(57)【要約】【課題】時分割多重接続方式によって通信を行うアレイアンテナ通信装置において、より精度良くアダプティブ動作を実行する。【解決手段】アレイアンテナ通信装置では、キャリブレーションの履歴情報に基づいてその時点で使用されていない周波数キャリアの中からキャリブレーションに用いる周波数キャリアが決定され（ステップＳ１３）、次いでそのときに通信に使用されていないタイムスロットが、キャリブレーションに用いられるタイムスロットとして決定される（ステップＳ１５）。こうして決定された周波数キャリアおよびタイムスロットで、キャリブレーションが実行される（ステップＳ１６）。通常の通信処理と並行してキャリブレーションを行うため、アダプティブ動作をより迅速にかつより精度良く実行できるようになる。【選択図】        図４
2004343468.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の単位アンテナを含むアダプティブ・アレイ・アンテナを用いて時分割多元接続方式で通信を行う通信装置であって、
通常の通信処理と並行して、当該通信で割り当てられていないタイムスロット内のタイミングで、当該通信で割り当てられていない周波数チャネル内の周波数の信号を用いて、少なくとも一つの単位アンテナに対応する送信回路と受信回路との間で、それらを信号が通過する際の振幅変化量および位相回転量がそれぞれ等しくなるように調整するキャリブレーション手段を備えるアレイアンテナ通信装置。
【請求項２】
複数の単位アンテナ毎に設けられ、少なくとも送信電力増幅器を含むＲＦ送信系回路と単位アンテナ毎に前記ＲＦ送信系回路と並列に設けられるＲＦ受信系回路であって、少なくとも低雑音増幅器を含むＲＦ受信系回路と、
ＲＦ送信系回路及びＲＦ受信系回路に単位アンテナの他方側で共通に接続された双方向ベクトル変調器と、
複数の双方向ベクトル変調器に接続された分配合成部と、
分配合成部に接続された受信部（ＲＸ）と、
双方向ベクトル変調器を制御して複数の単位アンテナをアダプティブ・アレイ・アンテナとして機能させるアダプティブアレイ制御部と、
各ＲＦ受信系回路に参照信号を注入する参照信号注入回路と、
ＲＦ受信系回路のそれぞれとアダプティブアレイ制御部との間に設けられたモニタ受信部（モニタＲＸ）と、を含むアレイアンテナ通信装置であって、
通常の通信処理と並行して、当該通信で割り当てられていないタイムスロット内のタイミングで、当該通信で割り当てられていない周波数チャネル内の周波数の信号を用いて、受信部（ＲＸ）の出力と各モニタ受信部（モニタＲＸ）の出力との振幅及び位相もしくは何れか一方の差が０又は一定値となるような、各単位アンテナ毎の校正値をアダプティブアレイ制御部へ供給するキャリブレーション手段を備えることを特徴とするアレイアンテナ装置。
【請求項３】
前記キャリブレーション手段による調整の履歴情報を記憶する履歴情報記憶部と、
通常の通信処理における周波数チャネルおよびタイムスロットの割り当てを示す情報と、前記履歴情報とに基づいて前記調整の実施条件を決定する実施条件決定部と、を備え、
前記キャリブレーション手段は、前記決定された実施条件にしたがって調整を行うことを特徴とする請求項１または２に記載のアレイアンテナ通信装置。
【請求項４】
前記キャリブレーション手段は、周波数チャネル毎に前記調整を行い、
前記実施条件決定部は、周波数チャネル毎の前回の調整からの経過時間に基づいて実施条件を決定することを特徴とする請求項３に記載のアレイアンテナ通信装置。
【請求項５】
前記実施条件決定部は、過去に調整の行われた周波数チャネルの周波数に基づいて実施条件を決定することを特徴とする請求項３または４に記載のアレイアンテナ通信装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、時分割多元接続アダプティブ・アレイ・アンテナ通信装置のキャリブレーションに関する。
【０００２】
【従来の技術】
セル構成による移動通信システムの基地局通信装置にアダプティブ・アレイ・アンテナを用いることは、希望局方向にビームを向けアンテナの指向性利得を増加させＳ／Ｎを改善するのみならず、干渉局の信号方向にヌル指向性を向けることにより、干渉局からの信号を抑圧することによりＳ／Ｉを改善することにもなる。また、基地局・移動局間の通信品質の改善の他、基地局のもつ周波数資源である周波数多元接続（ＦＤＭＡ）の周波数チャネル、時間資源である時分割多元接続（ＴＤＭＡ）のタイムスロットを有効に使うことができるので、基地局当たりの平均的な通信容量増大という効果ももたらされる。
【０００３】
セル方式の一般的な例であるＰＤＣ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ  Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｃｅｌｌｕｌａｒ）、ＧＳＭ（Ｇｌｏｂａｌ  Ｓｙｓｔｅｍ  ｆｏｒ  Ｍｏｂｉｌｅ  ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ）、ＰＨＳ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ  Ｈａｎｄｙｐｈｏｎｅ  Ｓｙｓｔｅｍ）等のシステムにおいては、同一周波数チャネルを複数のユーザで用いる時分割多元接続（ＴＤＭＡ）方式とともに、周波数軸上にも複数の周波数チャネルを持つ周波数分割多元接続（ＦＤＭＡ）方式も採用されている。さらに、ＰＤＣ、ＧＳＭでは、基地局から移動局への回線（下り回線）と移動局から基地局への回線（上り回線）の周波数が異なるＦＤＤ方式が採用され、ＰＨＳでは下り回線と上り回線が同一チャネルを用いて時分割で行うＴＤＤ方式が採用されている。
【０００４】
ここで、ＰＨＳにおける基地局と干渉局の関係について述べる。ＰＨＳは国内の場合、電波産業会（ＡＲＩＢ）のＲＣＲ  ＳＴＤ−２８により規格化されている。
【０００５】
ＰＨＳではＴＤＭＡ−ＴＤＤの無線アクセス方式が採用されている。ＴＤＭＡ多重数は４で、キャリア周波数間隔は３００ｋＨｚである。基地局移動局間の通信は、５ｍｓ毎に区切られるタイム・フレームに従い行われる。ここで、タイム・フレームは８個のタイムスロットに分割され（各タイムスロットは０．６２５ｍｓ幅）、前半４タイムスロットは基地局から移動局に向けられる下り回線で、後半４タイムスロットは移動局から基地局に向けられる上り回線である。各タイムスロットは４タイムスロット離れた（時間的に２．５ｍｓ）タイムスロット毎にペアを組み、基地局、移動局間でＴＤＤ通信を行う。
【０００６】
各タイムスロットは、基地局、移動局間で制御を行うために設けられたＣＣＨ（制御チャネル）、および基地局、移動局間でユーザ情報の通信を行うＴＣＨ（情報チャネル）に用いられている。このうち、制御チャネルＣＣＨには、基地局から移動局に制御情報を報知するための下り片方向チャネルであってチャネル構造に関する情報やシステム情報等を転送するＢＣＣＨ（制御情報通知チャネル）、呼接続に必要な制御情報を転送するＣＣＣＨ（共通制御チャネル）、基地局から移動局に対して単一セルもしくは複数セルの広いエリア（一斉呼び出しエリア）に同一の情報一斉に転送するポイント−マルチポイントの片方向チャネルであるＰＣＨ（一斉呼び出しチャネル）、基地局と移動局の間で呼接続に必要な情報を転送するポイント−ポイントの双方向チャネルであってセル毎に独立の情報を転送する（上りはランダムアクセスである）ＳＣＣＨ（個別セル用チャネル）、ポイント−マルチポイントの双方向チャネルであって制御信号情報およびユーザパケットデータ転送を行うＵＰＣＨ（ユーザパケットチャネル）、およびＴＣＨ（情報チャネル）に付随した双方向チャネルであって呼接続に必要な制御情報およびユーザパケットデータ転送を行うＡＣＣＨ（付随制御チャネル）がある。
【０００７】
使用する周波数キャリア数は複数設定される。具体的には、共通使用するタイムスロットのみを割り当て、基地局にて定常的な間欠送信を行っている制御用キャリア、ユーザが通信を行うために個別割当タイムスロットを割り当てる事の出来る通信用キャリア、および基地局を介すことなく移動局間で直接通話を行うための子機間直接通話用キャリア（同一スロット上で接続制御および通話等を行う）に分けられる。
【０００８】
ＰＨＳでは、次のような複数のフェーズからなる通信プロトコルが採用されている。すなわち、通信プロトコルは、無線区間のハンドシェイクを確立するフェーズ（リンクチャネル確立フェーズ）、ハンドシェイクが確立した基地局と移動局間で呼接続を行うフェーズ（サービスチャネル確立フェーズ）、通信およびデータ伝送を行うフェーズ（通信フェーズ）を含む。このうち、リンクチャネル確立フェーズでは、各サービスの呼接続に必要な品質・容量のチャネル（リンクチャネル）、次サービスの呼接続に必要なプロトコル種別を選択する段階であり、サービスチャネル確立フェーズはリンクチャネル確立フェーズで得られたリンクチャネルを用いて、サービスを提供するために必要な容量のチャネル（サービスチャネル）、実際にユーザに通信する通信フェーズに必要なプロトコル種別を選択する段階で最適なプロトコルおよび各サービスに最適なチャネル、が採用することができる。
【０００９】
ここで各フェーズについてより詳細に説明する。
［１］リンクチャネル確立フェーズ：リンクチャネル確立フェーズは、通信キャリア上にリンクチャネルの確立を行うための情報転送を制御キャリア上で行っているフェーズであり、このフェーズで、各サービスの呼接続に必要な品質・容量のチャネル（リンクチャネル）、次フェーズの呼接続に必要なプロトコル種別を選択する。このフェーズで使用する機能チャネルを総称して、論理制御チャネル（ＬＣＣＨ：Ｌｏｇｉｃａｌ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｃｈａｎｎｅｌ）と言う。
［２］サービスチャネル確立フェーズ：サービスチャネル確立フェーズは、通信キャリア上に確立されたリンクチャネルを用いて、サービスチャネルの確立を行うフェーズであり、ＲＴ（無線管理）、ＭＭ（移動管理）、ＣＣ（呼制御）に分類される。このうち、ＲＴは無線資源を管理するための機能で、無線キャリア、タイムスロットの指定および無線回線品質の管理を行う。ＭＭは端末の移動性を管理するためのもので、位置登録や端末認証を行う。また、ＣＣは呼を接続したり切断するための機能である。本フェーズにて、サービスを提供するために必要な品質、容量のチャネル（サービスチャネル）、通信フェーズに必要なプロトコル種別を選択する。このフェーズに使用する機能チャネルを総称して、リンクチャネル（ＬＣＨ：Ｌｉｎｋ  Ｃｈａｎｎｅｌ）という。
［３］通信フェーズ：通信フェーズは、通信キャリア上に確立されたサービスチャネルを用いて、音声伝送やデータ伝送等のサービスを提供しているフェーズであり、各サービス毎に最適なプロトコルおよび各サービスに最適なチャネルを選択する。このフェーズで使用する機能チャネルを総称してサービスチャネル（ＳＣＨ：Ｓｅｒｖｉｃｅ  Ｃｈａｎｎｅｌ）という。
【００１０】
次に、接続制御につき、着信接続制御を例にとって、その制御順序を説明する。着信待ち受けを行っている移動局は、基地局から送信される着呼メッセージ（ＰＣＨ）を受信し、着信を検出する。着信を検出した移動局は、リンクチャネルを確立するために、基地局に対してリンクチャネル確立要求信号を送信する。基地局はリンクチャネル確立要求信号を受信すると、干渉のない呼接続を満足したリンクチャネルの割り当てをリンクチャネル割り当て信号で移動局に通知する。
その後、同期バースト信号のやりとりによりリンクチャネルの同期を行い、リンクチャネルが移動局、基地局間で確立される。
【００１１】
次に、移動局の位置登録について説明する。移動局に対する着信呼び出しを行う場合、移動局をサービスエリア全体で呼び出す方式をとると、加入者の増加に伴って着信トラフィックが増大し、着信を行うための移動局のグループを増やす必要が生じ、チャネル利用効率の低下、着信接続遅延の増加という問題が生じる。そこで、ＰＨＳでは、サービスエリアを複数の一斉呼び出しエリアに分割して、着信トラフィックを制限している。ネットワークでは、この一斉呼び出しエリア単位で位置登録を行い、当該エリア内の移動局を呼び出しているため、移動局が着信待ち受けを行う一斉呼び出しエリアをネットワークに通知する手段が必要となり、これを位置登録としている。
【００１２】
位置登録処理は、最後に位置登録処理を行った一斉呼び出しエリアから移動局が抜け、別の一斉呼び出しエリアで着信待ち受けを開始する際に行われる。一斉呼び出しエリア番号は、基地局すべての下りＬＣＣＨで報知されており、移動局は移動時、一斉呼び出しエリア番号の比較処理を行い、一斉呼び出しエリアの移行を検出する。一斉呼び出しエリアの分割数を多くすると、着信トラフィックを減少させることが出来るが、一方、位置登録トラフィックは増加してしまう。このため、一斉呼び出しエリアの大きさは適切に設定されている。
【００１３】
移動局、基地局とも、通信フェーズにおいて、ＴＣＨ品質の監視を行う。干渉等によりＴＣＨ品質の劣化を検出した場合、干渉回避の処理を行う。具体的には、ＴＣＨ品質の監視は、１．２秒間の受信スロット中の誤りスロット数を監視することで行い、その数が基地局からエリア情報として通知されるＴＣＨ切り替え誤りスロット数閾値以上となる場合に、干渉回避の制御を起動する。干渉回避の制御は、ＴＣＨを同一基地局内で切り替える場合と、他基地局のＴＣＨに切り替える場合（いわゆるハンドオーバー）がある。
【００１４】
ハンドオーバーには、ＴＣＨの確立を同期バーストの送受信から行うＴＣＨ切り替え型と、リンクチャネル確立フェーズから行う再発呼型とあるが、制御手順が複雑になる理由等から、公衆網では再発呼型ハンドオーバーが採用されている。ハンドオーバーでは以下の３つの処理が実行されている。
［１］無線ゾーンからの退出判定
［２］切り替え先基地局の選択
［３］切り替え先基地局でのＴＣＨの確立である。
【００１５】
ＰＨＳは、マイクロセルによってサービスエリアを構成するため基地局数が膨大となること、基地局の新設・増設を柔軟に行えること等の理由から、無線回線管理を基地局で自律分散的に行う制御方法がとられている。
【００１６】
ＬＣＣＨの配置は、各事業者に一つの制御キャリアが割り当てられており、各基地局はこの制御キャリア上にＬＣＣＨを配置することとなる。そのため、各基地局は、互いに下りＬＣＣＨ配置の監視を行い、干渉が生じない様に、下りＬＣＣＨの配置を行う方式となっている。上りＬＣＣＨは、各基地局で共有しており、スロット付きＡＬＯＨＡ（Ｓ−ＡＬＯＨＡ）によるランダムアクセスである。
【００１７】
ＴＣＨ割り当ては、移動局よりＴＣＨの割り当て要求があった場合、周囲のゾーンでのＴＣＨの干渉波を検出して、良好な通信品質が確保できるＴＣＨを適応的に割り当てるダイナミックチャネル割り当て方式を採用している。ダイナミックチャネル割り当ては、各基地局にあらかじめ使用チャネルを割り当てておく固定チャネル割り当て方式に比べて、基地局の設置設計を柔軟に行うことができるため、サービス開始後のトラフィック増による基地局の増設、サービスエリア拡大のための基地局の新設等に柔軟に対応出来る利点がある。
【００１８】
ここで、ＴＣＨの割り当てについては、移動局よりＴＣＨの割り当て要求があった場合に、基地局が周囲のゾーンでのＴＣＨの干渉波を検出している点に問題がある。すなわち、２つの基地局が例えば見通し位置にある場合、一方の基地局に属する移動局のＴＣＨの割り当ては、その属する基地局で周囲のゾーンでのＴＣＨを検出すれば、他方の基地局でＴＣＨとして割り当てられていれば検出され、同一ＴＣＨの割り当ては行われず、干渉を引き起こすことはない。また２つの基地局が充分離れていても、相互の干渉は小さく問題を引き起こさない。
【００１９】
しかしながら、２つの基地局が接近して設置され、相互の間に遮蔽物がある場合は状況が異なる。ここで、一方の基地局に属する移動局で、この移動局と２つの各基地局の間との間には遮蔽物がない場合を想定する。この移動局にＴＣＨを割り当てる場合、その移動局の属する基地局により周囲のゾーンでのＴＣＨの干渉波を検出するが、２つの基地局の間に遮蔽物があるため、他方の基地局がＴＣＨと利用しているキャリアを干渉波として検出することができない場合、あるいはその検出が困難となる場合があり得る。その場合、移動局の属する基地局は、他方の基地局がＴＣＨとして利用しているキャリアをＴＣＨに割り当てる場合が想定される。この場合、前述の移動局は一方の基地局には干渉無く受信されるが、他方の基地局はＴＣＨとして既に割り当てたキャリアにて送信されるため、大きな干渉として受信される。これが上記問題点である。
【００２０】
そこで、この問題点を解決するために、このような場合には、基地局のアンテナをアダプティブ・アレイ・アンテナとして構成し、干渉波方向にヌルを形成して通信対象の移動局からの希望波と干渉波を空間的に分離する方法が採用されている。
【００２１】
加えて、基地局間で下り回線が時間的に同期していない場合において、一つの基地局に属する移動局が送信する上り回線のタイミングに近隣基地局の下り回線が重なると、前記基地局と移動局間の通信が著しく阻害されるという問題が生じる場合がある。
【００２２】
この問題点を解決するために、ＰＨＳ基地局は近隣基地局の信号を受信して、問題となる電波の到達範囲に近隣基地局が存在する場合、近隣基地局同士、送信タイミングを揃える、すなわち同期するという処理を行っている。かかる処理により、移動局の送信タイミング（上り回線）に近隣移動局の信号が重畳される問題を回避している。
【００２３】
こうした基地局間同期の仕組みにより、前記干渉波の問題は基地局にとって複数の移動局間の問題となり、問題を簡素化する効果が得られている。すなわち、移動局を含めたゾーン内の干渉波を検出できれば回避可能な、複数移動局間での同一キャリアの重複使用のみが問題となり、基地局−移動局間の干渉の問題は回避される。この削減された移動局間の干渉問題に対して、遮蔽物のマスキングによって空間的に分離されたために発生する同一キャリアへのＴＣＨの重複割当の問題は、アダプティブ・アレイ・アンテナによる空間分離技術によって軽減することができる。
【００２４】
ここで、アダプティブ・アレイ・アンテナを実現する場合、基地局にとって干渉局が存在することは、逆に干渉局にとっては、本基地局の下り回線の信号が干渉波となっていることが、ＴＤＤシステムのもつ可逆性から容易に類推される。
【００２５】
この問題点を解決するために、基地局に採用されたアダプティブ・アレイ・アンテナは移動局からの上り回線を受信して干渉波方向にヌルを向けて受信Ｓ／Ｎを改善するように動作するが、このアンテナ指向性で送信できれば干渉局方向にはヌルが形成され、干渉局にとっての本基地局の干渉は抑制される。
【００２６】
ここで、基地局にアダプティブ・アレイ・アンテナを使用する場合、基地局受信アンテナパターンと同一の送信パターンで下り回線を送信するのが原理的には一般的であった。
【００２７】
しかし、上り回線、下り回線の送受信アンテナパターンを同一にするには、受信時に各アンテナに施される振幅と位相による重み付けにより希望波方向にビーム、干渉波方向にヌルを形成するように合成されるのと同一の合成を送信、下り回線で実現する必要がある。ここで、空間においては可逆性が成り立つため、送受同一パターンでの送受信は可能ではある。しかしながら、実際には、従来の基地局無線機では、送信経路と受信経路とが異なって構成されているため、送受信で同一パターンとならない場合も多かった。このため、アダプティブ・アレイ・アンテナのキャリブレーションを行い、送受それぞれで重み付けを行い、受信アンテナパターンと同一な送信アンテナパターンとなるようにする必要があった。
そして、このキャリブレーションは、周波数キャリア（周波数チャネル）毎に行う必要があり、また複数のアンテナ間の送信回路と受信回路との間でも行う必要があるから、全体のキャリブレーションを行うには、かなりの時間を要することとなる。したがって、このキャリブレーションは、夜間等、使用者のいない間にまとめて実行されるのが一般的であった。
【００２８】
【特許文献１】
特許第３３３２９１１号公報
【特許文献２】
特表２００３−５０１９７１号公報
【特許文献３】
特開２００１−５３６６３号公報
【非特許文献１】
菊間信良著，「アレーアンテナによる適応信号処理」，初版，株式会社科学技術出版，１９９８年１１月
【非特許文献２】
三木英輔、外３名，「ＰＨＳの無線回線制御技術」，ＮＴＴ  Ｒ＆Ｄ，日本電信電話株式会社，１９９５年９月
【００２９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、夜間等にキャリブレーションを実施すると、昼夜の温度差等に基づいて誤差が生じ、折角キャリブレーションを行ったにも拘わらず、昼間の通信時には送信アダプティブ・アレイ・アンテナ動作を問題なく行うことができる理論値から乖離してしまうという問題を生じていた。
【００３０】
【課題を解決するための手段】
本発明にかかるアレイアンテナ通信装置は、複数の単位アンテナを含むアダプティブ・アレイ・アンテナを用いて時分割多元接続方式で通信を行う通信装置であって、通常の通信処理と並行して、当該通信で割り当てられていないタイムスロット内のタイミングで、当該通信で割り当てられていない周波数チャネル内の周波数の信号を用いて、少なくとも一つの単位アンテナに対応する送信回路と受信回路との間で、それらを信号が通過する際の振幅変化量および位相回転量がそれぞれ等しくなるように調整するキャリブレーション手段を備える。
【００３１】
また、本発明にかかるアレイアンテナ通信装置は、複数の単位アンテナ毎に設けられ、少なくとも送信電力増幅器を含むＲＦ送信系回路と単位アンテナ毎に上記ＲＦ送信系回路と並列に設けられるＲＦ受信系回路であって、少なくとも低雑音増幅器を含むＲＦ受信系回路と、ＲＦ送信系回路及びＲＦ受信系回路に単位アンテナの他方側で共通に接続された双方向ベクトル変調器と、複数の双方向ベクトル変調器に接続された分配合成部と、分配合成部に接続された受信部（ＲＸ）と、双方向ベクトル変調器を制御して複数の単位アンテナをアダプティブ・アレイ・アンテナとして機能させるアダプティブアレイ制御部と、各ＲＦ受信系回路に参照信号を注入する参照信号注入回路と、ＲＦ受信系回路のそれぞれとアダプティブアレイ制御部との間に設けられたモニタ受信部（モニタＲＸ）と、を含むアレイアンテナ通信装置であって、通常の通信処理と並行して、当該通信で割り当てられていないタイムスロット内のタイミングで、当該通信で割り当てられていない周波数チャネル内の周波数の信号を用いて、受信部（ＲＸ）の出力と各モニタ受信部（モニタＲＸ）の出力との振幅及び位相もしくは何れか一方の差が０又は一定値となるような、各単位アンテナ毎の校正値をアダプティブアレイ制御部へ供給するキャリブレーション手段を備える。
【００３２】
また、上記アレイアンテナ通信装置では、上記キャリブレーション手段による調整の履歴情報を記憶する履歴情報記憶部と、通常の通信処理における周波数チャネルおよびタイムスロットの割り当てを示す情報と、上記履歴情報とに基づいて上記調整の実施条件を決定する実施条件決定部と、を備え、上記キャリブレーション手段は、上記決定された実施条件にしたがって調整を行うのが好適である。
【００３３】
また、上記アレイアンテナ通信装置では、上記キャリブレーション手段は、周波数チャネル毎に上記調整を行い、上記実施条件決定部は、周波数チャネル毎の前回の調整からの経過時間に基づいて実施条件を決定するのが好適である。
【００３４】
また、上記アレイアンテナ通信装置では、上記実施条件決定部は、過去に調整の行われた周波数チャネルの周波数に基づいて実施条件を決定するのが好適である。
【００３５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施形態を図面を参照して説明する。
【００３６】
図１は、本発明の第一の実施形態にかかるアレイアンテナ通信装置１０の要部を示すブロック図である。アダプティブアレイアンテナは４個の単位アンテナ１２を含み、各アンテナ１２に入力された信号は、送受切替器１４，１６が受信側に接続されている状態で、低雑音増幅器（ＬＮＡ）１８を通過し、双方向ベクトル変調器２０に入力される。ここで、送受切替器１４，１６の間では、送信系と受信系とでそれぞれ別個独立した回路（すなわちＲＦ送信系回路およびＲＦ受信系回路）を有しており、ＲＦ送信系回路には、送信電力増幅器２２が設けられている。なお、本実施形態では、アレイアンテナ通信装置１０が、ＴＤＭＡ−ＴＤＤ方式によって通信処理を行う基地局装置として構成される場合について説明する。
【００３７】
受信信号は双方向ベクトル変調器２０において、それぞれ重み付けされ、各単位アンテナ毎の信号が分配合成部２４において加算され、受信器２６およびＡＤ変換器２８からなる受信部を通って変復調回路３０へ供給される。
【００３８】
一方、送信信号は変復調回路３０からＤＡ変換器３２と送信器３４とからなる送信部を介してスイッチ３６から分配合成部２４へ送られる。
【００３９】
そして、前記双方向ベクトル変調器２０の重み付け値を最適値に制御するために、アダプティブアレイ制御部３８が設けられており、このアダプティブアレイ制御部３８には前述した受信部からの受信信号と後述する校正回路からの校正信号が供給され、これによって得られた所望の重み付け値が各ＤＡ変換器４０を介して単位アンテナ毎の双方向ベクトル変調器２０へ供給される。
【００４０】
アダプティブアレイ制御部３８から出力される重み付け値を短時間に収束させるために、本発明においては、各ＲＦ受信系回路に参照信号が注入され、アダプティブアレイ制御部３８による迅速な重み付け決定が行われる。本実施形態において、参照信号は変復調回路３０から送信部を経て分配合成部２４へ送られる送信信号が用いられる。すなわち、送信器３４の送信信号はスイッチ４１から減衰器４２を介して各単位アンテナ毎の低雑音増幅器１８の下流側へ方向性結合器４４を用いて注入されている。もちろん、本発明において、注入される参照信号は送信信号である必要はなく、送信信号と異なる特定の参照信号を用いることも好適である。
【００４１】
この参照信号は、各双方向ベクトル変調器２０を介して受信信号として分配合成部２４へ送られると共に各単位アンテナ毎に設けられたモニタ受信部４６に送られる。そして、受信器２６からの受信信号とモニタ受信部４６からのモニタ受信信号は校正回路４８において比較され、両者の振幅あるいは位相の差をゼロとするための校正信号がアダプティブアレイ制御部３８へ供給される。モニタ受信信号はモニタ受信部４６からＡＤ変換器５０を介して校正回路４８へ供給されている。
【００４２】
さらに、本実施形態にかかるアレイアンテナ通信装置１０は、制御部（例えばＣＰＵ）７０および記憶部（例えばメモリ）７２を有する。制御部７０は通常の通信処理における装置各部の制御を司るとともに、キャリブレーション処理（校正処理）における各種演算処理および装置各部の制御を司る。また、記憶部７２には、キャリブレーションの履歴を示す履歴情報の他、通信処理において割り当てている周波数チャネルやタイムスロットを示す情報なども記憶されている。なお、本実施形態では、制御部７０が実施条件決定部に相当し、記憶部７２が履歴情報記憶部に相当する。
【００４３】
ここで、上記構成を有するアレイアンテナ通信装置１０における校正（キャリブレーション）手順を説明する。以下の校正は、制御部７０によって決定されたタイムスロット内のタイミングで実行される。校正が１タイムスロットで完了しなかった場合には一旦中断し、次のフレームの同じタイムスロットでその続きが実行される。タイムスロットの決定については後述する。さて、通常のアンテナ送受信時において、切替器１４（ＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ３、ＳＷ４）、切替器１６（ＳＷ５、ＳＷ６、ＳＷ７、ＳＷ８）およびスイッチ３６（ＳＷ９）は送信時にはｔ側、そして受信時にはｒ側に接続され、送信系および受信系の切替えが行われる。また、この時、スイッチ４１（ＳＷ１０）は開放されている。
【００４４】
校正を行う時には、切替器１４，１６およびスイッチ３６は全て受信ｒ側に接続され、スイッチ４１（ＳＷ１０）が閉じられ、参照信号注入回路から各方向性結合器４４を介して受信系回路に参照信号が注入される。なお、ここで注入される参照信号の周波数は、制御部７０によって決定された周波数キャリア（周波数チャネル）内の周波数とする。この周波数の決定については後述する。
【００４５】
本実施形態によれば、最適な重み付け値ｗを得るための校正は参照信号によって行われるので迅速に最適な重み付けへの収束が行われるという利点があり、また校正のために単位アンテナ１２からの受信信号を必要とすることがなく、本実施形態においては、校正時にはアンテナ１２を装置から切り離すことが好適である。このために、切替器１４は図示した受信側のｒ端子と送信側のｔ端子のみでなく、これに加えて開放端子を設け、校正時にはアンテナ１２を装置から切り離すことが好適である。
【００４６】
以上の校正準備が整うと、参照信号は受信部から受信信号ｒとしてアダプティブアレイ制御部３８および校正回路４８に供給され、一方参照信号は単位アンテナモニタ受信部４６からＡＤ変換器５０を介して単位アンテナ毎にＵ１’、Ｕ２’、Ｕ３’、Ｕ４’として校正回路４８に供給される。そして、校正回路４８では、受信信号とモニタ受信信号との比較を行い両者の差をゼロとするような校正値Ｕをアダプティブアレイ制御部３８へ出力する。
【００４７】
４つの単位アンテナモニタ受信部４６に対する校正は１系統ずつ順に行われ、すなわち、モニタ受信部（１）の校正を行う場合は、双方向ベクトル変調器の重み係数を示すＷの値は、Ｗ１の値のみが１で、Ｗ２、Ｗ３、Ｗ４は全てゼロに設定し、この状態でβ１の経路を通る信号のみが受信器２６へ入力されるようにする。ここで、校正回路４８は一番目のアンテナ１２から得られた受信信号ｒとモニタ受信部（１）からのモニタ受信信号Ｕ１’とを比較して最適な校正値Ｕ１をアダプティブアレイ制御部３８へ供給し、これにより、双方向ベクトル変調器２０への重み付け値Ｗ１を選択することができる。同様に、モニタ受信部（２）の校正を行う場合には重み係数Ｗ２のみが１で残りを全てゼロに設定し、モニタ受信部（３）の校正に対しては、重み付け係数Ｗ３、モニタ受信部（４）の校正に対しては、重み付け係数Ｗ４のみを１と設定する。
【００４８】
図１には詳細には説明していないが、校正中にアンテナ１２から干渉信号が混入すると補正値の計算に悪影響を及ぼす場合があるので、校正を開始する直前にキャリアセンス等を行って干渉波が存在しない時間に校正を行うことが好適である。また、前述したように校正中はアンテナ１２からの干渉信号が参照信号に混入しないよう、切替器１４をすべて開放端子に接続することが好適である。
【００４９】
以上説明したように、本発明によれば、参照信号を用いることによって、校正回路４８からはアダプティブアレイ制御部３８に対して迅速に重み付けを収束させる校正値を供給することができるが、その更に具体的な実施形態を以下に説明する。
【００５０】
図２は校正回路４８の原理的なブロック回路を示し、モニタ受信信号Ｕ１’〜Ｕ４’は振幅・位相調整器５２において誤差検出回路５４の出力が乗算され、振幅および位相誤差が調整される。この調整された出力は校正値Ｕ１〜Ｕ４としてアダプティブアレイ制御部３８へ供給されるが、同時に誤差検出回路５４へ戻され、ここで受信信号ｒと演算され、前述した振幅・位相調整器５２へ戻される。
【００５１】
図２は原理的な校正回路を示したものであり、その更に具体的な実施形態が図３に示されている。図３において、モニタ受信部４６を一系統ずつ校正するために３個のスイッチＳＷ１１、ＳＷ１２、ＳＷ１３が設けられ、各スイッチ端子にはモニタ受信部４６の各系列と対応した数字１〜４が付されている。受信信号ｒは加算器５６において校正値Ｕ１〜Ｕ４の選択された値と減算され、その出力すなわち誤差分εが乗算器５８に供給され、スイッチＳＷ１１を介して得られたモニタ受信信号Ｕ’と乗算され、更に減衰器６０から振幅・位相調整器５２へ送られる。この振幅・位相調整器５２は記憶回路６２を有し、前記減衰器６０からの出力が常に記憶値ｃと加算器６４によって加算され、その出力がスイッチＳＷ１２から各系統毎の記憶回路６６に記憶され、乗算器６８によってモニタ受信信号Ｕ’に乗算される。この結果、校正値Ｕは常に各系統毎に更新された校正値としてアダプティブアレイ制御部３８へ供給されることとなる。
【００５２】
図３に示した実施形態においては、校正値Ｕは再急降下法（ＬＭＳ）アルゴリズムを用いて求められる。この校正値Ｕは初期値に依存せずに収束するが、より早く収束させるためにはそれ以前の収束結果から始めるか、不明な場合はゼロから始めるのが良い。校正回路はモニタ受信信号であるＵ’と受信信号ｒとの差εがゼロとなるように式（１）に従って校正値Ｕ、実際には記憶回路６６の記憶値ｃを繰り返し更新して収束させる。
【数１】
2004343468.tif 000003
上記式（１）において、＊は複素共役を意味する。上式において、各要素はμを除いて全て複素数である。ｎはＬＭＳアルゴリズムの繰り返し演算回数を示し、μは記憶値の収束時間と記憶値の安定性に影響する回路定数である。μは大きくするほど収束時間が短くなるが、記憶値の安定性は悪くなる。
【００５３】
次に、上記アレイアンテナ通信装置１０における、キャリブレーション実施条件の決定および実行について説明する。図４は、そのフローチャートである。まず、制御部７０は、装置各部を制御し、通信に用いる周波数キャリア（周波数チャネル）の受信レベルを測定し、あるタイムスロットの周波数キャリアが通信に適するレベル以下のノイズまたは干渉量であることを調べるために、周波数キャリアセンスを実行する（ステップＳ１０）。次に、制御部７０は、記憶部７２を参照し、使用可能な周波数キャリア（すなわち通常の通信処理に使用されていない周波数キャリア）をキャリブレーションに用いる周波数キャリア候補として選択する（ステップＳ１１）。次に、記憶部７２に記憶されるキャリブレーションの履歴を示す履歴情報を参照し、候補となった周波数キャリアについて、前回キャリブレーションを行った最終のキャリブレーション時期を参照表等から調査する（ステップＳ１２）。ここで、制御部７０は、例えば、最終キャリブレーションから一定期間経過したかどうかを調べ、この候補としてあげられた周波数キャリアについてキャリブレーション更新期間を過ぎていた場合には、その周波数キャリア候補をキャリブレーションを行う周波数キャリアとして決定する（ステップＳ１３）。次に、記憶部７２から通常の通信処理におけるタイムスロットの使用状況を取得し（ステップＳ１４）、現在、空いているタイムスロットをキャリブレーション用として確保する（ステップＳ１５）。そして制御部７０は、決定された条件（すなわち周波数キャリアおよびタイムスロット等）にしたがって、キャリブレーション手段としての装置各部（例えば、変復調回路３０、スイッチ１６，３６，４１、アダプティブアレイ制御部３８，校正回路４８など）を制御し、上述したキャリブレーションを実行する（ステップＳ１６）。そして、制御部７０は、キャリブレーションに関する情報（例えば、キャリブレーションを行った周波数キャリア、その周波数（例えば校正信号の周波数）、キャリブレーションを行った日時、重み付け制御定数を示す情報など）を、履歴情報として記憶部７２に追加して記憶する（ステップＳ１７）。なお、上記処理では、ステップＳ１０からステップＳ１３までについては例えば一定間隔で反復して実行して周波数キャリアの使用状況を監視しておき、ステップＳ１４でタイムスロットの空きが生じ次第、それ以降のステップＳ１５〜ステップＳ１７を実行するのが好適である。
【００５４】
図５は、各周波数キャリアの送受信状況を示す図である。この図５では、横軸は時間であり、実線の台形は実際に送信（受信）していることを、また破線の台形は単にタイムスロットの存在を示している。この例では、下り回線には時分割で４タイムスロット、上り回線には時分割で４タイムスロットが割り当てられている。そして、下り（基地局送信）の４タイムスロットと、上り（基地局受信）の４タイムスロットで、ＴＤＭＡ−ＴＤＤ通信システムの１フレームが構成され、その繰り返しによって通信が行われている。最上段は周波数キャリア＃０であり、この例では制御チャネルに用いられている。制御チャネルはＴ１のタイムスロットを用いて下り回線を形成し、例えば基地局エリア内の移動局に報知情報を送信している。制御チャネルはＴ１で送信するため、これに対応するＲ１にて受信が行われる（上り回線）。実際には発呼を行う場合等にこのＲ１が用いられる。なお、この例では、第２のＴＤＭＡ−ＴＤＤフレームにて受信が行われている。周波数キャリア＃１はユーザ１に対してＴ２で下り回線を確保し、Ｒ２で上り回線を確保して通信を行っている。また、周波数キャリア＃２はＲ３にて干渉波（のこぎり状の波形で示す）が受信されているため、Ｔ３−Ｒ３のタイムスロットには割り当てることができない。
【００５５】
そして、この例の場合には、周波数キャリア＃Ｎにおいて、Ｔ３−Ｒ３のタイムスロットが空いているので、制御部７０は、この周波数キャリア番号＃ＮおよびタイムスロットＴ３−Ｒ３を用いてキャリブレーションを実行させる。キャリブレーション手段としての装置各部は、このキャリブレーション要求を受けてＴ３−Ｒ３を用いてキャリブレーションを行う。校正回路４８（の誤差検出回路５４）は、誤差が所定値以内に収まると、それを制御部７０に通知する。制御部７０は、それにより周波数キャリア＃Ｎのキャリブレーションが終了したと判断して、履歴情報を更新する。
【００５６】
図６は、本発明の第二の実施形態にかかるアダプティブアレイ無線基地局（アレイアンテナ通信装置）の要部を示す概略ブロック図である。図６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。
【００５７】
図６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（Ｓｒ１，Ｓｒ２，・・・，Ｓｒｋ，・・・，Ｓｒｎ）の振幅や位相を調整するための振幅位相調整部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（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整部２００との間に設けられた送信回路ＴＸｉ（ＴＸ１，ＴＸ２，・・・，ＴＸｋ，・・・，ＴＸｎ）及び受信回路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、受信側の何れかに接続される。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。
【００５８】
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、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。
【００５９】
振幅位相調整部２００は、各アンテナに応じて、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）、および移相器や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１００から供給される送信側振幅位相信号ｃｔｓｉ（ｃｔｓ１〜ｃｔｓｎ）、受信側振幅位相制御信号ｃｔｒｉ（ｃｔｒ１〜ｃｔｒｎ）に基づいて、移相器ＰＳｉｔ，ＰＳｉｒ及び可変増幅器ＡＧｉｔ，ＡＧｉｒを制御する。なお、この振幅位相調整部２００は、キャリブレーションに専用としても良いし、また、通常の通信におけるアダプティブ制御用に共用としても良い。
【００６０】
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，ＡＳｃｉが含まれて、各々の信号伝送系が構成されている。
【００６１】
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。
【００６２】
アレイアンテナを構成するＮ個のアンテナ素子ＡＮＴ１，ＮＡＴ２，・・・，ＡＮＴｋ，・・・，ＡＮＴｎは、アレイ状に配置されるが、図７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てい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。
【００６３】
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替わる。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、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。以降各々のアンテナ素子を介する信号の送受信に関する一群の回路構成を信号伝送系と称する。
【００６４】
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。
【００６５】
以下、本実施形態におけるキャリブレーションの基本となる考え方を図８、図９を参照して説明する。
【００６６】
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。
【００６７】
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に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。
【００６８】
まず、本実施形態における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８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。
【００６９】
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、伝播距離Ｌに反比例して減衰Ｇ（Ｌ）し、伝播距離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。
【００７０】
アンテナＲで受信される受信信号Ｓｒｒは、
【数２】
2004343468.tif 000004
で表される。なお、Ｇ（ｒｒ）ε−ｊθ（ｒｒ）は、アンテナＲの受信信号伝送系での減衰量及び位相回転量を表している。
【００７１】
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が零になるように設定して、送信する。
【００７２】
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。
【００７３】
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ないから、それらの差分による受信信号が受信される。
【００７４】
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。
【００７５】
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。
【００７６】
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はどう振幅で逆位相のものとすればよい。
【００７７】
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９は、複数Ｍを３とした場合の例を示したものである。
【００７８】
図９では、図８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。
【００７９】
この場合に、アンテナＲで受信される受信信号Ｓｒｒは、
【数３】
2004343468.tif 000005
で表される。
【００８０】
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が零になるように設定して、送信する。
【００８１】
そして、図８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。
【００８２】
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。
【００８３】
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。
【００８４】
ここで、より厳密にはアンテナＡ，Ｂ，Ｃ，・・・が、波長に対して１０波長以下等比較的接近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。
【００８５】
次に、本実施形態における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８を参照して説明する。
【００８６】
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。
【００８７】
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、
【数４】
2004343468.tif 000006
で表される。
【００８８】
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。
【００８９】
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。
【００９０】
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。
【００９１】
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。
【００９２】
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。
【００９３】
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。
【００９４】
以上の説明では、複数Ｍを２としたが、図９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。
【００９５】
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。
【００９６】
次に、本実施形態におけるキャリブレーション動作を、図６の他、図１０及び図１１をも参照して説明する。図１０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１１は、受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る。
【００９７】
図１０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、制御部１００からの受信側増幅移送制御信号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。
【００９８】
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。
【００９９】
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。
【０１００】
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。
【０１０１】
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。零でない場合には、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が零に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が零に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、例になったと判定する。
【０１０２】
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定及びステップ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。
【０１０３】
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。
【０１０４】
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。
【０１０５】
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。
【０１０６】
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。
【０１０７】
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。
【０１０８】
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。
【０１０９】
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。
【０１１０】
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、より精度よ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。
【０１１１】
また、図１０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、どのよう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。
【０１１２】
次に、図１１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。
【０１１３】
図１１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、制御部１００からの受信側振幅位相制御信号Ｃｔｒｉ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。
【０１１４】
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。
【０１１５】
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及び位相となるように、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。
【０１１６】
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。
【０１１７】
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、制御部１００からの受信側振幅位相制御信号Ｃｔｒｉにしたがって、調整する。
【０１１８】
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。
【０１１９】
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。
【０１２０】
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。
【０１２１】
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。
【０１２２】
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、各階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、より精度良くバラつきを小さくして、受信側キャリブレーションを行うことができる。
【０１２３】
以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態には限定されない。例えば、本発明を適用可能なアレイアンテナ通信装置は上記実施形態に示したものには限定されず、本発明は、キャリブレーションを実行可能に構成されているＴＤＭＡ−ＴＤＤ方式による他の従来のアレイアンテナ通信装置（例えば特許第３３３２９１１号等に開示される通信装置等）にも適用可能である。
【０１２４】
また、制御部７０は、キャリブレーションの履歴に基づいて周波数キャリアを決定するが、この際、過去に調整の行われた周波数キャリアの周波数に基づいて周波数キャリアを決定することもできる。例えば、候補となる周波数キャリアが複数あった場合、そのうち、その周波数（周波数帯域，または中心周波数）と過去に調整の行われた周波数キャリアの周波数との差が大きいものを、優先的に選択することができる。これは、周波数が近ければ、振幅変化量や位相回転量、遅延量等の特性が近いものとなるため、その差が大きい周波数キャリアを選択しておけば、良好な通信特性あるいはアダプティブアレイ特性の得られる周波数帯域がより拡大されると考えられるからである。この際、前回のキャリブレーションを行った時点からの経過時間も合わせて考慮するのがさらに好適である。
【０１２５】
また、振幅変化量や位相回転量、遅延量等に温度依存性があることを利用し、キャリブレーションを行ったときに装置（例えば送信回路、受信回路等）の温度や気温等を検出してこれを重み付け定数などの設定条件とともに履歴情報として記憶しておき、当該温度となったときにその設定条件を使用するようにしてもよい。
【０１２６】
さらに、キャリブレーションの実行結果あるいは履歴に基づいて通信処理にかかる制御を実行することも可能である。例えば、一定期間以上キャリブレーションを実行していない周波数帯域がある場合には、その周波数帯域に含まれるあるいは近い周波数キャリアについては、通常の通信に用いないようにしたり、通信用の周波数キャリアを選択する際の優先度を低く設定することができる。また、ハンドオーバなどによって移動局との通信に新たな周波数キャリアを割り当てる際、その直前にキャリブレーションを実行した周波数キャリア、あるいはその周波数キャリアに周波数の近いキャリアを、優先的に割り当てることもできる。
【０１２７】
【発明の効果】
以上、説明したように、本発明によれば、特定の時期にまとめて全てのキャリブレーションを行うのではなく、通常の通信処理と並行して空いた周波数キャリアあるいはタイムスロットを利用して随時キャリブレーションを行うので、例えば、通信を行うタイミングの直前に、使用周波数キャリアの校正を行うことができ、通信装置に経時変化や、温度等の環境変化があった場合においても、良好なアダプティブ・アレイ処理を実行することができるという、顕著な効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第一の実施形態にかかるアレイアンテナ通信装置の要部構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の第一の実施形態にかかるアレイアンテナ通信装置のキャリブレーション手段の一部としての校正回路のブロック図である。
【図３】図２の校正回路をより詳細に示すブロック図である。
【図４】本発明の第一の実施形態にかかるアレイアンテナ通信装置によるキャリブレーションのフローチャートである。
【図５】本発明の実施形態にかかるアレイアンテナ通信装置における周波数キャリアおよびタイムスロットの割り当ての一例を模式的に示す図である。
【図６】本発明の第二の実施形態にかかるアレイアンテナ通信装置（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７】４つ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を示す図である。
【図８】本発明の第二の実施形態におけるキャリブレーションの考え方を示す説明図である。
【図９】本発明の第二の実施形態におけるキャリブレーションの他の考え方を示す説明図である。
【図１０】本発明の第二の実施形態における送信側のキャリブレーションのフローチャートである。
【図１１】本発明の第二の実施形態における受信側のキャリブレーションのフローチャートである。
【符号の説明】
１０  アレイアンテナ通信装置、１２  単位アンテナ、１８  低雑音増幅器、２０  双方向ベクトル変調器、２２  送信電力増幅器、２４  分配合成部、２６受信器、３０  変復調回路、３８  アダプティブアレイ制御部、４２  減衰器、４４  方向性結合器、４６  モニタ受信部、４８  校正回路、５２  振幅・位相調整器、５４  誤差検出回路、７０  制御部、７２  記憶部、１００  制御部、２００  振幅位相調整部、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】
2004343468.tif 000007
【図２】
2004343468.tif 000008
【図３】
2004343468.tif 000009
【図４】
2004343468.tif 000010
【図５】
2004343468.tif 000011
【図６】
2004343468.tif 000012
【図７】
2004343468.tif 000013
【図８】
2004343468.tif 000014
【図９】
2004343468.tif 000015
【図１０】
2004343468.tif 000016
【図１１】
2004343468.tif 000017