(57)【要約】    【課題】      送受信信号の通信品質の劣化やスループットの低下がなく、広帯域の送受信信号を高精度に校正すること。    【解決手段】  無線受信系１１３によって与えられる振幅及び位相の誤差を算出するために、信号多重部１１２が受信信号に対して基準信号を多重化する。信号多重部１１２が多重化する基準信号は少なくとも、マルチキャリア信号に対して直交周波数の関係となる、１つ以上のサブキャリア信号である。その際の基準信号の周波数は、受信信号内の他のサブキャリアに対して、直交周波数の関係となるような周波数とする。無線系間誤差算出部１２６が、受信信号に多重化されている基準信号を分離し、それぞれの基準信号を比較してそれぞれの受信信号の誤差値を算出する。誤差補正部１２２が、無線系間誤差算出部１２６によって算出された受信信号の誤差値に基づいて、無線受信ユニット１１０のそれぞれにおける受信信号を補正する。  【選択図】      図１
2006319412.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のアンテナ及び複数の受信手段から構成され、マルチキャリア信号を用いて通信を行うアレイアンテナ方式の無線受信装置であって、
少なくとも、マルチキャリア信号に対して直交周波数の関係となる、１つ以上のサブキャリア信号を含む基準信号を発生させる基準信号発生手段と、
受信信号と前記基準信号とを多重化する信号多重手段と、
前記複数の受信手段のそれぞれを通過した受信信号に多重化されている基準信号を分離し、分離されたそれぞれの基準信号を比較して前記受信手段のそれぞれにおける受信信号の誤差値を算出する誤差算出手段と、
前記誤差算出手段によって算出された受信信号の誤差値に基づいて、前記受信手段のそれぞれにおける受信信号を補正する受信信号処理手段と、
を備えることを特徴とする無線受信装置。
【請求項２】
さらに、受信信号の回線変動推定情報を前記基準信号発生手段へ送信し、前記基準信号の周波数を受信電界強度の小さいサブキャリア信号の周波数に設定する回線推定手段を備えることを特徴とする請求項１に記載の無線受信装置。
【請求項３】
さらに、前記誤差算出手段によって一定時間で得られた複数の誤差値に基づいて、各サブキャリア信号における誤差補正値を算出し、前記誤差補正値の平均化処理を行う平均化処理手段を備えることを特徴とする請求項２に記載の無線受信装置。
【請求項４】
複数のアンテナ及び複数の送信手段から構成され、マルチキャリア信号を用いて通信を行うアレイアンテナ方式の無線送信装置であって、
少なくとも、マルチキャリア信号に対して直交周波数の関係となる、１つ以上のサブキャリア信号を含む基準信号を発生させる基準信号発生手段と、
送信信号と前記基準信号とを多重化する信号多重手段と、
前記複数の送信手段のそれぞれを通過した送信信号に多重化されている基準信号を分離し、分離されたそれぞれの基準信号を比較して前記送信手段のそれぞれにおける送信信号の誤差値を算出する誤差算出手段と、
前記誤差算出手段によって算出された送信信号の誤差値に基づいて、前記送信手段のそれぞれにおける送信信号を補正する送信信号処理手段と、
を備えることを特徴とする無線送信装置。
【請求項５】
前記信号多重手段は、前記送信信号の帯域内において、通信に使用しないサブキャリア信号に対して前記基準信号を多重化することを特徴とする請求項４に記載の無線送信装置。
【請求項６】
前記誤差算出手段によって一定時間で得られた複数の誤差値に基づいて、各サブキャリア信号における誤差補正値を算出し、前記誤差補正値の平均化処理を行う平均化処理手段を備えることを特徴とする請求項５に記載の無線送信装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マルチキャリア信号を用いて通信を行う無線受信装置及び無線送信装置に関し、特に、複数のアンテナ素子によってアンテナ指向性を制御するアダプティブアレイアンテナ等のアレイアンテナを備えた無線受信装置及び無線送信装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、複数の無線部を備えていて、それらの無線部を介して送受信される信号に位相や振幅の重み付け処理を行うことによってアンテナ指向性を制御するアダプティブアレイアンテナ方式の無線送受信装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。このようなアダプティブアレイアンテナ方式の無線送受信装置によれば、アンテナ指向性を適応的に変化させることよって送受信される信号の信号対干渉波の比を改善することができ、使用する無線通信回線の周波数利用効率や通信品質を高めることができる。
【０００３】
しかし、上記のようなアダプティブアレイアンテナ方式の無線送受信装置では、各無線部の個体差などによって、送受信される信号に初期設定と異なる重みが付加されるため、無線送受信装置のアンテナ指向性が損なわれることがある。そのため、アダプティブアレイアンテナ方式の無線送受信装置では、重みが付加された送受信信号についてその位相又は振幅を周期的に観測して補正を行う必要がある。そのため、送受信信号の位相又は振幅の観測値に基づいて重みの校正を適正に行う校正方法の技術も開示されている（例えば、特許文献２参照）。この技術による校正方法では、キャリブレーション信号の多重化された受信信号から各キャリブレーション信号を抽出し、それぞれのキャリブレーション信号の位相及び振幅を個々に比較して歪を算出する。そして、算出された歪情報に基づいて受信信号に重み付け処理が施される。このような重み付け処理を行うことにより、各無線送受信部の信号処理によって生じる受信信号の歪は解消される。
【特許文献１】特開平９−２１９６１５号公報
【特許文献２】特開２００２−３５３８６５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、前記の特許文献２に開示された送受信信号の校正方法では、キャリブレーション信号を時間多重もしくはコード多重すると、多重化されたキャリブレーション信号が送受信信号にとって干渉源になってしまい、結果的に、通信品質が劣化するおそれがある。また、キャリブレーション信号を多重化するために、送受信信号中に時間を設けたりコードや周波数を割り当てたりすると、データの通信量が減ってスループットが低下するおそれもある。さらに、周波数が広帯域な送受信信号になると、帯域内における振幅及び位相誤差の偏差が大きくなるために校正の精度が劣化するおそれもある。
【０００５】
本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、送受信信号の通信品質の劣化やスループットの低下がなく、かつ、広帯域の送受信信号を高精度に校正できるマルチキャリア信号を用いて通信を行うアレイアンテナ方式の無線送信装置、及び無線受信装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係る無線受信装置は、複数のアンテナ及び複数の受信手段から構成され、マルチキャリア信号を用いて通信を行うアレイアンテナ方式の無線受信装置であって、少なくとも、マルチキャリア信号に対して直交周波数の関係となる、１つ以上のサブキャリア信号を含む基準信号を発生させる基準信号発生手段と、受信信号と基準信号とを多重化する信号多重手段と、複数の受信手段のそれぞれを通過した受信信号に多重化されている基準信号を分離し、分離されたそれぞれの基準信号を比較して受信手段のそれぞれにおける受信信号の誤差値を算出する誤差算出手段と、誤差算出手段によって算出された受信信号の誤差値に基づいて、受信手段のそれぞれにおける受信信号を補正する受信信号処理手段とを備える構成を採っている。
【０００７】
このような構成によれば、多重化される基準信号の周波数と受信信号の他のサブキャリア信号の周波数は直交周波数の関係になるため、基準信号は受信信号にとっては干渉波にならないので、通信品質の劣化を防ぐことができる。
【０００８】
また、本発明に係る無線受信装置は、前記発明の構成に加えて、さらに、受信信号の回線変動推定情報を基準信号発生手段へ送信し、基準信号の周波数を受信電界強度の小さいサブキャリア信号の周波数に設定する回線推定手段を備える構成を採っている。
【０００９】
このような構成によれば、前記発明による効果に加えて、使用できない周波数がある場合には、フェージング環境の状況に応じて、多重化する基準信号の周波数を割り当てている。そのため、基準信号のための周波数やコードや時間を設けなくてもよくなるので、通信におけるデータのスループットの低下がなくなる。したがって、通信中においても、受信回路における受信信号の誤差の校正を行うことができる。
【００１０】
また、本発明に係る無線受信装置は、前記発明の構成に加えて、さらに、誤差算出手段によって一定時間で得られた複数の誤差値に基づいて、各サブキャリア信号における誤差補正値を算出し、誤差補正値の平均化処理を行う平均化処理手段を備える構成を採っている。
【００１１】
このような構成によれば、前記発明による効果に加えて、ある一定時間内でフェージングの変動により受信電界強度の小さいサブキャリア信号は変動するため、上記の校正方法によって得られる誤差値も複数のサブキャリア信号について得ることができる。したがって、この複数の誤差値を用いることによって、広帯域の信号においても周波数方向へ誤差値を平均化して校正を行うことができるため、高精度な校正が実現できる。
【００１２】
また、本発明に係る無線送信装置は、複数のアンテナ及び複数の送信手段から構成され、マルチキャリア信号を用いて通信を行うアレイアンテナ方式の無線送信装置であって、少なくとも、マルチキャリア信号に対して直交周波数の関係となる、１つ以上のサブキャリア信号を含む基準信号を発生させる基準信号発生手段と、送信信号と基準信号とを多重化する信号多重手段と、複数の送信手段のそれぞれを通過した送信信号に多重化されている基準信号を分離し、分離されたそれぞれの基準信号を比較して送信手段のそれぞれにおける送信信号の誤差値を算出する誤差算出手段と、誤差算出手段によって算出された送信信号の誤差値に基づいて、送信手段のそれぞれにおける送信信号を補正する送信信号処理手段とを備える構成を採っている。
【００１３】
このような構成によれば、多重化される基準信号の周波数と送信信号の他のサブキャリア信号の周波数は直交周波数の関係になるため、基準信号は送信信号にとっては干渉波にならないので、通信品質の劣化を防ぐことができる。
【００１４】
また、本発明に係る無線送信装置は、前記発明の構成において、信号多重手段は、送信信号の帯域内において通信に使用しないサブキャリア信号に対して基準信号を多重化する構成を採っている。
【００１５】
このような構成によれば、前記発明による効果に加えて、例えば、送信信号の中で使用しないサブキャリア信号がある場合には、端末における受信電界に応じて、多重化する基準信号の周波数として使用しないサブキャリア信号の周波数を割り当てるため、基準信号のための周波数、コード、及び時間などを設ける必要がなくなる。これによって、通信におけるデータのスループットの低下がなくなり、通信中において送信回路における送信信号の誤差の校正を行うことができる。
【００１６】
また、本発明に係る無線送信装置は、前記発明の構成に加えて、誤差算出手段によって一定時間で得られた複数の誤差値に基づいて、各サブキャリア信号における誤差補正値を算出し、誤差補正値の平均化処理を行う平均化処理手段を備える構成を採っている。
【００１７】
このような構成によれば、前記発明による効果に加えて、例えば、端末において、ある一定時間内でフェージングの変動があって送信電界に変動が生じた場合、通信において使用しないサブキャリア信号が変更されるため、上記の校正方法によって得られる誤差値も複数のサブキャリア信号について得ることができる。したがって、この複数の誤差値を用いることにより、広帯域の信号においても周波数方向へ誤差値を平均化して校正を行うことができるため、高精度な校正を行うことができる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、マルチキャリア信号を用いて通信を行うアレイアンテナ方式の無線送受信装置において、通信時におけるスループットの低下がなく、かつ、送受信信号に対して基準信号が干渉波とならないため、広帯域の信号に対して高精度に校正を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
〈発明の概要〉
本発明は、マルチキャリア信号を用いて通信を行うアレイアンテナ方式の無線送受信装置において、各無線送受信回路から送受信信号が受ける振幅及び位相の誤差について、誤差を校正するための基準信号を送受信信号に多重化する。その際に、基準信号の周波数を送受信信号の各サブキャリアと直交周波数の関係とすることによって、送受信信号に対して基準信号が干渉波にならないために通信品質の劣化を防ぐことができる。また、基準信号を多重化する周波数は、受信信号であればその回線変動推定値から受信電界強度の小さいサブキャリア周波数とし、送信信号であれば使用しないサブキャリア周波数とすることで、データのスループットの低下なしに校正が可能となり、広帯域信号の場合には、その誤差校正を、ある一定時間で得られる複数の誤差値から求めることにより、より高精度に校正を行うことができる。
【００２０】
以下、図面を用いて、本発明における無線送受信装置について、無線受信装置と無線送信装置とに分けて実施の形態の幾つかを詳細に説明する。尚、各実施の形態に用いる図面において、同一の構成要素は同一の符号を付し、かつ重複する説明は可能な限り省略する。
【００２１】
〈実施の形態１〉
実施の形態１では無線受信装置について説明する。図１は、本発明の実施の形態１に係るアレイアンテナ受信装置の構成を示すブロック図である。実施の形態１に係るアレイアンテナ受信装置は、ＯＦＤＭ(Orthogonal Frequency Division Multiple：直交周波数分割多重)信号を用いて通信を行うアダプティブアレイアンテナ方式の受信装置であって、複数の無線受信ユニット１１０と、ベースバンド部１２０と、受信系選択部１３１と、基準信号送信系１３２とを備えた構成となっている。
【００２２】
また、複数の無線受信ユニット１１０は、それぞれ、アンテナ部１１１、信号多重部１１２及び無線受信系１１３を備えている。さらに、ベースバンド部１２０は、ＯＦＤＭ信号について時間−周波数変換処理を行うＦＦＴ部１２１と、誤差の補正を行う誤差補正部１２２と、信号の到来方向推定等を行うアレイ処理部１２３と、受信信号復調部１２４と、基準信号復調部１２５と、それぞれの受信信号における振幅及び位相の誤差を算出する無線系間誤差算出部１２６と、基準信号発生部１２７とを備えている。なお、ＦＦＴ部１２１、誤差補正部１２２、及び基準信号復調部１２５は、それぞれ、無線受信ユニット１１０の数と同数を備えている。
【００２３】
複数のアンテナ部１１１の各々は通信相手から送信された無線信号を受信する。また、複数のアンテナ部１１１が規則的に配置されることによりアレイアンテナが構成される。信号多重部１１２は、方向性結合器や合成器等によって構成され、アンテナ部１１１から入力される受信信号に対して、基準信号発生部１２７で生成されて基準信号送信系１３２でアップコンバートやレベル調整された基準信号を多重化する。なお、信号多重部１１２は、基準信号がアンテナ部１１１側に流入しないように、基準信号を遮断できるバンドパスフィルタ等を備えることが望ましい。無線受信系１１３は、低雑音増幅器、ミキサー、及び減衰器などで構成され、受信信号の増幅、周波数変換、及び利得調整などを行う。
【００２４】
ベースバンド部１２０においては、ＦＦＴ部１２１は各受信信号を時間−周波数変換処理するためのＦＦＴ回路を備えている。また、基準信号復調部１２５は受信信号に多重化されている基準信号の振幅及び位相を検知する復調回路を備えている。さらに、複数の無線系間誤差算出部１２６は、各基準信号復調部１２５で検知されたそれぞれの基準信号の振幅・位相情報を比較することによって、無線受信系１１３によって受信信号に与えられた各無線系間の振幅及び位相誤差から各信号での補正値を算出する算出回路を備えている。
【００２５】
誤差補正部１２２は、無線系間誤差算出部１２６で算出された誤差補正値を元に各受信信号における振幅及び位相の誤差を補正する重み付け回路を備えている。アレイ処理部１２３は、アレイアンテナの指向性を制御するために、受信信号から到来方向推定や干渉波抑圧等の信号処理を行う信号処理回路を備えている。また、受信信号復調部１２４は、通信で使用されている信号について逆拡散や復調などを行う復調回路を備えている。上記の各回路は、ベースバンド部１２０を構成している一部であり、それぞれの回路についてはＡＳＩＣやＦＰＧＡなどのディジタル信号処理回路で実現することができる。
【００２６】
また、受信系選択部１３１は、半導体スイッチ等によって構成され、複数の無線受信系の中から適宜又は周期的に所望の無線受信系を選択し、選択された無線受信系に対応する信号多重部１１２へ基準信号を出力する。基準信号発生部１２７は、クロック発信器等を備えていて所定の周波数及び振幅の基準信号を発生させる。基準信号送信系１３２は、増幅器、ミキサー、あるいは減衰器などで構成され、基準信号発生部１２７から入力されてくる基準信号に対して、増幅、周波数変換、及び利得調整などを行う。
【００２７】
次に、図１に示す実施の形態１に係るアレイアンテナ受信装置の動作について説明する。アンテナ部１１１によって受信された受信信号は信号多重部１１２に入力される。また、基準信号発生部１２７は、各サブキャリア周波数と直交周波数の関係になる周波数になるように、クロック発生器等により振幅及び位相が既知となる基準信号を発生し、この基準信号を基準信号送信系１３２へ送信する。この際の周波数に関しては、あらかじめ基準信号を多重化するために設定したサブキャリアの周波数でもよいし、通信で使用していない周波数でもよい。基準信号送信系１３２は、周波数変換や利得調整といった処理を行って受信系選択部１３１へ基準信号を送信する。
【００２８】
受信系選択部１３１は、ベースバンド部１２０により指定された無線受信ユニット１１０もしくは周期的に各無線受信ユニット１１０を選択しており、選択された無線受信ユニット１１０の信号多重部１１２へ基準信号を送信する。すると、信号多重部１１２は、アンテナ部１１１から入力された受信信号と受信系選択部１３１から入力された基準信号とを多重化し、この多重化受信信号を無線受信系１１３へ送信する。さらに、無線受信系１１３は周波数変換や利得調整等の処理を行ってベースバンド部１２０へ受信信号を送信する。
【００２９】
ベースバンド部１２０においては、受信信号を各サブキャリアで処理できるようにＦＦＴ部１２１が時間−周波数変換処理を行う。ＦＦＴ部１２１で時間―周波数変換処理を行われた各サブキャリアの内、基準信号のサブキャリアは基準信号復調部１２５へ送信され、基準信号以外のサブキャリアは誤差補正部１２２へ送信される。基準信号復調部１２５は、基準信号のサブキャリアを復調し、振幅及び位相の値を検出する。そして、検出された振幅及び位相の値は無線系間誤差算出部１２６へ送信される。無線系間誤差算出部１２６には、各無線受信ユニットを通過してきた受信信号に多重化された基準信号の振幅及び位相の値が入力される。そして、無線系間誤差算出部１２６は、各基準信号の振幅及び位相の値を比較し、各無線受信ユニットによって与えられた受信信号の誤差を検出する。さらに、無線系間誤差算出部１２６は、検出された誤差値より各受信信号の振幅及び位相の誤差補正値を算出し、この誤差補正値を誤差補正部１２２へ送信する。
【００３０】
誤差補正部１２２は、誤差補正値にしたがって各受信信号の振幅及び位相を調整し、アレイ処理部１２３へ送信する。アレイ処理部１２３は、各受信信号について到来方向推定等のアレイアンテナの指向性制御を行うための信号処理を実行し、受信信号復調部１２４へ送信する。受信信号復調部１２４は各サブキャリアの信号について復調処理を行う。この際に各サブキャリア同士の周波数は、直交周波数の関係を持っており、元々多重化されていた基準信号も同様となっているため、サブキャリア間での干渉は起こらず、基準信号の干渉による通信品質の劣化はない。
【００３１】
このように、実施の形態１に係るアレイアンテナ受信装置によれば、無線受信系１１３によって与えられる振幅及び位相の誤差を算出するために、信号多重部１１２が受信信号に対して基準信号を多重化する。その際の基準信号の周波数は、受信信号内の他のサブキャリアに対して、直交周波数の関係となるような周波数とする。これによって、基準信号は受信信号に対する干渉波とならないため、通信品質を劣化させることなく受信信号の校正を高精度に行うことができる。
【００３２】
なお、実施の形態１に係るアレイアンテナ受信装置を次のように応用したり変形したりしてもよい。すなわち、実施の形態１では、基準信号のサブキャリア数について言及はしなかったが、複数本のサブキャリアを基準信号として発生させ、それぞれについて誤差値を算出することによって、広帯域の信号においても高い精度の校正を行うことができる。また、実施の形態１では、各受信信号に多重化された基準信号を比較することによって、各受信信号の誤差を算出しているが、基準信号発生部１２７から発生している基準信号と、各受信信号に多重化された基準信号を比較しても同様の効果が得られる。また、実施の形態１では、各受信信号に多重化する基準信号は信号帯域内として説明を行ったが、信号帯域内ではなくＦＦＴ部１２１にて時間−周波数変換ができる帯域内であって、受信信号の各サブキャリアと直交周波数の関係の周波数であれば同様の効果が得られる。
【００３３】
〈実施の形態２〉
実施の形態２も無線受信装置について説明する。図２は、本発明の実施の形態２に係るアレイアンテナ受信装置の構成を示すブロック図である。実施の形態２に係るアレイアンテナ受信装置は、実施の形態１におけるアレイアンテナ受信装置のベースバンド部１２０に回線推定部２２１を付加した構成となっている。したがって、実施の形態２ではベースバンド部２２０というように符号を変えて表示されている。
【００３４】
実施の形態２に係るアレイアンテナ受信装置のその他の構成要素は、実施の形態１におけるアレイアンテナ受信装置の構成要素と同じ機能を発揮する。したがって、このような同じ機能を発揮する構成要素については、実施の形態１と同一の符号を付してその説明を省略する。
【００３５】
図３は、図２に示すアレイアンテナ受信装置の構成において端末から基地局へ送信される信号の波形図である。したがって、図２の構成図及び図３の波形図を用いてアレイアンテナ受信装置の動作を説明する。回線推定部２２１は、ＦＦＴ部１２１から出力された各サブキャリア信号について、その振幅及び位相から、周波数フェージングの状況を解析する。
【００３６】
すなわち、図３に示すように、端末から送信された（ａ）に示すような送信信号は、伝搬路におけるマルチパス等の影響によって帯域内の受信電界レベルが変動する。そのような場合には、基地局が受信する信号は、（ｂ）に示すような周波数フェージングの影響によって、極端に受信電界レベルが低いサブキャリア信号が存在することがある。このようなサブキャリア信号に乗せられている情報は基地局では受信することができない。ＯＦＤＭ信号のようなマルチキャリア信号においては、各サブキャリア信号における振幅及び位相から、そのフェージングの状況を知ることができる。そこで、回線推定部２２１においてこのデータが受信できないほど受信電界レベルの低いサブキャリア信号を特定し、基準信号発生部１２７へその回線推定値を送信する。
【００３７】
基準信号発生部１２７は、受信した回線推定値からその受信信号レベルの低いサブキャリア周波数に基準信号の周波数を設定して、（ｄ）に示すような基準信号を発生させる。これにより、（ｃ）に示す受信信号に多重化される（ｄ）の基準信号は、（ｅ）に示すように、受信信号の中でデータが受信できないほど受信電界レベルが小さいサブキャリア信号に多重化される。元々、この受信信号のデータは受信できないため、全体のスループットに対して基準信号を多重することによる影響はない。また、基準信号に対して受信信号の同じ周波数のサブキャリアは非常にレベルが小さく、校正の精度に影響も与えない。
【００３８】
以上のように、実施の形態２のアレイアンテナ受信装置によれば、受信信号のサブキャリア信号の内、受信電界レベルの低いサブキャリア信号に基準信号を多重化することにより、通信中においてもデータのスループットの低下がなく、精度のよい校正を行うことができる。
【００３９】
〈実施の形態３〉
実施の形態３も無線受信装置について説明する。図４は、本発明の実施の形態３に係るアレイアンテナ受信装置の構成を示すブロック図である。実施の形態３に係るアレイアンテナ受信装置は、実施の形態２におけるアレイアンテナ受信装置におけるベースバンド部２２０に平均化処理部３２１を付加した構成となっている。したがって、実施の形態３ではベースバンド部３２０というように符号を変えて表示されている。
【００４０】
実施の形態３に係るアレイアンテナ受信装置のその他の構成要素は、実施の形態１及び実施の形態２におけるアレイアンテナ受信装置の構成要素と同じ機能を発揮する。したがって、このような同じ機能を発揮する構成要素については、実施の形態１及び実施の形態２と同一の符号を付してその説明を省略する。
【００４１】
図５は、図４に示すアレイアンテナ受信装置の構成において基準信号が多重化される受信信号及び補正値が得られるサブキャリアの波形図である。したがって、実施の形態３におけるアレイアンテナ受信装置の動作については、図４の構成図及び図５の波形図を用いて説明する。
【００４２】
平均化処理部３２１は、ある一定時間の間に無線間誤差算出部１２６で得られる誤差補正値をメモリしておく。一定時間内において周波数フェージングが一定ではない場合は、図５の（ａ）、（ｂ）に示すように周波数フェージングの周波数特性が変わり、受信電界レベルの小さいサブキャリアも変わる。そのような中で例えば４つの基準信号による誤差補正値を取得すると、図５の（ｃ）に示すように、異なる周波数のサブキャリアの誤差補正値が４つ得られる。広帯域信号になると、その信号帯域内で振幅及び位相に周波数特性を持つため、各無線受信系の部品や環境条件によって周波数特性にも差が生じる。そこで、４つの誤差補正値を用いて周波数方向に平均化を行うことで、誤差補正値のない別のサブキャリアについても誤差補正値を得ることができ、広帯域信号内の周波数特性の偏差も含めた校正を行うことが可能となる。
【００４３】
以上のように、実施の形態３に係るアレイアンテナ受信装置によれば、ある一定時間内でフェージングの変動により受信電界強度の小さいサブキャリアは変動するため、上記のような校正方法によって得られる誤差値も複数のサブキャリアについて得ることができる。このようにして複数の誤差値を用いることによって、広帯域の信号においても周波数方向へ誤差値を平均化して校正が可能となるため、高精度に校正を行うことができる。
【００４４】
〈実施の形態４〉
実施の形態４では無線送信装置について説明する。図６は、本発明の実施の形態４に係るアレイアンテナ送信装置の構成を示すブロック図である。実施の形態４に係るアレイアンテナ送信装置は、ＯＦＤＭ信号を用いて通信を行うアダプティブアレイアンテナ方式の送信装置であって、複数の無線送信ユニット４１０と、ベースバンド部４２０と、送信系選択部４３１と、基準信号受信系４３２とを備えた構成となっている。また、複数の無線送信ユニット４１０は、それぞれ、アンテナ部４１１、信号分離部４１２、及び無線送信系４１３を備えている。
【００４５】
また、ベースバンド部４２０は、送信信号変調部４２４と、基準信号発生部４２５と、送信信号の周波数−時間変換処理を行うＩＦＦＴ部４２３と、送信信号の振幅及び位相に重み付けを行うアレイ処理部４２２と、送信信号に与えられる振幅及び位相の誤差を補正する誤差補正部４２１と、基準信号が多重化された送信信号について時間−周波数変換処理を行うＦＦＴ部４２７と、基準信号を復調する基準信号復調部４２８と、無線系間誤差を算出する無線系間誤差算出部４２６とを備えた構成となっている。
【００４６】
ベースバンド部４２０においては、送信信号変調部４２４は、データを複数のサブキャリアに振り分け、サブキャリアごとに拡散等の処理を行う変調回路を備えている。基準信号発生部４２５は、クロック発信器等を備えていて所定の周波数及び振幅の基準信号を発生させる。ＩＦＦＴ部４２３は、送信信号変調部４２４から入力されたサブキャリア毎の信号になっている送信信号について周波数−時間変換処理を行うＩＦＦＴ回路を備えている。
【００４７】
アレイ処理部４２２は、送信信号を各無線送信ユニットへ分配し、それぞれアレイアンテナの指向性制御に応じて振幅及び位相の重み付けを行う重み付け回路を備えている。ＦＦＴ部４２７は、送信信号を時間−周波変換処理を行う変換処理回路を備えている。無線系間誤差算出部４２６は、基準信号復調部４２８より得られた各送信信号に多重化された基準信号の位相情報から、各無線送信系おける振幅及び位相誤差を算出する機能を備えている。誤差補正部４２１は、無線系間誤差算出部４２６にて算出された誤差補正値によって各無線送信系に送る送信信号の振幅及び位相の補正を行う重み付け回路を備えている。上記の各回路は、ベースバンド部４２０を構成する一部の回路であり、ＡＳＩＣやＦＰＧＡなどのディジタル信号処理回路によって実現することができる。
【００４８】
無線送信系４１３は、増幅器、ミキサー等で構成され、送信信号の増幅、周波数変換及び利得調整等を行う。信号分離部４１２は、方向性結合器や分配器等によって構成され、無線送信系４１３から入力されてくる送信信号から、その送信信号を分配もしくは一部を取り出してアンテナ部４１１及び送信系選択部４３１へ送信する。アンテナ部４１１は無線信号を送信する。なお、複数のアンテナ部４１１が規則的に配置されることによってアレイアンテナが構成されている。
【００４９】
また、送信系選択部４３１は、半導体スイッチ等によって構成され、複数の無線送信ユニットの中から適宜又は周期的に選択し、選択された無線受信系の信号分離部４１２から送信信号もしくはその一部が入力される。基準信号受信系４３２は、増幅器、ミキサー、減衰器等によって構成され、送信系選択部４３１から入力されてくる信号に対して増幅、周波数変換、利得調整などを行う。
【００５０】
次に、図６に示す実施の形態４に係るアレイアンテナ送信装置の動作について説明する。送信信号変調部４２４は、データを各サブキャリアに分けて拡散等の変調処理を行いＩＦＦＴ部４２３へ送る。また、基準信号発生部４２５は、使用しないサブキャリアの周波数に既値の振幅及び位相のパイロット信号を発生させてＩＦＦＴ部４２３へ送る。すると、ＩＦＦＴ部４２３は、送信信号と基準信号都について周波数−時間変換処理を行うことにより、複数のサブキャリアになっている信号を一つの信号に変換してアレイ処理部４２２へ送る。
【００５１】
アレイ処理部４２２は、各無線送信ユニット４１０へ送信信号を分配し、所望のアンテナ指向性を得るように各送信信号の振幅及び位相に重み付けを行う。そして、アレイ処理部４２２で重み付けされた信号は誤差補正部４２１へ入力される。なお、補正値がない初期段階では、信号には補正をかけずにそのままの信号を各無線送信系４１３へ送る。
【００５２】
各無線送信系４１３は、送信信号について周波数変換、利得調整、及び増幅を行い、信号分離部４１２へ送信する。送信系選択部４３１は、ベースバンド部４２０の制御もしくは周期的に選択された無線送信ユニット４１０の信号分離部４１２に接続されている。信号分離部４１２は、送信信号を二つに分配して送信系選択部４３１及びアンテナ部４１１へ送り、アンテナ部４１１が送信信号を放射する。この場合、各無線送信ユニット４１０から放射される送信信号は振幅及び位相の重み付けがなされており、アレイアンテナによって所定の指向性になっている。
【００５３】
送信系選択部４３１に入力された信号は、基準信号受信系４３２に送られて、周波数変換、増幅、利得調整等の処理が行われ、ＦＦＴ部４２７へ送られる。ＦＦＴ部４２７は、基準信号受信系４３２を通過した送信信号を時間−周波数変換し、各サブキャリアの信号を取り出す。これらのサブキャリア信号のうち、基準信号のあるサブキャリアのみを基準信号復調部４２８へ送り、基準信号の振幅及び位相を検知してメモリする。基準信号復調部４２８は、基準信号のサブキャリアを復調し、振幅及び位相の値を検出する。そして、検出された振幅及び位相の値は無線系間誤差算出部４２６へ送信される。送信系選択部４３１は、全ての無線送信ユニットについて同様の動作を繰り返し、各送信信号に多重化された基準信号の振幅及び位相を検知してメモリしておく。
【００５４】
無線系間誤差算出部４２６は、メモリされていた各基準信号の振幅及び位相を比較し、その差を算出する。そして、この差を元に各無線送信ユニット４１０における誤差補正値を算出して誤差補正部４２１に送る。誤差補正部４２１は誤差補正値を元に各送信信号における振幅及び位相の重み付けを調整する。調整された送信信号はアンテナ部４１１より放射された際に正確な振幅及び位相の重み付けがなされているので、所望のアンテナ指向性を得ることができる。
【００５５】
このように、実施の形態４に係るアレイアンテナ送信装置によれば、無線送信系によって与えられる振幅及び位相誤差を算出するために送信信号に基準信号を多重化する。その際の基準信号の周波数は、送信信号内の他のサブキャリアに対して、直交周波数の関係となるような周波数とすることで、送信信号に対する干渉波とならないため、通信品質の劣化なく、送信信号の校正を高精度に行うことができる。また、送信信号内の基準信号のみ復調して振幅及び位相を検知すればよいため、復調回路の規模を小型化することができる。
【００５６】
なお、実施の形態４に係るアレイアンテナ送信装置を、以下のように応用したり、変形したりすることもできる。実施の形態４では、基準信号のサブキャリア数について言及しなかったが、複数本のサブキャリアを基準信号として発生させ、それぞれについて誤差値を算出することによって、広帯域の信号においても高い精度の校正を行うことができる。また、実施の形態４では、各送信信号に多重化された基準信号を比較することによって、各送信信号の誤差を算出しているが、基準信号発生部４２５から発生している基準信号と、各送信信号に多重化された基準信号を比較しても同様の効果が得られる。また、実施の形態４では、各送信信号の一部を信号分離部４１２で取り出しているが、フィルタ等を用いて基準信号のみを信号分離部４１２にて取り出しても同様の効果が得られる。
【００５７】
〈実施の形態５〉
実施の形態５も無線送信装置について説明する。図７は、本発明の実施の形態５に係るアレイアンテナ送信装置の構成を示すブロック図である。実施の形態５に係るアレイアンテナ送信装置が、実施の形態４におけるアレイアンテナ送信装置と異なるところは、アンテナ部５１１と無線受信系５１２を有する無線受信ユニット５１０が付加されていることと、ベースバンド部５２０に受信信号処理部５２１が付加されているところである。したがって、図７のアレイアンテナ送信装置では、ベースバンド部５２０というように符号が変えてある。なお、図７に示すアレイアンテナ送信装置は、無線受信ユニット５１０と一つの無線基地局を構成するものである。また、端末と無線基地局の関係は反対であってもよい。実施の形態５に係るアレイアンテナ送信装置の構成要素の多くは、実施の形態４におけるアレイアンテナ送信装置の構成要素と同じ機能を発揮する。そこで、このような同じ機能を発揮する構成要素については、同一の符号を付してその説明を省略する。
【００５８】
図７において、無線受信系５１２は、増幅器、ミキサー、可変減衰器などで構成され、受信信号の増幅、周波数変換、及び利得調整などを行う。受信信号処理部５２１は、受信信号の同期検波や復調を行い、データ等の情報を取り出す。この受信信号処理部５２１はベースバンド部５２０を構成する一回路であり、ＡＳＩＣやＦＰＧＡなどのディジタル信号処理回路で構成される。
【００５９】
次に、以上のように構成されたアレイアンテナ送信装置についてその動作を説明する。送信信号を受けた端末では、その端末における受信信号の各サブキャリアにおける受信電界強度の情報を端末の送信信号に乗せて送信する。無線受信ユニット５１０のアンテナ部５１１がその信号を受信し、無線受信系５１２が、増幅、周波数変換、及び利得調整等の処理を行い、受信信号処理部５２１へ送信する。受信信号処理部５２１は、受信された信号を復調し、端末で乗せられた各サブキャリアの受信電界強度情報を、送信信号変調部４２４及び基準信号発生部４２５へ送信する。送信信号変調部４２４は、端末において電界強度の低いサブキャリアではデータを送信しないこととし、その他のサブキャリアにてデータを送信する。これによりデータのスループットは低下しない。その際に、基準信号発生部４２５ではデータの送信に使用しないサブキャリアにパイロット信号を発生させ、送信信号に多重化する。この基準信号を用いて各送信信号の校正を高精度に行うことができる。
【００６０】
以上のように、実施の形態５のアレイアンテナ送信装置によれば、送信信号のサブキャリアのうちに使用しないサブキャリアがある場合は、その使用しないサブキャリアに基準信号を発生させて送信信号に多重化することにより、基準信号のためのサブキャリアを設ける必要がなくなり、通信中においてもデータのスループットの低下がなく、高精度に校正を行うことができる。
【００６１】
なお、実施の形態５に係るアレイアンテナ送信装置を以下のように応用したり変形したりしてよい。実施の形態５では、無線受信ユニット５１０のアンテナ部５１１を単独の校正で説明したが、アンテナ共用器やスイッチを用いて無線送信ユニット４１０のアンテナ部４１１と共用してもよい。また、実施の形態５では、送信信号と受信信号の周波数帯が違う場合の説明を行ったが、例えば受信信号もＯＦＤＭ信号であり、同じ周波数帯を用いるＴＤＤ通方式の通信を行う場合は、受信信号処理部５２１にて、各サブキャリアの受信電界強度を検出し、その情報に基づいて基準信号を発生するサブキャリアを決定してもよい。
【００６２】
〈実施の形態６〉
実施の形態６も無線送信装置について説明する。図８は、本発明の実施の形態６に係るアレイアンテナ送信装置の構成を示すブロック図である。実施の形態６に係るアレイアンテナ送信装置は、実施の形態５におけるアレイアンテナ送信装置のベースバンド部５２０に平均化処理部６２１を付加したものである。したがって、実施の形態６に係るアレイアンテナ受信装置ではベースバンド部６２０というように符号が変えてある。その他の構成要素は実施の形態５におけるアレイアンテナ送信装置の構成要素と同じ機能を発揮する。したがって、このような同じ機能を発揮する構成要素については、同一の符号を付してその説明を省略する。
【００６３】
次に、図８に示す実施の形態６のアレイアンテナ送信装置についてその動作を説明する。平均化処理部６２１は、ある一定時間の間に無線間誤差算出部４２６で得られる誤差補正値をメモリしておく。一定時間内において端末における各サブキャリアの受信電界強度が一定ではない場合は、データを送信しないサブキャリアも一定ではなく信号帯域内において複数のサブキャリアとなる。そのような中で例えば４つの誤差補正値を取得すると、異なる周波数のサブキャリアの誤差補正値が４つ得られる。広帯域信号になると、その信号帯域内で振幅及び位相に周波数特性を持つため、各無線送信系の部品や環境条件によって周波数特性にも差が生じる。そこで４つの補正値を用いて周波数方向に平均化を行うことで、補正値のない別のサブキャリアについても補正値を得ることができ、広帯域信号内の周波数特性の偏差も含めた高精度な校正を行うことができる。
【００６４】
以上のように、実施の形態６に係るアレイアンテナ送信装置によれば、ある一定時間内で基準信号を発生するサブキャリアを、端末における各サブキャリアの受信電界強度に基づいて変化させることで、複数のサブキャリアについて誤差補正値を得ることができる。この複数の誤差値を用いることによって、広帯域の信号においても周波数方向へ誤差値を平均化して校正を行うことが可能となるため、高精度な校正を行うことができる。
【産業上の利用可能性】
【００６５】
本発明にかかるアレイアンテナ送受信装置の校正方法は、マルチキャリア信号に多重化する基準信号の周波数を、各サブキャリアと直交周波数の関係として多重化することにより、基準信号が多重化された信号について、基準信号が送受信信号の雑音となって校正精度を低下させる問題を回避する必要のあるアレイアンテナ方式の無線送受信装置や送受信信号の校正方法などの用途に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１】本発明の実施の形態１に係るアレイアンテナ受信装置の構成を示すブロック図
【図２】本発明の実施の形態２に係るアレイアンテナ受信装置の構成を示すブロック図
【図３】図２に示すアレイアンテナ受信装置の構成において端末から基地局へ送信される信号の波形図
【図４】本発明の実施の形態３に係るアレイアンテナ受信装置の構成を示すブロック図
【図５】図４に示すアレイアンテナ受信装置の構成において基準信号が多重化される受信信号及び補正値が得られるサブキャリアの波形図
【図６】本発明の実施の形態４に係るアレイアンテナ送信装置の構成を示すブロック図
【図７】本発明の実施の形態５に係るアレイアンテナ送信装置の構成を示すブロック図
【図８】本発明の実施の形態６に係るアレイアンテナ送信装置の構成を示すブロック図
【符号の説明】
【００６７】
１１０  無線受信ユニット
１１１  アンテナ部
１１２  信号多重部
１１３  無線受信系
１２０、２２０、３２０、４２０、５２０、６２０  ベースバンド部
１２１  ＦＦＴ部
１２２  誤差補正部
１２３  アレイ処理部
１２４  受信信号復調部
１２５  基準信号復調部
１２６  無線系間誤差算出部
１２７  基準信号発生部
１３１  受信系選択部
１３２  基準信号送信系
２２１  回線推定部
３２１  平均化処理部
４１０  無線送信ユニット
４１１  アンテナ部
４１２  信号分離部
４１３  無線送信系
４２１  誤差補正部
４２２  アレイ処理部
４２３  ＩＦＦＴ部
４２４  送信信号変調部
４２５  基準信号発生部
４２６  無線系間誤差算出部
５２１  受信信号処理部
５１０  無線受信ユニット
５１２  無線受信系
６２１  平均化処理部
【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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