(57)【要約】【課題】無線装置のキャリブレーションを、アッテネータを挿入したり或いは利得を大きく調整することなく、通常の使用状態で実施すること。【解決手段】複数の送信用として設定された信号伝送系から送信される信号を、特定の１つの受信用として設定された信号伝送系で受信し、その受信信号が零となるように送信用の伝送系の減衰量及び位相回転量を調整することで、送信用伝送系の送信側のキャリブレーションを行う。また、送信側のキャリブレーション済みの複数の送信用として設定された信号伝送系から送信される信号を、特定の１つの受信用として設定された信号伝送系で受信し、その受信信号が所定値になるように当該受信用信号伝送系の減衰量及び位相回転量を調整することで、受信用伝送系の受信側のキャリブレーションを行う。【選択図】      図１
2004260373.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
伝送特性のキャリブレーションが可能な無線装置であって、
アンテナと、送信回路と、前記アンテナを前記送信回路と共用する受信回路と、送信信号の振幅と位相を制御する送信側振幅・位相制御手段とをそれぞれ含む複数Ｎ個（ただし、Ｎ≧３）の信号伝送系と、
キャリブレーション時に、前記複数Ｎ個の信号伝送系の特定の１つの信号伝送系を除く複数Ｍ個（ただし、２≦Ｍ＜Ｎ）の信号伝送系の送信回路から、前記特定の１つの信号伝送系の受信信号が零となるようように算出された既知の信号を送信し、かつ前記送信された既知の信号を前記特定の１つの信号伝送系の受信回路で受信し、その受信信号が零になるように前記複数Ｍ個の信号伝送系の送信側振幅・位相制御手段を制御するための制御部とを備えたことを特徴とする、無線装置。
【請求項２】
前記信号伝送系の各々は、受信信号の振幅と位相を制御する受信側振幅・位相制御手段を有し、
前記制御部は、前記複数Ｍ個の信号伝送系の送信回路から既知の信号を送信し、この送信された既知の信号を前記特定の１つの信号伝送系の受信回路で受信し、その受信信号が前記送信された既知の信号に基づいた所定の振幅・位相になるように当該信号伝送系の受信側振幅・位相制御手段を制御することを特徴とする、請求項１記載の無線装置。
【請求項３】
アンテナと、送信回路と、前記アンテナを前記送信回路と共用する受信回路と、送信信号の振幅と位相を制御する送信側振幅・位相制御手段とをそれぞれ含む複数Ｎ個（ただし、Ｎ≧３）の信号伝送系を備えた無線装置のキャリブレーション方法であって、
複数Ｎ個の信号伝送系のうちの１つを第１受信用信号伝送系として選択する第１ステップと、
前記第１受信用信号伝送系を除く信号伝送系のうち複数Ｍ個（ただし、２≦Ｍ＜Ｎ）を第１送信信号伝送系として選択する第２ステップと、
前記選択された複数Ｍ個の第１送信信号伝送系から、前記第１受信用信号伝送系の受信信号が零となるように算出された制御信号により前記送信側振幅・位相制御手段を制御して各々送信信号を送信する第３ステップと、
前記第１受信用信号伝送系での受信信号が実際に零となるように前記選択された複数Ｍ個の第１送信信号伝送系の前記送信側振幅・位相制御手段を制御する第４ステップと、
前記複数Ｎ個の信号伝送系が少なくとも１回は前記複数Ｍ個の第１送信信号伝送系に含まれるように、前記第１ステップ〜第４ステップを繰り返して行う第５ステップと、を含むことを特徴とする、無線装置のキャリブレーション方法。
【請求項４】
前記第５ステップは、前記第１受信用信号伝送系を除く信号伝送系の前記送信側振幅・位相制御手段の全てが、前記第１受信用信号伝送系での受信信号が零となるように制御されるまで、前記複数Ｍ個の第１送信信号伝送系の組み合わせを変更し、
前記第１受信用信号伝送系を除く信号伝送系の前記送信側振幅・位相制御手段の全てが、前記第１受信用信号伝送系での受信信号が零となるように制御されると、前記１つの第１受信用信号伝送系として、他の信号伝送系を用いることを特徴とする、請求項３記載の無線装置のキャリブレーション方法。
【請求項５】
アンテナと、送信回路と、前記アンテナを前記送信回路と共用する受信回路と、送信信号の振幅と位相を制御する送信側振幅・位相制御手段と受信信号の振幅と位相を制御する受信側振幅・位相制御手段とをそれぞれ含む複数Ｎ個（ただし、Ｎ≧３）の信号伝送系を備えた無線装置のキャリブレーション方法であって、
複数Ｎ個の信号伝送系のうちの１つを第１受信用信号伝送系として選択する第１ステップと、
前記第１受信用信号伝送系を除く信号伝送系のうち複数Ｍ個（ただし、２≦Ｍ＜Ｎ）を第１送信信号伝送系として選択する第２ステップと、
前記選択された複数Ｍ個の第１送信信号伝送系から、前記第１受信用信号伝送系の受信信号が零となるように算出された制御信号により前記送信側振幅・位相制御手段を制御して各々送信信号を送信する第３ステップと、
前記第１受信用信号伝送系での受信信号が実際に零となるように前記選択された複数Ｍ個の第１送信信号伝送系の前記送信側振幅・位相制御手段を制御する第４ステップと、
前記複数Ｎ個の信号伝送系が少なくとも１回は前記複数Ｍ個の第１送信信号伝送系に含まれるように、前記第１ステップ〜第４ステップを繰り返して行う第５ステップと、
前記複数Ｎ個の信号伝送系のうちの１つを第２受信用信号伝送系として選択する第６ステップと、
前記第２受信用信号伝送系を除く信号伝送系のうち複数Ｍ個（ただし、２≦Ｍ＜Ｎ）の第２送信用信号伝送系を選択する第７ステップと、
前記選択された複数Ｍ個の第２送信用信号伝送系から、前記第２受信用信号伝送系での受信信号が所定値となるように制御された送信信号を送信し、前記第２受信用信号伝送系での受信信号が前記所定値となるように当該第２受信用信号伝送系の前記受信側振幅・位相制御手段を制御する第８ステップと、
前記複数Ｎ個の信号伝送系が少なくとも１回は前記第２受信用信号伝送系になるように、前記第６ステップ〜第８ステップを繰り返して行う第９ステップと、を含むことを特徴とする、無線装置のキャリブレーション方法。
【請求項６】
前記第５ステップは、前記第１受信用信号伝送系を除く信号伝送系の前記送信側振幅・位相制御手段の全てが、前記第１受信用信号伝送系での受信信号が零となるように制御されるまで、前記複数Ｍ個の第１送信信号伝送系の組み合わせを変更し、
前記第１受信用信号伝送系を除く信号伝送系の前記送信側振幅・位相制御手段の全てが、前記第１受信用信号伝送系での受信信号が零となるように制御されると、前記１つの第１受信用信号伝送系として、他の信号伝送系を用いることを特徴とする、請求項５記載の無線装置のキャリブレーション方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、アダプティブアレイ無線基地局などにおいて用いられる無線装置及びそのキャリブレーション方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、無線電話などの移動通信システムの無線基地局として、アレイアンテナを用いたアダプティブアレイ（ａｄａｐｔｉｖｅ  ａｒｒａｙ）無線基地局が実用化されている。
【０００３】
アダプティブアレイ無線基地局と所望のユーザとの間で的確な指向性を伴った電波信号の送受信を実現するためには、アダプティブアレイ無線基地局においてアレイアンテナを構成する各アンテナ素子の送信回路及び受信回路で、それぞれ厳密に算出された重み値を信号に重み付けする必要がある。
【０００４】
さらに、良好な指向性を得るためには、アレイアンテナを構成する各アンテナ素子ごとに、受信回路の位相回転量、振幅変動量などの伝送特性と、送信回路の位相回転量、振幅変動量などの伝送特性とを測定し、その差を補償するようにキャリブレーションを行う必要がある。
【０００５】
送信回路、受信回路、アンテナを含むＮ個の伝送回路を有するアレイアンテナにキャリブレーションを行う方法が特許文献１に示されている。
【０００６】
そのキャリブレーション方法は、まず、制御装置からの制御信号に応じて、ｊ番目の伝送系に対応する既知の信号Ｓｊ（ｔ）が出力され、当該伝送系のフェイズシフタ、アッテネータ、送信回路、アンテナ共用器、アンテナ素子等を介して電波信号として送出される。送信された電波信号は、ｊ番目の伝送系を除く他のすべての伝送系の各々、たとえばｋ番目の伝送系のアンテナ素子および受信回路で受信され、受信信号ＲＸｊｋ（ｔ）として測定される。
【０００７】
さらに信号を送信するｊ番目の伝送系を１番目からｎ番目まで順次切換えて、その都度１番目からｎ番目までのすべての伝送系で受信された信号ＲＸｊｋ（ｔ）を測定する。
【０００８】
このようにして求めた受信信号に関する連立一次方程式を解くことにより、すべての伝送系において、送信回路ＴＸｊ（ｊ＝１，２，…，ｎ）を通過することによって生じる信号の位相回転量ΔφＴＸｊおよび振幅変動量ＡＴＸｊと、受信回路ＲＸｊを通過することによって生じる信号の位相回転量ΔφＲＸｊおよび振幅変動量ＡＲＸｊとを算出することができる。
【０００９】
そして、各伝送系ごとに、受信信号と送信信号との間の位相回転量および振幅変動量の差を補償し、伝送特性のキャリブレーションを行なっている。
【００１０】
【特許文献１】
特許３３３２９１１号明細書
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
従来のキャリブレーション方法では、Ｎ個の伝送系の各々のアンテナ素子から既知の信号を送信し、この送信された信号をＮ個の伝送系の複数のもののアンテナ素子、受信回路で受信することが必須の条件となっている。したがって、送信信号によって受信回路等が故障したり飽和することを避けるために、受信回路に適切なレベルの信号が到達するようにコントロールすることになる。アダプティブアレイ無線基地局では複数のアンテナ素子間の距離が近接しているから、この問題は特に重要である。
【００１２】
このために、キャリブレーション時に送信回路の利得を下げたり、アッテネータで減衰させたりして送信信号レベルを低下させたり、或いは、受信回路の利得を下げたり、アッテネータを挿入して受信感度を下げることが必要になる。
【００１３】
しかし、これらアッテネータの挿入や利得調整を行うことによって、通常の使用状態、即ち所望のユーザとアダプティブアレイ無線基地局との間での送受信状態とは異なった条件下で伝送系のキャリブレーションが行われるから、アッテネータの挿入や利得調整による誤差が生じてしまう。
【００１４】
そこで、本発明は、アダプティブアレイ無線基地局などにおいて用いられる無線装置のキャリブレーションを、アッテネータを挿入したり或いは利得を大きく調整することを不要とし、通常の使用状態で実施することが可能な無線装置及びそのキャリブレーション方法を提供することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
請求項１の無線装置は、伝送特性のキャリブレーションが可能な無線装置であって、アンテナと、送信回路と、前記アンテナを前記送信回路と共用する受信回路と、送信信号の振幅と位相を制御する送信側振幅・位相制御手段とをそれぞれ含む複数Ｎ個（ただし、Ｎ≧３）の信号伝送系と、
キャリブレーション時に、前記複数Ｎ個の信号伝送系の特定の１つの信号伝送系を除く複数Ｍ個（ただし、２≦Ｍ＜Ｎ）の信号伝送系の送信回路から、前記特定の１つの信号伝送系の受信信号が零となるようように算出された既知の信号を送信し、かつ前記送信された既知の信号を前記特定の１つの信号伝送系の受信回路で受信し、その受信信号が零になるように前記複数Ｍ個の信号伝送系の送信側振幅・位相制御手段を制御するための制御部とを備えたことを特徴とする。
【００１６】
請求項２の無線装置は、請求項１の無線装置において、前記信号伝送系の各々は、受信信号の振幅と位相を制御する受信側振幅・位相制御手段を有し、前記制御部は、前記複数Ｍ個の信号伝送系の送信回路から既知の信号を送信し、この送信された既知の信号を前記特定の１つの信号伝送系の受信回路で受信し、その受信信号が前記送信された既知の信号に基づいた所定の振幅・位相になるように当該信号伝送系の受信側振幅・位相制御手段を制御することを特徴とする。
【００１７】
請求項３の無線装置のキャリブレーション方法は、アンテナと、送信回路と、前記アンテナを前記送信回路と共用する受信回路と、送信信号の振幅と位相を制御する送信側振幅・位相制御手段とをそれぞれ含む複数Ｎ個（ただし、Ｎ≧３）の信号伝送系を備えた無線装置のキャリブレーション方法であって、
複数Ｎ個の信号伝送系のうちの１つを第１受信用信号伝送系として選択する第１ステップと、
前記第１受信用信号伝送系を除く信号伝送系のうち複数Ｍ個（ただし、２≦Ｍ＜Ｎ）を第１送信信号伝送系として選択する第２ステップと、
前記選択された複数Ｍ個の第１送信信号伝送系から、前記第１受信用信号伝送系の受信信号が零となるように算出された制御信号により前記送信側振幅・位相制御手段を制御して各々送信信号を送信する第３ステップと、
前記第１受信用信号伝送系での受信信号が実際に零となるように前記選択された複数Ｍ個の第１送信信号伝送系の前記送信側振幅・位相制御手段を制御する第４ステップと、
前記複数Ｎ個の信号伝送系が少なくとも１回は前記複数Ｍ個の第１送信信号伝送系に含まれるように、前記第１ステップ〜第４ステップを繰り返して行う第５ステップと、を含むことを特徴とする。
【００１８】
請求項４の無線装置のキャリブレーション方法は、請求項３の無線装置のキャリブレーション方法において、前記第５ステップは、前記第１受信用信号伝送系を除く信号伝送系の前記送信側振幅・位相制御手段の全てが、前記第１受信用信号伝送系での受信信号が零となるように制御されるまで、前記複数Ｍ個の第１送信信号伝送系の組み合わせを変更し、
前記第１受信用信号伝送系を除く信号伝送系の前記送信側振幅・位相制御手段の全てが、前記第１受信用信号伝送系での受信信号が零となるように制御されると、前記１つの第１受信用信号伝送系として、他の信号伝送系を用いることを特徴とする。
【００１９】
請求項５の無線装置のキャリブレーション方法は、アンテナと、送信回路と、前記アンテナを前記送信回路と共用する受信回路と、送信信号の振幅と位相を制御する送信側振幅・位相制御手段と受信信号の振幅と位相を制御する受信側振幅・位相制御手段とをそれぞれ含む複数Ｎ個（ただし、Ｎ≧３）の信号伝送系を備えた無線装置のキャリブレーション方法であって、
複数Ｎ個の信号伝送系のうちの１つを第１受信用信号伝送系として選択する第１ステップと、
前記第１受信用信号伝送系を除く信号伝送系のうち複数Ｍ個（ただし、２≦Ｍ＜Ｎ）を第１送信信号伝送系として選択する第２ステップと、
前記選択された複数Ｍ個の第１送信信号伝送系から、前記第１受信用信号伝送系の受信信号が零となるように算出された制御信号により前記送信側振幅・位相制御手段を制御して各々送信信号を送信する第３ステップと、
前記第１受信用信号伝送系での受信信号が実際に零となるように前記選択された複数Ｍ個の第１送信信号伝送系の前記送信側振幅・位相制御手段を制御する第４ステップと、
前記複数Ｎ個の信号伝送系が少なくとも１回は前記複数Ｍ個の第１送信信号伝送系に含まれるように、前記第１ステップ〜第４ステップを繰り返して行う第５ステップと、
前記複数Ｎ個の信号伝送系のうちの１つを第２受信用信号伝送系として選択する第６ステップと、
前記第２受信用信号伝送系を除く信号伝送系のうち複数Ｍ個（ただし、２≦Ｍ＜Ｎ）の第２送信用信号伝送系を選択する第７ステップと、
前記選択された複数Ｍ個の第２送信用信号伝送系から、前記第２受信用信号伝送系での受信信号が所定値となるように制御された送信信号を送信し、前記第２受信用信号伝送系での受信信号が前記所定値となるように当該第２受信用信号伝送系の前記受信側振幅・位相制御手段を制御する第８ステップと、
前記複数Ｎ個の信号伝送系が少なくとも１回は前記第２受信用信号伝送系になるように、前記第６ステップ〜第８ステップを繰り返して行う第９ステップと、を含むことを特徴とする。
【００２０】
請求項６の無線装置のキャリブレーション方法は、請求項５の無線装置のキャリブレーション方法において、前記第５ステップは、前記第１受信用信号伝送系を除く信号伝送系の前記送信側振幅・位相制御手段の全てが、前記第１受信用信号伝送系での受信信号が零となるように制御されるまで、前記複数Ｍ個の第１送信信号伝送系の組み合わせを変更し、
前記第１受信用信号伝送系を除く信号伝送系の前記送信側振幅・位相制御手段の全てが、前記第１受信用信号伝送系での受信信号が零となるように制御されると、前記１つの第１受信用信号伝送系として、他の信号伝送系を用いることを特徴とする。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に無線装置及びそのキャリブレーション方法の実施の形態について、図面を参照して説明する。
【００２２】
図１は、本発明によるアダプティブアレイ無線基地局の要部を示す概略ブロック図である。図１では、アダプティブアレイ無線基地局のうち、この発明に関連する振幅及び位相のキャリブレーションに関する部分のみを示しており、受信信号および送信信号の重み付けのための受信部や送信部は図示省略している。
【００２３】
図１に示すアダプティブアレイ無線基地局は、全体の制御を司る制御部１００と、送信信号Ｓｔｉ（Ｓｔ１，Ｓｔ２，…，Ｓｔｋ，…，Ｓｔｎ）及び受信信号Ｓｒｉ（Ｓｒ１，Ｓｒ２，…，Ｓｒｋ，…，Ｓｒｎ）の振幅や位相を調整するための振幅位相調節部２００と、アレイアンテナを構成するＮ個のアンテナ素子ＡＮＴｉ（ＡＮＴ１，ＡＮＴ２，…，ＡＮＴｋ，…，ＡＮＴｎ）と、それぞれのアンテナ素子に対応して設けられたアンテナ共用器ＳＷｉ（ＳＷ１，ＳＷ２，…，ＳＷｋ，…，ＳＷｎ）と、それぞれのアンテナ素子に対応して、アンテナ共用器と振幅位相調節部２００との間に設けられた送信回路ＴＸｉ（ＴＸ１，ＴＸ２，…，ＴＸｋ，…，ＴＸｎ）および受信回路ＲＸｉ（ＲＸ１，ＲＸ２，…，ＲＸｋ，…，ＲＸｎ）とを備えている。また、アンテナ共用器ＳＷｉは、制御部１００からの制御信号により、送信側、受信側のいずれかに接続される。或いは、さらに中立位置（オープン位置）に設定できるものでも良い。なお、ｉは、１〜Ｎのうちの任意の番号である。
【００２４】
制御部１００は、コンピュータにより構成されており、キャリブレーション時にそれぞれのアンテナ素子から送信すべき既知の信号や算出あるいは調整された各信号を記憶するためのメモリ手段や、送信信号設定手段、受信信号誤差検出手段、送信信号振幅・位相制御手段、受信信号振幅・位相制御手段、その他の必要な制御手段などの各機能が用意されている。
【００２５】
振幅位相調節部２００は、各アンテナに対応して、送信側移相器ＰＳｉｔ（ＰＳ１ｔ、ＰＳ２ｔ，…，ＰＳｋｔ，…，ＰＳｎｔ）、送信側可変増幅器ＡＧｉｔ（ＡＧ１ｔ、ＡＧ２ｔ，…，ＡＧｋｔ，…，ＡＧｎｔ）、受信側移相器ＰＳｉｒ（ＰＳ１ｒ、ＰＳ２ｒ，…，ＰＳｋｒ，…，ＰＳｎｒ）、受信側可変増幅器ＡＧｉｒ（ＡＧ１ｒ、ＡＧ２ｒ，…，ＡＧｋｒ，…，ＡＧｎｒ）、これらの移相器及び可変増幅器を制御する振幅位相制御器ＡＳｃｉ（ＡＳｃ１、ＡＳｃ２，…，ＡＳｃｋ，…，ＡＳｃｎ）を備えている。これらの振幅位相制御器ＡＳｃｉは、制御部２００から供給される送信側振幅位相制御信号ｃｔｓｉ（ｃｔｓ１〜ｃｓｔｎ）、受信側振幅位相制御信号ｃｔｒｉ（ｃｔｒ１〜ｃｓｒｎ）に基づいて移相器ＰＳｉｔ、ＰＳｉｒ及び可変増幅器ＡＧｉｔ、ＡＧｉｒを制御する。この振幅位相調節部２００は、キャリブレーションに専用に用いても良いし、また、通常の通信におけるアダプティブ制御用に共通に利用しても良い。
【００２６】
これらアンテナ素子ＡＮＴｉと、アンテナ共用器ＳＷｉと、このアンテナ素子を共用する送信回路ＴＸｉと、受信回路ＲＸｉと、送信信号の振幅と位相を制御する送信側振幅・位相制御手段ＰＳｉｔ、ＡＧｉｔと、受信信号の振幅と位相を制御する受信側振幅・位相制御手段ＡＧｉｒ，ＡＳｉｃにが含まれて、各々の信号伝送系が構成されている。
【００２７】
送信回路ＴＸ１，ＴＸ２，…，ＴＸｋ，…，ＴＸｎの各々は、たとえば周波数変換器、アンプ、フィルタ、拡散器などからなり、振幅位相調整部２００の送信信号出力端子から対応するアンテナ共用器ＳＷまでの経路に存在する回路を総称する。同様に、受信回路ＲＸ１，ＲＸ２，…，ＲＸｋ，…，ＲＸｎの各々も、たとえば周波数変換器、アンプ、フィルタ、逆拡散器などからなり、対応するアンテナ共用器ＳＷから振幅位相調整部２００の受信信号入力端子までの経路に存在する回路を総称するものとする。
【００２８】
アレイアンテナを構成するＮ個のアンテナ素子ＡＮＴ１，ＡＮＴ２，…，ＡＮＴｋ，…，ＡＮＴｎは、アレイ状に配置されるが、図２は４個のアンテナ素子ＡＮＴ１〜ＡＮＴ４でアレイアンテナが構成される場合の配置例を示している。この図２の例では、４個のアンテナ素子が正方形の各頂点に正確に配置される。
【００２９】
また、アンテナ共用器ＳＷ１〜ＳＷｎの各々は、制御部１００からの制御信号に応じて、対応する送信回路ＴＸｉからの信号を、対応するアンテナ素子ＡＮＴｉまたは受信回路ＲＸｉのいずれかに選択的に与えるよう切換わる。アンテナ共用器ＳＷｉのそれぞれから対応するアンテナ素子ＡＮＴｉに与えられる信号は、電波信号として放出される。また、アンテナ共用器ＳＷｉが受信回路側に接続されている場合には、当該アンテナ共用器に入った受信信号はそのまま対応する受信回路ＲＸｉによって受信される。以後、各々のアンテナ素子を介する信号の送受信に関係する一群の回路構成を信号伝送系と称する。
【００３０】
なお、キャリブレーション時以外の通常の信号送受信時には、図示しない送信部によって各信号伝送系に対応して重みづけされた送信信号が、各信号伝送系を経由して送出される。また、各アンテナ素子ＡＮＴｉによって受信された信号は、各伝送系を経由して図示しない受信部に与えられて重みづけ処理がなされ、出力信号として外部へ供給される。
【００３１】
以下、本発明によるキャリブレーションの基本となる考え方を図３、図４を参照して説明する。
【００３２】
本発明では、キャリブレーション時に、複数Ｎ個（ただし、Ｎ≧３）の信号伝送系の特定の１つの信号伝送系を除く複数Ｍ個（ただし、２≦Ｍ＜Ｎ）の信号伝送系の送信回路ＴＸｉから既知の信号を送信し、その送信された既知の信号を複数Ｍ個以外の特定の１つの信号伝送系の受信回路ＲＸｉで受信する。
【００３３】
送信側のキャリブレーション時には、その既知の信号は特定の１つの信号伝送系の受信信号が零となるように算出されており、その受信信号が実際に零になるように複数Ｍ個の信号伝送系の送信側振幅・位相制御手段ＡＧｉｔ・ＰＳｉｔを制御する。また、受信側のキャリブレーション時には、その受信信号を送信された既知の信号に基づいた所定の振幅・位相になるように当該信号伝送系の受信側振幅・位相制御手段ＡＧｉｒ・ＰＳｉｒを制御する。これにより、アダプティブアレイ無線基地局などにおいて用いられる無線装置のキャリブレーションを、アッテネータを挿入したり或いは利得を大きく調整することを不要とし、通常の使用状態で実施することが可能になる。
【００３４】
まず、本発明の信号伝送系の送信側のキャリブレーションの考え方について説明する。図３では、複数Ｍを２とし、その送信側信号伝送系のアンテナをアンテナＡ及びアンテナＢとする。また、特定の１つの受信側信号伝送系のアンテナをアンテナＲとする。アンテナＡとアンテナＲとの距離をＬａｒ、アンテナＢとアンテナＲとの距離をＬｂｒとする。
【００３５】
アンテナＡから送信信号Ｓｔａで送信し、アンテナＢから送信信号Ｓｔｂで送信する。これらの送信信号Ｓｔａ、Ｓｔｂはそれぞれ所定の振幅と位相を持ち、複素数表現される。送信された信号Ｓｔａ、Ｓｔｂは、伝搬距離Ｌに反比例して減衰Ｇ（Ｌ）し、伝搬距離Ｌに応じた位相回転Θ（Ｌ）が生じる。なお、Θ（Ｌ）は、２πＬ／λで表される。ただし、λは送信される電波の波長である。
【００３６】
アンテナＲで受信される受信信号Ｓｒｒは、
Ｓｒｒ＝｛Ｇ（Ｌａｒ）ε−ｊΘ（Ｌａｒ）Ｓｔａ＋Ｇ（Ｌｂｒ）ε−ｊΘ（Ｌｂｒ）Ｓｔｂ｝・Ｇ（ｒｒ）ε−ｊΘ（ｒｒ）
で表される。なお、Ｇ（ｒｒ）ε−ｊΘ（ｒｒ）  は、アンテナＲの受信側信号伝送系での減衰量及び位相回転量を表している。
【００３７】
アンテナ相互間の距離は、それらの配置関係から予め判明しているので、アンテナＡ、Ｂから送信する送信信号Ｓｔａ、Ｓｔｂを、アンテナＲでの受信信号Ｓｒｒが零となるように設定して、送信する。
【００３８】
アンテナＡの送信側伝送系（送信回路など）とアンテナＢの送信側伝送系（送信回路など）との減衰及び位相回転が全く同一であれば、受信信号Ｓｒｒは両アンテナからの送信信号が打ち消し合って零になるはずである。
【００３９】
しかし、実際には、アンテナＡ、アンテナＢの送信側伝送系（送信回路など）の減衰及び位相回転は全く同一ではないから、それらの差分による受信信号が受信される。
【００４０】
そこで、それらの差分による受信信号が零になるように、アンテナＡの送信側伝送系とアンテナＢの送信側伝送系のいずれか一方または両方の減衰量や位相回転量を調整する。これにより、アンテナＡ、Ｂ間の送信側キャリブレーションが行われる。
【００４１】
引き続いて、送信側キャリブレーションが行われたアンテナ（例えばアンテナＡ）と他のアンテナＣとによって同様に差分による受信信号が零になるように、アンテナＣの送信側伝送系の減衰量及び位相回転量を調整する。これにより、アンテナＡ、Ｂに続いてアンテナＣの送信側キャリブレーションが行われる。以下同様に、全てのアンテナについて送信側キャリブレーションが行える。
【００４２】
以上の説明では、送信側伝送系のアンテナＡ，Ｂなどと受信側伝送系のアンテナＲとの間の距離Ｌａｒ、Ｌｂｒは任意の値としている。これらの距離Ｌａｒ、Ｌｂｒが等しい場合、即ちアンテナＡ、Ｂに対してアンテナＲが二等辺三角形上にある場合には、最初に送信される送信信号Ｓｔａ、Ｓｔｂは同振幅で逆位相のものとすればよい。
【００４３】
また、以上の説明では、複数Ｍを２としたが、複数Ｍを複数Ｎより少ない３以上の数にしてもよい。図４は、複数Ｍを３とした場合の例を示したものである。
【００４４】
図４では、図３に比して、送信側信号伝送系のアンテナＣが追加されており、アンテナＣとアンテナＲとの距離をＬｃｒとする。
【００４５】
この場合に、アンテナＲで受信される受信信号Ｓｒｒは、
Ｓｒｒ＝｛Ｇ（Ｌａｒ）ε−ｊΘ（Ｌａｒ）Ｓｔａ＋Ｇ（Ｌｂｒ）ε−ｊΘ（Ｌｂｒ）Ｓｔｂ＋Ｇ（Ｌｃｒ）・ε−ｊΘ（Ｌｃｒ）Ｓｔｃ｝・Ｇ（ｒｒ）ε−ｊΘ（ｒｒ）
で表される。
【００４６】
この場合にも、アンテナＡ〜Ｃから送信する送信信号Ｓｔａ〜Ｓｔｃを、アンテナＲでの受信信号Ｓｒｒが零となるように設定して、送信する。
【００４７】
そして、図３の場合と同様に、差分による受信信号が零になるように、アンテナＡ〜Ｃの送信側伝送系の減衰量及び位相回転量を調整する。これにより、アンテナＡ〜Ｃ間の送信側キャリブレーションが行われる。
【００４８】
引き続いて、送信側キャリブレーションが行われたアンテナ（例えばアンテナＡ、Ｂ）と他のアンテナＤとによって同様に差分による受信信号が零になるように、アンテナＤの送信側伝送系の減衰量及び位相回転量を調整して、アンテナＤの送信側キャリブレーションが行われる。
【００４９】
この場合、キャリブレーションが進行するに連れて、複数Ｍを３から４，５・・・と順次増加していってもよい。これにより、アンテナＡ、Ｂ、Ｃに続いてアンテナＤ以降の送信側キャリブレーションが行われる。
【００５０】
ここで、より厳密にはアンテナＡ、Ｂ、Ｃ・・・が、波長に対して１０波長以下等比較的近接されて設置される場合が多いため、アンテナＲの位置がアンテナＡ、Ｂ、Ｃ・・・の近距離場にあたり、電磁波解析によるヌル点となるように、アンテナＡ、Ｂ、Ｃ・・・から送信されるのが基本である。
【００５１】
次に、本発明の信号伝送系の受信側のキャリブレーションの考え方について説明する。受信側のキャリブレーションも、複数Ｍを２とし、送信側のキャリブレーションと同様に図３を参照して、説明する。
【００５２】
受信側のキャリブレーション時においては、全ての信号伝送系の送信側のキャリブレーションは、既に終了している。
【００５３】
アンテナＡから送信信号Ｓｔａで送信し、アンテナＢから送信信号Ｓｔｂで送信する。アンテナＲで受信される受信信号Ｓｒｒは、
Ｓｒｒ＝｛Ｇ（Ｌａｒ）ε−ｊΘ（Ｌａｒ）Ｓｔａ＋Ｇ（Ｌｂｒ）ε−ｊΘ（Ｌｂｒ）Ｓｔｂ｝・Ｇ（ｒｒ）ε−ｊΘ（ｒｒ）
で表される。
【００５４】
アンテナ相互間の距離は、それらの配置関係から予め判明しており、送信側のキャリブレーションも既に終了しているので、アンテナＡ、Ｂから送信する送信信号Ｓｔａ、Ｓｔｂを、アンテナＲでの受信信号Ｓｒｒが、零ではなく、予め設定した振幅と位相となる設定値に設定して、送信する。
【００５５】
受信側のキャリブレーションにおいては、当該受信側伝送系自身のキャリブレーションを行うから、受信信号の設定値（特に振幅）は通常の信号伝送状態での受信信号のレベルと同程度あるいはそれ以下になるように行われることがよい。
【００５６】
アンテナＲの受信側伝送系（受信回路など）の減衰及び位相回転（Ｇ（ｒｒ）ε−ｊΘ（ｒｒ））が、設計値と同一であれば、受信信号Ｓｒｒは、両方からの送信信号が相互に影響し合って小さくなり、予め設定した設定値で受信される。
【００５７】
しかし、アンテナＲの受信側伝送系（受信回路など）の実際の減衰及び位相回転は設計値と全く同一ではないから、設計値と実際値との差分だけ設定値と異なった受信信号Ｓｒｒが受信される。
【００５８】
そこで、その受信信号が予め設定した設定値になるように、アンテナＲの受信側伝送系の減衰量Ｇ（ｒｒ）及び位相回転量ε−ｊΘ（ｒｒ）を調整する。調整の結果、受信信号が予め設定した設定値になったことにより、アンテナＲの信号伝送系の受信側キャリブレーションが行われる。
【００５９】
引き続いて、他のアンテナを、新しいアンテナＲとして、同様に差分による受信信号が予め設定した設定値になるように、アンテナＲの受信側伝送系の減衰量及び位相回転量を調整する。このようにして、各アンテナの受信側キャリブレーションが、順次行われる。
【００６０】
以上の説明では、複数Ｍを２としたが、図４のように、複数Ｍを複数Ｎより少ない３以上の数にしてもよい。
【００６１】
また、他の受信側キャリブレーション方法として、受信側のキャリブレーション時には既に送信側のキャリブレーションは終了しているから、アンテナＲへの信号を送信する送信側アンテナをただ１個としてもよい。ただ、この場合には、送信側アンテナからの送信信号のレベルは、受信側で許容される程度の受信信号レベルとなるように調整して送信することになる。
【００６２】
次に、本発明のキャリブレーション動作を、図１の他、図５及び図６をも参照して説明する。図５は、送信側のキャリブレーション時のフローチャートを示す図であり、図６は、受信のキャリブレーション時のフローチャートを示す図である。
【００６３】
図５において、送信側キャリブレーションがスタートすると、ステップＳ１０１で、Ｎ本（Ｎ≧３）のアンテナのうちの１本を受信用のアンテナＲとして選択する。このアンテナＲの信号伝送系の受信側可変増幅器ＡＧｉｒの増幅度及び受信側移相器ＰＳｉｒの移相量を、制御器１００からの受信側振幅位相制御信号ｃｔｒにしたがって、それぞれ所定値、例えば１及び零、に設定する。
【００６４】
ステップＳ１０２で、アンテナＲを除く「Ｎ−１」本のアンテナのうちＭ本（２≦Ｍ＜Ｎ）を選択する。
【００６５】
ステップＳ１０３で、選択されたＭ本のアンテナから送信した場合に、アンテナＲで受信される受信信号Ｓｒｉが計算上で零となるＭ本のアンテナからの送信振幅と位相を、制御部１００によって算出する。算出された送信側振幅位相制御信号ｃｔｓｉを振幅位相制御器ＡＳｃｉに供給し、送信振幅と位相を送信側可変増幅器ＡＧｉｔ及び送信側移相器ＰＳｉｔに設定する。そして、ステップＳ１０４で、実際にＭ本のアンテナから送信する。
【００６６】
なお、受信用のアンテナＲとして選択された以外のアンテナにつながるアンテナ共用器ＳＷｉは、送信側或いは中立位置にあるように制御される。これにより、受信用アンテナＲ以外のアンテナの受信回路に大きな受信信号が入力されることを避けることができる。
【００６７】
ステップＳ１０５で、アンテナＲでの受信信号Ｓｒｉが零となったかどうかを判定する。零で無い場合には、ステップＳ１０６でＭ本のアンテナのうち少なくとも１本の送信振幅及び又は位相を調整し、再度送信する。このような、ステップＳ１０５及びステップＳ１０６の処理を繰り返して行い、アンテナＲでの受信信号Ｓｒｉが零となったと判定されると、ステップＳ１０７に進む。この受信信号Ｓｒｉが零となったかどうかの判定は、実際には所定の閾値Ｖｔｈを定めておき、受信信号Ｓｒｉがその閾値Ｖｔｈを下回ったことにより、零になったと判定する。
【００６８】
なお、ステップＳ１０３での送信振幅の設定は、送信側のキャリブレーションがまだ行われていない状態であるので、受信アンテナＲで高いレベルの受信信号が受信されることを防ぐために、小さく設定することがよい。そして、ステップＳ１０５での受信レベルの判断及びステップＳ１０６での送信振幅や位相の変更の繰り返し処理を通して、徐々に本来の送信振幅のレベルに上昇させて行くことがよい。これにより、送信側のキャリブレーションの際に、受信アンテナに高いレベルの信号が受信されることなく、本来の送信振幅レベルでの振幅及び位相をキャリブレーションすることができる。
【００６９】
ステップＳ１０７では、ステップＳ１０１で選択された受信用アンテナＲを除く「Ｎ−１」本のアンテナの送信振幅と位相が調整されたか、即ち「Ｎ−１」の信号伝送系の送信側可変増幅器ＡＧｉｔ及び送信側移相器ＰＳｉｔが調整されたかどうかを判定する。
【００７０】
まだ、「Ｎ−１」の信号伝送系の送信側可変増幅器ＡＧｉｔ及び送信側移相器ＰＳｉｔのうちに、未調整のものがある場合には、ステップＳ１０８に進む。
【００７１】
ステップＳ１０８では、Ｍ本のアンテナの新しい組み合わせを、少なくとも１本のアンテナがそれ以前のＭ本の組み合わせと共通するように、選択する。そして、ステップＳ１０３に戻って、ステップＳ１０３〜ステップＳ１０７の処理を、その新しいアンテナの組み合わせについて行う。この場合、既に調整済みの信号伝送系の送信側可変増幅器ＡＧｉｔ及び送信側移相器ＰＳｉｔはそれらの調整状態を固定しておき、新たにＭ本中に加えられた信号伝送系の送信側可変増幅器ＡＧｉｔ及び送信側移相器ＰＳｉｔの振幅及び位相を調整する。
【００７２】
このようにして、「Ｎ−１」の信号伝送系の送信側可変増幅器ＡＧｉｔ及び送信側移相器ＰＳｉｔが調整されると、ステップＳ１０９に進む。ステップＳ１０９では、ステップＳ１０１で選択したアンテナＲを１回以上変更したかどうかを判定する。
【００７３】
アンテナＲが１回以上変更されていない場合には、ステップＳ１１０に進む。ステップＳ１１０では、Ｎ本のアンテナのうち、以前にアンテナＲとして選択されていないアンテナを、新しい受信用のアンテナＲとして選択し、ステップＳ１０２に戻る。そして、ステップＳ１０２〜ステップＳ１０９の処理を、再び行う。
【００７４】
ステップＳ１０９で、設定された回数だけ、アンテナＲが変更されると、送信キャリブレーションは終了する。
【００７５】
ステップＳ１０９での回数を１回とした場合にも、全ての信号伝送系の送信側可変増幅器ＡＧｉｔ及び送信側移相器ＰＳｉｔが調整され、送信側のキャリブレーションが行われたことになる。
【００７６】
ステップＳ１０９での回数を２回以上とした場合には、全ての信号伝送系の送信側可変増幅器ＡＧｉｔ及び送信側移相器ＰＳｉｔの調整が、複数回行われることになる。したがって、各回のそれぞれの振幅及び位相の調整値を制御部１００のメモリ手段に記憶させておき、それらの調整値を平均化し、平均化された調整値を全ての信号伝送系の送信側可変増幅器ＡＧｉｔ及び送信側移相器ＰＳｉｔに設定する。これにより、より精度良くばらつきを小さくして、送信側キャリブレーションを行うことができる。
【００７７】
また、図５のフローチャートのステップＳ１０８において、選択されるアンテナを一本増加し、Ｍ←Ｍ＋１、とすることができる。例えば、Ｍとして最初は２本とし、ステップＳ１０８に進む度に、Ｍ＝３，Ｍ＝４・・・と増加させていっても良い。この場合には、どの様な組み合わせであっても、常に１つの信号伝送系の送信側可変増幅器ＡＧｉｔ及び送信側移相器ＰＳｉｔの調整のみでよい。
【００７８】
次に、図６を参照して、受信側のキャリブレーション時の動作を説明する。この受信側のキャリブレーション時には、全ての信号伝送系の送信側のキャリブレーションは終了している。
【００７９】
図６において、受信側キャリブレーションがスタートすると、ステップＳ２０１で、Ｎ本（Ｎ≧３）のアンテナのうちの１本を受信用のアンテナＲとして選択する。このアンテナＲの信号伝送系の受信側可変増幅器ＡＧｉｒの増幅度及び受信側移相器ＰＳｉｒの移相量を、制御器１００からの受信側振幅位相制御信号ｃｔｒにしたがって、それぞれ所定値、例えば１及び零、に設定する。
【００８０】
ステップＳ２０２で、アンテナＲを除く「Ｎ−１」本のアンテナのうちＭ本（２≦Ｍ＜Ｎ）を選択する。
【００８１】
ステップＳ２０３で、アンテナＲで受信される受信信号Ｓｒｉが予め設定した振幅と位相となるように、送信側キャリブレーション結果を踏まえて、Ｍ本のアンテナから送信する送信信号の振幅と位相を制御部１００によって算出する。算出された振幅と位相となるような送信側振幅位相制御信号ｃｔｓｉを振幅位相制御器ＡＳｃｉに供給し、送信振幅と位相を送信側可変増幅器ＡＧｉｔ及び送信側移相器ＰＳｉｔに設定する。そして、ステップＳ２０４で、実際にＭ本のアンテナから送信する。
【００８２】
受信側のキャリブレーションにおいては、当該受信側伝送系自身のキャリブレーションを行うから、当該受信側伝送系において予め設定した受信信号Ｓｒｉが受信されるようにＭ本のアンテナからの送信信号が送信される。この受信信号の設定（特に振幅）は、通常の信号伝送状態での受信信号のレベルと同程度あるいはそれ以下になるように行われる。
【００８３】
ステップＳ２０５で、アンテナＲでの受信信号Ｓｒｉが予め設定した設定値となったかどうかを判定する。設定値と異なる場合には、ステップＳ２０６でアンテナＲの信号伝送系の受信側可変増幅器ＡＧｉｒの増幅度及び又は受信側移相器ＰＳｉｒの移相量を、制御器１００からの受信側振幅位相制御信号ｃｔｒにしたがって、調整する。
【００８４】
このような、ステップＳ２０５及びステップＳ２０６の処理を繰り返して行い、アンテナＲでの受信信号Ｓｒｉが設定値になったと判定されると、ステップＳ２０７に進む。この受信信号Ｓｒｉが設定値となったかどうかの判定は、実際にはその設定値に対して所定の閾値を定めておき、受信信号Ｓｒｉがその閾値内に入ったことにより、設定値になったと判定する。
【００８５】
ステップＳ２０７では、Ｎ本のアンテナがアンテナＲとされたかどうかを判定する。Ｎ本のアンテナのうち、まだアンテナＲとして選択されていないアンテナがある場合には、ステップＳ２０８に進み、そのアンテナを受信用のアンテナＲとして選択し、ステップＳ２０２に戻る。
【００８６】
ステップＳ２０２〜ステップＳ２０８での各処理を、ステップＳ２０７でＮ本のアンテナがアンテナＲとされたと判定されるまで、繰り返して行う。ステップＳ２０２での処理において、選択されているＭ本のアンテナの１つが新しいアンテナＲとなる場合には、新しく他のアンテナをＭ本のアンテナの１つとして選択する。
【００８７】
ステップＳ２０７でＮ本のアンテナがアンテナＲとされたと判定されると、全ての信号伝送系の受信側可変増幅器ＡＧｉｒ及び受信側移相器ＰＳｉｒが調整され、送信側のキャリブレーションが行われたことになる。
【００８８】
ステップＳ２０７で、Ｎ本のアンテナがそれぞれ２回以上アンテナＲとして選択されたことを、終了の条件とするように変更することができる。この場合には、全ての信号伝送系の受信側可変増幅器ＡＧｉｒ及び受信側移相器ＰＳｉｒの調整が、複数回行われることになる。したがって、各回のそれぞれの振幅及び位相の調整値を制御部１００のメモリ手段に記憶させておき、それらの調整値を平均化し、平均化された調整値を全ての信号伝送系の受信側可変増幅器ＡＧｉｒ及び受信側移相器ＰＳｉｒに設定する。これにより、より精度良くばらつきを小さくして、受信側キャリブレーションを行うことができる。
【００８９】
【発明の効果】
本発明によれば、アダプティブアレイ無線基地局などにおいて用いられる無線装置のキャリブレーションを、アッテネータを挿入したり或いは利得を大きく調整することなく、通常の使用状態で実施することが可能になる。したがって、利得を大幅に調整したり、アッテネータを挿入する必要がないから、キャリブレーションの精度を高くすることができる。
【００９０】
また、複数の送信用として設定された信号伝送系から送信される信号を、特定の１つの受信用として設定された信号伝送系で受信し、その受信信号が零となるように送信用の伝送系の減衰量及び位相回転量を調整することで、送信用伝送系の送信側のキャリブレーションが行える。
【００９１】
また、送信側のキャリブレーション済みの複数の送信用として設定された信号伝送系から送信される信号を、特定の１つの受信用として設定された信号伝送系で受信し、その受信信号が所定値になるように当該受信用信号伝送系の減衰量及び位相回転量を調整することで、受信用伝送系の受信側のキャリブレーションが行える。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるアダプティブアレイ無線基地局の要部を示す概略ブロック図。
【図２】４個のアンテナ素子でアレイアンテナが構成される場合の配置例。
【図３】本発明によるキャリブレーションの考え方を説明する図。
【図４】本発明によるキャリブレーションの他の考え方を説明する図。
【図５】本発明の送信側のキャリブレーション時のフローチャート。
【図６】本発明の受信側のキャリブレーション時のフローチャート。
【符号の説明】
１００  制御部
２００  振幅位相調節部
ＡＮＴ１〜ＡＮＴｎ  アンテナ素子
ＳＷ１〜ＳＷｎ  アンテナ共用器
ＴＸ１〜ＴＸｎ  送信回路
ＲＸ１〜ＲＸｎ  受信回路
ＰＳ１ｔ〜ＰＳｎｔ  送信側移相器
ＡＧ１ｔ〜ＡＧｎｔ  送信側可変増幅器
ＰＳ１ｒ〜ＰＳｎｒ  受信側移相器
ＡＧ１ｒ〜ＡＧｎｒ  受信側可変増幅器
ＡＳｃ１〜ＡＳｃｎ  振幅位相制御器
【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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