実現して高速大容量な通信を実現する。
【０００７】
図１０では、点線で囲まれたアンテナ校正部で遅延／振幅位相補正を行い、各アンテナ（送受信チャネル）の特性を一致させている。その上で、到来方向θにより生じている伝送路差（ｄk ｓｉｎθ）を打ち消すように信号を制御することによりビームフォーミングを行っている。
【０００８】
図１１に、具体的なキャリブレーション機能の例を示す。図１１は、キャリブレーション送受信回路（アナログ部）をチャネル１と共有する構成である。
【０００９】
各アンテナ間（チャネル間）のキャリブレーションは、送信（ＴＸ）と受信（ＲＸ）についてそれぞれ行う必要がある。
【００１０】
送信キャリブレーション（ＴＸ−ＣＡＬ）機能では、送受信処理部１で生成された各チャネル１〜ｎ（ｃｈ−１乃至ｃｈ−ｎ）のＴＸ−ＣＡＬ送信信号を通常送信信号経路を通じて出力してカップラ７−１乃至７−ｎで折返し、キャリブレーション信号分配／合成器６で合成しＣＡＬ端子へ出力する。
【００１１】
ＣＡＬ端子から入力されたＴＸ−ＣＡＬ信号は、キャリブレーション信号送受信スイッチ１６とキャリブレーション信号受信スイッチ１５を通して受信される。各チャネルから送信されたＴＸ−ＣＡＬ送信信号の経路は、カップラ７−１乃至７−ｎとキャリブレーション信号分配／合成器６との間を除いた各チャネルの送信経路のみが異なっているため、送信チャネル毎のＴＸ−ＣＡＬ受信信号を比較することによって位相、振幅及び遅延差を求めることが出来る。
【００１２】
受信キャリブレーション（ＲＸ−ＣＡＬ）機能では逆に、送受信処理部１で生成された受信キャリブレーション（ＲＸ−ＣＡＬ）送信信号を、ｃｈ−１の送受信回路４−１へ出力し、キャリブレーション信号送信スイッチ１４とキャリブレーション信号送受信スイッチ１６を経てＣＡＬ端子から出力させる。アンテナユニット５のＣＡＬ端子から入力されたＲＸ−ＣＡＬ信号は、キャリブレーション信号分配／合成器６とカップラ７−１乃至７−ｎを通して各アンテナ８−１乃至８−ｎに分配され、通常受信経路を通じて、各チャネルの送受信回路４−１乃至４−ｎで受信される。この場合、ＲＸ−ＣＡＬ信号が送受信された経路は、各チャネルの受信経路のみが異なっているため、受信チャネルのＲＸ−ＣＡＬ受信信号を比較することにより、位相、振幅及び遅延差を求めることが出来る。
【００１３】
図１２は、キャリブレーション送受信回路（アナログ部）に専用回路（キャリブレーション信号送受信回路３）を用いた例である。ＴＸ−ＣＡＬ信号の受信と、ＲＸ−ＣＡＬ信号の送信をこのキャリブレーション信号送受信回路３で行っている。このようにして求めた位相、振幅及び遅延差は、補正係数を用いて送信／受信チャネルを校正し、チャネル間の特性を揃える。式１１、１２に具体的な校正方法を示す。送信／受信とも基本的な考え方は同じである。ここでは、全チャネル特性を第１チャネルに合せている。遅延補正における定数Ｃは、遅延方向がプラス方向しか制御できないため、正数化するために用いている。位相振幅補正は、Ｉ，Ｑ平面（複素数）として計算している。
【００１４】
キャリブレーション用送受信処理回路３で受信する。このキャリブレーション信号送受信回路３から
Ｄｋ＝Ｃ−ｅ１，ｋ          （式１１）
Ｄｋ：遅延補正量、  
Ｃ：最大遅延補正量（定数）、
ｅ１，ｋ：チャネル１に対するチャネルｋの相対遅延量（測定値）
Ｍｋ＝Ｗ１／Ｗｋ            （式１２）
Ｍｋ：位相振幅補正量、  
Ｗ１：チャネル１の位相振幅（測定値、複素数（Ｉ、Ｑ））、
Ｗｋ：チャネルｋの位相振幅（測定値）。
【００１５】
キャリブレーション用の信号（ＣＡＬ信号）には、遅延差の測定と位相振幅差の測定で異なるパターンが用いられる。遅延差測定においては、タイミングが一致したときのみ最大相関値となり、少しでもタイミングがずれるとほとんどゼロとなるＭ系列が良く用いられる。ＴＸ遅延ＣＡＬでは、１つの受信チャネルのみを使用するため、各送信チャネルに対して個別に遅延測定を行う必要があり同時測定はできない。これは、Ｍ系列信号の場合、複数の信号を合成して受信すると、信号を分離することができないためである。
【００１６】
ＲＸ−ＣＡＬでは、１つの送信信号を全チャネルへ分配しているので複数チャネルの同時受信が可能である。遅延差測定では、このようなＴＸ／ＲＸ−ＣＡＬ信号に対してタイミングをずらしながら、送信と同じＭ系列パターンとの相関値（Ｉ，Ｑ）を計算し、相関値（絶対値）がピークとなるタイミングを検出する。この方法は、移動通信(Ｗ-ＣＤＭＡ等)における伝送路測定（パスサーチ）などに用いられている方法と基本的に同じ考え方である。
【００１７】
一方、位相振幅差測定では、遅延補正によって遅延を一致させた複数アンテナにおいて同時測定を行う必要がある。ＲＸ−ＣＡＬでは、同じ信号を複数のチャネルで同時に受信することが可能であるが、ＴＸ−ＣＡＬでは、１つの受信器での複数チャネルからの信号を同時受信する必要がある。それらの信号を分離するために直交符号を用いる。直交符号はコード分離可能であるため、各送信チャネルからの信号に異なるコードを割り振ることにより信号を分離して、位相振幅差を求めることができる。
【００１８】
無線送受信装置の送受信信号には、装置内外から様々な不要波（スプリアス信号）が入り込む。このようなスプリアス信号の影響は、通常送受信だけでなくキャリブレーション信号にも及ぶ。熱雑音のように白色ガウス雑音に近い場合や比較的小さいスプリアス信号の場合は、キャリブレーション測定における相関値計算の平均回数を増やすことや、キャリブレーション信号のパターン長を長くすること、更に、キャリブレーション信号出力レベル自体を挙げることにより、影響を小さくすることができる。
【００１９】
しかし、送受信の同期回路から発生するスプリアス信号などの場合、キャリブレーション信号に対しても同期してしまい、定常的に同じ相関値が得られてしまうことがある。このような場合、平均回数を増やしても効果はなく、パターン長を伸ばすことや出力レベルを上げることにより改善するしかなかった。ただし、パターン延長や出力レベルアップは、装置構成や信号レベルダイヤ、データフォーマット仕様により変動可能な範囲が限られており、改善には限界があった。
【００２０】
キャリブレーション機能では、送信回路のＰＡ（パワーアンプ）や、受信回路のＬＮＡ（low noise amp）により大幅な増幅が行われるためＣＡＬ送信出力はできるだけ下げる必要があり、通常信号では問題にならないスプリアス信号の影響が現れやすい。
【００２１】
更に、同じ周波数信号の送受信が同時に行われるので、送信側から受信側への漏れ信号の影響を最小限にするため（アイソレーション問題のため）に、ＣＡＬ送信経路での信号レベルをできるだけ下げて、ＣＡＬ受信レベルとの差が大きくならないようにしている。そのため、やはり基本的に通常送受信信号に比べて出力を低くする必要がある。
【００２２】
そのため、特許文献１には、キャリブレーション信号が挿入された主信号が入力されるアナログ回路の位相特性を推定し、この位相特性と逆特性の位相調整を主信号に施す発明が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００２３】
【特許文献１】特開２００５−２８６７８０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２４】
しかしながら、特許文献１に開示されている発明は、位相補正動作の原理を示唆するものであり、発明の具体性に乏しく、上述の問題点を解決するものではないという問題点がある。
【００２５】
本発明は上記に鑑みてなされたもので、装置内の定常スプリアス信号成分を相殺して、ＣＡＬ特性の劣化を補償するアレイアンテナのキャリブレーション用回路及びアレイアンテナのキャリブレーションの方法を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２６】
上述の問題を解決するため、本発明に係るアレイアンテナのキャリブレーション用回路は、キャリブレーション用の信号を発生させる送受信信号処理部と、アレイアンテナの各アンテナ素子近傍にそれぞれ設けられ、前記キャリブレーション用の信号が入力された場合、該入力された信号を近傍の前記アンテナ素子に発信し、前記キャリブレーション用の信号が前記アンテナ素子に入力された場合、その信号を前記アンテナ素子から受信するカップラと、前記キャリブレーション用の信号を前記カップラのそれぞれに分配し、前記カップラがそれぞれ受信した信号を合成して一つの信号にするキャリブレーション信号分配／合成器と、前記合成による前記一つの信号と前記キャリブレーション用の信号とを比較することによって送信時の遅延差を、前記アンテナ素子が受信した信号と前記キャリブレーション用の信号とを比較することによって受信時の遅延差を、それぞれ相関値として求める相関器とを有する、アレイアンテナのキャリブレーション用回路であって、前記キャリブレーション用の信号の極性を正極性と逆極性とにそれぞれ符号反転させるキャリブレーション信号極性制御回路と、前記キャリブレーション信号極性制御回路の符号反転に対応し、前記キャリブレーション用の信号が正極性の場合は、前記相関値を正極性とする符号パターンを、前記キャリブレーション用の信号が逆極性の場合は、前記相関値を逆極性とする符号パターンをそれぞれ出力するキャリブレーション信号符号パターン発生器と、を備え、前記相関器は、前記キャリブレーション信号極性制御回路により正極性の前記キャリブレーション用の信号が送信されている場合の正極性の相関値を求め、かつ前記キャリブレーション信号極性制御回路により逆極性の信号が送信されている場合の逆極性の相関値を求め、該逆極性の相関値に前記逆極性の符号パターンを適用した値と前記正極性の相関値との平均を真の相関値とすることを特徴とする。
【００２７】
上述の問題を解決するため、本発明に係るアレイアンテナのキャリブレーションの方法は、キャリブレーション用の信号を発生させる手順と、アレイアンテナの各アンテナ素子近傍にそれぞれ設けられたカップラに前記キャリブレーション用の信号が入力された場合、該入力された信号を近傍の前記アンテナ素子に発信する手順と、前記キャリブレーション用の信号が前記アンテナ素子に入力された場合、その信号を前記アンテナ素子から前期カップラが受信する手順と、前記カップラがそれぞれ受信した信号を合成して一つの信号にする手順と、前記合成による前記一つの信号と前記キャリブレーション用の信号とを比較することによって送信時の遅延差を、前記アンテナ素子が受信した信号と前記キャリブレーション用の信号とを比較することによって受信時の遅延差を、それぞれ相関値として求める手順とを有する、アレイアンテナのキャリブレーションの方法であって、前期キャリブレーション用の信号を発生させる手順の後に、前記キャリブレーション用の信号の極性を正極性と逆極性とにそれぞれ符号反転させるキャリブレーション信号極性制御手順と、前記キャリブレーション信号極性制御手順での符号反転に対応し、前記キャリブレーション用の信号が正極性の場合は、前記相関値を正極性とする符号パターンを、前記キャリブレーション用の信号が逆極性の場合は、前記相関値を逆極性とする符号パターンをそれぞれ出力するキャリブレーション信号符号パターン発生手順と、を備え、前記相関値として求める手順は、前記キャリブレーション信号極性制御手順により正極性の前記キャリブレーション用の信号が送信されている場合の正極性の相関値を求め、かつ前記キャリブレーション信号極性制御手順により逆極性の信号が送信されている場合の逆極性の相関値を求め、該逆極性の相関値に前記逆極性の符号パターンを適用した値と前記正極性の相関値との平均を真の相関値とすることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２８】
本発明によれば、キャリブレーション用の信号を符号反転させることにより、装置内の定常スプリアス信号成分を相殺して、ＣＡＬ特性の劣化を補償するアレイアンテナのキャリブレーション用回路及びアレイアンテナのキャリブレーションの方法を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の第１の実施の形態のＣＡＬ信号兼用回路構成における送信キャリブレーション機能を説明するブロック図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態のＣＡＬ信号兼用回路構成における受信キャリブレーション機能を説明するブロック図である。
【図３】本発明の第２の実施の形態のＣＡＬ信号専用回路構成における送信キャリブレーション機能を説明するブロック図である。
【図４】本発明の第２の実施の形態のＣＡＬ信号専用回路構成における受信キャリブレーション機能を説明するブロック図である。
【図５】本発明の第１及び第２の実施の形態における符号制御を示すブロック図である。
【図６】本発明の他の実施の形態における符号制御を示すブロック図である。
【図７】第１の実施の形態において、受信側でのタイミングシフトＫによる遅延分布作成での定常スプリアス信号の影響を説明する図である。
【図８】第３の実施の形態において、送信側でのタイミングシフトＬによる遅延分布作成での定常スプリアス信号の影響を説明する図である。
【図９】図７における定常スプリアスの影響による遅延分布の例と本発明における第１の実施の形態での補償方法を説明する図である。
【図１０】関連技術におけるアレイアンテナによるビームフォーミングを説明する図である。
【図１１】関連技術におけるアレイアンテナのキャリブレーション機能の概要を示すブロック図である（ＣＡＬ信号兼用回路構成）。
【図１２】関連技術におけるアレイアンテナのキャリブレーション機能の概要を示すブロック図である（ＣＡＬ信号専用回路構成）。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
本発明の実施の形態の概略は、図１に基づくと、以下の通りである。
【００３１】
キャリブレーション用の信号を発生させる送受信信号処理部１と、アレイアンテナの各アンテナ素子８−１乃至８−ｎ近傍にそれぞれ設けられ、キャリブレーション用の信号が入力された場合、この入力された信号を近傍のアンテナ素子８−１乃至８−ｎに発信し、キャリブレーション用の信号がアンテナ素子８−１乃至８−ｎに入力された場合、その信号をアンテナ素子８−１乃至８−ｎから受信するカップラ７−１乃至７−ｎと、キャリブレーション用の信号をカップラ７−１乃至７−ｎのそれぞれに分配し、カップラ７−１乃至７−ｎがそれぞれ受信した信号を合成して一つの信号にするキャリブレーション信号分配／合成器６と、合成による一つの信号とキャリブレーション用の信号とを比較することによって送信時の遅延差を、アンテナ素子８−１乃至８−ｎが受信した信号とキャリブレーション用の信号とを比較することによって受信時の遅延差を、それぞれ相関値として求める相関器１８とを有する、アレイアンテナのキャリブレーション用回路であって、キャリブレーション用の信号の極性を正極性と逆極性とにそれぞれ符号反転させるキャリブレーション信号極性制御回路２２と、キャリブレーション信号極性制御回路２２の符号反転に対応し、キャリブレーション用の信号が正極性の場合は、相関値を正極性とする符号パターンを、キャリブレーション用の信号が逆極性の場合は、相関値を逆極性とする符号パターンをそれぞれ出力するキャリブレーション信号符号パターン発生器２１と、を備え、相関器１８は、キャリブレーション信号極性制御回路２２により正極性のキャリブレーション用の信号が送信されている場合の正極性の相関値を求め、かつキャリブレーション信号極性制御回路２２により逆極性の信号が送信されている場合の逆極性の相関値を求め、該逆極性の相関値に逆極性の符号パターンを適用した値と正極性の相関値との平均を真の相関値とする。
【００３２】
［第１の実施の形態］
以下、本発明の第１の実施の形態として、キャリブレーション信号（以下、ＣＡＬ信号）の送受信（アナログ部）を通常信号送受信回路と兼用した場合について、図面を参照しながら詳細に説明する。ここで、図１及び図２は、本発明の第１の実施の形態のＣＡＬ信号兼用回路構成における送信キャリブレーション機能を説明するブロック図である。
【００３３】
この図１及び図２では、チャネル１（以下、ｃｈ−１）の送受信回路４−１が、ＣＡＬ信号の送受信回路と兼用になっており、送信キャリブレーション（ＴＸ−ＣＡＬ）における受信経路と、受信キャリブレーション（ＲＸ−ＣＡＬ）における送信経路設定において、信号経路を切り換えＣＡＬ専用端子からＣＡＬ信号の入出力を行うことができる（図１１参照）。
【００３４】
更に、デジタル部の送受信処理部１において、全チャネルに対して、ＣＡＬ信号の生成送受信行う回路及び相関計算を行う回路を備えている。又、アンテナ８−１乃至８−ｎの手前にはＣＡＬ信号をアンテナ部手前で折り返すためのカップラ７−１乃至７−ｎとＣＡＬ信号の分配/合成器であるキャリブレーション信号分配／合成器６とを有している。なお、図１、図２では、説明を簡略化するために周波数コンバータ、アンプ、フィルタ、アッテネータなどの回路は省略されている。
【００３５】
続いて、図１、図２を参照しながらＣＡＬ信号経路について説明する。ここで、図１は、ＴＸ−ＣＡＬにおける信号経路について示している。各チャネルの通常送信経路（デジタル部）から出力されたＴＸ−ＣＡＬ信号は、Ｄ／Ａコンバータ１１を経てそのまま通常送信経路でアンテナ８−１乃至８−ｎ端手前のカップラ７−１乃至７−ｎまで伝送される。
【００３６】
カップラ７−１乃至７−ｎで折り返されたＴＸ−ＣＡＬ信号は、キャリブレーション信号分配／合成器６で合成され、ｃｈ−１の送受信回路４−１内のキャリブレーション信号送受信スイッチ１６とキャリブレーション信号受信スイッチ１５によってｃｈ−１の通常受信経路に入力されてＡ／Ｄコンバータ１２を経て相関器１８へ送られる。
【００３７】
図２は、ＲＸ−ＣＡＬにおける信号経路について示している。ｃｈ−１の送受信回路４−１へ出力されたＲＸ−ＣＡＬ信号は、Ｄ／Ａコンバータ１１から、キャリブレーション信号送信スイッチ１４とキャリブレーション信号送受信スイッチ１６を経てＣＡＬ端子へ出力される。そして、キャリブレーション信号分配／合成器６で各アンテナへ分配され、カップラ７−１乃至７−ｎで折り返されて、そのままアンテナ８−１乃至８−ｎ端手前から通常受信経路へ入力される。その後、各チャネルの送受信回路４−１内のＡ／Ｄコンバータ１２を経て相関器１８へ送られる。
【００３８】
図１、図２に示したＴＸ／ＲＸ−ＣＡＬ信号経路のアナログ部において、様々な不要波（スプリアス信号）が入り込み、相関値測定の精度を悪化させる。このようなスプリアス信号が、熱雑音のような白色ガウス雑音的な成分であれば、相関計算において単純に平均回数を増やすことにより精度を上げることができる。
【００３９】
しかし定常的なスプリアス信号（常に同じ値が観測される不要波）の場合には、毎回同じ不要波が加わっているため平均化によって抑圧することができない。対応策としては、キャリブレーション符号パターン長を伸ばすことやＣＡＬ出力レベルを上げることによる改善しかなかった。ただし、キャリブレーション符号パターンの延長やＣＡＬ出力のレベルアップは、装置構成や信号レベルダイヤ、データフォーマット仕様により変更できる範囲に限りがあり、ＣＡＬ特性改善には限界があった。
【００４０】
本実施の形態では、ＣＡＬ信号の極性を逆転したＣＡＬ送信信号と相関計算のキャリブレーション符号パターンを用いることによって、装置内に定常的に存在するスプリアス信号成分を相殺し、ＣＡＬ特性の劣化を補償することを特徴とする。
【００４１】
図１を用いて、第１の実施の形態におけるＴＸ−ＣＡＬ機能を説明する。キャリブレーション信号極性制御回路２２により、各チャネルのキャリブレーション信号送信回路２０から通常（正極性）のＴＸ−ＣＡＬ送信信号が送信され、ｃｈ−１の受信部では、キャリブレーション信号符号パターン発生器２１からＴＸ−ＣＡＬ送信信号に対応する通常（正極性）のキャリブレーション符号パターンが出力されているとき、相関器１８では、キャリブレーション符号パターン出力と同期してＴＸ−ＣＡＬ受信信号との相関値が計算され、通常の相関値が得られる。次に、キャリブレーション信号極性制御回路２２により、各チャネルのキャリブレーション信号送信回路２０から逆極性の（符号反転された）ＴＸ−ＣＡＬ送信信号が送信され、同様に、ｃｈ−１の受信部では、キャリブレーション信号符号パターン発生器２１から通常とは逆極性のキャリブレーション符号パターンが出力されているときには、相関器１８では、定常的なスプリアス信号による相関値成分のみ逆符号となった相関値が得られる。
【００４２】
図２を用いて、第１の実施の形態におけるＲＸ−ＣＡＬ機能を説明する。この図２では、キャリブレーション信号極性制御回路２２により、ｃｈ−１のキャリブレーション信号送信回路２０から通常のＴＸ−ＣＡＬ送信信号が送信され、各チャネルの受信部では、キャリブレーション信号符号パターン発生器２１からＲＸ−ＣＡＬ送信信号に対応する通常のキャリブレーション符号パターンが出力されているとき、相関器１８では、キャリブレーション符号パターン出力と同期してＲＸ−ＣＡＬ受信信号との相関値が計算され、通常の相関値が得られる。次に、キャリブレーション信号極性制御回路２２により、ｃｈ−１のキャリブレーション信号送信回路２０から逆極性の（符号反転された）ＴＸ−ＣＡＬ送信信号が送信され、同様に、各チャネルの受信部では、キャリブレーション信号符号パターン発生器２１から通常とは逆極性のキャリブレーション符号パターンが出力されているときには、相関器１８では、定常的なスプリアス信号による相関値成分のみ逆符号となった相関値が得られる。
【００４３】
このように定常スプリアス成分による相関値のみが符号反転するのは、送信信号と相関計算において２回極性を反転して得られた相関値は通常ＣＡＬ信号による測定結果と同じになるが、定常的に存在するスプリアス成分に対しては、相関計算における符号反転のみが影響するためである。この２つの相関値測定結果を加算すると相関値のスプリアス成分が相殺され、求めたいＣＡＬ信号に対する相関値のみを得ることができる。
【００４４】
図７及び図９を用いて、本発明の第１の実施の形態における相関値の計算方法について詳細に説明する。ここで、図７は、第１の実施の形態での受信側でのタイミングシフトＫによる遅延分布作成での定常スプリアス信号の影響を説明する図であり、図９は、図７における定常スプリアスの影響による遅延分布の例と本発明における第１の実施の形態での補償方法を説明する図である。
【００４５】
ここでは、Ｍ系列を用いた遅延補正の場合を想定している。ＴＸ−ＣＡＬ／ＲＸ−ＣＡＬは区別していない。送信されたＣＡＬ信号は、アンテナ部手前で折り返され、信号Ｓ（ｔ）として受信される。更に定常的なスプリアス信号成分が存在する場合は、Ｓ（ｔ）とスプリアス成分Ｈ（ｔ）の合計Ｓ（ｔ）＋Ｈ（ｔ）として受信される。それぞれの成分について、サンプリング後の信号を、Ｓ（ｋ）、Ｈ（ｋ）とする。
【００４６】
又、サンプリング間隔を、１／Ｕチップ（Ｕ：サンプリングにおけるチップ分割数）とし、ｋ＝０で相関計算を行ったときにピーク値となるとする。
【００４７】
なお、サンプリングされた値は位相振幅成分からなり、（Ｉ，Ｑ）平面上の点（複素数）として示される。以下に信号や変数、定数の定義を示す。
Ｓ（ｔ）、Ｈ（ｔ）→  サンプリング（変数の置き換え）
→  Ｓ（ｋ）、Ｈ（ｋ）（Ｉ，Ｑ）値
Ｓ（ｔ）、Ｓ（ｋ）：キャリブレーション受信信号波形（不要波を含まない純粋な波形、（Ｉ，Ｑ）値）
Ｈ（ｔ）、Ｈ（ｋ）：定常スプリアス信号の受信波形、（Ｉ，Ｑ）値
ｋ：サンプリングタイミング（チップ間隔の１／Ｕ、ｋ＝０で相関計算を行うときピーク値となる）
Ｕ：サンプリングにおけるチップ分割数（１chip間隔にＵ個のサンプリング）。
【００４８】
以上より、相関値計算タイミングｋ＝Ｋにおける相関値（Ｉ，Ｑ）は、式１で示される。そして、Ｋをシフトさせながら相関値を測定することにより遅延分布が得られる。ここで、定常的なスプリアス信号成分がなければ、図７の点線で示された遅延分布が得られる。しかし、定常的なスプリアス成分が存在する場合は、実線で示された遅延分布となり誤差を生じる。この誤差は、相関値測定の平均回数を増やしても低減することができない。そこで本発明では、ＣＡＬ送信信号の符号を反転させると共に、相関計算で用いるキャリブレーション符号パターン（±１）も同時に反転させる。そのようにして求めた相関値を式２に示す。
【００４９】
Ｓ（ｋ）とＰｉが逆符号となるため、定常スプリアス信号成分のみ符号が反転する。ゆえに、式１と式２の平均を取ることにより、定常スプリアス成分を相殺することができる（式５）。つまり、相関値の平均計算において、半数を式２で求めて平均化することにより定常スプリアスの影響を除去することができる。図９に本発明におけるそれぞれの遅延分布の例を示す。定常スプリアス成分の分布は、Ｋに依存するため式１、２それぞれの遅延分布には歪を生じている。これらの式１と式２を加えて平均化することにより真の遅延分布が得られる。
【００５０】
このようにして求めた各チャネルの遅延分布（遅延量）からピーク検出を行い、遅延量を求め、遅延補正を行うことができる。
Ｒ１（Ｋ）＝Σｉ｛Ｓ（ｉＵ＋Ｋ）＋Ｈ（ｉＵ＋Ｋ）｝・Ｐｉ
＝Σｉ Ｓ（ｉＵ＋Ｋ）・Ｐｉ＋ΣｉＨ（ｉＵ＋Ｋ）・Ｐｉ        （式１）
Ｒ２（Ｋ）＝Σｉ｛-Ｓ（ｉＵ＋Ｋ）＋Ｈ（ｉＵ＋Ｋ）｝・（-Ｐｉ）
＝Σｉ Ｓ（ｉＵ＋Ｋ）・Ｐｉ-Σｉ Ｈ（ｉＵ＋Ｋ）・Ｐｉ        （式２）
ｉ：シンボル番号（chip間隔）
Ｐｉ：キャリブレーション符号パターン（ｍ個のシンボル（±１）、ｉ＝０〜ｍ-１）（実数）
Σｉ：ｉ＝０〜ｍ-１の合計（chip間隔での合計、又は、シンボル毎の合計）
Ｋ：相関値計算の開始先頭位置（ｋ＝Ｋ＝０から相関計算を行うときピーク値となる）
ｉＵ＋Ｋ：相関値がピークとなる位置（時刻）からＫサンプルずれた位置からchip間隔で信号（Ｉ，Ｑ）値を参照
Ｒ１（Ｋ）：Ｋサンプルずれた位置における実測される相関値（遅延分布、正極性ＣＡＬ信号における値、（Ｉ，Ｑ）値）
Ｒ２（Ｋ）：Ｋサンプルずれた位置における実測される相関値（遅延分布、逆極性ＣＡＬ信号における値、（Ｉ，Ｑ）値）
（式１＋式２）／２より
［Ｒ１（Ｋ）＋Ｒ２（Ｋ）］／２＝Σｉ Ｓ（ｉＵ＋Ｋ）・Ｐｉ＝Ｒ０（Ｋ）  （式５）
Ｒ０（Ｋ）：定常スプリアス信号の影響の無い相関値（遅延分布、（Ｉ，Ｑ）値）。
【００５１】
位相振幅補正の場合について説明する。位相振幅補正では、遅延素子１０によって遅延補正された複数のチャネルについて、相関値を同時測定する必要がある（図１１参照）。図１に示したＴＸ−ＣＡＬの場合、ｃｈ−１において同時測定を行う必要があるため、キャリブレーション符号パターンとして直交符号を用いる。測定する各チャネルから直交するＲＸ−ＣＡＬ送信信号を送信し、ｃｈ−１の受信部で合成波として受信し、同一タイミングでそれぞれのチャネルに対応するキャリブレーション符号パターンとの相関値（Ｉ，Ｑ）を計算する。図２に示したＲＸ−ＣＡＬの場合は、ｃｈ−１から送信されたＲＸ−ＣＡＬ送信信号を各チャネルへ分配し、同一タイミングで相関値（Ｉ，Ｑ）を計算する。ＣＡＬ符号には特別な制約条件はない。このようにして求めた各チャネルの相関値（Ｉ，Ｑ）を用いて、各チャネルの位相振幅補正を行うことができる。
【００５２】
［第２の実施の形態］
続いて、本発明の第２の実施の形態について、図３、４を用いて説明する。ここで、図３は、本発明の第２の実施の形態のＣＡＬ信号専用回路構成における送信キャリブレーション機能を説明するブロック図であり、図４は、本発明の第２の実施の形態のＣＡＬ信号専用回路構成における受信キャリブレーション機能を説明するブロック図である。
【００５３】
図３では、チャネル１〜ｎの送受信回路４−１乃至４−ｎとキャリブレーション信号送受信回路３が分離され専用となっている。キャリブレーション信号送受信回路３には、ＣＡＬ信号の送受信を制御するキャリブレーション信号送受信スイッチ１６がある。
【００５４】
図３のＴＸ−ＣＡＬでは、各チャネルから送信されたＴＸ−ＣＡＬ信号が、キャリブレーション信号送受信回路３で受信され、Ａ／Ｄ変換された後に相関値が計算されている。
【００５５】
図４のＲＸ−ＣＡＬでは、キャリブレーション信号送受信回路３を経て送信されたＲＸ−ＣＡＬ信号が各チャネルの送受信回路４−１乃至４−ｎで受信されＡ／Ｄ変換されて相関計算が行われている。本発明の第２の実施の形態における相関値の計算方法については、第１の実施の形態と同様である。
【００５６】
［第３の実施の形態］
第３の実施の形態について図面を参照しながら説明する。ここで、図８は、第３の実施の形態として、遅延補正においてキャリブレーション信号送信回路２０からのＣＡＬ信号送信タイミングＬをシフトさせることによって遅延分布を求めた場合を示している。
【００５７】
相関計算は式３によって行われる。この式３に対して、ＣＡＬ送信信号と相関計算のキャリブレーション符号パターンを反転することにより式４が得られる。
【００５８】
式５と同様に式３と式４を平均化することにより式６が得られる。送信側と受信側でタイミングシフトの符号が反転することから、Ｌ＝-Ｋとなることを考慮すると、式６は式５と同じになるので、真の相関値（遅延分布）を得ることができる。
【００５９】
ちなみに式３、４では、遅延分布におけるスプリアス成分がＬに依存しない定数となるためピーク位置は移動しない。ゆえに、遅延補正については式３を用いても問題は無いが、位相振幅補正では誤差を生じるため式６は有効である。
Ｒ３（Ｌ）＝Σｉ｛Ｓ（ｉＵ-Ｌ）＋Ｈ（ｉＵ）｝・Ｐｉ
＝Σｉ Ｓ（ｉＵ-Ｌ）・Ｐｉ＋Σｉ Ｈ（ｉＵ）・Ｐｉ        （式３）
Ｒ４（Ｌ）＝Σｉ｛-Ｓ（ｉＵ-Ｌ）＋Ｈ（ｉＵ）｝・（-Ｐｉ）
＝Σｉ Ｓ（ｉＵ-Ｌ）・Ｐｉ−Σｉ Ｈ（ｉＵ）・Ｐｉ        （式４）
Ｌ：ＣＡＬ信号送信の開始先頭位置（Ｌ＝０から相関計算を行うときピーク値となる。Ｌ＝-Ｋ、Ｋに対して軸反転）
Ｒ３（Ｌ）：Ｌサンプルずれた位置における実測される相関値（遅延分布、正極性ＣＡＬ信号における値、（Ｉ，Ｑ）値）
Ｒ４（Ｌ）：Ｌサンプルずれた位置における実測される相関値（遅延分布、逆極性ＣＡＬ信号における値、（Ｉ，Ｑ）値）
（式３＋式４）／２より
［Ｒ３（Ｌ）＋Ｒ４（Ｌ）］／２＝Σｉ Ｓ（ｉＵ-Ｌ）・Ｐｉ
＝Ｒ０（Ｋ）（Ｌ＝-Ｋ）              （式６）。
【００６０】
図５は、第１の実施の形態及び第２の実施の形態（図１、２、３、４）における極性制御部の一般的処理を示した図である。ある送信部から送信されるＣＡＬ信号と、ある受信部で受信されたＣＡＬ信号との相関計算に用いるＣＡＬ送信信号とキャリブレーション符号パターンの極性をキャリブレーション信号極性制御回路２２で制御しており、相関値の平均化回数の半分について逆極性で計算する。
【００６１】
図６は、第３の実施の形態における極性制御部の一般的な処理を示した図である。式７、式８に示すように、相関計算において、キャリブレーション符号パターンではなく計算結果の符号を反転させることによって式２、式４と全く同じ効果が得られる。制御信号は、±１であり、正極性の場合は＋１、逆極性（符号反転）の場合は−１となり、ＣＡＬ送信信号と相関計算結果に乗算される。
【００６２】
送信信号は一般的には（Ｉ，Ｑ）で示されるが、ＣＡＬ送信信号及び相関計算で用いるキャリブレーション符号パターンは、Ｉ成分のみとしても一般性を失わない。故に、極性制御も実数のみの制御でよい。
【００６３】
ただし、受信されるＣＡＬ受信信号Ｓ（ｋ）は、伝送路の影響を受けて位相、振幅が変化するため一般に（Ｉ，Ｑ）成分を持つ。Ｈ（ｋ）も同様である。相関器１８では、キャリブレーション符号パターンがＩ成分（実数部）のみであるため一般の複素乗算ではなく、実数部と虚数部それぞれに対してキャリブレーション符号パターン（±１）を乗算する。
Ｒ７（Ｋ）＝（-１）・Σｉ｛-Ｓ（ｉＵ＋Ｋ）＋Ｈ（ｉＵ＋Ｋ）｝・Ｐｉ
＝Σｉ Ｓ（ｉＵ＋Ｋ）・Ｐｉ−Σｉ Ｈ（ｉＵ＋Ｋ）・Ｐｉ
＝Ｒ２（Ｋ）      （式７）
Ｒ８（Ｌ）＝（-１）・Σｉ｛-Ｓ（ｉＵ-Ｌ）＋Ｈ（ｉＵ）｝・Ｐｉ
＝Σｉ Ｓ（ｉＵ-Ｌ）・Ｐｉ−Σｉ Ｈ（ｉＵ）・Ｐｉ
＝Ｒ４（Ｌ）      （式８）
第１の実施の形態及び第２の実施の形態では、ＴＤＤ（Time Division Duplex）を想定し、送受信で同じ周波数を用いる場合について示したが、本発明の第３の実施の形態は、ＦＤＤ（Frequency Division Duplex）に対しても適応可能である。ＦＤＤシステムの場合には、送受信で周波数が異なるため、ＴＸ−ＣＡＬ機能において、受信部の周波数を送信周波数に変更する必要がある。同様に、ＲＸ−ＣＡＬ機能においては、送信周波数を受信周波数に合わせることが必要となる。これらの周波数を一致させる回路を別途備えることで、ＦＤＤにも対応できる。
【００６４】
［第１の実施の形態の具体例］
第１の実施の形態のより具体的な例を、図１、２、１１を用いて説明する。ここで、図１１は、関連技術のキャリブレーション（ＣＡＬ）機能の全体構成ブロック図を示している。
【００６５】
この図１１では、ＣＡＬ送受信機能（アナログ部）はｃｈ−１の送受信機能と兼用となっており、ＣＡＬ信号の送受信を行うときは、送受信信号処理部１で生成されたＣＡＬ信号に対して、キャリブレーション信号送信スイッチ１４、キャリブレーション信号受信スイッチ１５、キャリブレーション信号送受信スイッチ１６を切り換えて信号経路を制御している。
【００６６】
送信されたＣＡＬ信号は、アンテナユニット５のカップラ７−１乃至７−ｎによりアンテナ８−１乃至８−ｎ端手前で折り返えされており、送受信信号処理部１で相関計算が行われる。又、各チャネルに対して求められた送受信それぞれに対する遅延補正量と位相振幅補正量は、それぞれ遅延素子１０と複素乗算器９によって設定される。なお、図１、２、１１において、第１の実施の形態の説明と直接関係のない、周波数コンバータや、アンプ、フィルタ、アッテネータなどの素子は省略されている。
【００６７】
図１は、本発明の第１の実施の形態で用いるＣＡＬ機能における、送信キャリブレーション（ＴＸ−ＣＡＬ）の場合、図２は受信キャリブレーション（ＲＸ−ＣＡＬ）の場合のＣＡＬ信号経路をそれぞれ示している。図１１に示した遅延素子１０と複素演算子複素乗算器９は省略されている。本発明の第１の実施の形態のＣＡＬ機能は、送信及び受信補正用キャリブレーション（ＣＡＬ）信号を発生するキャリブレーション信号送信回路２０と、アナログ／デジタル相互変換を行う、Ａ／Ｄコンバータ１１とＤ／Ａコンバータ１２、送受信制御を行う送受信制御回路１３、ＣＡＬ信号の折り返しを行うカップラ７−１乃至７−ｎ、通常信号の無線送受信を行うアンテナ８−１乃至８−ｎ、折り返されるＣＡＬ信号の分配合成を行うキャリブレーション信号分配／合成器６、受信したＣＡＬ信号に対して相関値や遅延分布を求めるための相関器１８と、相関器１８へキャリブレーション符号パターンを出力するキャリブレーション信号符号パターン発生器２１と、ＣＡＬ送信信号及びキャリブレーション符号パターンの極性を制御するキャリブレーション信号極性制御回路２２を有している。
【００６８】
更に、ｃｈ−１の送受信回路には、ＲＸ−ＣＡＬ信号をＣＡＬ信号送信経路へバイパスするためのキャリブレーション信号送信スイッチ１４、ＴＸ−ＣＡＬ信号をＣＡＬ信号受信経路から入力するためのキャリブレーション信号受信スイッチ１５、ＣＡＬ信号送受信方向を切り換えるためのキャリブレーション信号送受信スイッチ１６を有している。
【００６９】
本発明の第１の実施の形態は、相関値測定を規定回数行い、平均化することによって遅延及び位相振幅補正量を求めるＣＡＬ機能において、平均化回数の半数に対してキャリブレーション信号極性制御回路２２によりＣＡＬ送信信号とキャリブレーション符号パターンの極性を同時に反転させて相関値を求め、平均化することによって高精度の遅延及び位相振幅補正量を求めることを特徴とする。
【００７０】
［第２の実施の形態の具体例］
第２の実施の形態のより具体的な例を、図３、４、１２を用いて説明する。ここで、図１２は、関連技術のＣＡＬ機能の全体構成ブロック図を示している。
【００７１】
ＣＡＬ機能には専用のキャリブレーション信号送受信回路３が用いられており、ＣＡＬ信号の送受信を行うときは、送受信信号処理部１で生成されたＣＡＬ信号に対して、キャリブレーション信号送受信スイッチ１６を切り換えて信号経路を制御している。
【００７２】
送信されたＣＡＬ信号は、アンテナユニット５のカップラ７−１乃至７−ｎによりアンテナ８−１乃至８−ｎ端手前で折り返えされており、送受信信号処理部１で相関計算が行われる。又、各チャネルに対して求められた送受信それぞれに対する遅延補正量と位相振幅補正量は、それぞれ遅延素子１０と複素乗算器９とによって設定される。なお、図３、４、１２において、本発明の説明と直接関係のない、周波数コンバータや、アンプ、フィルタ、アッテネータなどの素子は省略されている。
【００７３】
図３は、本発明の第２の実施の形態で用いるＣＡＬ機能における、ＴＸ−ＣＡＬの場合、図４はＲＸ−ＣＡＬの場合のＣＡＬ信号経路をそれぞれ示している。図１２に示した遅延素子１０と複素乗算器９とは省略されている。
【００７４】
本発明の第２の実施の形態のＣＡＬ機能は、送信及び受信補正用ＣＡＬ信号を発生するキャリブレーション信号送信回路２０と、アナログ／デジタル相互変換を行う、Ａ／Ｄコンバータ１１とＤ／Ａコンバータ１２、送受信制御を行う送受信制御回路１３、ＣＡＬ信号の折り返しを行うカップラ７−ｉ、通常信号の無線送受信を行うアンテナ８−１乃至８−ｎ、折り返されるＣＡＬ信号の分配合成を行うキャリブレーション信号分配／合成器６、受信したＣＡＬ信号に対して相関値や遅延分布を求めるための相関器１８と、相関器１８へキャリブレーション符号パターンを出力するキャリブレーション信号符号パターン発生器２１と、ＣＡＬ送信信号及びキャリブレーション符号パターンの極性を制御するキャリブレーション信号極性制御回路２２を有している。更に、キャリブレーション信号送受信回路３には、ＣＡＬ信号送受信方向を切り換えるためのキャリブレーション信号送受信スイッチ１６を有している。
【００７５】
［第３の実施の形態の具体例］
第３の実施の形態のより具体的な例について説明する。ここで、図８は、第３の実施の形態として、遅延補正においてキャリブレーション信号送信回路２０からのＣＡＬ信号送信タイミングＬをシフトさせることによって遅延分布を求めた場合を示している。
【００７６】
第１の実施の形態及び第２の実施の形態では、図７に示したように、ＣＡＬ信号送信タイミングを固定し、受信側でキャリブレーション符号パターンと相関計算のタイミングＫを同時に制御することにより、式１、２によって相関計算が行われている。
【００７７】
それに対して図８では、受信側のキャリブレーション符号パターン発生と相関計算のタイミングを固定し、送信側のＣＡＬ信号送信タイミングＬを制御する。相関計算は、式３によって行われる。
【００７８】
この式３に対して、ＣＡＬ送信信号と相関計算のキャリブレーション符号パターンを反転することにより式４が得られる。式５と同様に式３と式４を平均化することにより式６が得られる。Ｌ＝-Ｋを考慮すると、式６は式５と同じなので、真の相関値（遅延分布）を得ることができる。ちなみに遅延分布におけるスプリアス成分がＬに依存しない定数となるためピーク位置は移動しない。ゆえに、遅延補正については式３を用いても問題は無いが、位相振幅補正では誤差を生じるため式６は有効である。
【００７９】
図５は、図１、２、３、４における極性（符号）制御部の一般的処理を示した図である。ＣＡＬ信号送信を行うチャネルのキャリブレーション信号送信回路２０と、ＣＡＬ信号の受信を行うチャネルのキャリブレーション信号符号パターン発生器２１に対してキャリブレーション信号極性制御回路２２で極性（符号）制御を行っており、相関値の平均化回数の半分について逆極性（符号）で相関値測定を行う。
【００８０】
図６は、本発明の第３の実施の形態における極性制御部の一般的な処理を示した図である。キャリブレーション信号極性制御回路２２からの制御信号は、±１であり、正極性の場合は＋１、逆符号（符号反転）の場合は−１となり、ＣＡＬ送信信号と相関器出力（Ｉ，Ｑ）値に乗算される。
【００８１】
送受信信号は一般的には（Ｉ，Ｑ）（複素数）で示されるが、ＣＡＬ送信信号及び、相関計算で用いるキャリブレーション符号パターンは、Ｉ成分（実数）のみとしても一般性を失わない。故に極性（符号）制御も実数のみの制御でよく、図６の相関器出力（Ｉ，Ｑ）値に対しても、±１（実数）演算のみで良い。
【００８２】
ただし、受信されるＣＡＬ受信信号は、伝送路の影響を受けて位相、振幅が変化するため一般に（Ｉ，Ｑ）成分を持つ。相関器１８では、キャリブレーション符号パターンがＩ成分（実数部）のみであるため一般の複素乗算ではなく、実数部と虚数部それぞれに対してキャリブレーション符号パターン（±１）を乗算する。
【００８３】
第１の実施の形態及び第２の実施の形態では、ＴＤＤを想定し、送受信で同じ周波数を用いる場合について示したが、本発明の第３の実施の形態は、ＦＤＤに対しても適応可能である。ＦＤＤシステムの場合には、送受信で周波数が異なるため、ＴＸ−ＣＡＬ機能において、受信部の周波数を送信周波数に変更する必要がある。同様に、ＲＸ−ＣＡＬ機能においては、送信周波数を受信周波数に合わせることが必要となる。
【００８４】
［第１の実施の形態の動作］
図１（図１１参照）を用いて、第１の実施の形態における送信キャリブレーション（ＴＸ−ＣＡＬ）機能の動作を説明する。
【００８５】
図１において、キャリブレーション信号極性制御回路２２によって極性を定められた、測定すべきチャネルのキャリブレーション信号送信回路２０から送信されたＴＸ−ＣＡＬ送信信号は、図１１の送受信回路４−１乃至４−ｎ内で、Ｄ／Ａコンバータ１１によってアナログ信号に変換され、送受信制御回路１３を経てアンテナ端子からアンテナユニット５へ出力される。
【００８６】
アンテナユニット５では、カップラ７−１乃至７−ｎで折り返されてキャリブレーション信号分配／合成器６を経由してＣＡＬ端子から出力される。ＣＡＬ端子から出力されたＣＡＬ信号は、ｃｈ−１のキャリブレーション信号送受信スイッチ１６を経由してキャリブレーション信号受信スイッチ１５によってｃｈ−１の通常受信経路へ入力される。
【００８７】
その後、Ａ／Ｄコンバータ１２によってデジタル信号に変換され、送受信信号処理部１内のｃｈ−１の相関器１８に入力される。相関器１８では、キャリブレーション信号極性制御回路２２によって極性を定められたキャリブレーション信号符号パターン発生器２１からのキャリブレーション符号パターンとの間で、定められたタイミングで相関計算が行われる。
【００８８】
図２（図１１参照）を用いて、受信キャリブレーション（ＲＸ−ＣＡＬ）機能における第１の実施の形態の動作を説明する。
【００８９】
図２において、キャリブレーション信号極性制御回路２２によって極性を定められた、ｃｈ−１のキャリブレーション信号送信回路２０から送信されたＲＸ−ＣＡＬ送信信号は、図１１の送受信回路４−１内で、Ｄ／Ａコンバータ１１によってアナログ信号に変換され、キャリブレーション信号送信スイッチ１４でＣＡＬ信号送信経路へ切り換えられ、キャリブレーション信号送受信スイッチ１６を経てＣＡＬ端子から出力されて、アンテナユニット５へ入力される。
【００９０】
アンテナユニット５では、キャリブレーション信号分配／合成器６により各アンテナへ分配され、各チャネルのカップラ７で折り返されて各アンテナ端子から出力される。
【００９１】
各アンテナ端子から出力されたＣＡＬ信号は、各アンテナ（チャネル）の送受信制御回路１３を経由してＡ／Ｄコンバータ１２によってデジタル信号に変換され、送受信信号処理部１内の各チャネルの相関器１８に入力される。相関器１８では、キャリブレーション信号極性制御回路２２によって極性を定められたキャリブレーション信号符号パターン発生器２１からのキャリブレーション符号パターンとの間で、定められたタイミングで相関計算が行われる。
【００９２】
図７及び図９を用いて、本発明における相関計算の動作を説明する。送受信経路は異なるが、ＴＸ−ＣＡＬ／ＲＸ−ＣＡＬどちらでも相関計算の基本的動作は同じである。
【００９３】
図７に相関計算方法を示す。キャリブレーション符号パターンＰｉ（ｉ＝０〜ｍ-１）（Ｉ成分のみ）を変調して生成されたＣＡＬ送信信号（連続波形）は、送受信経路を経て、ＣＡＬ受信信号Ｓ（ｔ）として受信される。
【００９４】
そのとき、様々な外乱が加わってくる。ここでは簡単のため、定常的なスプリアス信号Ｈ（ｔ）についてのみ考える。
【００９５】
受信された信号は、サンプリングされてＳ（ｋ）＋Ｈ（ｋ）となる。この受信信号に対して定められたタイミングＫにおいて、キャリブレーション符号パターンＰｉ（ｉ＝０〜ｍ-１）とシンボル単位の乗算を行い合計することによって相関値を得る（式１）。
【００９６】
ＣＡＬ受信信号や相関値は、一般に（Ｉ，Ｑ）成分を持ち位相と振幅で示される。式１をＫの関数としてグラフ化することにより遅延分布が得られる。
【００９７】
式１には、相関値の真値（第１項）と定常スプリアスによる歪成分（第２項）があるため遅延分布にも歪を生じ、遅延及び位相振幅補正値の計算にずれを生じて、ＣＡＬ精度が劣化する。
【００９８】
ここで、ＣＡＬ送信信号とキャリブレーション符号パターンを同時に逆極性に変更して相関値を求めるとすると、式１は、式２に変更される。定常スプリアス成分はＣＡＬ送信信号の極性（符号）反転の影響を受けないため、式２の相関値の第２項のみ符号が反転する。
【００９９】
図９に、式１及び式２それぞれにおける遅延分布の例を示す。どちらも定常スプリアス成分により歪んでおり、相関値そのものもピーク位置も真値からずれるため遅延、位相振幅補正精度は劣化する。ここで、式１と式２とを平均化すると式５となり、真値のみが残る。ゆえに、本発明では、相関値平均計算において平均化を、式１と式２との、半々で行うことにより、式５で示された相関値の真値を得ることができる。
【０１００】
［第２の実施の形態の動作］
図３（図１２参照）を用いて、ＴＸ−ＣＡＬ機能における本発明の第２の実施の形態の動作を説明する。
【０１０１】
図３において、キャリブレーション信号極性制御回路２２によって極性を定められた、測定すべきチャネルのキャリブレーション信号送信回路２０から送信されたＴＸ−ＣＡＬ送信信号は、図１２の送受信回路４−１乃至４−ｎ内で、Ｄ／Ａコンバータ１１によってアナログ信号に変換され、送受信制御回路１３を経てアンテナ端子からアンテナユニット５へ出力される。アンテナユニット５では、カップラ７−１乃至７−ｎで折り返されてキャリブレーション信号分配／合成器６を経由してCAL端子から出力される。CAL端子から出力されたＣＡＬ信号は、キャリブレーション信号送受信回路３のキャリブレーション信号送受信スイッチ１６を経由してＡ／Ｄコンバータ１２によってデジタル信号に変換され、送受信信号処理部１内の相関器１８に入力される。相関器１８では、キャリブレーション信号極性制御回路２２によって極性を定められたキャリブレーション信号符号パターン発生器２１からのキャリブレーション符号パターンとの間で、定められたタイミングで相関計算が行われる。
【０１０２】
図４（図１２参照）を用いて、ＲＸ−ＣＡＬ機能における本発明の動作を説明する。図４において、キャリブレーション信号極性制御回路２２によって極性を定められた、キャリブレーション信号送信回路２０から送信されたＲＸ−ＣＡＬ送信信号は、図１２のキャリブレーション信号送受信回路３内で、Ｄ／Ａコンバータ１１によってアナログ信号に変換され、キャリブレーション信号送受信スイッチ１６を経てＣＡＬ端子から出力されて、アンテナユニット５へ入力される。
【０１０３】
アンテナユニット５では、キャリブレーション信号分配／合成器６により各アンテナへ分配され、カップラ７で折り返されてアンテナユニットの各アンテナ端子から出力される。
【０１０４】
各アンテナ端子から出力されたＣＡＬ信号は、各アンテナ（チャネル）の送受信制御回路１３を経由してＡ／Ｄコンバータ１２によってデジタル信号に変換され、送受信信号処理部１内の各チャネルの相関器１８に入力される。
【０１０５】
相関器１８では、キャリブレーション信号極性制御回路２２によって極性を定められたキャリブレーション信号符号パターン発生器２１からのキャリブレーション符号パターンとの間で、定められたタイミングで相関計算が行われる。なお、相関計算の動作については、第１の実施の形態と同様である。
【０１０６】
［第３の実施の形態の動作］
第３の実施の形態の動作について説明する。図８は、本発明の第３の実施の形態として、遅延補正においてキャリブレーション信号送信回路２０からのＣＡＬ信号送信タイミングＬをシフトさせることによって遅延分布を求めた場合を示している。
【０１０７】
第１の実施の形態及び第２の実施の形態では、図７に示したように、ＣＡＬ信号送信タイミングを固定し、受信側でキャリブレーション符号パターンと相関計算のタイミングＫを同時に制御することにより、式１、２によって相関計算が行われている。
【０１０８】
それに対して、図８では、相関計算は受信側のキャリブレーション符号パターン発生と相関計算のタイミングを固定し、送信側のＣＡＬ信号送信タイミングＬを制御する。ＣＡＬ受信波形は、ＬシフトするためＳ（ｋ−Ｌ）となる。
【０１０９】
相関計算は、式３によって行われる。この式３に対して、ＣＡＬ送信信号と相関計算のキャリブレーション符号パターンを反転することにより式４が得られる。式５と同様に式３と式４を平均化することにより式６が得られる。送信と受信でのタイミングシフトは逆符号となるため、Ｌ＝-Ｋとなることを考慮すると、式６は式５と同じであるので、真の相関値（遅延分布）を得ることができる。ちなみに式３、４による遅延分布におけるスプリアス成分はＬに依存しない定数となるため、ピーク位置は移動しない。ゆえに、遅延補正については式３を用いても問題は無いが、位相振幅補正では誤差を生じるため式６は有効である。
【０１１０】
図６は、本発明の他の実施の形態における極性制御部の一般的な処理を示した図である。キャリブレーション信号極性制御回路２２からの制御信号は、±１であり、正極性の場合は＋１、逆符号（符号反転）の場合は−１となり、ＣＡＬ送信信号と相関器出力に乗算される。送受信信号は一般的には（Ｉ，Ｑ）で示されるが、ＣＡＬ送信信号及び、相関計算で用いるキャリブレーション符号パターンは、Ｉ成分のみとしても構わない。
【０１１１】
故に、極性（符号）制御も実数のみの制御でよく、図６の相関器出力（Ｉ，Ｑ）値に対しても、±１（実数）演算のみで良い。第１の実施の形態及び第２の実施の形態のそれぞれに対して適応した場合の相関値計算式を、式７、式８に示す。相関計算において、キャリブレーション符号パターンではなく相関器１８での計算結果の符号を反転させることによって、式２、式４と全く同じ効果が得られる。
【０１１２】
第１の実施の形態及び第２の実施の形態では、キャリブレーション信号極性制御回路２２によって、実数であるＣＡＬ信号波形とキャリブレーション符号パターンの極性を反転させていた。
【０１１３】
［第４の実施の形態］
ここで、第４の実施の形態として、ＣＡＬ送信波形とキャリブレーション符号パターンを実数部だけでなく虚数部も持つ（Ｉ，Ｑ）値とする場合における例について説明する。
【０１１４】
これまでの実施の形態は、（Ｉ，Ｑ）平面において１８０度回転して相関値を計算し平均したことに相当する。相関器１８は、この平面上で所望の角度だけ回転させて、相関値を計算し、計算した各相関値の平均を求めてもよい。
【０１１５】
ここで、回転角を１２０度毎として、０、１２０、２４０度での３個の相関値計算結果を平均することにより定常スプリアスを相殺する。同様にして、９０度毎（４個）や７２度毎（５個）などとしても良い。相関器１８での相関計算における乗算も一般に複素乗算となる。又、図６における極性制御信号も複素数となる。例えば９０度毎の場合、（１，ｊ，-１，-ｊ、ｊ：虚数単位）となり、それぞれの乗算も複素乗算となる。
【０１１６】
第４の実施の形態は、ＴＤＤに対しても、ＦＤＤに対しても適応可能である。送受信が同じ周波数であり時分割されているＴＤＤシステムの場合には、第３の実施の形態をそのまま適応可能であるが、ＦＤＤシステムの場合には、送受信で周波数が異なるため、ＴＸ−ＣＡＬ機能において、受信部の周波数を送信周波数に変更する必要がある。同様に、ＲＸ−ＣＡＬ機能においては、送信周波数を受信周波数に合わせることが必要となる。
【０１１７】
なお、第１の実施の形態及び第２の実施の形態では、図１、２、３、４において、デジタル部にあるキャリブレーション信号送信回路２０、キャリブレーション信号符号パターン発生器２１、相関器１８などは、各チャネルやＣＡＬ専用チャネルに付随する形で示されているが、相関値測定で必要とされる回路をそのつど信号線を切り換えることにより自由に組み合わせて使用しても構わない。同時測定チャネル数が全アンテナ数よりも少ない場合などは、測定するチャネルにのみＣＡＬ信号送信回路やキャリブレーション符号パターン発生器、相関器を接続して回路を有効活用することにより全体の回路規模を縮小することができる。例えば、チャネル（アンテナ）数が８であっても、ＣＡＬ機能における相関値測定を同時に２個のチャネルでしか行わない場合には、ＣＡＬ信号送信回路、キャリブレーション符号パターン発生器、相関器は、２個ずつあればよい。
【産業上の利用可能性】
【０１１８】
本発明は、無線通信分野、特に複数のアンテナを協調させて送受信を行うアレイアンテナに利用することができる。
【符号の説明】
【０１１９】
１  送受信信号処理部
３  キャリブレーション信号送受信回路
４−１乃至４−ｎ  送受信回路
５  アンテナユニット
６  キャリブレーション信号分配／合成器
７−１乃至７−ｎ  カップラ
８−１乃至８−ｎ  アンテナ素子
９  複素乗算器
１０  遅延素子
１１  Ｄ／Ａコンバータ
１２  Ａ／Ｄコンバータ
１３  送受信制御回路
１４  キャリブレーション信号送信スイッチ
１５  キャリブレーション信号受信スイッチ
１６  キャリブレーション信号送受信スイッチ
１８  相関器
１９  対向アンテナ
２０  キャリブレーション信号送信回路
２１  キャリブレーション信号符号パターン発生器
２２  キャリブレーション信号極性制御回路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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