(57)【要約】本発明は、複数のアンテナを含み、直交周波数分割多重（ＯＦＤＭ）および時分割複信（ＴＤＤ）モードで動作する基地局を較正する方法を提供する。方法の一実施形態は、ＴＤＤ無線通信システムにおいて、順方向リンク・トラフィック・データを目標モバイル装置にビーム・ステアリングするための複数のアンテナを備える基地局を較正する方法を含む。各アンテナは、受信経路と送信経路の間で切り換えるように構成された送信／受信スイッチを通じて、対応する無線機に接続される。方法は、第１の無線機と第２の無線機とに結合された第１のクロスオーバ・ケーブルを通じて、第１の無線機から第１の信号を送信するステップであって、それにより第１の信号は第２の無線機によって受信されるようになる、ステップを含む。方法はまた、第１と第２の無線機の間に結合された第２のクロスオーバ・ケーブルを通じて、第２の無線機から第２の信号を送信するステップであって、それにより第２の信号は第１の無線機によって受信されるようになる、ステップを含む。方法はさらに、第１または第２の信号のうちの少なくとも１つに基づいて、第２の無線機から送信されるトラフィック信号に適用することができる相対重みを求めるステップを含む。
2011521592.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
時分割複信（ＴＤＤ）無線通信システムにおいて順方向リンク・トラフィック・データを目標モバイル装置にビーム・ステアリングする複数のアンテナを備える基地局を較正する方法であって、各アンテナは、受信経路と送信経路の間で切り換えるように構成された送信／受信スイッチを通じて対応する無線機に接続され、前記方法が、
第１の無線機と第２の無線機とに結合された第１のクロスオーバ・ケーブルを通じて、前記第１の無線機から第１の信号を送信するステップを含み、前記第１の信号は前記第２の無線機によって受信され、さらに、
前記第１と第２の無線機の間に結合された第２のクロスオーバ・ケーブルを通じて、前記第２の無線機から第２の信号を送信するステップを含み、前記第２の信号は前記第１の無線機によって受信され、さらに、
前記第１または第２の信号のうちの少なくとも１つに基づいて、前記第２の無線機から送信されるトラフィック信号に適用することができる相対重みを求めるステップとを含む、方法。
【請求項２】
前記第１の信号を送信するステップが、第１のパイロット信号チャネル上のパイロット信号または既知の内容の較正信号のうちの少なくとも１つを送信するステップを含み、前記第２の信号を送信するステップが、第２のパイロット信号チャネル上のパイロット信号または既知の内容の較正信号のうちの少なくとも１つを送信するステップを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記第１のクロスオーバ・ケーブル上に前記第１の信号を送信するステップが、第１のクロスオーバ・ケーブル上に前記第１の信号を送信するステップを含み、前記第１のクロスオーバ・ケーブルは、方向性結合器を通じて前記第１の無線機の電力増幅器の出力で前記第１の無線機に関連する送信経路と結合され、そして、方向性結合器を通じて前記第２の無線機の低雑音増幅器の入力で前記第２の無線機に関連する受信経路と結合され、前記第２のクロスオーバ・ケーブル上に前記第２の信号を送信するステップが、第２のクロスオーバ・ケーブル上に前記第２の信号を送信するステップを含み、前記第２のクロスオーバ・ケーブルは、方向性結合器を通じて前記第２の無線機の電力増幅器の出力で前記第２の無線機に関連する送信経路と接続し、そして、方向性結合器を通じて前記第１の無線機の低雑音増幅器の入力で前記第１の無線機に関連する受信経路と接続され、前記第１および第２の信号を送信するステップが、第１および第２の長さが一致するクロスオーバ・ケーブル上に前記第１および第２の信号を送信するステップを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記相対重みを求めるステップが、前記第１の無線機に関連する前記送信経路の利得と前記第２の無線機に関連する前記受信経路の利得との第１の積を求めるステップを含み、前記相対重みを求めるステップが、前記第２の無線機に関連する前記送信経路の利得と前記第１の無線機に関連する前記受信経路の利得との第２の積を求めるステップを含み、前記相対重みを求めるステップが、前記第１の積と前記第２の積の第１の比率の関数として前記相対重みを求めるステップを含み、前記基地局が、各アンテナと、各無線機の前記受信経路および送信経路に接続された対応する送信／受信スイッチとの間に接続されたＲＦケーブルとを備え、前記方法は、それぞれ前記第１および第２のアンテナを用いた送信のために前記第１および第２の無線機によって発生される信号に適用される第２の相対重みを求めるステップを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記第２の相対重みを求めるステップが、前記第１のアンテナに接続された第１のＲＦケーブルの利得と前記第１の無線機の前記受信経路の利得との第３の積を求めるステップを含む、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記第２の相対重みを求めるステップが、前記第２のアンテナに接続された第２のＲＦケーブルの利得と前記第２の無線機の前記受信経路の利得との第４の積を求めるステップを含む、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記第２の相対重みを求めるステップが、前記第３の積と前記第４の積の第２の比率に基づいて前記第２の相対重みを求めるステップを含み、前記第２の相対重みを求めるステップが、前記第１の比率と前記第２の比率との積に基づいて前記第２の相対重みを求めるステップを含み、前記第２の相対重みを求めるステップが、前記第１および第２の無線機によって発生される共通ブロードキャスト信号に適用される第２の相対重みを求めるステップを含み、前記第２の相対重みを求めるステップが、基地局内の単一トーン発生器またはマルチトーン発生器によって前記第１および第２のアンテナに供給される信号に基づいて前記第２の相対重みを求めるステップを含む、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記複数のアンテナによる送信のために複数の無線機によって発生される信号に適用される複数の第１の相対重みを求めるステップを含み、前記複数の無線機は、デージー・チェーン構成または並列構成のうちの少なくとも１つにて結合される、請求項４に記載の方法。
【請求項９】
前記複数のアンテナによる送信のために前記複数の無線機によって発生される信号に適用される、複数の第２の相対重みを求めるステップを含む、請求項８に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に通信システムに関し、より詳細には無線通信システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
無線通信システムは通常、セルまたはセルのセクタなどの地理的エリアをカバーするために無線接続性をもたらす基地局を含む。基地局は、無線インターフェースを通してセルまたはセクタ内のモバイル・ユニットと通信する。無線インターフェースは、基地局からモバイル・ユニットへのダウンリンク（または順方向リンク）通信、およびモバイル・ユニットから基地局へのアップリンク（または逆方向リンク）通信をサポートする。アップリンクおよびダウンリンク通信は、対応するアップリンクおよびダウンリンク・チャネルを用い、これらは、キャリア周波数、変調、符号化、周波数／時間多重化、複数アンテナ技術、またはそれらの組み合わせを用いることによって実現することができる。アップリンクおよび／またはダウンリンク・チャネルを規定するために用いられる標準およびプロトコルの例としては、時分割多元接続（ＴＤＭＡ）、周波数分割多元接続（ＦＤＭＡ）、多入力多出力（ＭＩＭＯ）、符号分割多元接続（ＣＤＭＡ）、直交周波数分割多元接続（ＯＦＤＭＡ）、空間分割多元接続（ＳＤＭＡ）、シングルキャリア周波数分割多元接続（ＳＣ−ＦＤＭＡ）などが含まれる。
【０００３】
順方向リンクにおいて目標モバイル装置の方へビームを向け、基地局によって扱われるセクタのカバレージ・エリアを制御するために、アンテナアレイを用いることができる。たとえば、アンテナアレイのビーム幅の制御（たとえば、ビーム形成）、およびアンテナ主ローブの指向方向の制御（たとえば、ビーム・ステアリング）のために、近接配置されたアンテナを備えるフェーズドアレイ・システムを用いることができる。基地局は、順方向リンク・トラフィック信号のためのビームを、セクタ内の目標モバイル装置に向け、それによって送信電力を低減し、したがってそのセクタおよび隣接するセクタ内のすべての同一チャネル干渉を低減するためにアンテナアレイを用いることができる。ビーム・ステアリングは、トラフィック情報を含む個々の狭いビームを異なるモバイル装置に方向付けるために用いられるが、基地局からの共通ブロードキャスト・チャネルは、セクタ内のすべてのモバイル装置によって同時に受信され、セクタ・カバレージ全体をカバーするために個々のトラフィック・ビームより広いビーム幅をもたなければならない。共通ブロードキャスト・チャネルのためのビームは固定され、セクタの中心線の方へ向けられる。
【０００４】
アンテナアレイによって送信される共通ブロードキャスト・チャネルのビーム幅は、通常はアレイ内のどの単一のアンテナのビーム幅より狭い。たとえば半波長アンテナ間隔を有するアンテナアレイでは、垂直偏波アンテナのビーム幅は約１１０°であり、一方、交差偏波アンテナのビーム幅は約９０°である。しかし、クローバ形セル・レイアウトを用いて構成される３セクタ基地局の場合の望ましいセクタビーム幅は約６５°である。６５°のビーム幅を有する単一アンテナは市販されているが、このように小さなアンテナ当たりのビーム幅は、近接配置されたアンテナアレイでは実現するのが難しい。近接配置されたアンテナアレイを用いて共通ブロードキャスト・チャネルのための望ましいセクタビーム幅を実現するためには、２つ以上のアンテナを用いてビーム形成によって共通ブロードキャスト・チャネルを狭くすることが必要となる。これはまた、電力増幅器の間で、共通チャネルの送信電力を共有するのに役立つ。要約すると、基地局からモバイル装置への送信のためのビーム形成には２つのタイプがあり、すなわち（１）目標モバイル装置の方へ向けられた、トラフィックおよびモバイル装置固有の情報を含む個々の狭いビーム、（２）セクタ・カバレージの下のすべてのモバイル装置をカバーするようにセクタの中心線の方へ向けられた、共通ブロードキャスト・チャネルを含む、セクタ全域にわたるより広い固定ビームである。
【０００５】
近接配置された複数アンテナを用いてビームを形成するためには、無線機とアンテナの間の経路内のすべてのアンテナ枝路の間で、振幅および位相を等しくするために較正が必要である。アンテナアレイからの放射角は、無線機から出てくるデジタル信号の間の位相差によって決まる。較正は通常は、適切な経路における振幅および位相の差を測定するために較正信号を用いることによって、無線機内でデジタル的に行われる。次いで、経路差を補償するために、受信または送信信号に較正率すなわち重みが適用される。より一般的な周波数分割複信（ＦＤＤ）システムでは、順方向および逆方向リンクでのキャリア周波数は異なる。したがって、順方向リンクと逆方向リンクとで異なる周波数にて別々の較正が行われなければならない。しかし時分割複信（ＴＤＤ）システムでは、順方向リンクと逆方向リンクは、異なる時間スロットを占有することによって同じキャリア周波数を共有する。理想的には、相反定理により、アンテナでの順方向リンク利得と、無線受信器での逆方向リンク利得は、互いに逆数となる。逆方向リンクにおいてモバイル装置から受信された信号の振幅および位相が、無線機によって推定される場合は、振幅および位相は受信された信号の逆数に等しい。
【０００６】
実用的な実装形態では、増幅器の位相応答はユニットごとに変化し、この変化は周波数にも依存し得る。受信経路（低雑音増幅器）と送信経路（電力増幅器）に対して個別の増幅器が用いられるので、相反定理は、すべての枝路に対しては成り立たない。したがって、すべての枝路の間で、送信／受信増幅器ループを較正する必要がある。この較正により、モバイル装置に対するトラフィック信号のための適切なビーム・ステアリングが可能となる。相反定理は、増幅器からアンテナまでは依然として成り立ち、これは主として地上機器からタワーの上部のアンテナまでのＲＦケーブルからなる。したがって、このＲＦケーブル部分に対する較正は、ＴＤＤシステムでのトラフィック信号に対しては必要ない。しかし、共通ブロードキャスト・チャネルを送信するために、固定のビーム形成が必要な場合は、ＲＦケーブル部分の較正が必要となる。放射角は、通常はボアサイトすなわち０°となる。
【０００７】
ＯＦＤＭ  ＴＤＤシステムに対して提案されている１つの較正技術は、基地局でのアンテナアレイ内のアンテナのそれぞれから送信されたパイロット信号の位相および振幅、すなわち複素利得を測定するために、１つのモバイル・ユニット・アンテナを用いる。たとえば、モバイル・ユニットは、無線で基地局から送信された順方向リンク・パイロット・チャネルの複素利得を測定することができる。順方向リンク・パイロット・チャネルは、異なるサブキャリアを用いてパイロットを送信する枝路を識別することができ、それによりアンテナからの信号はモバイル・ユニットによって分離することができる。モバイル・ユニットは、すべての枝路の複素利得を基地局にフィードバックする。一方、基地局は、逆方向リンク信号用のすべての基地局アンテナを通して受信した複素利得を測定する。順方向リンク利得と逆方向リンク利得の比をとることによって、１組の複素較正率が計算される。この１組の較正率は、順方向および逆方向リンクのためのチャネル伝播の無線部分は同じであり、（理論的に）比の計算において相殺するので、ＴＤＤの相反定理により、セクタ内のモバイル装置の位置に無関係となる。各モバイル・ユニットに対する最終的な順方向リンクビーム・ステアリング重みは、較正率に、目標モバイル装置に対する対応する逆方向リンク複素利得を乗算することによって計算される。較正率はモバイル装置の位置に依存しないので、１つのモバイル・ユニットから得られた率は、同じセクタ内の異なる位置の他のモバイル・ユニットに適用することができる。
【０００８】
このモバイル装置支援型の較正方法には、３つの主要な欠点がある。第一に、良好なＲＦ条件にある１つのモバイル・ユニットだけからの利得値が必要であるが、利得情報を基地局に送り返すことができるように、すべてのモバイル・ユニットがフィードバック機能を装備しなければならない。２つ以上のモバイル・ユニットから受信した情報は、冗長となる。第二に、この較正方法は、基地局がボアサイトでの固定ビーム幅共通ブロードキャスト・チャネルを送信できるように、ＲＦケーブルを較正せず、３セクタシステムではビーム幅は通常は６５°となる。第三に、増幅器間の位相および振幅は、広い帯域幅、たとえば２０ＭＨｚにわたって互いにトラッキングすることができない。その結果、帯域幅は小さなサブバンドに分割する必要があり、各サブバンドはより小さな帯域幅にわたって較正されなければならない。
【０００９】
１つの代替の較正方法は、近接配置されたアンテナ間の結合に基づく。この方法では、較正信号は１つのアンテナから送信され、一方、アレイ内の他のアンテナは、送信された較正信号に対応する結合された信号を受信する。結合された信号は、対応する無線受信器によって受信され処理される。較正率は、それぞれの結合された信号の位相および振幅から、アンテナでの対応する結合係数を減算して得られる。したがって較正経路は、すべてのケーブルおよびＲＦ構成要素を含むが、アンテナ結合は含まない。この方法には、２つの欠点がある。第一に、１対のアンテナ間の結合係数が、一定の許容差範囲内で知られていなければならない。残念ながら結合係数は、通常は信頼度良くは分からない。たとえば結合値は、特に高いキャリア周波数において、近距離場条件および製造精度に対する高い感受性により、ユニットごとに大きく変化し得る。さらに結合値は、経時的な劣化、および気象条件、および／または他の影響によって変化し得る。結合値の変動は、較正の精度を損ない得る。製造プロセスにおいて、アンテナアレイ・ユニット間の結合の整合が必要となる。第二に、他のアンテナが受信モードにある一方で、アンテナのうちの１つが送信モードになければならない。その結果、較正プロセスの間はビーム・ステアリングは中断されることになる。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本開示の主題は、上述の問題の１つまたは複数の影響に対処することを対象とする。以下に、本開示の主題のいくつかの態様の基本的な理解を得るために、本開示の主題の簡略化した概要を述べる。この概要は、本開示の主題の網羅的な概観ではない。これは、本開示の主題の主要なまたは決定的に重要な要素を明らかにするものではなく、本開示の主題の範囲を概説するものでもない。その唯一の目的は、後に論じられる、より詳細な説明の序文としていくつかの概念を簡略化した形で示すことである。
【００１１】
一実施形態では、複数のアンテナを含み、ＯＦＤＭ  ＴＤＤモードで動作する基地局を較正する方法が提供される。方法の一実施形態は、ＴＤＤ無線通信システムにおいて、順方向リンク・トラフィック・データを目標モバイル装置にビーム・ステアリングするための複数のアンテナを備える基地局を較正する方法を含む。各アンテナは、受信経路と送信経路の間で切り換えるように構成された送信／受信スイッチを通じて、対応する無線機に接続される。方法は、第１の無線機と第２の無線機とに結合された第１のクロスオーバ・ケーブルを通じて、第１の無線機から第１の信号を送信するステップであって、それにより第１の信号は第２の無線機によって受信されるようになる、ステップを含む。方法はまた、第１と第２の無線機の間に結合された第２のクロスオーバ・ケーブルを通じて、第２の無線機から第２の信号を送信するステップであって、それにより第２の信号は第１の無線機によって受信されるようになる、ステップを含む。方法はさらに、第１または第２のうちの信号の少なくとも１つに基づいて、第２の無線機から送信されるトラフィック信号に適用することができる相対重みを求めるステップを含む。
【００１２】
本開示の主題は、同じ参照番号は同じ要素を示す添付の図面と併せ読まれる以下の説明を参照することによって理解することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】２つのアンテナを有するアンテナアレイを用いて無線通信をサポートする基地局の第１の例示的実施形態を概念的に示す図である。
【図２】デージー・チェーン較正構成にて４つのアンテナを有するアンテナアレイを用いて無線通信をサポートする基地局の第２の例示的実施形態を概念的に示す図である。
【図３】並列較正構成にて４つのアンテナを有するアンテナアレイを用いて無線通信をサポートする基地局の第３の例示的実施形態を概念的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本開示の主題は、様々な変更および代替形が可能であるが、その特定の実施形態が図面に例として示され、本明細書に詳細に述べられる。しかし、本明細書での特定の実施形態の説明は、本開示の主題を開示された具体的な形に限定するものではなく、これに反してすべての変更形態、等価形態、および代替形態は、添付の特許請求の範囲に含まれることを意図するものであることを理解するべきである。
【００１５】
例示の実施形態について、以下に述べる。分かりやすいように本明細書では、実際の実装形態のすべての特徴については述べられない。もちろんこのような実際の実施形態の開発においては、実装形態ごとに変わることになる、システム関連および事業関連の制約への準拠など、開発者の特定の目標を達成するためには、数多くの、実装形態に特有な決定がなされるべきであることが理解されよう。さらに、このような開発努力は複雑で時間がかかり得るが、それでも本開示を利用することによって当業者にとっては日常的な仕事となることが理解されよう。
【００１６】
次に、本開示の主題について、添付の図を参照して説明する。図面では、様々な構造体、システム、およびデバイスは、説明の目的のみのため、および当業者には良く知られた詳細によって本発明が不明瞭にならないように、概略的に示される。それにもかかわらず添付の図面は、本開示の主題の例示の実施例について述べ、説明するために含まれる。本明細書で用いられる語および語句は、当該技術分野での当業者によるそれらの語および語句の理解と一致する意味もつものと理解および解釈されるべきである。本明細書での語句または用語の一貫した使用により、語句または用語の特別な定義、すなわち当業者によって理解される通常かつ慣例の意味とは異なる定義を意味するように意図されることはない。語句または用語が特別な意味、すなわち当業者によって理解されるものとは別の意味をもつことを意図する限りにおいて、本明細書ではこのような特別な定義は、語句または用語の特別な定義を直接かつ明確に示す定義付けの形で、明示的に記載される。
【００１７】
図１は、タワー上部１０５に配備されたアンテナアレイを用いて無線通信をサポートする基地局１００の第１の例示的実施形態を概念的に示す。図示の実施形態では、基地局１００は、無線インターフェースを通して送信するための信号を発生し、それが扱うモバイル装置によって無線インターフェースを通して送信される信号を受信するために用いられる無線機１１０（無線機０および無線機１）を含む。アンテナアレイ内のアンテナ１１５は、特性キャリア波長の半波長だけ離隔される。しかし当業者なら本開示を利用することによって、本明細書で述べるように代替実施形態は追加のアンテナアレイ枝路を含み得ることが理解されるべきである。
【００１８】
各アンテナ１１５は、ＲＦケーブル１２５によって基地局１００内のブロックフィルタ１２０に接続される。ブロックフィルタ１２０は、送信／受信スイッチ１３０に接続される。送信／受信スイッチ１３０が送信モードにあるときは、無線機１１０からアンテナ１１５までの経路は、電力増幅器１３５および関連するケーブル配線から構成される送信部分を含む。送信／受信スイッチ１３０が受信モードにあるときは、アンテナ１１５から無線機１１０までの経路は、低雑音増幅器（ＬＮＡ）１４０および関連するケーブル配線から構成される受信部分を含む。長さが一致する１対のクロスオーバ・ケーブル１４５は、両端にある方向性結合器１４７を通じて、送信経路からの送信信号電力のわずかな一部分を、他の枝路の受信経路に結合するために用いられる。クロスオーバ・ケーブル１４５を追加することによって、無線送信器、電力増幅器、クロスオーバ・ケーブル、低雑音増幅器、および無線受信器を包含する較正ループが生成される。本明細書で用いられる「長さが一致するケーブル」という語句は、信号位相が数度以内で整合するように保つためにほぼ同じ長さに切断された、同じ設計および材料のケーブルを指す。たとえば、長さが一致するクロスオーバ・ケーブル１４５は、ＰＣＳ帯域では数ミリメートル以内に一致させることができる。
【００１９】
基地局１００はまた、動作の全帯域幅にわたる較正信号の供給源として用いられる信号発生器１５０を含む。信号発生器１５０は、特定のサブキャリアに対応する単一トーン、またはキャリア周波数の範囲内に分散された複数トーンを発生するために用いることができる。この外部的に発生された較正トーンは、モバイル・ユニットからの逆方向リンクＯＦＤＭデータに、ずっと大きな、たとえば２０ｄＢを超えて強い電力にて重ね合わせることができる。重ね合わされたモバイル装置サブキャリアは損なわれ得るが、１つまたは２つのシンボル持続時間の間だけである。較正は、毎日数回しか実行されないと予想される。信号発生器１５０は、発生された信号を長さが一致するケーブル１６０を通じてアンテナ１１５に分配することができる電力分割器１５５に接続される。
【００２０】
システムの振幅および位相較正は、送受信器部分とケーブル部分とに対して別々に行うことができる。送受信器部分は、無線機１１０の送信および受信サブシステム、ならびに送信用の電力増幅器１３５、および受信用の低雑音増幅器（ＬＮＡ）１４０を含む。ケーブル部分は、ＲＦケーブル１２５の上部から無線受信器１１０に至る経路を含み得る。図示の実施形態では、送受信器部分は、個々のモバイル・ユニットへの時分割複信（ＴＤＤ）ビーム・ステアリングのために設計され、ケーブル部分は、アンテナアレイによって扱われるセクタまたはセル内のすべてのモバイル・ユニットへの共通ブロードキャスト・チャネルの送信のために設計される。
【００２１】
較正ループの送受信器部分および／またはケーブル部分の枝路の利得を求めることができ、異なる送信経路を較正するために用いることができる。図示の実施形態では、電力増幅器１３５と、それらの、無線機１１０およびスイッチ１３０に接続する短いケーブルとを組み合わせた利得は、無線機０および無線機１に対してそれぞれＴ０およびＴ１として示される。同様に、ＬＮＡ  １４０と、それらの、無線機１１０およびスイッチ１３０に接続する短いケーブルの利得は、それぞれＲ０およびＲ１として示される。アンテナ０およびアンテナ１にて受信されるモバイル・ユニットからの逆方向リンク信号は、それぞれＡ０およびＡ１として示される。信号Ａ０およびＡ１は、信号振幅、到来角、およびアンテナ利得を包含する。ＴＤＤスイッチ１３０からタワーの上部１０５のアンテナ１１５に至るＲＦケーブル１２５の利得は、Ｃ０およびＣ１として示される。すべての変数は、複素数値である。無線機０および無線機１にて受信される信号は、
【数１】
2011521592.tif 000003
および
【数２】
2011521592.tif 000004
となる。順方向リンク信号をモバイル・ユニットに送信するために、枝路１の無線機でのベースバンド信号は、２つの電力増幅器１３５が同一であれば、次式によって重み付けされることになる。
【数３】
2011521592.tif 000005
しかし通常は、電力増幅器１３５の周波数応答は異なるので、無線機１１０によって発生されるベースバンド信号に対しては、異なる重みを適用することが必要となり得る。
【００２２】
２つの電力増幅器１１０およびそれらの接続ケーブルの差を考慮するために、電力増幅器利得の差を求めることができる。枝路０および枝路１の送信経路における利得は、
【数４】
2011521592.tif 000006
および
【数５】
2011521592.tif 000007
となる。枝路０での送信信号の振幅を１、すなわち
【数６】
2011521592.tif 000008
と仮定すると、枝路１の送信信号は、
【数７】
2011521592.tif 000009
である。これは、電力増幅器の差を要因として入れた後の、無線機１でのベースバンド送信信号に適用することができる重みである。
【００２３】
比（Ｔ１Ｒ０／Ｔ０Ｒ１）は、各枝路の送受信器部分を較正するための送受信器較正ループを用いた増幅器較正によって測定することができる。上述のように、送受信器較正ループは、無線機１１０内の送信および受信サブシステム内の回路、ならびに各枝路上の電力増幅器１３５およびＬＮＡ  １４０を含み、各増幅器の入力および出力に接続する短いケーブルを含む。２つの長さが一致するケーブル１４５は、図１に示されるように２つの枝路の間に接続される。各ケーブル１４５は、電力増幅器１３５の出力と、他の枝路のＬＮＡ  １４０の入力とに接続される。長さが一致するケーブル１４５の各端部は、方向性結合器１４７を通して接続される。方向性結合器は、ＴＤＤ送信／受信スイッチ１３０の前に配置される。一方の無線機１１０の出力信号は、他方の枝路の受信器に結合され受信される。たとえば、各無線機１１０は、パイロット・チャネル上に送信されるパイロット信号を発生することができる。パイロット信号のわずかな一部分は、他のすべての送信される信号と共に、１つの無線機１１０の送信経路から、もう１つの無線機１１０の受信経路に方向付けることができる。
【００２４】
この例示では、無線機０から送信された信号の一部は、無線機１の受信器へ結合され経路指定される。複合利得は、Ｔ０Ｒ１として、パイロット信号または較正信号によって測定することができる。同様に他方の対の複合利得は、Ｔ１Ｒ０となる。これらの利得の比は、
【数８】
2011521592.tif 000010
である。（７）の利得比を代入すると、
【数９】
2011521592.tif 000011
となる。これは、無線機１での送信信号に適用される複素係数であり、一方、無線機０での送信信号に対する係数は１である。一般に増幅器は、周波数応答において直線的な位相を有する。同じ設計および構成要素の増幅器の帯域幅全体にわたる群遅延の差は、通常はビーム・ステアリングに影響を与えないほど十分に小さい。その場合は、帯域幅内ですべてのビーム・ステアリング増幅器の位相応答をそろえるには、帯域の中心での単一の較正で十分である。起こり得る不整合のもう１つの発生源は、送受信器内のアナログフィルタから来る。帯域幅内の振幅および位相リップルは、通常はビーム・ステアリングに影響を与えないほど十分に小さい。しかし、必要なビーム・ステアリング精度に影響を与えるほどリップルが大きい場合は、マルチトーン較正源を用いたサブバンド較正を用いることができる。
【００２５】
共通ブロードキャスト・チャネルを、公称ビーム幅、たとえば６５°にビーム形成すべき場合は、ケーブル較正を実施することができる。ここでケーブルとは、ＴＤＤスイッチ１３０から、ブロックフィルタ１２０を含みタワーの上部１０５のアンテナ１１５に至るＲＦケーブル１２５を指す。一実施形態では、基地局１００の信号発生器１５０によってシングルトーン信号が発生され、小型のＲＦケーブルを通じてタワーの上部１０５へ送信される。信号は、タワーの上部の電力分割器１５５を用いて分割され、方向性結合器を通じてアンテナ１１５に分配される。各アンテナアレイにおける分配ケーブル１６０は長さが一致され、方向性結合器１６２を用いて各アンテナアレイに組み込まれる。受信モードのときは、較正信号は、すべての受信器によって同時に受信される。枝路０および枝路１の複合利得は、それぞれＣ０Ｒ０およびＣ１Ｒ１となる。枝路０での利得に対する相対的な枝路１の利得は、
【数１０】
2011521592.tif 000012
である。
【００２６】
ボアサイトにてビームを送信するためには、信号の位相および振幅はほぼ等しくなるべきである。アンテナ０での送信信号を１、すなわち
【数１１】
2011521592.tif 000013
と仮定すると、アンテナ１での送信信号は、
【数１２】
2011521592.tif 000014
である。（８）のＧ１、および（１０）のＨ１を（１２）に代入すると、
【数１３】
2011521592.tif 000015
となる。これは、無線機１での送信信号に適用される複素係数であり、一方、無線機０での送信信号に対する係数は１である。ブロックフィルタは、位相および振幅にリップルを有する。リップルは通常は、ビーム・ステアリングに影響を与えないほど十分に小さい。しかし、リップルが大き過ぎてビーム・ステアリングに影響を与える場合は、送受信器較正において述べたように、マルチトーン較正源を用いたサブバンド較正を用いることができる。
【００２７】
上記の較正方法は、２つより多いアンテナを有するアンテナアレイに拡張することができる。２つの構成、すなわちデージー・チェーンと並列が可能である。これらの構成は、上述と同じ方法の変形形態である。違いは、実装にある。デージー・チェーン構成は、潜在的に中間の枝路のうちの１つに較正誤差があるときに、他の枝路へ誤差伝播を生じ得るというわずかな欠点がある。
【００２８】
図２は、デージー・チェーン較正構成を用いて無線通信をサポートする基地局２００の第２の例示的実施形態を概念的に示す。基地局２００およびタワー上部２０５の第２の例示的実施形態は、より大きなアンテナアレイを含むことで、第１の例示的実施形態と異なる。図示の実施形態では、基地局２００は、無線インターフェースを通して送信するための信号発生し、無線インターフェースを通して送信された信号を受信するために用いられる無線機２１０（無線機０〜３）を含む。無線機２１０は、基地局２００およびタワー上部２０５内の４つの枝路（すなわち信号経路）の一部である。各枝路の一端には無線機２１０があり、各枝路の他端には、タワー上部２０５のアンテナアレイの一部となるアンテナ２１５がある。アンテナアレイ内のアンテナ２１５は、特性キャリア波長の半波長だけ離隔される。各アンテナ２１５は、ＲＦケーブル２２５によってブロックフィルタ２２０に接続される。ブロックフィルタ２２０は、送信／受信スイッチ２３０に接続される。各枝路の送信部分は、電力増幅器２３５およびその関連するケーブル配線から構成され、一方、各枝路の受信部分は、低雑音増幅器（ＬＮＡ）２４０およびその関連するケーブル配線から構成される。
【００２９】
各枝路の送信経路を、隣接する枝路の受信経路に結合するために、長さが一致するケーブル２４５が用いられる。たとえば、長さが一致するクロスオーバ・ケーブル２４５は、ＰＣＳ帯域において数ミリメートル以内に一致させることができる。図２に示されるデージー・チェーン構成では、連続する枝路の対は互いに結合される。たとえば、１つの枝路の送信経路は次の枝路の受信枝路に結合され、同様な連続するクロスオーバ接続が他の枝路に適用される。ＲＦケーブル較正のために、信号発生器２５０は、帯域の中心もしくはその近くでの、または動作の全帯域幅にわたる周波数の選択された間隔での、較正信号の供給源として用いられる。信号発生器２５０は、特定のサブキャリアに対応する単一トーン、またはキャリア周波数の範囲内に分散された複数トーンを発生するために用いることができる。信号発生器２５０は、発生された信号を長さが一致するケーブル２６０を通じてアンテナ２１５に分配することができる、電力分割器２５５に接続される。
【００３０】
送信部分の較正は、図１に関して上述した技術の一般化されたバージョンを用いて行うことができる。図２に示される図示の実施形態では、４つの枝路に対する増幅器較正係数は、次式で与えられる。
【数１４】
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４つの枝路に対するケーブル較正係数は、次式で与えられる。
【数１５】
2011521592.tif 000017
【００３１】
図３は、並列較正構成でのアンテナアレイを用いて無線通信をサポートする基地局の第３の例示的実施形態を概念的に示す。この第３の例示的実施形態は、１つの枝路を基準として指定し、それを並列の長さが一致するケーブルを用いて他の枝路のそれぞれに結合することで、第１の例示的実施形態および第２の例示的実施形態と異なる。図示の実施形態では、枝路０が基準枝路として指定される。この並列構成は、図３に示されるように、枝路１と枝路０、枝路２と枝路０、枝路３と枝路０、などを対にする。このペアリングは、送信および受信結合ポートをそれぞれ３つの出力に、すなわち他の枝路上の対応する結合ポートのそれぞれに１つずつに、分割することによって行われる。４つの枝路に対する増幅器較正係数は、次式で与えられる。
【数１６】
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４つの枝路に対するケーブル較正係数は、次式で与えられる。
【数１７】
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【００３２】
本明細書で述べた較正技術の実施形態は、ＴＤＤ  ＯＦＤＭシステムの較正のための簡単で、信頼性があり、非常に正確な技術をもたらす。本明細書で述べた技術は、他の手法と比べていくつかの利点を有する。たとえば、本明細書で述べた較正技術は、商用のモバイル・ユニットの通常の動作を妨げず、モバイル・ユニットからのループバック情報に依存せず、それによって信頼性を向上させ、逆方向リンクに対するオーバヘッド負荷を軽減する。本明細書で述べた技術の実施形態は、共通ブロードキャスト・チャネルのビーム幅調整を可能にする、タワー上のＲＦケーブルを較正するオプションを含む。さらに、本明細書で述べた技術を実施するために基地局に追加される追加のハードウェアは最少であり、低コストである。ＲＦタワーケーブルの較正は、隣接するアンテナの結合に依存せず、それによって較正精度の不確かさを除去し、すべてのアンテナに対する較正を同時に行うことができ、それによって較正時間が短縮される。較正重みの計算には最小量の演算処理が用いられ、この技術は、ＵＭＢ、ＬＴＥ、およびＷｉＭａｘを含む数多くの無線通信標準および／またはプロトコルに適用することができる。
【００３３】
本開示の主題の諸部分および対応する詳細な説明は、ソフトウェア、またはコンピュータメモリ内のデータビットに対する操作のアルゴリズムおよび記号表現を用いて示される。これらの説明および表示は、それによって当業者が、彼等の業務の実質を効率的に他の当業者に伝えるものである。本明細書で用いられる用語としての、および一般に用いられるアルゴリズムとは、所望の結果をもたらす、ステップの首尾一貫したシーケンスであると理解される。諸ステップは、物理量の物理的な操作を必要とするものである。必然ではないが、通常これらの量は、記憶、転送、組み合わせ、比較、その他の操作をすることができる光学的、電気的、または磁気的信号の形をとる。主として一般的な使用の理由により、時にはこれらの信号を、ビット、値、要素、シンボル、文字、用語、数字などとして呼ぶことが便利であることが実証されている。
【００３４】
しかしこれらおよび同様な用語のすべては、適切な物理量に関連付けられるべきものであり、単にこれらの量に付された便宜上のラベルに過ぎないことを念頭に置くべきである。別段の指定がない限り、または考察から明らかなように、「処理する」「演算処理する」「計算する」、または「求める」または「表示する」などの用語は、コンピュータシステムのレジスタおよびメモリ内の物理量、電気量として表されるデータを操作し、コンピュータシステムメモリまたはレジスタまたは他のそのような情報記憶、伝送、または表示デバイス内の物理量として同様に表される他のデータに変換する、コンピュータシステムまたは同様な電子計算デバイスの動作およびプロセスを指す。
【００３５】
また、本開示の主題のソフトウェアで実施された態様は、典型的には何らかの形のプログラム記憶媒体上にコード化され、または何らかのタイプの伝送媒体を通して実施されることに留意されたい。プログラム記憶媒体は、磁気的（たとえば、フロッピディスク、ＵＳＢドライブ、またはハードドライブ）、または光学的（たとえば、コンパクトディスク・リードオンリ・メモリ、すなわち「ＣＤ  ＲＯＭ」）とすることができ、およびリードオンリまたはランダムアクセスとすることができる。同様に伝送媒体は、撚線対、同軸ケーブル、光ファイバ、または当技術分野で知られている他の適当な伝送媒体とすることができる。本開示の主題は、いずれの示された実装形態のこれらの態様によって限定されない。
【００３６】
本開示の主題は、本明細書の教示を利用することによって当業者には明らかな、異なるが等価な形で、変更し、実施することができるので、上記で開示された特定の実施形態は、例示のみのものである。さらに、添付の特許請求の範囲に記載されたもの以外は、本明細書に示された構造または設計の詳細を限定するものではない。したがって、上記で開示された特定の実施形態を改変または変更することができ、すべてのこのような変形形態は本開示の主題の範囲および趣旨内であるとみなされることは明白である。したがって、本明細書において求める保護は、添付の特許請求の範囲に記載の通りである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【国際調査報告】
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