(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の素子アンテナから送信される各信号を要素にもつベクトルを送信ベクトル信号とする送信アレーアンテナを有し、該送信アレーアンテナから互いに異なる複数の上記送信ベクトル信号を送信する第１の通信局と、
上記第１の通信局より送信された送信ベクトル信号を受信して、上記第１の通信局へ受信した受信ベクトル信号を送信する第２の通信局と
を備え、
上記第１の通信局は、上記第２の通信局より受信した受信ベクトル信号と、上記送信ベクトル信号とに基づいて、上記送信アレーアンテナの荷重の最適値を決定する荷重制御手段を備え、
上記第１の通信局は、上記送信アレーアンテナの複数の互いに異なる荷重ベクトルを用いることにより、上記複数の送信ベクトル信号を生成し、
上記荷重制御手段は、ｈ＝（ＶHＶ）-1ＶHｄ（ｈは伝搬パラメータベクトルの推定値、Ｖは送信ベクトル信号生成行列、ＶHはＶの転置行列、ｄは受信ベクトル信号行列である。）で与えられるベクトルの複素共役ベクトルを求め、該複素共役ベクトルを通信時の荷重の最適値として決定することを特徴とする通信装置。
【請求項２】
請求項１に記載の通信装置において、
上記荷重制御手段を第１の荷重制御手段とし、
上記第２の通信局は、上記第１の通信局より受信した受信ベクトル信号に基づいて、送信アレーアンテナの荷重の最適値を決定する第２の荷重制御手段を備え、該第２の荷重制御手段は、決定した最適値の情報信号を上記第１の通信局へ送信することを特徴とする通信装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の通信装置において、
上記第２の通信局は、受信ベクトル信号を符号化して、上記第１の荷重制御手段に伝送することを特徴とする通信装置。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれかに記載の通信装置において、
上記第１の通信局は、複数の送信ベクトル信号を時分割で送信し、上記第２の通信局は、上記分割された各時刻の受信ベクトル信号を受信することを特徴とする通信装置。
【請求項５】
請求項１ないし３のいずれかに記載の通信装置において、
上記第１の通信局は、複数の送信ベクトル信号を周波数分割で送信し、上記第２の通信局は、上記分割された各周波数の受信ベクトル信号を受信することを特徴とする通信装置。
【請求項６】
請求項１ないし３のいずれかに記載の通信装置において、
上記第１の通信局は、複数の送信ベクトル信号をそれぞれ互いに異なるスペクトル拡散コードで変調して送信し、上記第２の通信局は、拡散コードで復調して上記受信ベクトル信号を受信することを特徴とする通信装置。
【請求項７】
複数の素子アンテナから送信される各信号を要素にもつベクトルを送信ベクトル信号とし、互いに異なる複数の上記送信ベクトル信号を送信する送信アレーアンテナと、
上記送信アレーアンテナからの上記送信ベクトル信号を受信する受信アンテナと、
上記受信アンテナにより受信した受信ベクトル信号と、上記送信ベクトル信号とに基づいて、送信アレーアンテナの荷重の最適値を決定する第１の荷重制御手段を備え、
上記送信アレーアンテナは、複数の互いに異なる荷重ベクトルを用いることにより、上記複数の送信ベクトル信号を生成し、
上記第１の荷重制御手段は、ｈ＝（ＶHＶ）-1ＶHｄ（ｈは伝搬パラメータベクトルの推定値、Ｖは送信ベクトル信号生成行列、ＶHはＶの転置行列、ｄは受信ベクトル信号行列である。）で与えられるベクトルの複素共役ベクトルを求め、該複素共役ベクトルを通信時の荷重の最適値として決定することを特徴とする通信装置。
【請求項８】
複数の素子アンテナから送信される各信号を要素にもつベクトルを送信ベクトル信号とする送信アレーアンテナを有する第１の通信局にて、該送信アレーアンテナから互いに異なる複数の上記送信ベクトル信号を送信する第１通信ステップと、
上記第１の通信局より送信された送信ベクトル信号を第２の通信局にて受信し、上記第１の通信局へ受信した上記受信ベクトル信号を送信する第２通信ステップと、
上記第１の通信局が、上記第２の通信局より受信した受信ベクトル信号と、上記送信ベクトル信号とに基づいて、上記第１の荷重制御手段にて送信アレーアンテナの荷重の最適値を決定する荷重決定ステップと
を備え、
上記第１通信ステップは、上記送信アレーアンテナの複数の互いに異なる荷重ベクトルを用いることにより、上記複数の送信ベクトル信号を上記第１の通信局にて生成し、
上記荷重決定ステップは、ｈ＝（ＶHＶ）-1ＶHｄ（ｈは伝搬パラメータベクトルの推定値、Ｖは送信ベクトル信号生成行列、ＶHはＶの転置行列、ｄは受信ベクトル信号行列である。）で与えられるベクトルの複素共役ベクトルを荷重決定手段にて求め、該複素共役ベクトルを通信時の荷重の最適値として決定することを特徴とする通信装置の送信アレーアンテナ校正方法。
【請求項９】
請求項８に記載の通信装置の送信アレーアンテナ校正方法において、
上記第２の通信ステップは、上記第１の通信局より受信した受信ベクトル信号に基づいて、送信アレーアンテナの荷重の最適値を決定する第２の荷重制御手段にて決定した最適値の情報信号を上記第１の通信局へ送信することを特徴とする通信装置の送信アレーアンテナ校正方法。
【請求項１０】
請求項８または９に記載の通信装置の送信アレーアンテナ校正方法において、
上記第２の通信ステップは、受信ベクトル信号を上記第２の通信局にて符号化して、第１の荷重制御手段に伝送することを特徴とする通信装置の送信アレーアンテナ校正方法。
【請求項１１】
請求項８ないし１０のいずれかに記載の通信装置の送信アレーアンテナ校正方法において、
上記第１の通信ステップは、上記第１の通信局にて複数の送信ベクトル信号を時分割で送信し、
上記第２の通信ステップは、上記分割された各時刻の受信ベクトル信号を上記第２の通信局にて受信することを特徴とする通信装置の送信アレーアンテナ校正方法。
【請求項１２】
請求項８ないし１０のいずれかに記載の通信装置の送信アレーアンテナ校正方法において、
上記第１の通信ステップは、上記第１の通信局にて複数の送信ベクトル信号を周波数分割で送信し、
上記第２の通信ステップは、上記分割された各周波数の受信ベクトル信号を上記第２の通信局にて受信することを特徴とする通信装置の送信アレーアンテナ校正方法。
【請求項１３】
請求項８ないし１０のいずれかに記載の通信装置の送信アレーアンテナ校正方法において、
上記第１の通信ステップは、上記第１の通信局にて複数の送信ベクトル信号をそれぞれ互いに異なるスペクトル拡散コードで変調して送信し、
上記第２の通信ステップは、拡散コードで復調して上記受信ベクトル信号を上記第２の通信局にて受信することを特徴とする通信装置の送信アレーアンテナ校正方法。
【請求項１４】
複数の素子アンテナから送信される各信号を要素にもつベクトルを送信ベクトル信号とする互いに異なる複数の上記送信ベクトル信号を送信アレーアンテナにて送信する送信ステップと、
上記送信アレーアンテナより上記送信ベクトル信号を受信手段にて受信する受信ステップと、
上記受信アンテナにより受信した受信ベクトル信号と、上記送信ベクトル信号とに基づいて、送信アレーアンテナの荷重の最適値を第１の荷重制御手段にて決定する荷重決定ステップと
を備え、
上記送信ステップは、上記送信アレーアンテナの複数の互いに異なる荷重ベクトルを用いることにより、上記複数の送信ベクトル信号を上記送信アレーアンテナにて生成し、
上記荷重決定ステップは、ｈ＝（ＶHＶ）-1ＶHｄ（ｈは伝搬パラメータベクトルの推定値、Ｖは送信ベクトル信号生成行列、ＶHはＶの転置行列、ｄは受信ベクトル信号行列である。）で与えられるベクトルの複素共役ベクトルを上記第１の荷重制御手段にて求め、該複素共役ベクトルを通信時の荷重の最適値として決定することを特徴とする通信装置の送信アレーアンテナ校正方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、移動体通信システム等で無線通信局の送信アンテナにフェーズドアレーアンテナを用いる通信装置およびその送信アレーアンテナ校正方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図６は従来の送信アンテナにフェーズドアレーアンテナを用いた通信装置の構成を示したブロック図である。図において、１はＭ個の素子アンテナからなる送信アレーアンテナを有する通信局、２は通信局１の送信対象である通信局である。通信局１の構成要素として、３−１〜３−Ｍは荷重、４−１〜４−ＭはＤ／Ａ変換器、５−１〜５−Ｍは送信機、６−１〜６−Ｍは送信アレーアンテナをなす素子アンテナ、７は校正用参照信号メモリ、８は通信局１の受信アンテナ、９は受信機、１０はＡ／Ｄ変換器、１１は制御手段である。また、通信局２の構成要素として、１２は通信局２のアンテナ、１３はデュープレクサ、１４は受信機、１５は荷重計算手段、１６は校正用参照信号メモリ、１７は送信機である。
【０００３】
図６に示すように、通信局１から例えば送信ＤＢＦアレーアンテナを用いて通信局２に送信信号を送信する際、荷重３−１〜３−Ｍを調整して、送信ビームパターンを通信局２に指向させる。
最適な送信ビームパターンの形成には、Ｄ／Ａ変換器４、送信機５、素子アンテナ６までの各送信チャネルの特性差を補正するための正確な校正データを要するが、校正データの取得には多大な労力を要し、校正データを記憶するメモリも多大なものとなるため高コストになるという問題もあった。校正データの誤差は最適な送信ビームパターンの形成を阻害し、これも通信精度の劣化に大きくつながる。
【０００４】
また、送信ビームパターンを正しく指向させるためには、通信局１からから通信局２への正確な方位角をリアルタイムで知る必要があるが、方位角を正しく測定するためには別途、通信局１に方探装置を備えるか、または通信局２に測位装置を備える必要があり、高コスト化、装置の大規模化を招き、実現を困難にさせていた。
【０００５】
さらに、通信局１から通信局２へ向かう電波の経路にマルチパスが存在すると、図６にも示されるように、通信局２のアンテナ２１には直接波のみならずマルチパス反射波も受信されるため、通信精度が大きく劣化する。
【０００６】
なお、基地局での送受信においてアレーアンテナを共有し、受信アレーアンテナをアダプティブ化し、受信アレーアンテナの収束後の荷重を送信アレーアンテナの荷重にコピーして用いるという方法も提案されている。しかし、特に送受信で異なる周波数帯を用いる通信方式では、受信の最適荷重が送信の最適荷重とは異なるため、送信アレーアンテナの校正は困難である。
【０００７】
上記のような、送信アレーアンテナの校正の問題を解決する従来技術として、文献１：英国特許２３１３２６１に開示されたものがある。
図７は上記文献１に示された従来技術による通信装置の送信信号の校正における動作を示したフローチャートである。
【０００８】
図において、ステップ７１で、通信局１において制御手段１１が送信機５−２〜５−Ｍの出力を０にして、送信機５−１のみを動作させて校正用参照信号ｒ（１）、…、ｒ（Ｎ）を素子アンテナ６−１のみから送信する。このとき、複素数の値で与えられる荷重３−１〜３−Ｍはすべて共通な値にセットしておく。
【０００９】
ステップ７２で、通信局２は素子アンテナ６−１から送信された電波を受信し、荷重計算手段１５で校正用参照信号メモリ１６にあらかじめコピーされた校正用参照信号ｒとこの受信信号との相関をとるなどして比較し、相関値の複素数ｗ１を記憶する。
【００１０】
次に、ステップ７３で、通信局１において制御手段が送信機５−１，５−３〜５−Ｍの出力を０にして送信機５−２のみを動作させて校正用参照信号ｒ（１）、…、ｒ（Ｎ）を素子アンテナ６−２のみから送信する。
ステップ７４で、通信局２が素子アンテナ６−２から送信された電波を受信し、荷重計算手段１５で校正用参照信号ｒと受信信号から相関値の複素数ｗ２を記憶する。これを順次、ステップ７５、７６までＭ素子分繰り返す。
その後、ステップ７７で、通信局２は上記ｗ１〜ｗＭまでを最適荷重ベクトルｗとして通信局１に送信する。
【００１１】
ステップ７８で、通信局は最適荷重ベクトルｗを受信し、制御手段１１がｗ１〜ｗＭの複素共役値をそれぞれ複素荷重３−１〜３−Ｍにセットする。
その後、ステップ７９で、通信局１は送信機５−１〜５−Ｍを動作状態にして、校正用参照信号ｒに換え通信信号を素子アンテナ６−１〜６−Ｍから同時に送信する。
以上のようにして、従来の通信装置では送信信号の校正を行なっていた。
【００１２】
ここで、図６で示されている送信波の状態は、ステップ７３の状態を示しており、素子アンテナ６−２のみから電波が送信されている。通信局１のＤ／Ａ変換器４−２、送信機５−２、素子アンテナ６−２までの送信チャネルの通過と、素子アンテナ６−２から通信局２のアンテナ１２までの直接波の伝播経路通過の間における振幅、位相の変化を表すパラメータをａ２と、送信チャネルの通過とマルチパス反射波の伝播経路通過の間における振幅、位相の変化を表すパラメータをｂ２と表すとき（ここでは簡単のためマルチパスは１波としている）、通信局２のアンテナ１２の受信信号は図６に示されているように、ｒ（ｉ）ａ２＋ｒ（ｉ）ｂ２＝（ａ２＋ｂ２）ｒ（ｉ）となる。ｈ２≡ａ２＋ｂ２が校正すべきパラメータである。
【００１３】
ステップ７４で受信信号と参照信号ｒとの相関値を求めれば、その相関値ｗ２は次式（１）で表わせ、ｈ２にｒの電力＜r（ｉ） ｒ（ｉ）*＞が乗じられた値となる。
【数１】
0004578725.tif 000002
ここで、＜ ＞は時間ｉ＝１、…、Ｎにおける平均を、＊は複素共役を示す。
同様に、ｗ１、ｗ３〜ｗＭもそれぞれｈ１、ｈ３〜ｈＭに比例した値になる。
ステップ７９で、通信波が送信されるときは、複素荷重３−１〜３−Ｍはそれぞれｈ１*〜ｈＭ*になっているため、素子アンテナ６−１〜６−Ｍから送信された電波は、通信局２の受信アンテナ１２で同相で受信されることになり、送信アレーアンテナの校正が達成される。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
以上のように、従来技術では、送信アレーアンテナ６の校正処理時に、図６に示すような校正用参照信号ｒが素子アンテナ６−１〜６−Ｍから同時に送信されない。
一般に、アレーアンテナは素子間、給電線の結合等があるため、各素子アンテナ６−１〜６−Ｍが同時に給電されている場合と、１素子のみ給電されている場合とでは電気的特性が異なる。そのため、上記従来技術による校正では校正誤差が生じ、通信時にセットされる複素荷重３−１〜３−Ｍは全素子給電時の最適荷重と異なるため特性が劣化する。
【００１５】
また、校正処理時に各素子アンテナ毎に時分割で校正用参照信号ｒを送信するため、全素子の校正を終えるまでには多大な時間を要するという問題もある。これは、単に校正時間が長引くだけに留まらず、通信局の移動などにより校正時間中にマルチパスなどの電波伝播環境が急速に変化する場合には、校正時と通信時の伝播経路特性の変化に追従できず校正誤差を生じる恐れがある。
さらに、通信局２に荷重計算手段１５や校正用参照信号メモリ１６を有することは、通信局２が携帯端末などである場合、端末重量、容積、消費電力の面で不利で、現有装置に適用する際には大幅な改造を要する。また、校正用参照信号を事前に通信局２へ送信しておく必要もある。
【００１６】
なお、上記文献１では、校正用参照信号ｒを各素子アンテナ毎に時分割で送信する代わりに、各素子アンテナ６−１〜６−Ｍの送信信号を周波数で分割、またはスペクトル拡散の変調コードで分割して同時に送信する方法（第２の従来技術）も開示されているが、この場合は、より多く（Ｍ倍）の周波数チャネルまたはコードチャネルを占有するため、通信容量を圧迫する。加えて、周波数分割方式、スペクトル拡散方式を採用していない通信装置には適用できない。
【００１７】
また、上記文献１では、校正用参照信号ｒを同時に送信する別の校正処理方法として、荷重値ｗ１〜ｗＭの候補を離散的に与え、離散的荷重値のすべての組み合わせ［ｗ１、…、ｗＭ］についてそれぞれ全素子から送信し、通信局２の受信電力が最大となる荷重値の組み合わせ［ｗ１、…、ｗＭ］を探索し、この荷重組み合わせを通信時の荷重として用いる方法（第３の従来技術）も示されている。
しかしながら、この方法ではｗ１〜ｗＭの組み合わせの離散的候補を粗い間隔で与えると、選ばれた荷重でも最適荷重ｈ１*〜ｈＭ*からの誤差が十分小さくならず通信品質が劣化する恐れがある。
【００１８】
逆にｗ１〜ｗＭの組み合わせの離散的候補を小さい間隔で与えると、ｗ１〜ｗＭのすべての組み合わせを記憶するメモリの容量が著しく大きくなるだけでなく、受信電力が最大となるｗ１〜ｗＭの組み合わせ探索時間が増大し、校正時間増大の問題や伝播経路変化への追従遅れから校正誤差を生じる恐れがある。特に、素子数Ｍが多いアレーアンテナの場合、上記問題は顕著になる。
【００１９】
この発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、校正時間の短縮、または通信容量の抑制により、正確に送信アレーアンテナ６の校正が達成でき、最小限の改造で現有装置に適用できる送信アレーアンテナ６を備えた通信装置、ならびにその送信アンテナの校正方法を得ることを目的とする。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る通信装置は、複数の素子アンテナから送信される各信号を要素にもつベクトルを送信ベクトル信号とする送信アレーアンテナを有し、該送信アレーアンテナから互いに異なる複数の上記送信ベクトル信号を送信する第１の通信局と、上記第１の通信局より送信された送信ベクトル信号を受信して、上記第１の通信局へ受信した受信ベクトル信号を送信する第２の通信局とを備え、上記第１の通信局は、上記第２の通信局より受信した受信ベクトル信号と、上記送信ベクトル信号とに基づいて、上記送信アレーアンテナの荷重の最適値を決定する荷重制御手段を備え、上記第１の通信局は、上記送信アレーアンテナの複数の互いに異なる荷重ベクトルを用いることにより、上記複数の送信ベクトル信号を生成し、上記荷重制御手段は、ｈ＝（ＶHＶ）-1ＶHｄ（ｈは伝搬パラメータベクトルの推定値、Ｖは送信ベクトル信号生成行列、ＶHはＶの転置行列、ｄは受信ベクトル信号行列である。）で与えられるベクトルの複素共役ベクトルを求め、該複素共役ベクトルを通信時の荷重の最適値として決定する。
【００２３】
また、上記荷重制御手段を第１の荷重制御手段とし、上記第２の通信局は、上記第１の通信局より受信した受信ベクトル信号に基づいて、送信アレーアンテナの荷重の最適値を決定する第２の荷重制御手段を備え、該第２の荷重制御手段は、決定した最適値の情報信号を上記第１の通信局へ送信するものである。
【００２４】
また、上記第２の通信局は、受信ベクトル信号を符号化して、上記第１の荷重制御手段に伝送するものであるものである。
【００２５】
また、上記第１の通信局は、複数の送信ベクトル信号を時分割で送信し、上記第２の通信局は、上記分割された各時刻の受信ベクトル信号を受信するものである。
【００２６】
また、上記第１の通信局は、複数の送信ベクトル信号を周波数分割で送信し、上記第２の通信局は、上記分割された各周波数の受信ベクトル信号を受信するものである。
【００２７】
また、上記第１の通信局は、複数の送信ベクトル信号をそれぞれ互いに異なるスペクトル拡散コードで変調して送信し、上記第２の通信局は、拡散コードで復調して上記受信ベクトル信号を受信するものである。
【００２８】
また、この発明に係る通信装置は、複数の素子アンテナから送信される各信号を要素にもつベクトルを送信ベクトル信号とし、互いに異なる複数の上記送信ベクトル信号を送信する送信アレーアンテナと、上記送信アレーアンテナからの上記送信ベクトル信号を受信する受信アンテナと、上記受信アンテナにより受信した受信ベクトル信号と、上記送信ベクトル信号とに基づいて、送信アレーアンテナの荷重の最適値を決定する第１の荷重制御手段を備え、上記送信アレーアンテナは、複数の互いに異なる荷重ベクトルを用いることにより、上記複数の送信ベクトル信号を生成し、上記第１の荷重制御手段は、ｈ＝（ＶHＶ）-1ＶHｄ（ｈは伝搬パラメータベクトルの推定値、Ｖは送信ベクトル信号生成行列、ＶHはＶの転置行列、ｄは受信ベクトル信号行列である。）で与えられるベクトルの複素共役ベクトルを求め、該複素共役ベクトルを通信時の荷重の最適値として決定する。
【００２９】
この発明に係る通信装置の送信アレーアンテナ校正方法は、複数の素子アンテナから送信される各信号を要素にもつベクトルを送信ベクトル信号とする送信アレーアンテナを有する第１の通信局にて、該送信アレーアンテナから互いに異なる複数の上記送信ベクトル信号を送信する第１通信ステップと、上記第１の通信局より送信された送信ベクトル信号を第２の通信局にて受信し、上記第１の通信局へ受信した上記受信ベクトル信号を送信する第２通信ステップと、上記第１の通信局が、上記第２の通信局より受信した受信ベクトル信号と、上記送信ベクトル信号とに基づいて、上記第１の荷重制御手段にて送信アレーアンテナの荷重の最適値を決定する荷重決定ステップとを備え、上記第１通信ステップは、上記送信アレーアンテナの複数の互いに異なる荷重ベクトルを用いることにより、上記複数の送信ベクトル信号を上記第１の通信局にて生成し、上記荷重決定ステップは、ｈ＝（ＶHＶ）-1ＶHｄ（ｈは伝搬パラメータベクトルの推定値、Ｖは送信ベクトル信号生成行列、ＶHはＶの転置行列、ｄは受信ベクトル信号行列である。）で与えられるベクトルの複素共役ベクトルを荷重決定手段にて求め、該複素共役ベクトルを通信時の荷重の最適値として決定する。
【００３２】
また、上記第２の通信ステップは、上記第１の通信局より受信した受信ベクトル信号に基づいて、送信アレーアンテナの荷重の最適値を決定する第２の荷重制御手段にて決定した最適値の情報信号を上記第１の通信局へ送信するものである。
【００３３】
また、上記第２の通信ステップは、受信ベクトル信号を上記第２の通信局にて符号化して、第１の荷重制御手段に伝送するものである。
【００３４】
また、上記第１の通信ステップは、上記第１の通信局にて複数の送信ベクトル信号を時分割で送信し、上記第２の通信ステップは、上記分割された各時刻の受信ベクトル信号を上記第２の通信局にて受信するものである。
【００３５】
また、上記第１の通信ステップは、上記第１の通信局にて複数の送信ベクトル信号を周波数分割で送信し、上記第２の通信ステップは、上記分割された各周波数の受信ベクトル信号を上記第２の通信局にて受信するものである。
【００３６】
また、上記第１の通信ステップは、上記第１の通信局にて複数の送信ベクトル信号をそれぞれ互いに異なるスペクトル拡散コードで変調して送信し、上記第２の通信ステップは、拡散コードで復調して上記受信ベクトル信号を上記第２の通信局にて受信するものである。
【００３７】
また、この発明に係る通信装置の送信アレーアンテナ校正方法は、複数の素子アンテナから送信される各信号を要素にもつベクトルを送信ベクトル信号とする互いに異なる複数の上記送信ベクトル信号を送信アレーアンテナにて送信する送信ステップと、上記送信アレーアンテナより上記送信ベクトル信号を受信手段にて受信する受信ステップと、上記受信アンテナにより受信した受信ベクトル信号と、上記送信ベクトル信号とに基づいて、送信アレーアンテナの荷重の最適値を第１の荷重制御手段にて決定する荷重決定ステップとを備え、上記送信ステップは、上記送信アレーアンテナの複数の互いに異なる荷重ベクトルを用いることにより、上記複数の送信ベクトル信号を上記送信アレーアンテナにて生成し、上記荷重決定ステップは、ｈ＝（ＶHＶ）-1ＶHｄ（ｈは伝搬パラメータベクトルの推定値、Ｖは送信ベクトル信号生成行列、ＶHはＶの転置行列、ｄは受信ベクトル信号行列である。）で与えられるベクトルの複素共役ベクトルを上記第１の荷重制御手段にて求め、該複素共役ベクトルを通信時の荷重の最適値として決定する。
【００３８】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１に係る通信装置の構成を示したブロック図である。図１において、図６と同一箇所には同一符号を付し、その説明は省略する。
新たな符号として、１８は荷重３を制御する荷重制御手段である。
【００３９】
通信局１において、荷重３−１〜３−Ｍで校正用信号ｒ（ｉ）にそれぞれ複素荷重ｗ１（ｉ），ｗ２（ｉ），…，ｗＭ（ｉ）を乗じ、これらの信号を送信アレーアンテナの各素子アンテナ６−１〜６−Ｍへ同時に送信する。第ｉ時刻でｒ（ｉ）を送信する際の複素荷重ベクトルｗ（ｉ）を次式（２）で定義する。
【数２】
0004578725.tif 000003
したがって、通信局２のアンテナ１２に受信される直接波はｒ（ｉ）ｗ（ｉ）Hａで与えられる。なお、Ｔ、Ｈはそれぞれ転置、共役転置である。
ここでベクトルａは、そのｍ番目の要素を、通信局１のＤ／Ａ変換器４−ｍから素子アンテナ６−ｍまでの第ｍ送信チャネルの通過と素子アンテナ６−ｍから通信局２のアンテナ１２までの直接波の伝播経路通過の間の振幅、位相の変化を表すパラメータとするものである。マルチパスが存在する場合には通信局２のアンテナ１２に第ｌマルチパス波ｒ（ｉ）ｗ（ｉ）Hｂlも同時に受信される。ベクトルｂlは、そのｍ番目の要素を、通信局１のＤ／Ａ変換器４−ｍからの第ｍ送信チャネルの通過と素子アンテナ６−ｍから通信局２のアンテナ１２までの第ｌマルチパス波の伝播経路通過における振幅、位相の変化を表すパラメータとするものである。すなわち、通信局２のアンテナ１２の受信信号ｄ（ｉ）は次式（３）となる。
【数３】
0004578725.tif 000004
ここで、ξ（ｉ）はノイズ、他チャネル干渉波、シンボル長より長い遅延のマルチパス干渉波を含んだ外乱である。
次式（４）のように定義した伝搬パラメータベクトルを校正対象の未知パラメータとして考える。
【数４】
0004578725.tif 000005
ベクトルｈが推定できれば、例えば荷重３−ｍを、
【数５】
0004578725.tif 000006
と設定することにより、各送信機等の透過振幅位相のばらつき、マルチパス伝搬特性、素子パターンのばらつき、素子位置の補償ができて、同相合成により通信局２のアンテナ１２における受信信号電力は最大となる。すなわち、送信アレーアンテナ６のビームパターンを望ましいパターンに制御できる。以上の校正パラメータベクトルｈのモデルは従来技術の説明と同様である。
【００４０】
ここで、本発明の未知伝搬パラメータベクトルｈの推定原理について説明する。
校正用信号ｒ（ｉ）のサンプル（シンボル）毎に荷重ベクトルｗ（ｉ）を異なるベクトルに変化させて送信し、通信局２で各サンプル毎の受信信号ｄ（ｉ）を通信局１へアンテナ１２から受信アンテナ８へそのまま伝送する。各サンプル毎のｄ（ｉ）は荷重制御手段１８に入力される。Ｎ個の各サンプル（シンボル）送信時における信号の関係は式（２）より次式（５）のように与えられる。
【数６】
0004578725.tif 000007
外乱ξ（ｉ）はランダムと考えることができるので、式（５）を行列で表すと、次のようになる。
【数７】
0004578725.tif 000008
最小二乗解ｈ［ｈハット］は未知伝搬パラメータベクトルｈのもっとも確からしい推定値となる。従って、伝搬パラメータベクトルの推定値ｈ［ｈハット］は次式（９）で求めることができる。
【数８】
0004578725.tif 000009
【００４１】
次に、本実施の形態１における通信装置の動作、ならびに送信アレーアンテナの校正処理の方法を、図２に示したフローチャートを用いて説明する。
まず、ステップ１では、サンプル（シンボル）番号を示す指数ｉを１にセットする。
ステップ２では、荷重３−１〜３−Ｍをそれぞれ第ｉ荷重ベクトルｗ（ｉ）の要素ｗ1（ｉ），ｗ2（ｉ），…ｗM（ｉ）にセットし信号ｒ（ｉ）を各素子アンテナ６−１〜６−Ｍから同時に送信する。このとき、荷重制御手段１８は荷重ベクトルｗ（ｉ）と信号ｒ（ｉ）を記憶しておく。
【００４２】
ステップ３では、通信局２の受信信号ｄ（ｉ）を通信局１の荷重制御手段１８に伝送する。
ステップ４では指数ｉがＮに達したか判断し、達していない場合はステップ５で指数ｉをインクリメントした後、ステップ２に戻る。すなわち、ステップ２、ステップ３を荷重値ｗ（ｉ）を切り替えながらＮ回繰り返す。
【００４３】
その後、ステップ６で、通信局１の荷重制御手段１８は、記憶されたベクトルｗ（１）〜ｗ（Ｎ）とｒ（１）〜ｒ（ｉ）を用いて式（７）によりＮ×Ｍ行列Ｖを、式（８）によりＮ×１ベクトルｄを求め、式（９）によりＭ×１ベクトルｈ［ｈハット］を算出する。その後、ステップ７で、荷重３−１〜３−Ｍの荷重値ｗ1，ｗ2，…ｗMをｈ［ｈハット］の複素共役要素値ｈ1*，ｈ2*，…，ｈM*［ｈハット］にセットし、ステップ８で校正用参照信号ｒに換え通信信号を素子アンテナ６−１〜６−Ｍから送信する。
【００４４】
ステップ２、ステップ３の繰り返し数Ｎは、式（６）の最小二乗解が一意に決まるように、原理上Ｎ≧Ｍと与えればよい。Ｍは送信アレーアンテナの素子アンテナ数である。実際には式（５）における外乱ξ（１）〜ξ（Ｎ）の統計分布がもっともらしくなる（ξ（１）〜ξ（Ｎ）の平均が０に十分近づく）ように、Ｎはやや大きい数に選ぶ。また、原理上ステップ２でセットするＮ個の荷重ベクトルｗ（１）〜ｗ（Ｎ）も、式（６）の最小二乗解が一意に決まるように、その中の最低Ｍ個が互いに線形独立になるように選べばよい。
【００４５】
なお、本実施例の校正用信号ｒ（１）〜ｒ（Ｎ）は０でなければ任意の信号でよく、Ｎ個すべて一定の値でも、狭帯域の正弦波信号でもよい。r（１）〜ｒ（Ｎ）をＮ個一定の値にする場合は、ｒ（１）〜ｒ（Ｎ）の記憶と荷重制御手段１８への入力は不要である。
【００４６】
図１に示す構成では送信局１の受信アンテナ８は送信素子アンテナ６−１〜６−Ｍと別体にしているが、デュープレクサなどを用いることにより送信素子アンテナの一部またはすべてと兼用する構成でも構わない。また、通信局２のアンテナ１２も送受別体にする構成でもかまわない。
【００４７】
本実施の形態１では、通信局２の受信信号ｄ（ｉ）をそのまま通信局２へ伝送するよう構成しているが、通信局２で受信信号ｄ（ｉ）をコード化して通信局１に伝送するようにすることもできる。この場合、受信機９に等価器などを備えると、通信局２のアンテナ１２から送信局１の受信アンテナ８受信信号ｄ（ｉ）を伝送する経路にマルチパスが存在する場合でもｄ（ｉ）を歪みなく伝送できる利点がある。また、ステップ３で、通信局２が受信信号ｄ（ｉ）を逐次通信局１の荷重制御手段１８に伝送するよう構成したが、通信局２はｄ（ｉ）を記憶し、ステップ４の後に、まとめて通信局１の荷重制御手段１８に伝送するよう構成しても構わない。なお、受信信号ｄ（ｉ）を通信局１へアンテナ１２から受信アンテナ８へそのまま伝送する際に混入する雑音や受信機９で発生する内部雑音がｄ（ｉ）に混入するが、これも外乱ξ（ｉ）に繰り入れて考えることができる。
【００４８】
また、上記実施の形態１では、通信局１が最適荷重を決定する荷重制御手段１８を有する構成になっているが、ｄ（ｉ）を通信局２から通信局1に伝送する代わりに、ベクトルｗ（ｉ）〜ｗ（Ｎ）とｒ（１）〜ｒ（Ｎ）を通信局１から通信局２に伝送するかあらかじめ共有して記憶するなどして、通信局２に最適荷重を決定する手段を有する構成にすることもできる。
【００４９】
上記実施の形態１の通信装置では、全素子アンテナ６−１〜６−Ｍから同時に送信した状態、すなわち、通信時と同様に全素子アンテナ６−１〜６−Ｍに給電した状態で校正パラメータを計測するので、素子アンテナ毎に時分割して送信する従来技術の校正方法に比べ、より正確な送信アレーアンテナの校正を行うことができて、高い通信品質で送信を行うことができる。
【００５０】
また、本実施の形態１の通信装置では、送信アレーアンテナ校正のために、図２に示すようにＮ回の校正用信号の送信を行う。一方、図６、図７に示した従来技術では、アンテナ１２の受信信号に同様に外乱ξ（ｉ）が加わるので（式（１）の相関処理では説明を簡単にするため外乱の効果は省略している）、図７におけるステップ７１、７３、７５などにおいて外乱の効果が十分に小さくなるようそれぞれＮサンプルの校正用参照信号ｒ（１）〜ｒ（Ｎ）の送信を行うものとする。この結果、合計Ｎ×Ｍ回の校正用参照信号ｒの送信を必要とする。
【００５１】
従って、本発明の通信装置は従来技術の約１／Ｍ（Ｍ；素子アンテナ数）の校正用信号送信で済み、校正処理に要する時間が大幅に短縮できる。また、校正処理に要する時間が少なくて済むため、電波環境が急速に変動する場合でも校正遅れによる校正誤差が小さくなり、より最適な送信ビームパターンが形成できる。
各素子アンテナ６−１〜６−Ｍの送信信号を周波数分割またはスペクトル拡散の変調コード分割して同時に送信する前記第２の従来技術に比べ、本実施の形態１では、校正処理に要する周波数またはスペクトル拡散コードのチャネルは共通に１チャネルで済むので、より少ない通信容量で校正処理が実現でき、他の通信への圧迫が小さい。
【００５２】
なお、上記実施の形態１では、多数の荷重ベクトルｗ（１）〜ｗ（Ｎ）を用意して校正処理を行う。これは、各素子から同時送信するが通信局２の受信電力が最大となる荷重値の組み合わせ［ｗ１，…，ｗＭ］を探索する前記第３の従来技術と異なる。第３の従来技術では荷重値候補が最適値ベクトルｈを含まないと校正誤差が生じるのに対し、本実施の形態１ではベクトルｗ（１）〜ｗ（Ｎ）が最適値ベクトルｈを含まなくとも最小二乗の原理により最適値ベクトルｈが推定されることである。また、第２の従来技術では校正誤差を小さくするためには多数（位相間隔のみを１ｄｅｇ刻みにしても３６０のＭ乗）の荷重値候補を用意する必要があり校正時間が著しく増大するが、本実施の形態１はＭの数倍〜数十倍程度のより少ない校正時間で済む。
【００５３】
また、上記実施の形態１の通信装置では、従来技術のように校正用参照信号ｒ（１）〜ｒ（Ｎ）を通信局１と通信局２であらかじめ共有しておく必要もない。
さらに、通信局２の受信信号ｄ（ｉ）を単に通信局１に送るだけでよいので、最小限の改造で現有の通信装置に適用できる。
【００５４】
以上の構成により、本発明の通信装置では、より少ない校正時間またはより少ない通信容量で、正確に送信アレーアンテナ６の校正が達成でき、最小限の改造で現有装置に適用できる。
【００５５】
実施の形態２．
上述した本実施の形態１では、時分割で荷重ベクトルｗ（ｉ）を異なるベクトルに変化させて送信し、通信局２で各時刻の受信信号ｄ（ｉ）を通信局１に伝送する方法をとったが、本実施の形態２では、スペクトル拡散通信を前提として、スペクトル拡散の変調コード（チャネル）毎に異なる荷重ベクトルｗ（ｉ）で送信し、通信局２でそれぞれのコードの復調受信信号ｄ（ｉ）を通信局１に伝送する方法を用いる。
【００５６】
以下に、本実施の形態２に係る通信装置の動作ならびに送信アレーアンテナ校正処理の方法を、図３に示したフローチャートを用いて説明する。本実施の形態２に係る通信装置の基本構成は図１と同一であるが、通信局１の５−１〜５−Ｍはスペクトル拡散変調を行う送信機、通信局２の１４はスペクトル拡散復調を行う受信機である。
【００５７】
ステップ３１では、通信局１が荷重ベクトルｗ（１）〜ｗ（Ｎ）をそれぞれ第１〜第Ｎの互いに異なるスペクトル拡散コードで変調して重畳して同時に送信する。
ステップ３２では、通信局２でそれぞれ第１〜第Ｎのスペクトル拡散コードで復調された受信信号ｄ（１）〜ｄ（Ｎ）を得て、これらの受信信号を通信局１の荷重制御手段１８に伝送する。
ステップ３３〜３５は、本実施の形態１の図２におけるステップ２６〜２８の処理と同様であるため、その説明は省略する。
上記実施の形態２の通信装置では、送信アレーアンテナ校正のために、Ｎ個の変調コード（チャネル）を用いて１回の送信で済む。すなわち、使用するチャネルＮ倍に増えるが、校正処理に要する時間はさらに少なくて済む。特に、電波環境が急速に変動する場合では校正遅れによる校正誤差がさらに小さくなる。
【００５８】
なお、上記実施の形態２の通信装置では、Ｎ個の変調コード（チャネル）を用いて１回の送信で送信アレーアンテナ校正処理を行っているが、時分割とコード分割とを組み合わせて、ベクトルｗ（１）〜ｗ（Ｎ）をＮｃ個のコードで（Ｎ／Ｎｃ）回の時間に分けて送信して校正処理を行うこともできる。
また、上記実施の形態２の通信装置では、スペクトル拡散の変調コードで分けてｗ（１）〜ｗ（Ｎ）を送信し、通信局２でそれぞれのコードの復調受信信号ｄ（ｉ）を通信局１に伝送する構成をとっているが、周波数帯で分けてｗ（１）〜ｗ（Ｎ）を送信し、通信局２でそれぞれの周波数帯の受信信号ｄ（ｉ）を通信局１に伝送する構成でも同様な効果を有する。
【００５９】
実施の形態３．
図４は本実施の形態３に係る通信装置の構成を示したブロック図である。７−１〜７−Ｍはそれぞれ送信素子アンテナ６−１〜６−Ｍに接続された校正用信号源である。この装置では、送信アレーアンテナの校正処理時には荷重３−１〜３−Ｍをｗ1（ｉ）＝ｗ2（ｉ）＝…ｗM（ｉ）＝ｗcと共通の複素定数ｗcに定め、校正用信号源７−１〜７−Ｍから出力される校正用信号ｒ１（ｉ），ｒ２（ｉ），…，ｒM（ｉ）をそれぞれ送信素子アンテナ６−１〜６−Ｍから同時に送信する。  校正用信号は、ベクトルｒ（ｉ）≡［ｒ１（ｉ），ｒ２（ｉ），…，ｒM（ｉ）］Tとするとき、Ｎ個のベクトルｒ（１）〜ｒ（Ｎ）の少なくともＭ個が互いに線形独立になるように選ぶ。荷重制御手段１８はｒ１（ｉ），ｒ２（ｉ），…，ｒM（ｉ）を入力し、Ｎ×Ｍ行列Ｖを次式（１０）のように与える。
【数９】
0004578725.tif 000010
式（９）により伝搬パラメータベクトルの推定値ｈ［ｈハット］を算出し、通信時にｈ［ｈハット］の複素共役要素値を荷重３−１〜３−Ｍの荷重値にセットする。他の構成要素や動作は本実施の形態１と同様である。
【００６０】
本実施の形態１では素子アンテナ６−１〜６−Ｍから送信される信号がそれぞれｒ（ｉ）ｗ1（ｉ）*，ｒ（ｉ）ｗ2（ｉ）*，…，ｒ（ｉ）ｗN（ｉ）*であったが、本実施の形態３では送信される信号はｗcｒ1（ｉ），ｗcｒ2（ｉ），…ｗcｒM（ｉ）である。複素定数ｗcは全素子共通であるから無視しても校正原理には関係ない。従って、式（１０）のように行列Ｖを与えて、式（９）により式（６）の最小二乗解ｈ［ｈハット］を求めれば、本実施の形態１で述べたものと同様な原理で送信アレーアンテナの校正が達成できる。
【００６１】
実施の形態４．
図５は実施の形態４に係る通信装置の構成を示すものであり、通信局１のみで構成され、受信アンテナ８、受信機９は送信アンテナ６から送信する電波を受信するものである。他の通信局１の内部構成は図１と同様である。
本実施の形態４は、通信局１のＤ／Ａ変換器４から、送信機５、送信素子アンテナ６までの送信チャネルの特性を校正するためのものである。電波伝播経路のマルチパスは校正の対象としていない。
第ｍＤ／Ａ変換器４から、送信機５、送信素子アンテナ６までの送信チャネル通過の間の振幅、位相の変化を表すパラメータをｇｍで表し、第ｍ送信素子アンテナ６−ｍから受信アンテナ８までの経路通過の間の振幅、位相の変化を表すパラメータをｃｍで表すものとする。ｇｍとｃｍの積を要素とするベクトルを式（１１）と定義する。
【数１０】
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ｒ（ｉ）を送信する際に、複素荷重ベクトルｗ（ｉ）をとしてセットして各素子アンテナ６−１〜６−Ｍから同時に送信すると、受信アンテナ８の受信信号ｄ（ｉ）は式（３）で与えられる。従って、図２に示した処理に準じた手順により、荷重制御手段１８はベクトルｈの推定値ｈ［ｈハット］を算出することができる。送信素子アンテナ６および受信アンテナ８は固定であるからｃｍは変化せず、事前に測定することができる。従って、ｈ［ｈハット］の各要素をｃｍで除すことにより、送信チャネルパラメータをｇｍを推定することができる。
【００６２】
【発明の効果】
以上のように、この発明によれば、荷重制御手段が送信アレーアンテナの荷重の最適値を決定することにより、送信信号の移相および振幅を所望の値に調整するので、少ない校正時間、また少ない通信容量で、正確に送信アレーアンテナの校正が達成できる。さらに、最小限の改造で現有装置に適用することができる。
【００６３】
また、第２の通信局に第２の荷重制御手段を備えたことにより、第２の通信局は第２の荷重制御手段により算出された最適値と決定した情報信号のみを送信するので、通信容量を軽減させることができる。
【００６４】
また、第２の通信局は、受信ベクトル信号を符号化して、上記第１の通信局の荷重制御手段に伝送することにより、第２の通信局から第１の通信局の荷重制御手段までの伝送経路における受信ベクトル信号への外乱ノイズによる影響を抑えることができる。
【００６５】
また、上記第１の通信局は、複数の送信ベクトル信号を時分割で送信し、上記第２の通信局は、上記分割された各時刻の受信ベクトル信号を受信することにより、単一の周波数のみにより校正を行なうことができる。
【００６６】
また、上記第１の通信局は、複数の送信ベクトル信号を周波数分割で送信し、上記第２の通信局は、上記分割された各周波数の受信ベクトル信号を受信することにより、複数の周波数帯域を使用して同時に校正することができるため、校正時間を短縮することができる。
【００６７】
また、上記第１の通信局は、複数の送信ベクトル信号をそれぞれ互いに異なるスペクトル拡散コードで変調して送信し、上記第２の通信局は、拡散コードで復調して上記受信ベクトル信号を受信することにより、複数の変調コードを用いて１回の送信で送信アレーアンテナの校正が図られ、時間を短縮することができる。
【００６８】
また、送信ベクトル信号を送信する送信アレーアンテナと、上記送信ベクトル信号を受信する受信アンテナと、上記受信アンテナにより受信した受信ベクトル信号と、上記送信ベクトル信号とに基づいて、送信アレーアンテナの荷重の最適値を決定する第１の荷重制御手段を備えたことにより、単一の通信装置によって送信アレーアンテナを校正することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態１に係る通信装置の基本構成図である。
【図２】この発明の実施の形態１に係る通信装置の校正処理手順を示す図である。
【図３】この発明の実施の形態２に係る通信装置の校正処理手順を示す図である。
【図４】この発明の実施の形態３に係る通信装置の基本構成図である。
【図５】この発明の実施の形態４に係る通信装置の基本構成図である。
【図６】従来技術の通信装置の基本構成図を示す図である。
【図７】従来技術の通信装置の校正処理手順を示す図である。
【符号の説明】
１  通信局、２  通信局、３  複素荷重、４  Ｄ／Ａ変換器、５  送信機、６送信アレーアンテナの素子アンテナ、７  校正用信号源、８  受信アンテナ、９  受信機、１０  Ａ／Ｄ変換器、１１  荷重制御手段、１２  通信局２のアンテナ、１３  デュープレクサ、１４  通信局２の受信機、１５  通信局２の送信機、１６  校正用参照信号メモリ、１７  送信機、１８  荷重制御手段。
【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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