(57)【要約】  本発明は、ＴＤＤ方式で通信を行う複数のアンテナを備えた無線機が、各アンテナのキャリブレーションを行う場合のキャリブレーション方法であって、無線機単独でアンテナキャリブレーションを行うことにより第１の補正係数を算出する第１のキャリブレーションステップと、他の無線機との通信を利用したアンテナキャリブレーションを行うことにより第２の補正係数を算出する第２のキャリブレーションステップと、前記第１の補正係数と前記第２の補正係数のいずれか一方を状況に応じて選択し、最終的な補正係数とする補正係数選択ステップと、を含んでいる。
2009139263.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＴＤＤ方式で通信を行う複数のアンテナを備えた無線機が、各アンテナのキャリブレーションを行う場合のキャリブレーション方法であって、
無線機単独でアンテナキャリブレーションを行うことにより第１の補正係数を算出する第１のキャリブレーションステップと、
他の無線機との通信を利用したアンテナキャリブレーションを行うことにより第２の補正係数を算出する第２のキャリブレーションステップと、
前記第１の補正係数と前記第２の補正係数のいずれか一方を状況に応じて選択し、最終的な補正係数とする補正係数選択ステップと、
を含むことを特徴とするキャリブレーション方法。
【請求項２】
前記補正係数選択ステップでは、前記第１の補正係数と前記第２の補正係数を比較し、比較結果に基づいていずれか一方の補正係数を選択することを特徴とする請求項１に記載のキャリブレーション方法。
【請求項３】
前記比較結果が前記第１の補正係数と前記第２の補正係数が類似していることを示す場合、前記第１の補正係数を最終的な補正係数として選択することを特徴とする請求項２に記載のキャリブレーション方法。
【請求項４】
前記補正係数選択ステップにおける選択結果に従い、前記無線機単独で行うアンテナキャリブレーションである第１のキャリブレーションまたは前記他の無線機との通信を利用して行うアンテナキャリブレーションである第２のキャリブレーションを定期的に実行し、前記最終的な補正係数を更新する補正係数更新ステップ、
をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載のキャリブレーション方法。
【請求項５】
前記補正係数選択ステップにおいて前記第１の補正係数を選択した場合、前記第１のキャリブレーションを定期的に実行し、また、前記補正係数選択ステップにおいて前記第２の補正係数を選択した場合には、前記第２のキャリブレーションを定期的に実行することを特徴とする請求項４に記載のキャリブレーション方法。
【請求項６】
前記補正係数更新ステップを実行するにあたっては、前記補正係数選択ステップによる選択結果に応じた制御信号を前記他の無線機に対して送信することにより、前記第２のキャリブレーションを行うための動作が必要かどうかを当該他の無線機に対して通知することを特徴とする請求項４または５に記載のキャリブレーション方法。
【請求項７】
前記第１のキャリブレーションステップは、
キャリブレーションを行うアンテナ間で試験信号を送受信する際の信号受信品質を予測する受信品質予測ステップと、
前記受信品質予測ステップにおける予測結果に基づいて、キャリブレーションで使用する試験信号の長さを決定する試験信号長決定ステップと、
前記試験信号長決定ステップで決定した長さの試験信号を前記アンテナ間で送受信することによりキャリブレーションを行うキャリブレーション実行ステップと、
を含むことを特徴とする請求項１に記載のキャリブレーション方法。
【請求項８】
前記第２のキャリブレーションステップは、
前記他の無線機との間で試験信号を送受信する際の信号受信品質を予測する受信品質予測ステップと、
前記受信品質予測ステップにおける予測結果に基づいて、キャリブレーションで使用する試験信号の長さを決定する試験信号長決定ステップと、
前記試験信号長決定ステップで決定した長さの試験信号を前記他の無線機との間で送受信することによりキャリブレーションを行うキャリブレーション実行ステップと、
を含むことを特徴とする請求項１に記載のキャリブレーション方法。
【請求項９】
前記第２のキャリブレーションステップは、
前記他の無線機との間で試験信号を送受信する際の信号受信品質を予測する受信品質予測ステップと、
前記受信品質予測ステップにおける予測結果を前記他の無線機に通知し、当該通知した予測結果に基づいて、キャリブレーションで使用する試験信号の長さを決定するように指示する試験信号長決定指示ステップと、
前記指示に伴い前記他の無線機で決定された長さの試験信号を当該他の無線機との間で送受信することによりキャリブレーションを行うキャリブレーション実行ステップと、
を含むことを特徴とする請求項１に記載のキャリブレーション方法。
【請求項１０】
前記第２のキャリブレーションステップは、
前記他の無線機との間で試験信号を送受信する際の信号受信品質を予測するために必要な、雑音電力を測定する電力測定ステップと、
前記測定した雑音電力を前記他の無線機に通知し、当該通知した雑音電力に基づいて、キャリブレーションで使用する試験信号の長さの決定を行うように指示する試験信号長決定指示ステップと、
前記指示に伴い前記他の無線機で決定された長さの試験信号を当該他の無線機との間で送受信することによりキャリブレーションを行うキャリブレーション実行ステップと、
を含むことを特徴とする請求項１に記載のキャリブレーション方法。
【請求項１１】
前記第２のキャリブレーションステップは、
前記他の無線機に対して、自身との間で試験信号を送受信する際の信号受信品質を予測し、予測結果に基づいてキャリブレーションで使用する試験信号の長さを決定するように指示する試験信号長決定指示ステップと、
前記指示に伴い前記他の無線機で決定された長さの試験信号を当該他の無線機との間で送受信することによりキャリブレーションを行うキャリブレーション実行ステップと、
を含むことを特徴とする請求項１に記載のキャリブレーション方法。
【請求項１２】
請求項１〜１１のいずれか一つに記載の複数のアンテナを備えた無線機として動作することを特徴とする通信装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無線通信において複数アンテナ間のキャリブレーションを高効率に行うキャリブレーション方法およびこれを実現する通信装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
高速無線通信への需要は高く、高速な無線通信伝送技術が必要とされている。そのため、最近では無線機が複数アンテナを用いて高速信号伝送を行う技術が広く研究されている。今後の移動通信では基地局が複数の端末へ送信ビームを用いて同時に空間多重伝送する環境も想定される。また、端末においても適切な送信ビーム形成を行うと通信に必要な送信電力を低減できる。従って、高精度な送信ビーム形成技術は今後の重要な課題と考えられる。【０００３】
その中で、上りリンクと下りリンクで同一周波数を交互に用いるＴＤＤ（Time  Division  Duplex）方式では送信ビーム形成にあたり、伝搬路可逆性を利用できる利点に期待が寄せられている。通常、送信ビームを適切に制御するためには送信機（送信側の無線機）でチャネル情報が必要となる。この際、ＴＤＤ方式において理想的な伝搬路可逆性が得られるとすると、受信機（受信側の無線機）から送信機へのパイロット信号を用いてチャネル測定することで、容易に送信機から受信機へのチャネル状態を把握できる。【０００４】
しかし、現実には送信機のアンテナ端から受信機のアンテナ端までの実伝搬路で可逆性は成り立つものの、送受信機回路内におけるアナログデバイスの特性差により、デジタル領域で測定される伝搬路（以下、測定伝搬路と呼ぶ）では完全な可逆性が成り立たない。そのため、無線機ではデジタル領域で伝搬路測定を行うが、可逆性を用いるためには送信機と受信機との間のアナログ特性差（送受信系アナログ特性差）を補償して、測定伝搬路での可逆性を維持するキャリブレーションが通常必要となる。【０００５】
このようなキャリブレーションを行う従来技術としては大きく２つに分けることができる。一つは、下記特許文献１や非特許文献１で開示されている自己キャリブレーションである。この自己キャリブレーションでは、無線機内の複数アンテナ間で試験信号を送受信することにより、複数アンテナ間の送受信系アナログ特性差を補償する。【０００６】
もう一つは、下記特許文献２で開示されているキャリブレーションであり、この手法では、複数のアンテナを備えた無線機が他の無線機との間で試験信号を送受信することにより、複数アンテナ間の送受信系アナログ特性差を補償する。【０００７】
【特許文献１】特開２００６−２７９６６８号公報
【特許文献２】米国特許第６０３７８９８号明細書
【非特許文献１】K.Nishimori，K.Cho，Y.Takatori，T.Hori,  “A  novel  configuration  for  realizing  automatic  calibration  of  adaptive  array  using  dispersed  SPDT  switches  for  TDD  systems”，IEICE  Trans.  on  Commun.,  Vol.E84-B,  No.9,  pp.2516-2522,  Sept.  2001.
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献１や非特許文献１に記載された自己キャリブレーションでは無線機内の複数アンテナ間で微弱な送信電力の試験信号をやり取りするため、無線システムにおいて制御信号が不要となる利点がある。しかし、試験信号の送信電力が通信時の送信電力よりも非常に低いため、無線機の送信増幅器に電力依存性のある場合には試験信号送信時と通信信号送信時で増幅器のアナログ特性が変化する場合がある。この場合、試験信号により自己キャリブレーションを行っても通信時にアンテナ間の位相の整合性が十分に保たれない。【０００９】
一方、特許文献２に記載された他の無線機を介してキャリブレーションを行う方法では、試験信号の送信電力は通信時の送信電力と類似しているため、送信増幅器に電力依存性があっても通信時にアンテナ間の位相の整合性を保つことができる。しかし、キャリブレーションを行うにあたって、他の無線機との間で試験信号を送受信するためには他の無線機を制御するための制御信号送信が必要となる。【００１０】
このように、自己キャリブレーションでは信増幅器の電力依存性の問題があり、一方で、他の無線機を介して行うキャリブレーションでは制御信号量が増加する問題があった。【００１１】
また、上記それぞれの方法で求める補正係数の精度は、試験信号の受信品質（ＳＮＲやＳＩＮＲ）によっても変化する。雑音や干渉の影響が小さい環境で試験信号をやりとりすることが望ましいが、実際は自己キャリブレーションにおいては送信信号が微弱である場合があること、また、他の無線機を介して行うキャリブレーションではアンテナ間距離が広いことなどから、十分な受信品質で補正係数が求まるとは限らず、キャリブレーションの精度を確保するために時間的に長い試験信号を使用しなければならないという問題があった。【００１２】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、上記電力依存性の問題や制御信号量の問題を解消してアンテナ間のアナログ特性差を効率的に補償するキャリブレーション方法およびこれを実現する通信装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、ＴＤＤ方式で通信を行う複数のアンテナを備えた無線機が、各アンテナのキャリブレーションを行う場合のキャリブレーション方法であって、無線機単独でアンテナキャリブレーションを行うことにより第１の補正係数を算出する第１のキャリブレーションステップと、他の無線機との通信を利用したアンテナキャリブレーションを行うことにより第２の補正係数を算出する第２のキャリブレーションステップと、前記第１の補正係数と前記第２の補正係数のいずれか一方を状況に応じて選択し、最終的な補正係数とする補正係数選択ステップと、を含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
この発明によれば、アンテナ間のアナログ特性差を効率的に補償するキャリブレーション方法を得ることができる、という効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】図１は、方法Ａ（自己キャリブレーション）の概念を示す図である。
【図２】図２は、方法Ｂ（他の無線機を介して行うキャリブレーション）の概念を示す図である。
【図３】図３は、本実施の形態のキャリブレーション方法の概念を示す図である。
【図４】図４は、本実施の形態のキャリブレーション方法の制御手順の一例を示すフローチャートである。
【図５】図５は、信号送信時の信号補正動作を示す図である。
【図６】図６は、方法Ｂでのキャリブレーションにおける、無線機と基地局との間の制御信号送受信動作を示す図である。
【図７】図７は、実施の形態２のキャリブレーション方法を実現する無線機の構成例を示す図である。
【図８】図８は、実施の形態３のキャリブレーション方法で利用する方法Ｂの動作手順を示す図である。
【図９】図９は、実施の形態３のキャリブレーション方法で利用する方法Ｂの動作手順を示す図である。
【図１０】図１０は、実施の形態３のキャリブレーション方法で利用する方法Ｂの動作手順を示す図である。
【符号の説明】
【００１６】
１  無線機
２  基地局（他の無線機）
１１  送受信制御部
１２  電力測定部
１３  受信品質予測部
１４  試験信号系列長決定部
１５  パラメータ制御部
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下に、本発明にかかるキャリブレーション方法の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。また、以下の説明では、簡単化のため、自己キャリブレーションを方法Ａと呼び、他の無線機を介して行うキャリブレーションを方法Ｂと呼ぶこととする。【００１８】
実施の形態１．
ここでまず、本実施の形態のキャリブレーション方法で使用する前提技術についての説明を行う。本実施の形態のキャリブレーション方法では、方法Ａおよび方法Ｂのキャリブレーションを使用する。図１は、方法Ａのキャリブレーションの概念図である。この方法Ａでは、無線機１は２つのアンテナ間で試験信号の送受信を行い、その結果からアンテナ間のアナログ特性差を算出する。無線機１において、Ｔiが付された構成要素はｉ番目(i=1,…,m）のアンテナに対応する送信処理部（送信機）であり、Ｒiが付された構成要素はｉ番目のアンテナに対応する受信処理部（受信機）である。なお、図１は、アンテナ数が２の場合を示しているが、アンテナ数が３の場合には、いずれか１つのアンテナを基準アンテナとして、基準アンテナと他のアンテナとの間で試験信号の送受信を行い、得られた結果から基準アンテナと各アンテナとの間のアナログ特性差を算出する。また、図２は、方法Ｂのキャリブレーションの概念図である。方法Ｂでは、無線機１は各アンテナと他の無線機（たとえば基地局２）との間で試験信号の送受信を行い、その結果からアンテナ間のアナログ特性差を算出する。基地局２において、ＴBSが付された構成要素は送信処理部（送信機）、ＲBSが付された構成要素は受信処理部（受信機）である。【００１９】
なお、従来から使用されている自己キャリブレーションは一般に電力依存性の問題を有しているが、本実施の形態で使用する方法Ａは従来のいかなる自己キャリブレーション方法であっても構わない。また、従来から使用されている他の無線機を介してキャリブレーションを行う方法では一般に制御信号量が増加するが、本実施の形態で使用する方法Ｂは他の無線機を介して行う従来のいかなるキャリブレーション方法であっても構わない。【００２０】
図３は、本実施の形態のキャリブレーション方法の概念を示す図である。図示したとおり、本実施の形態では、状況に応じて方法Ａと方法Ｂを選択的又は適応的に使い分けてキャリブレーションを実施することを特徴とする。以下、本実施の形態のキャリブレーション方法の制御手順の一例を示すフローチャートである図４に基づいて、本実施の形態のキャリブレーション動作を説明する。【００２１】
本実施の形態のキャリブレーション方法では、無線機（通信装置）１は、まず、温度特性が同等とみなせる時間内で、方法Ａ（図１参照）による補正係数ｕAの算出および方法Ｂ（図２参照）による補正係数ｕBの算出を行う（ステップＳ１）。【００２２】
無線機１は、つぎに、算出した２つの補正係数ｕAとｕBを比較し、これらが類似しているかどうかを確認する（ステップＳ２）。【００２３】
そして、２つの補正係数が類似している場合（ステップＳ２，Ｙｅｓ）、方法Ａにおける送信増幅器の電力依存性の影響は小さく方法Ａを適用可能と判断し、方法Ａにより算出した補正係数ｕAを採用する（ステップＳ３）。なお、補正係数が類似しているかどうかを判断する方法については後述する。また、温度変化を補償するため、一定時間が経過した時点で方法Ａによる補正係数算出を行い、補正係数ｕAを更新する（ステップＳ４）。また、補正係数の算出方法を再選択する必要があるかどうかを確認し（ステップＳ５）。再選択の必要があれば（ステップＳ５，Ｙｅｓ）、ステップＳ１へ遷移する。一方、再選択の必要がなければ（ステップＳ５，Ｎｏ）、さらに一定時間が経過した時点で方法Ａによる補正係数算出を行い、補正係数ｕAを更新する（ステップＳ４）。以降、補正係数の算出方法を再選択する必要があるとステップＳ５で判断するまで、ステップＳ４およびＳ５の処理を繰り返す。【００２４】
これに対して、２つの補正係数が類似せずに大きく異なっている場合には（ステップＳ２，Ｎｏ）、方法Ａにおける送信増幅器の電力依存性の影響が大きく方法Ａを適用不可能と判断し、方法Ｂにより算出した補正係数ｕBを採用する（ステップＳ６）。また、温度変化を補償するため、一定時間が経過した時点で方法Ｂによる補正係数算出を行い、補正係数ｕBを更新する（ステップＳ７）。また、補正係数の算出方法を再選択する必要があるかどうかを確認し（ステップＳ８）。再選択の必要があれば（ステップＳ８，Ｙｅｓ）、ステップＳ１へ遷移する。一方、再選択の必要がなければ（ステップＳ８，Ｎｏ）、さらに一定時間が経過した時点で方法Ｂによる補正係数算出を行い、補正係数ｕBを更新する（ステップＳ７）。以降、補正係数の算出方法を再選択する必要があるとステップＳ８で判断するまで、ステップＳ７およびＳ８の処理を繰り返す。【００２５】
ここで、補正係数とは送受信系アナログ特性差を補償する為にアンテナごとに個別に設定される値である。また、図５に示すように、通常、１番目のアンテナ（アンテナ＃１）を基準とし、基準アンテナでは補正係数を１とする。その他のアンテナ（アンテナ＃ｍ）では基準アンテナと同じ送受信アナログ特性となるように補正係数を用いて送信信号又は受信信号を補正する。なお、上述した制御では、２アンテナの間のキャリブレーションを想定し、２番目のアンテナ（アンテナ＃ｍ）での補正係数をｕA，ｕBとして示しているが、上記２アンテナの設定は単なる一例に過ぎず、３アンテナ以上の場合にも同様の概念を適用できる。【００２６】
本実施の形態のキャリブレーション方法によれば、方法Ａにおいて増幅器の電力依存性の問題が小さい場合には制御信号量の少ない方法Ａを用い、電力依存性の影響が大きい場合には電力依存性の影響を受けない方法Ｂを用いる。このように、状況に応じて、方法Ａと方法Ｂを使い分ける。その結果、方法Ａのみを使用する従来法では増幅器の電力依存性の問題があったが、本実施の形態の方法では増幅器の電力依存性が問題とならない場合のみ方法Ａを用いるため、増幅器の電力依存性の問題は発生しない。また、方法Ｂのみを使用する従来法と比較すると、本実施の形態では方法Ａを適宜使用することによって制御信号量を抑えることができる。【００２７】
なお、通常は時間の経過とともに送受信系のアナログ特性が変化する。そのため、上述したように、キャリブレーションを繰返し実行することにより特性変動に追従させる。特にアナログ特性は温度変化に応じて変化しやすいが、通常１分程度は一定とみなすことができる。従って、上記ステップＳ４およびＳ７では、選定された方法（ステップＳ４では方法Ａ、ステップＳ７では方法Ｂ）を例えば１分程度の時間周期で繰返し実行して補正係数を更新する。これに対して、ステップＳ１およびＳ２の処理すなわち、適用する方法を選択する処理は、ステップＳ４やＳ７において補正係数を更新する周期よりも十分長い周期（例えば１時間周期、１日周期など）で実行する。したがって、ステップＳ５およびＳ８では、方法選択が実施された後所定の周期（１分よりも十分長い１時間周期、１日周期など）が経過したかどうかを確認し、確認結果に応じて遷移先を決定する。また、適用する方法を選択する処理は、処理を実行してからの経過時間で判断するのではなく、無線機が移動し、通信の際に用いる送信電力が大きく変化した場合に行っても構わないし、経過時間による判断と送信電力による判断を併用しても構わない。このように、本実施の形態の方法を用いると、従来の方法Ｂより制御信号量を抑えつつ、増幅器の電力依存性の影響を受けないキャリブレーションが可能となる。【００２８】
また、本実施の形態のキャリブレーション方法では、図６に示すように他の無線機（たとえば基地局２）に対して、方法Ａと方法Ｂを切り替えるための情報を通知する必要がある。例えば、複数アンテナを持つ無線機１が基地局２とキャリブレーションを行う場合、無線機１は、まず方法Ｂによるキャリブレーションを基地局２に要請する要求信号を送信し、基地局２が無線機１からの要求信号を受信すると、無線機１と基地局２との間で方法Ｂによるキャリブレーションを実行する。また、無線機１は、独自に方法Ａによるキャリブレーションも実行する。その後、無線機１は、方法Ａと方法Ｂで得た２つの補正係数を比較して、いずれか一方を選択する（図４のステップＳ１およびＳ２の処理に相当）。方法Ａで得られた補正係数を選択する場合、すなわち、以後方法Ａを用いる場合（図４のステップＳ３〜Ｓ５を実行する場合）、基地局２にキャリブレーション制御の停止を要求するキャリブレーション制御停止信号を送信する。基地局２はキャリブレーション制御停止信号を受信すると、方法Ｂによるキャリブレーションを停止し、以後、無線機１は方法Ａによりキャリブレーションを一定周期ごとに行う。また、方法Ｂで得られた補正係数を選択する場合、すなわち、以後方法Ｂを用いる場合（図４のステップＳ６〜Ｓ８を実行する場合）には、無線機１は基地局２にキャリブレーション制御の継続を要求するキャリブレーション制御継続信号を送信する。基地局２はキャリブレーション制御継続信号を受信すると、方法Ｂによるキャリブレーションを継続するため、特定の周期で無線機１との間で試験信号のやり取りを行い方法Ｂによるキャリブレーションを実行する。【００２９】
このように、無線機１は方法Ａ、方法Ｂの選定に応じてキャリブレーション制御の停止信号又は継続信号を基地局２に通知する。なお、ここでは一例として基地局２と無線機１の制御を示したが、いかなる２つの無線機間で上述の制御を行っても構わない。【００３０】
つづいて、上述したステップＳ２において補正係数ｕAとｕBが類似しているか大きく異なるかを判定する方法について、以下に示す。この判定方法としてはさまざまな方法が利用可能であるが、たとえば、次式（１）を用いて判定することができる。【００３１】
|ｕA／ｕB−１|＜Ｔ                                  …（１）
ここで、Ｔは閾値である。通常、ｕAとｕBは複素数であるが、その比が１に近ければ補正係数ｕAとｕBは類似しているとみなすことができる。従って、式（１）を満たす場合は補正係数が類似していると判断してステップＳ３〜Ｓ５で示した制御を実行し、満たさない場合にはステップＳ６〜Ｓ８で示した制御を実行する。この他にも本実施の形態では、さまざまな基準に基づき補正係数ｕAとｕBの類似性を判定する方法が考えられる。【００３２】
このように、本実施の形態では、電力依存性を有する場合にキャリブレーション精度が劣化するが他の無線機との間で試験用信号を送受信する必要がない方法Ａのキャリブレーション方法と、電力依存性によるキャリブレーション精度の劣化はないが、他の無線機と試験信号を送受信するための制御信号が必要で処理が複雑な方法Ｂのキャリブレーション方法とを状況に応じて使い分けるようにした。具体的には、電力依存性のない場合には処理が簡単な自己キャリブレーション（方法Ａ）を採用し、電力依存性があり方法Ａでは十分な補正性能が得られない場合には、処理は複雑だが電力依存性の影響により補正精度が劣化することのない、他の無線機との通信を利用して行うキャリブレーション（方法Ｂ）を採用することとした。これにより、アンテナ間のアナログ特性差を効率的に補償するキャリブレーション方法を得ることができる。【００３３】
なお、本実施の形態では、２アンテナを想定したアンテナキャリブレーションを説明したが、Ｎアンテナ（Ｎ≧３）の場合には方法Ａ，方法Ｂにおいてアンテナごとの補正係数ベクトルＵA＝[１,ｕA(2),ｕA(3),…,ｕA(N)]T，ＵB＝[１,ｕB(2),ｕB(3),…,ｕB(N)]Tに対して、同等の制御が適用される。この場合、ベクトルＵAとＵBの類似性は、例えば次式（２）により判定できる。【００３４】
|ＵAHＵB|／(|ＵA|・|ＵB|)＞Ｖ                      …（２）
ここで、上付きのＴ（T），上付きのＨ（H）は、それぞれ転置，転置共役を表し、また、Ｖは閾値を表す。【００３５】
上式（２）の左辺は、ベクトルＵAとＵBの方向が近い場合にその値が大きくなる。従って、式２の左辺が一定の閾値Ｖよりも大きい場合にベクトルＵAとＵBを類似した状態とみなすことができる。【００３６】
このように、本実施の形態のキャリブレーション方法は、３アンテナ以上のキャリブレーションを行う場合にも適用可能である。【００３７】
実施の形態２．
つづいて、実施の形態２のキャリブレーション方法について説明する。実施の形態１で示したキャリブレーション方法は、利用する方法Ａ（自己キャリブレーション）について特に言及せずに、いかなる手法を用いてもよいものとして説明を行ったが、本実施の形態では、この方法Ａの一例について説明する。具体的には、使用する試験信号の受信品質を予測し、予測結果に応じて試験信号の長さを変更しながら方法Ａを実施するキャリブレーション方法について説明する。【００３８】
図７は、実施の形態２のキャリブレーション方法を実現する無線機の構成例を示す図であり、上述した方法Ａにおいて、受信品質予測を行い、キャリブレーションで使用する試験信号の長さを制御する無線機１ａの構成例を示している。この無線機１ａは、信号の送受信処理を行う送受信制御部１１と、受信信号の電力を測定する電力測定部１２と、試験信号の受信品質を予測する受信品質予測部１３と、送信する試験信号の長さを決定する試験信号系列長決定部１４と、キャリブレーション動作を実行する際の各種パラメータを設定するパラメータ制御部１５と、を備える。【００３９】
以下、図７を参照しながら、無線機１ａが実行する方法Ａ（自己キャリブレーション）について説明する。なお、キャリブレーション全体の動作は実施の形態１で説明したとおりである。【００４０】
無線機１ａが自己キャリブレーションを行う場合、まず、電力測定部１２が、後段の受信品質予測部１３で受信品質を予測するために必要な電力測定データを収集する。例えば、電力測定部１２は、無音区間の雑音電力（干渉電力を含む）の測定を行い、雑音電力の大きさを計算する。電力測定部１２により電力測定データが収集されると、次に、受信品質予測部１３が、電力測定データを用いてＳＮＲやＳＩＮＲなどの受信品質を予測する。受信品質の予測動作では、電力測定部１２が計算した雑音電力データに加え、送信予定の信号の電力の大きさや、文献「能田，原，矢野，久保，“TDD方式における双方向チャネル測定を用いたアンテナアレー自己キャリブレーション”，信学技報  RCS2008-12,  2008年5月」に記載された減衰器（アッテネータ）に相当する減衰器を無線機１ａが備えていれば、その減衰量（減衰率）を利用して、受信品質を予測する。なお、利用される減衰量は、たとえばパラメータ制御部１５で保持されているので、それを取得する。受信信号電力は、たとえば、予定する送信電力（送信を予定している信号の電力）から無線局１ａの複数アンテナ間の伝搬損、減衰器の減衰量をそれぞれ減算したものから見積もることができ、これと前述の雑音電力の測定結果からＳＮＲを予測することができる。この予測結果は試験信号系列長決定部１４に送られ、試験信号系列長決定部１４は、受信品質予測部１３から受け取った受信品質の予測結果（たとえばＳＮＲ）に基づいて、キャリブレーションで使用する試験信号のシンボル数を決定する。シンボル数は、たとえば、ＳＮＲと必要シンボル数の対照表を予め作成して保持しておき、この対照表と受信品質予測部１３から受け取ったＳＮＲを照らし合わせてシンボル数を決定する。決定したシンボル数はパラメータ制御部１５で保持しておき、キャリブレーション実施時には、保持しておいたシンボル数の試験信号を使用する。【００４１】
なお、アンテナ数が３以上の場合には、基準のアンテナとキャリブレーション対象の各アンテナとの組み合わせそれぞれについて受信品質を予測し、組み合わせ毎に試験信号長（シンボル数）を決定するようにしてもよいし、制御が複雑化するのを回避したい場合には、いずれか一つの組み合わせについて受信品質の予測および試験信号長の決定を行い、決定した長さの試験信号をすべての組み合わせで固定的に使用するようにしてもよい。【００４２】
このように、本実施の形態では、キャリブレーションを行う無線機が、試験信号の受信品質を予測し、その予測結果に応じた長さの試験信号を使用してキャリブレーション処理を行うこととした。これにより、たとえば、キャリブレーション時の試験信号の受信ＳＮＲが悪い場合には、それに対応して試験信号のシンボル数を増やしてキャリブレーション処理を実施するので、必要な精度を確保することが可能となる。また、十分な受信ＳＮＲが得られる場合には、不必要なシンボル数の送信を抑え、キャリブレーション処理の実施に伴って発生する通信断の時間を短縮化するなどの効果を得ることができる。【００４３】
また、試験信号系列長決定部１４で使用する対照表を、使用予定の変調方式によって切り替えることで、キャリブレーション後のデータ通信時に使用する変調方式によって、必要となる補正係数の精度を変化させることができ、例えば信号点間距離が小さく、より高いキャリブレーション精度が要求される変調方式を利用するシステムや、適応変調を使用するシステムでも、変調方式と予測した受信品質によって精度を制御して、キャリブレーション精度を原因とする通信効率の低下を防ぐことが可能になる。【００４４】
なお、本実施の形態では、受信品質を予測する方法として、無音区間の電力測定結果を利用して予測する方法を適用した場合について説明したが、これ以外に、定期的にキャリブレーションを行うシステムにおいては前回のキャリブレーション時の受信電力を利用する方法や、直近のデータ通信時における受信電力を利用する方法、通信相手となる無線局から受信電力やＳＮＲを送信してもらい、それを利用する方法（例えば、同機種間で通信しており、送信電力が既知であり、アンテナ間の伝搬路可逆性が成り立っていれば、通信相手となる無線局の受信電力、雑音電力、ＳＮＲなどから自局の受信品質を見積もることができる）なども適用可能であり、また、これらを組み合わせて受信品質を予測するようにしてもよい。【００４５】
実施の形態３．
つづいて、実施の形態３のキャリブレーション方法について説明する。実施の形態２では、方法Ａで使用する試験信号の長さを可変とする場合について説明を行ったが、本実施の形態では、方法Ｂ（他の無線機を介して行うキャリブレーション）で使用する試験信号の長さを可変とする場合について説明する。【００４６】
以下、図８〜図１０を参照しながら、本実施の形態の無線機が実行する方法Ｂ（他の無線機を介して行うキャリブレーション）について説明する。なお、図８〜図１０は、実施の形態３のキャリブレーション方法で利用する方法Ｂの動作手順を示す図であり、これらの図では、一例として、複数のアンテナを備えた無線機（方法Ａも併せて実施する無線機）が、基地局を他の無線機とみなして方法Ｂを実行する場合の動作手順を示している。図８は、試験信号の受信品質予測および試験信号長の決定を無線機側で行う場合の手順を示し、図９は、試験信号の受信品質予測を無線機側で行い、試験信号長の決定を基地局側で行う場合の手順を示し、図１０は、試験信号の受信品質予測および試験信号長の決定を基地局側で行う場合の手順を示している。また、図８〜図１０において、同じ処理には同じステップ番号を付している。【００４７】
まず、図８に示した、試験信号の受信品質予測および試験信号長の決定を無線機側で行う場合の手順について説明する。【００４８】
図８に示した手順では、まず、無線機が受信電力測定を行い（ステップＳ１１）、次に、この結果に基づく受信品質推定を行い（ステップＳ１２）、さらに、受信品質推定結果に基づく試験信号系列長決定を行う（ステップＳ１３）。なお、これらの各ステップで実行する処理は、実施の形態２で説明した電力測定部１２、受信品質予測部１３および試験信号系列長決定部１４がそれぞれ実行する処理と同じである。この後、決定した系列長を指定する信号を基地局に送信し（ステップＳ１４）、基地局は、無線機で決定された長さの試験信号を無線機へ送信する（ステップＳ１５）。また、無線機は、ステップＳ１３で決定した長さの試験信号を基地局へ送信する（ステップＳ１６）。そして、基地局は、無線機から送信された試験信号の測定結果を無線機にフィードバックし（ステップＳ１７）、無線機は、フィードバックされた測定結果、およびステップＳ１５で基地局から送信された試験信号の受信結果に基づいて補正係数を算出する（ステップＳ１８）。【００４９】
以上の手順で方法Ｂを行うことにより、実施の形態２で示したキャリブレーションと同様に、受信品質に応じた長さの試験信号にて行うキャリブレーションが実現され、たとえば、無線機の試験信号受信時のＳＮＲが小さい場合においても、それに応じた系列長で試験信号を送受信し、必要な精度でキャリブレーションを行うことができるようになる。【００５０】
図９に示した手順では、上述したステップＳ１１およびＳ１２を実行すると、無線機は、ステップＳ１２を実行して得られた受信品質（受信品質推定結果）を基地局へ通知し（ステップＳ２１）、この通知された受信品質に基づいて、基地局が試験信号の長さ（試験信号系列長）を決定する（ステップＳ２２）。このステップＳ２２において、基地局は、実施の形態２で示した試験信号系列長決定部１４が試験信号系列長を決定する手順と同様の手順にて、試験信号系列長を決定する。基地局が試験信号系列長を決定した後は、既に説明したステップＳ１５〜Ｓ１８を実行する。この場合、無線機は、受信する試験信号の系列長を基地局から予め通知してもらう、または信号に含まれる固有の系列を試験信号の始点および終端と規定しておく、などの方法で試験信号の長さを検知して動作する。【００５１】
なお、図９に示した手順では、無線機側が受信電力測定結果などから受信品質推定し、得られた受信品質推定結果を基地局へ通知するようにしているが、無線機は、受信電力測定結果をそのまま基地局へ送信し、基地局側では、通知された受信電力測定結果に基づいて受信品質を推定した上でステップＳ２２を実行するようにしてもよい。【００５２】
図１０に示した手順では、基地局が、上記のステップＳ１１と同様の処理を実行して受信電力を測定し（ステップＳ３１）、さらに、上記のステップＳ１２と同様の処理を実行して受信品質を推定する（ステップＳ３２）。そして、基地局は、ステップＳ３２を実行して得られた受信品質推定結果を用いて、既に説明したステップＳ２２を実行する。これ以降は、図８や図９に示した手順と同様に、ステップＳ１５〜Ｓ１８を実行する。【００５３】
なお、図示を省略しているが、上記ステップＳ３１に先立って、無線機は基地局に対して、試験信号系列長を決定した上で方法Ｂのキャリブレーション処理を開始するように指示を行う。これとは逆に、基地局が自律的に試験信号系列長を決定し、方法Ｂのキャリブレーション処理を開始する旨を無線機へ通知した上で上記手順を実行するようにしてもよい。また、図９に示した手順で動作する場合と同様に、無線機は、受信する試験信号の系列長を基地局から予め通知してもらう、または信号に含まれる固有の系列を試験信号の始点および終端と規定しておく、などの方法で試験信号の長さを検知して動作する。【００５４】
基地局と無線機のアンテナ間が可逆な通信路で、無線機側での雑音の大きさ（雑音電力）や送信電力が何らかの方法により基地局側で既知の場合、基地局は、受信電力測定結果から無線機の受信品質結果を予想することができるので、図１０に示した手順が採用可能となる。【００５５】
図９または図１０に示し手順で方法Ｂを行う場合にも、図８に示した手順で方法Ｂを行う場合と同様の効果が得られる。【００５６】
なお、当然ながら、本実施の形態で示した手順によるキャリブレーション（方法Ｂ）と実施の形態２で示したキャリブレーション（方法Ａ）を組み合わせることも可能であり、組み合わせた場合には、方法Ａと方法Ｂのいずれを実行する場合においても、受信品質に応じた長さの試験信号を使用して、必要な精度でキャリブレーションを行うことができるようになる。この結果、さらに効率的なキャリブレーションが可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００５７】
以上のように、本発明にかかるキャリブレーション方法は、複数アンテナを使用して行う無線通信に有用であり、特に、無線機が、アンテナ間の送受信系アナログ特性差を効率的に補償する場合に適している。
【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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【手続補正書】
【提出日】平成22年10月22日(2010.10.22)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＴＤＤ方式で通信を行う複数のアンテナを備えた無線機が、各アンテナのキャリブレーションを行う場合のキャリブレーション方法であって、
無線機単独でアンテナキャリブレーションを行うことにより第１の補正係数を算出する第１のキャリブレーションステップと、
他の無線機との通信を利用したアンテナキャリブレーションを行うことにより第２の補正係数を算出する第２のキャリブレーションステップと、
前記第１の補正係数と前記第２の補正係数の類似性に基づき、いずれか一方を選択し、最終的な補正係数とする補正係数選択ステップと、
を含むことを特徴とするキャリブレーション方法。
【請求項２】
前記補正係数選択ステップでは、前記第１の補正係数と前記第２の補正係数を比較し、前記第１の補正係数と前記第２の補正係数が類似している場合、前記第１の補正係数を最終的な補正係数として選択することを特徴とする請求項１に記載のキャリブレーション方法。
【請求項３】
前記補正係数選択ステップにおける選択結果に従い、前記無線機単独で行うアンテナキャリブレーションである第１のキャリブレーションまたは前記他の無線機との通信を利用して行うアンテナキャリブレーションである第２のキャリブレーションを定期的に実行し、前記最終的な補正係数を更新する補正係数更新ステップ、
をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載のキャリブレーション方法。
【請求項４】
前記補正係数選択ステップにおいて前記第１の補正係数を選択した場合、前記第１のキャリブレーションを定期的に実行し、また、前記補正係数選択ステップにおいて前記第２の補正係数を選択した場合には、前記第２のキャリブレーションを定期的に実行することを特徴とする請求項３に記載のキャリブレーション方法。
【請求項５】
前記補正係数更新ステップを実行するにあたっては、前記補正係数選択ステップによる選択結果に応じた制御信号を前記他の無線機に対して送信することにより、前記第２のキャリブレーションを行うための動作が必要かどうかを当該他の無線機に対して通知することを特徴とする請求項３または４に記載のキャリブレーション方法。
【請求項６】
前記第１のキャリブレーションステップは、
キャリブレーションを行うアンテナ間で試験信号を送受信する際の信号受信品質を予測する受信品質予測ステップと、
前記受信品質予測ステップにおける予測結果に基づいて、キャリブレーションで使用する試験信号の長さを決定する試験信号長決定ステップと、
前記試験信号長決定ステップで決定した長さの試験信号を前記アンテナ間で送受信することによりキャリブレーションを行うキャリブレーション実行ステップと、
を含むことを特徴とする請求項１に記載のキャリブレーション方法。
【請求項７】
前記第２のキャリブレーションステップは、
前記他の無線機との間で試験信号を送受信する際の信号受信品質を予測する受信品質予測ステップと、
前記受信品質予測ステップにおける予測結果に基づいて、キャリブレーションで使用する試験信号の長さを決定する試験信号長決定ステップと、
前記試験信号長決定ステップで決定した長さの試験信号を前記他の無線機との間で送受信することによりキャリブレーションを行うキャリブレーション実行ステップと、
を含むことを特徴とする請求項１に記載のキャリブレーション方法。
【請求項８】
前記第２のキャリブレーションステップは、
前記他の無線機との間で試験信号を送受信する際の信号受信品質を予測する受信品質予測ステップと、
前記受信品質予測ステップにおける予測結果を前記他の無線機に通知し、当該通知した予測結果に基づいて、キャリブレーションで使用する試験信号の長さを決定するように指示する試験信号長決定指示ステップと、
前記指示に伴い前記他の無線機で決定された長さの試験信号を当該他の無線機との間で送受信することによりキャリブレーションを行うキャリブレーション実行ステップと、
を含むことを特徴とする請求項１に記載のキャリブレーション方法。
【請求項９】
前記第２のキャリブレーションステップは、
前記他の無線機との間で試験信号を送受信する際の信号受信品質を予測するために必要な、雑音電力を測定する電力測定ステップと、
前記測定した雑音電力を前記他の無線機に通知し、当該通知した雑音電力に基づいて、キャリブレーションで使用する試験信号の長さの決定を行うように指示する試験信号長決定指示ステップと、
前記指示に伴い前記他の無線機で決定された長さの試験信号を当該他の無線機との間で送受信することによりキャリブレーションを行うキャリブレーション実行ステップと、
を含むことを特徴とする請求項１に記載のキャリブレーション方法。
【請求項１０】
前記第２のキャリブレーションステップは、
前記他の無線機に対して、自身との間で試験信号を送受信する際の信号受信品質を予測し、予測結果に基づいてキャリブレーションで使用する試験信号の長さを決定するように指示する試験信号長決定指示ステップと、
前記指示に伴い前記他の無線機で決定された長さの試験信号を当該他の無線機との間で送受信することによりキャリブレーションを行うキャリブレーション実行ステップと、
を含むことを特徴とする請求項１に記載のキャリブレーション方法。
【請求項１１】
請求項１〜１０のいずれか一つに記載の複数のアンテナを備えた無線機として動作することを特徴とする通信装置。
【国際調査報告】
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