JP4170792B2

JP4170792B2 - Wireless device and calibration method thereof

Info

Publication number: JP4170792B2
Application number: JP2003046740A
Authority: JP
Inventors: 嘉彦竹内
Original assignee: Japan Radio Co Ltd
Current assignee: Japan Radio Co Ltd
Priority date: 2003-02-25
Filing date: 2003-02-25
Publication date: 2008-10-22
Anticipated expiration: 2023-02-25
Also published as: JP2004260373A

Description

【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にアンテナ相互間距離から減衰量及び位相回転量が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、
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。
【００１９】
請求項２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アンテナ相互間距離から減衰量及び位相回転量が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３の無線装置のキャリブレーション方法は、請求項２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（Ｌ} ^ｂｒ）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[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a radio apparatus used in an adaptive array radio base station or the like and a calibration method thereof.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, an adaptive array radio base station using an array antenna has been put to practical use as a radio base station of a mobile communication system such as a radio telephone.
[0003]
In order to realize transmission / reception of radio signals with accurate directivity between the adaptive array radio base station and a desired user, a transmission circuit and reception of each antenna element constituting the array antenna in the adaptive array radio base station In the circuit, it is necessary to weight the signals with weight values calculated strictly.
[0004]
Furthermore, in order to obtain good directivity, transmission characteristics such as the phase rotation amount and amplitude fluctuation amount of the receiving circuit, the phase rotation amount and amplitude fluctuation amount of the transmission circuit, etc. for each antenna element constituting the array antenna Therefore, it is necessary to perform calibration so as to compensate for the difference.
[0005]
Patent Document 1 discloses a method for calibrating an array antenna having N transmission circuits including a transmission circuit, a reception circuit, and an antenna.
[0006]
In the calibration method, first, a known signal Sj (t) corresponding to the j-th transmission system is output in accordance with a control signal from the control device, and a phase shifter, an attenuator, a transmission circuit, an antenna of the transmission system is output. It is sent out as a radio signal via a duplexer, antenna element, etc. The transmitted radio wave signal is received by each of all other transmission systems except the j-th transmission system, for example, the antenna element and the receiving circuit of the k-th transmission system, and measured as a received signal RXjk (t).
[0007]
Further, the j-th transmission system for transmitting signals is sequentially switched from the first to the n-th, and the signal RXjk (t) received by all the transmission systems from the first to the n-th is measured each time.
[0008]
By solving the simultaneous linear equations related to the received signal thus obtained, the phase rotation amount ΔφTXj of the signal generated by passing through the transmission circuit TXj (j = 1, 2,..., N) in all transmission systems and The amplitude fluctuation amount ATXj, the phase rotation amount ΔφRXj of the signal generated by passing through the receiving circuit RXj, and the amplitude fluctuation amount ARXj can be calculated.
[0009]
For each transmission system, the difference in the amount of phase rotation and the amount of amplitude fluctuation between the received signal and the transmitted signal is compensated, and the transmission characteristics are calibrated.
[0010]
[Patent Document 1]
Japanese Patent No. 3333211
[0011]
[Problems to be solved by the invention]
In the conventional calibration method, a known signal is transmitted from each antenna element of the N transmission systems, and the transmitted signal is received by a plurality of antenna elements and reception circuits of the N transmission systems. It is an indispensable condition. Therefore, in order to avoid failure or saturation of the reception circuit or the like due to the transmission signal, control is performed so that an appropriate level signal reaches the reception circuit. This problem is particularly important because the distance between a plurality of antenna elements is close in an adaptive array radio base station.
[0012]
For this reason, during calibration, the gain of the transmission circuit is lowered or attenuated by the attenuator to lower the transmission signal level, the gain of the reception circuit is lowered, or the attenuator is inserted to lower the reception sensitivity. Is required.
[0013]
However, by inserting these attenuators and adjusting the gain, the transmission system is calibrated under conditions different from the normal use state, that is, the transmission / reception state between the desired user and the adaptive array radio base station. Therefore, an error due to insertion of an attenuator or gain adjustment occurs.
[0014]
Therefore, the present invention eliminates the need for inserting an attenuator or adjusting the gain greatly in order to calibrate a radio apparatus used in an adaptive array radio base station or the like, and can be implemented in a normal use state. An object is to provide an apparatus and a calibration method thereof.
[0015]
[Means for Solving the Problems]
  The wireless device of claim 1 is a wireless device capable of calibrating transmission characteristics,
  A plurality of N antennas (where N ≧ 3) each including an antenna, a transmission circuit, a reception circuit sharing the antenna with the transmission circuit, and transmission-side amplitude / phase control means for controlling the amplitude and phase of the transmission signal A signal transmission system of
  At the time of calibration, the specific one signal transmission from a plurality of M (2 ≦ M <N) transmission circuit of the signal transmission system excluding the specific one signal transmission system of the N signal transmission systems So that the received signal of the system becomes zeroAttenuation and phase rotation are calculated from the distance between antennas.The calculated known signal is transmitted, and the transmitted known signal is received by the receiving circuit of the one specific signal transmission system, and the plurality of M signal transmissions are performed so that the received signal becomes zero. A control unit for controlling the transmission-side amplitude / phase control means of the system,
  Each of the signal transmission systems has reception side amplitude / phase control means for controlling the amplitude and phase of the reception signal,
  The control unit transmits a known signal from the plurality of M signal transmission system transmission circuits, receives the transmitted known signal by the reception circuit of the specific one signal transmission system, and receives the received signal. Controls the receiving-side amplitude / phase control means of the signal transmission system so that the predetermined amplitude / phase is based on the transmitted known signalIt is characterized by that.
[0019]
  Claim2The radio apparatus calibration method includes an antenna, a transmission circuit, a reception circuit that shares the antenna with the transmission circuit, a transmission-side amplitude / phase control unit that controls the amplitude and phase of the transmission signal, and the amplitude of the reception signal. And a calibration method for a wireless device including a plurality of N (where N ≧ 3) signal transmission systems each including a reception-side amplitude / phase control means for controlling the phase,
  A first step of selecting one of a plurality of N signal transmission systems as a first reception signal transmission system;
  A second step of selecting a plurality M (2 ≦ M <N) of signal transmission systems other than the first reception signal transmission system as first transmission signal transmission systems;
  The received signal of the first reception signal transmission system becomes zero from the selected plurality of M first transmission signal transmission systems.Attenuation and phase rotation are calculated from the distance between antennas.A third step of transmitting each transmission signal by controlling the transmission-side amplitude / phase control means by the calculated control signal;
  A fourth step of controlling the transmission-side amplitude / phase control means of the selected M first transmission signal transmission systems so that the reception signal in the first reception signal transmission system is actually zero; ,
  A fifth step of repeating the first to fourth steps so that the plurality of N signal transmission systems are included in the plurality of M first transmission signal transmission systems at least once;
  A sixth step of selecting one of the plurality of N signal transmission systems as a second reception signal transmission system;
  A seventh step of selecting a plurality of M (2 ≦ M <N) second transmission signal transmission systems from among the signal transmission systems other than the second reception signal transmission system;
  A transmission signal controlled so that a reception signal in the second reception signal transmission system becomes a predetermined value is transmitted from the selected M second transmission signal transmission systems, and the second reception signal transmission system An eighth step of controlling the reception-side amplitude / phase control means of the second reception signal transmission system so that the reception signal in the signal transmission system becomes the predetermined value;
  And a ninth step that repeats the sixth to eighth steps so that the plurality of N signal transmission systems at least once become the second reception signal transmission system. .
[0020]
  Claim3The wireless device calibration method of claim2In the calibration method of the radio apparatus, the fifth step includes that all of the transmission side amplitude / phase control means of the signal transmission system excluding the first reception signal transmission system are the first reception signal transmission system. Until the received signal is controlled to be zero, the combination of the plurality of M first transmission signal transmission systems is changed,
  When all of the transmission side amplitude / phase control means of the signal transmission system excluding the first reception signal transmission system are controlled so that the reception signal in the first reception signal transmission system becomes zero, Another signal transmission system is used as one first reception signal transmission system.
[0021]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of a wireless device and a calibration method thereof according to the present invention will be described below with reference to the drawings.
[0022]
FIG. 1 is a schematic block diagram showing a main part of an adaptive array radio base station according to the present invention. FIG. 1 shows only the part related to the calibration of amplitude and phase related to the present invention in the adaptive array radio base station, and the receiver and transmitter for weighting the received signal and the transmitted signal are not shown. ing.
[0023]
The adaptive array radio base station shown in FIG. 1 includes a control unit 100 that performs overall control, a transmission signal Sti (St1, St2,..., Stk,..., Stn) and a reception signal Sri (Sr1, Sr2,..., Srk, ..., Srn) for adjusting the amplitude and phase, N antenna elements ANTi (ANT1, ANT2, ..., ANTk, ..., ANTn) constituting the array antenna, and the respective antenna elements Are provided between the antenna duplexer and the amplitude / phase adjustment unit 200 corresponding to each antenna element. The transmission circuit TXi (TX1, TX2,..., TXk,..., TXn) and the reception circuit RXi (RX1, RX2,..., RXk,..., RXn) are provided. The antenna duplexer SWi is connected to either the transmission side or the reception side by a control signal from the control unit 100. Alternatively, it may be set to a neutral position (open position). Note that i is an arbitrary number from 1 to N.
[0024]
The control unit 100 is configured by a computer, and includes memory means for storing a known signal to be transmitted from each antenna element at the time of calibration and each calculated or adjusted signal, a transmission signal setting means, a received signal Various functions such as error detection means, transmission signal amplitude / phase control means, reception signal amplitude / phase control means, and other necessary control means are prepared.
[0025]
The amplitude phase adjustment unit 200 corresponds to each antenna, and includes transmission side phase shifters PSit (PS1t, PS2t,..., PSkt,..., PSnt), transmission side variable amplifiers AGit (AG1t, AG2t,..., AGkt,. AGnt), reception side phase shifters PSir (PS1r, PS2r, ..., PSkr, ..., PSnr), reception side variable amplifiers AGir (AG1r, AG2r, ..., AGkr, ..., AGnr), phase shifters and variable amplifiers thereof Amplitude control unit ASci (ASc1, ASc2,..., ASck,..., AScn) is provided. These amplitude phase controllers ASci are based on transmission side amplitude phase control signals ctsi (cts1 to cstn) and reception side amplitude phase control signals ctri (ctr1 to csrn) supplied from the control unit 200, and phase shifters PSit and PSir. And the variable amplifiers AGit and AGir. The amplitude / phase adjustment unit 200 may be used exclusively for calibration, or may be used in common for adaptive control in normal communication.
[0026]
These antenna elements ANTi, antenna duplexer SWi, transmission circuit TXi sharing this antenna element, reception circuit RXi, transmission side amplitude / phase control means PSit, AGit for controlling the amplitude and phase of the transmission signal, reception Receiving-side amplitude / phase control means AGir and ASic for controlling the amplitude and phase of the signal are included to constitute each signal transmission system.
[0027]
Each of the transmission circuits TX1, TX2,..., TXk,..., TXn includes, for example, a frequency converter, an amplifier, a filter, a spreader, and the like, from the transmission signal output terminal of the amplitude / phase adjustment unit 200 to the corresponding antenna duplexer SW. Circuits existing in the path are collectively referred to. Similarly, each of the receiving circuits RX1, RX2,..., RXk,..., RXn includes, for example, a frequency converter, an amplifier, a filter, a despreader, and the like, and receives the amplitude / phase adjusting unit 200 from the corresponding antenna duplexer SW. The circuits existing in the path to the signal input terminal are generically named.
[0028]
N antenna elements ANT1, ANT2,..., ANTk,..., ANTn constituting the array antenna are arranged in an array, but FIG. 2 shows the case where the array antenna is constituted by four antenna elements ANT1 to ANT4. An arrangement example is shown. In the example of FIG. 2, four antenna elements are accurately arranged at each vertex of a square.
[0029]
Further, each of the antenna duplexers SW1 to SWn selectively gives a signal from the corresponding transmission circuit TXi to either the corresponding antenna element ANTi or the reception circuit RXi in accordance with the control signal from the control unit 100. It switches as follows. A signal given from each of the antenna duplexers SWi to the corresponding antenna element ANTi is emitted as a radio wave signal. When the antenna duplexer SWi is connected to the receiving circuit side, the received signal that has entered the antenna duplexer is received as it is by the corresponding receiving circuit RXi. Hereinafter, a group of circuit configurations related to signal transmission / reception via each antenna element is referred to as a signal transmission system.
[0030]
Note that, during normal signal transmission / reception other than during calibration, a transmission signal weighted corresponding to each signal transmission system by a transmission unit (not shown) is transmitted via each signal transmission system. A signal received by each antenna element ANTi is given to a receiving unit (not shown) via each transmission system, is subjected to weighting processing, and is supplied to the outside as an output signal.
[0031]
Hereinafter, the basic concept of calibration according to the present invention will be described with reference to FIGS.
[0032]
In the present invention, at the time of calibration, transmission of a plurality of M (however, 2 ≦ M <N) signal transmission systems excluding one specific signal transmission system of a plurality of N (where N ≧ 3) signal transmission systems. A known signal is transmitted from the circuit TXi, and the transmitted known signal is received by a receiving circuit RXi of one specific signal transmission system other than a plurality of M signals.
[0033]
At the time of calibration on the transmission side, the known signal is calculated so that the reception signal of a specific signal transmission system is zero, and a plurality of M signal transmissions are performed so that the reception signal is actually zero. The transmission side amplitude / phase control means AGit / PSit of the system is controlled. Further, at the time of calibration on the reception side, the reception side amplitude / phase control means AGir / PSir of the signal transmission system are controlled so that the reception signal has a predetermined amplitude / phase based on the transmitted known signal. This makes it possible to carry out calibration of a radio apparatus used in an adaptive array radio base station or the like in a normal use state without the need to insert an attenuator or adjust the gain greatly.
[0034]
First, the concept of calibration on the transmission side of the signal transmission system of the present invention will be described. In FIG. 3, a plurality M is set to 2, and antennas of the transmission side signal transmission system are antenna A and antenna B. Further, an antenna of one specific reception side signal transmission system is referred to as an antenna R. The distance between the antenna A and the antenna R is Lar, and the distance between the antenna B and the antenna R is Lbr.
[0035]
Transmission is performed from the antenna A using the transmission signal Sta, and transmission is performed from the antenna B using the transmission signal Stb. These transmission signals Sta and Stb each have a predetermined amplitude and phase and are expressed in complex numbers. The transmitted signals Sta and Stb are attenuated G (L) in inverse proportion to the propagation distance L, and a phase rotation Θ (L) corresponding to the propagation distance L is generated. Note that Θ (L) is represented by 2πL / λ. Where λ is the wavelength of the transmitted radio wave.
[0036]
The received signal Srr received by the antenna R is
Srr = {G (Lar) ε^{-JΘ (Lar)}Sta + G (Lbr) ε^{−jΘ (L} ^br)Stb} · G (rr) ε^{−jΘ (rr)}
It is represented by G (rr) ε^{−jΘ (rr)} Represents the amount of attenuation and the amount of phase rotation in the signal transmission system on the receiving side of the antenna R.
[0037]
Since the distance between the antennas is known in advance from their arrangement relationship, the transmission signals Sta and Stb transmitted from the antennas A and B are set so that the reception signal Srr at the antenna R becomes zero, Send.
[0038]
If the attenuation and phase rotation of the transmission side transmission system (transmission circuit, etc.) of the antenna A and the transmission side transmission system (transmission circuit, etc.) of the antenna B are exactly the same, the transmission signal from both antennas cancels the reception signal Srr. Together they should be zero.
[0039]
However, actually, the attenuation and phase rotation of the transmission side transmission systems (transmission circuit, etc.) of the antenna A and the antenna B are not exactly the same, and thus the received signal based on the difference between them is received.
[0040]
Therefore, the attenuation amount and phase rotation amount of one or both of the transmission side transmission system of antenna A and the transmission side transmission system of antenna B are adjusted so that the received signal due to the difference between them is zero. Thereby, the transmission side calibration between the antennas A and B is performed.
[0041]
Subsequently, the attenuation amount and the phase rotation of the transmission system of the antenna C are set so that the reception signal due to the difference similarly becomes zero between the antenna (for example, the antenna A) subjected to the calibration on the transmission side and the other antenna C. Adjust the amount. As a result, transmission side calibration of the antenna C is performed after the antennas A and B. Similarly, transmission side calibration can be performed for all antennas.
[0042]
In the above description, the distances Lar and Lbr between the antennas A and B on the transmission side transmission system and the antenna R on the reception side transmission system are arbitrary values. When these distances Lar and Lbr are equal, that is, when the antenna R is on an isosceles triangle with respect to the antennas A and B, the transmission signals Sta and Stb transmitted first have the same amplitude and opposite phase. do it.
[0043]
Further, in the above description, the plurality M is 2, but the plurality M may be 3 or more less than the plurality N. FIG. 4 shows an example where the number M is 3.
[0044]
In FIG. 4, compared with FIG. 3, an antenna C of the transmission side signal transmission system is added, and the distance between the antenna C and the antenna R is Lcr.
[0045]
In this case, the received signal Srr received by the antenna R is
Srr = {G (Lar) ε^{-JΘ (Lar)}Sta + G (Lbr) ε^{-JΘ (Lbr)}Stb + G (Lcr) · ε^{-JΘ (Lcr)}Stc} · G (rr) ε^{−jΘ (rr)}
It is represented by
[0046]
Also in this case, the transmission signals Sta to Stc transmitted from the antennas A to C are set so that the reception signal Srr at the antenna R becomes zero and transmitted.
[0047]
Then, similarly to the case of FIG. 3, the attenuation amount and the phase rotation amount of the transmission side transmission system of the antennas A to C are adjusted so that the received signal due to the difference becomes zero. Thereby, the transmission side calibration between the antennas A to C is performed.
[0048]
Subsequently, the attenuation amount of the transmission side transmission system of the antenna D is set so that the reception signal due to the difference similarly becomes zero by the antenna (for example, the antennas A and B) subjected to the transmission side calibration and the other antenna D. The transmitting side calibration of the antenna D is performed by adjusting the amount of phase rotation.
[0049]
In this case, as the calibration progresses, the plurality M may be sequentially increased from 3 to 4, 5,. Thereby, the antennas A, B, and C are followed by the transmitting side calibration after the antenna D.
[0050]
Here, more strictly, the antennas A, B, C... Are often placed relatively close to the wavelength, such as 10 wavelengths or less, so that the position of the antenna R is the antennas A, B, C. Are basically transmitted from the antennas A, B, C... So that they become null points by electromagnetic wave analysis.
[0051]
Next, the concept of calibration on the receiving side of the signal transmission system of the present invention will be described. The calibration on the reception side is also described with reference to FIG. 3, with a plurality of Ms set to 2, similarly to the calibration on the transmission side.
[0052]
At the time of calibration on the reception side, the calibration on the transmission side of all signal transmission systems has already been completed.
[0053]
Transmission is performed from the antenna A using the transmission signal Sta, and transmission is performed from the antenna B using the transmission signal Stb. The received signal Srr received by the antenna R is
Srr = {G (Lar) ε^{-JΘ (Lar)}Sta + G (Lbr) ε^{-JΘ (Lbr)}Stb} · G (rr) ε^{−jΘ (rr)}
It is represented by
[0054]
The distance between the antennas is known in advance from their arrangement relationship, and since the calibration on the transmission side has already been completed, the transmission signals Sta and Stb transmitted from the antennas A and B are received by the antenna R. The signal Srr is set to a preset value that is not zero but a preset amplitude and phase, and is transmitted.
[0055]
In the calibration on the receiving side, the receiving side transmission system itself is calibrated, so the set value (especially amplitude) of the received signal is approximately the same as or lower than the level of the received signal in the normal signal transmission state. It is better to be done as follows.
[0056]
Attenuation and phase rotation (G (rr) ε) of the receiving side transmission system (receiving circuit etc.) of the antenna R^{−jΘ (rr)}) Is the same as the design value, the received signal Srr becomes smaller because the transmission signals from both influence each other and are received at a preset set value.
[0057]
However, since the actual attenuation and phase rotation of the receiving side transmission system (receiver circuit, etc.) of the antenna R are not exactly the same as the design value, a received signal Srr that differs from the set value by the difference between the design value and the actual value is received. Is done.
[0058]
Therefore, the attenuation amount G (rr) and the phase rotation amount ε of the reception side transmission system of the antenna R are set so that the reception signal becomes a preset setting value.^{−jΘ (rr)}Adjust. As a result of the adjustment, the reception signal becomes a set value set in advance, whereby the reception side calibration of the signal transmission system of the antenna R is performed.
[0059]
Subsequently, the other antenna is set as a new antenna R, and similarly, the attenuation amount and the phase rotation amount of the reception side transmission system of the antenna R are adjusted so that the reception signal due to the difference becomes a preset setting value. In this way, the receiving side calibration of each antenna is sequentially performed.
[0060]
In the above description, the plurality M is set to 2, but the plurality M may be a number of 3 or more smaller than the plurality N as shown in FIG.
[0061]
As another receiving side calibration method, since calibration on the transmitting side is already completed at the time of calibration on the receiving side, only one transmitting side antenna that transmits a signal to the antenna R may be used. However, in this case, the level of the transmission signal from the transmission side antenna is adjusted and transmitted so that the reception signal level is acceptable to the reception side.
[0062]
Next, the calibration operation of the present invention will be described with reference to FIGS. 5 and 6 in addition to FIG. FIG. 5 is a diagram illustrating a flowchart at the time of calibration on the transmission side, and FIG. 6 is a diagram illustrating a flowchart at the time of calibration of reception.
[0063]
In FIG. 5, when the transmission side calibration is started, one of N (N ≧ 3) antennas is selected as a receiving antenna R in step S101. The amplification degree of the reception side variable amplifier AGir of the signal transmission system of the antenna R and the phase shift amount of the reception side phase shifter PSir are respectively set to predetermined values, for example, 1 according to the reception side amplitude phase control signal ctr from the controller 100. And zero.
[0064]
In step S102, M (2 ≦ M <N) are selected from “N−1” antennas excluding the antenna R.
[0065]
When transmitting from the selected M antennas in step S103, the control unit 100 calculates the transmission amplitude and phase from the M antennas for which the received signal Sri received by the antenna R is zero in the calculation. To do. The calculated transmission side amplitude phase control signal ctsi is supplied to the amplitude phase controller ASci, and the transmission amplitude and phase are set in the transmission side variable amplifier AGit and the transmission side phase shifter PSit. In step S104, transmission is actually performed from M antennas.
[0066]
The antenna duplexer SWi connected to an antenna other than the antenna selected for reception R is controlled so as to be at the transmission side or the neutral position. Thereby, it is possible to avoid a large received signal from being input to the receiving circuit of the antenna other than the receiving antenna R.
[0067]
In step S105, it is determined whether or not the received signal Sri at the antenna R has become zero. If it is not zero, in step S106, the transmission amplitude and / or phase of at least one of the M antennas is adjusted and transmitted again. When the processes of step S105 and step S106 are repeated and it is determined that the received signal Sri at the antenna R has become zero, the process proceeds to step S107. The determination as to whether or not the reception signal Sri has become zero actually determines a predetermined threshold value Vth and determines that the reception signal Sri has become zero because the reception signal Sri has fallen below the threshold value Vth.
[0068]
Note that the setting of the transmission amplitude in step S103 is in a state where calibration on the transmission side has not been performed yet, so that it is set to a small value in order to prevent the reception antenna R from receiving a high level reception signal. Is good. Then, it is preferable to gradually increase the level to the original transmission amplitude through the determination of the reception level in step S105 and the repeated process of changing the transmission amplitude and phase in step S106. Thus, at the time of calibration on the transmission side, the amplitude and phase at the original transmission amplitude level can be calibrated without receiving a high level signal at the reception antenna.
[0069]
In step S107, the transmission amplitude and phase of the “N−1” antennas excluding the receiving antenna R selected in step S101 have been adjusted, that is, the transmission side variable amplifier AGit of the “N−1” signal transmission system. And determines whether or not the transmission-side phase shifter PSit has been adjusted.
[0070]
If there is still an unadjusted transmission side variable amplifier AGit and transmission side phase shifter PSit in the signal transmission system of “N−1”, the process proceeds to step S108.
[0071]
In step S108, a new combination of M antennas is selected such that at least one antenna is in common with the previous M combinations. Then, returning to step S103, the processing of step S103 to step S107 is performed for the new antenna combination. In this case, the transmission-side variable amplifier AGit and the transmission-side phase shifter PSit of the already adjusted signal transmission system have their adjustment states fixed, and the transmission-side variable of the signal transmission system newly added to the M lines The amplitude and phase of the amplifier AGit and the transmission-side phase shifter PSit are adjusted.
[0072]
When the transmission side variable amplifier AGit and the transmission side phase shifter PSit of the “N−1” signal transmission system are adjusted in this way, the process proceeds to step S109. In step S109, it is determined whether the antenna R selected in step S101 has been changed once or more.
[0073]
If the antenna R has not been changed once or more, the process proceeds to step S110. In step S110, an antenna that has not been previously selected as the antenna R among the N antennas is selected as a new reception antenna R, and the process returns to step S102. And the process of step S102-step S109 is performed again.
[0074]
When the antenna R is changed by the set number of times in step S109, the transmission calibration is finished.
[0075]
Even when the number of times in step S109 is one, the transmission-side variable amplifiers AGit and the transmission-side phase shifters PSit of all the signal transmission systems are adjusted and the transmission-side calibration is performed.
[0076]
When the number of times in step S109 is two or more, the adjustment of the transmission side variable amplifier AGit and the transmission side phase shifter PSit of all signal transmission systems is performed a plurality of times. Therefore, the amplitude and phase adjustment values of each time are stored in the memory means of the control unit 100, the adjustment values are averaged, and the averaged adjustment values are transmitted on the transmission side variable amplifiers of all signal transmission systems. Set to AGit and transmitting phase shifter PSit. As a result, it is possible to perform transmission-side calibration by reducing variation more accurately.
[0077]
Further, in step S108 in the flowchart of FIG. 5, the number of antennas to be selected can be increased by one and M ← M + 1. For example, M may be initially set to two and may be increased to M = 3, M = 4... Each time the process proceeds to step S108. In this case, only the adjustment of the transmission side variable amplifier AGit and the transmission side phase shifter PSit of one signal transmission system is always required regardless of the combination.
[0078]
Next, the operation at the time of calibration on the receiving side will be described with reference to FIG. At the time of calibration on the receiving side, the calibration on the transmitting side of all signal transmission systems has been completed.
[0079]
In FIG. 6, when reception side calibration is started, one of N (N ≧ 3) antennas is selected as a receiving antenna R in step S201. The amplification degree of the reception side variable amplifier AGir of the signal transmission system of the antenna R and the phase shift amount of the reception side phase shifter PSir are respectively set to predetermined values, for example, 1 according to the reception side amplitude phase control signal ctr from the controller 100. And zero.
[0080]
In step S202, M (2 ≦ M <N) is selected from “N−1” antennas excluding the antenna R.
[0081]
In step S203, the controller controls the amplitude and phase of the transmission signals transmitted from the M antennas based on the transmission side calibration result so that the reception signal Sri received by the antenna R has a preset amplitude and phase. Calculated by 100. A transmission-side amplitude phase control signal ctsi that has the calculated amplitude and phase is supplied to the amplitude-phase controller ASci, and the transmission amplitude and phase are set in the transmission-side variable amplifier AGit and the transmission-side phase shifter PSit. In step S204, transmission is actually performed from M antennas.
[0082]
In the calibration on the receiving side, since the receiving transmission system itself is calibrated, transmission signals from M antennas are transmitted so that the receiving signal Sri set in advance is received in the receiving transmission system. The The setting (particularly amplitude) of the received signal is performed so as to be approximately the same as or lower than the level of the received signal in the normal signal transmission state.
[0083]
In step S205, it is determined whether or not the received signal Sri at the antenna R has a preset set value. If it is different from the set value, the amplitude of the reception side variable amplifier AGir in the signal transmission system of the antenna R and / or the phase shift amount of the reception side phase shifter PSir are controlled by the reception side amplitude phase control from the controller 100 in step S206. Adjust according to the signal ctr.
[0084]
When the processes of step S205 and step S206 are repeated and it is determined that the received signal Sri at the antenna R has reached the set value, the process proceeds to step S207. Whether or not the reception signal Sri has reached the set value is actually determined by setting a predetermined threshold value for the set value and the received signal Sri having entered the threshold value. judge.
[0085]
In step S207, it is determined whether or not N antennas are antennas R. If there is an antenna that has not yet been selected as the antenna R among the N antennas, the process proceeds to step S208, the antenna is selected as the receiving antenna R, and the process returns to step S202.
[0086]
Each process in step S202 to step S208 is repeated until it is determined in step S207 that N antennas are antennas R. In the process in step S202, when one of the selected M antennas becomes a new antenna R, another new antenna is selected as one of the M antennas.
[0087]
If it is determined in step S207 that the N antennas are the antennas R, the reception-side variable amplifiers AGir and the reception-side phase shifters PSir of all the signal transmission systems have been adjusted, and the transmission-side calibration has been performed. become.
[0088]
In step S207, it can be changed so that the termination condition is that each of the N antennas is selected as the antenna R more than once. In this case, the adjustment of the receiving side variable amplifier AGir and the receiving side phase shifter PSir of all the signal transmission systems is performed a plurality of times. Therefore, the amplitude and phase adjustment values for each time are stored in the memory means of the control unit 100, the adjustment values are averaged, and the averaged adjustment values are received by the variable amplifiers on the receiving side of all signal transmission systems. Set to AGir and receiving phase shifter PSir. As a result, it is possible to reduce the variation with higher accuracy and perform the reception side calibration.
[0089]
【The invention's effect】
According to the present invention, it is possible to perform calibration of a radio apparatus used in an adaptive array radio base station or the like in a normal use state without inserting an attenuator or adjusting a gain greatly. Therefore, it is not necessary to adjust the gain significantly or insert an attenuator, so that the calibration accuracy can be increased.
[0090]
Also, a signal transmitted from a signal transmission system set for a plurality of transmissions is received by a signal transmission system set for one specific reception, and transmission for transmission is performed so that the received signal becomes zero. By adjusting the amount of attenuation and phase rotation of the system, the transmission side of the transmission system for transmission can be calibrated.
[0091]
In addition, a signal transmitted from a signal transmission system set for a plurality of transmissions calibrated on the transmission side is received by a signal transmission system set for one specific reception, and the received signal is a predetermined value. By adjusting the attenuation amount and the phase rotation amount of the reception signal transmission system so as to be, the calibration on the reception side of the reception transmission system can be performed.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic block diagram showing a main part of an adaptive array radio base station according to the present invention.
FIG. 2 shows an arrangement example when an array antenna is configured by four antenna elements.
FIG. 3 is a diagram for explaining the concept of calibration according to the present invention.
FIG. 4 is a diagram for explaining another concept of calibration according to the present invention.
FIG. 5 is a flowchart at the time of calibration on the transmission side according to the present invention.
FIG. 6 is a flowchart at the time of calibration on the receiving side of the present invention.
[Explanation of symbols]
100 Control unit
200 Amplitude phase adjustment unit
ANT1 to ANTn antenna elements
SW1-SWn antenna duplexer
TX1-TXn transmitter circuit
RX1 to RXn receiving circuit
PS1t to PSnt Transmission side phase shifter
AG1t to AGnt Transmission side variable amplifier
PS1r to PSnr phase shifter on the receiving side
AG1r to AGnr receiving side variable amplifier
Asc1 to Ascn amplitude phase controller

Claims

A wireless device capable of calibrating transmission characteristics,
A plurality of N antennas (where N ≧ 3) each including an antenna, a transmission circuit, a reception circuit sharing the antenna with the transmission circuit, and transmission-side amplitude / phase control means for controlling the amplitude and phase of the transmission signal A signal transmission system of
At the time of calibration, the specific one signal transmission from a plurality of M (2 ≦ M <N) transmission circuit of the signal transmission system excluding the specific one signal transmission system of the N signal transmission systems A known signal whose attenuation and phase rotation amount are calculated from the distance between the antennas so that the received signal of the system becomes zero, and the transmitted known signal is transmitted to the one particular signal transmission system A control unit for controlling the transmission side amplitude / phase control means of the plurality of M signal transmission systems so that the reception signal is received by the reception circuit and becomes zero.
Each of the signal transmission systems has reception side amplitude / phase control means for controlling the amplitude and phase of the reception signal,
The control unit transmits a known signal from the plurality of M signal transmission system transmission circuits, receives the transmitted known signal by the reception circuit of the specific one signal transmission system, and receives the received signal. A radio apparatus for controlling a receiving-side amplitude / phase control means of the signal transmission system so that a predetermined amplitude / phase based on the transmitted known signal becomes a predetermined amplitude / phase .

An antenna, a transmission circuit, a reception circuit sharing the antenna with the transmission circuit, a transmission-side amplitude / phase control means for controlling the amplitude and phase of the transmission signal, and a reception-side amplitude for controlling the amplitude and phase of the reception signal A calibration method for a wireless device including a plurality of N (where N ≧ 3) signal transmission systems each including a phase control means,
A first step of selecting one of a plurality of N signal transmission systems as a first reception signal transmission system;
A second step of selecting a plurality M (2 ≦ M <N) of signal transmission systems other than the first reception signal transmission system as first transmission signal transmission systems;
A control signal in which the attenuation amount and the phase rotation amount are calculated from the distance between the antennas so that the reception signal of the first reception signal transmission system becomes zero from the selected plurality of M first transmission signal transmission systems. A third step of transmitting the transmission signals by controlling the transmission-side amplitude / phase control means according to:
A fourth step of controlling the transmission-side amplitude / phase control means of the selected M first transmission signal transmission systems so that the reception signal in the first reception signal transmission system is actually zero; ,
A fifth step of repeating the first to fourth steps so that the plurality of N signal transmission systems are included in the plurality of M first transmission signal transmission systems at least once;
A sixth step of selecting one of the plurality of N signal transmission systems as a second reception signal transmission system;
A seventh step of selecting a plurality of M (2 ≦ M <N) second transmission signal transmission systems from among the signal transmission systems other than the second reception signal transmission system;
A transmission signal controlled so that a reception signal in the second reception signal transmission system becomes a predetermined value is transmitted from the selected M second transmission signal transmission systems, and the second reception signal transmission system An eighth step of controlling the reception-side amplitude / phase control means of the second reception signal transmission system so that the reception signal in the signal transmission system becomes the predetermined value;
And a ninth step that repeats the sixth to eighth steps so that the plurality of N signal transmission systems at least once become the second reception signal transmission system. Wireless device calibration method.

In the fifth step, all of the transmission side amplitude / phase control means of the signal transmission system excluding the first reception signal transmission system are configured such that the reception signal in the first reception signal transmission system becomes zero. Change the combination of the M first transmission signal transmission systems until controlled,
When all of the transmission side amplitude / phase control means of the signal transmission system excluding the first reception signal transmission system are controlled so that the reception signal in the first reception signal transmission system becomes zero, 3. The wireless device calibration method according to claim 2 , wherein another signal transmission system is used as one first reception signal transmission system.