JP2002208812A - アダプティブアンテナ装置及び送受信パターン設定方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 キャリブレーション用のスイッチを用いるこ
となく、運用中に、リアルタイムで高精度なキャリブレ
ーションを実現すること。 【解決手段】 受信アナログ部はアダプティブアンテナ
を形成する複数のアンテナ素子で補足された電波を受信
する。得られた受信信号をＡ／Ｄ変換する。補正量算出
手段は前記得られた受信信号をＡ／Ｄ変換したデジタル
値より前記受信アナログ部間の相対的な偏差量を算出す
るか、或いは送信アナログ部間の相対的な偏差量を算出
する。受信パターン形成回路は前記Ａ／Ｄ変換出力に前
記受信アナログ部間の偏差量を加味した重み付けをして
合成することにより受信パターンを形成する。送信パタ
ーン形成回路は分配された送信信号に前記送信アナログ
部間の偏差量を加味して重み付けを行うことにより送信
パターンを形成する。これにより、スイッチを用いるこ
となく、リアルタイムで高精度なキャリブレーションを
実現する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、移動通信や構内無
線などに利用されるアダプティブアンテナ装置及びこの
アダプティブアンテナ装置の送受信パターン設定方法に
関する。

【０００２】

【従来の技術】無線通信において、高速・高信頼性の実
現のために、アダプティブアンテナを用いることは非常
に有効である。アダプティブアンテナは、アンテナのビ
ームパターンを変更することにより、所望のユーザの方
向ヘビームを向けたり、非所望ユーザからの干渉波の受
信を抑圧したり、非所望ユーザ方向への干渉を削減する
ように送信ビームパターンを変更することができる。

【０００３】ＴＤＭＡ／ＴＤＤの通信システムにおいて
は、送受の周波数が一致する。つまり、アダプティブア
ンテナとユーザの間の伝搬環境が送信と受信で同一とみ
なせる。そこで、受信で得られるビ−ムパターンからユ
ーザ方向を判定しておき、送信では、ユーザの方向ヘビ
ームを向けることができ、これは通信システム上非常に
有効な方法である。或いは、送信と受信で同じビームパ
ターンを用いることもでき、これも非常に有効な方法で
ある。

【０００４】図１２は従来の送受共用のアダプティブア
ンテナ装置の構成例を示したブロック図である。アダプ
ティブアンテナを形成する複数のアンテナ素子３１ａ、
…、３１ｎがあり、個々のアンテナ素子には信号を受信
する受信アナログ部３２ａ、…、３２ｎと、信号を送信
する送信アナログ部３３ａ、…、３３ｎが切り替えで接
続されている。

【０００５】受信アナログ部３２ａ、…、３２ｎの受信
信号は受信パターン形成回路３４に入力されて最終的な
受信信号になる。送信信号は送信パターン形成回路３５
に入力され、個々の送信アナログ部３３ａ、…、３３ｎ
に分配される。

【０００６】このような送受信共用のアダプティブアン
テナ装置は、個々のアンテナ素子３１ａ、…、３１ｎに
対する受信信号に基づいて、個々のアンテナ素子に対応
する複素振幅の重み付けを受信パターン形成回路３４で
決定し、この重みを共通のアンテナ素子に対応する受信
信号に付与し、或いは前記重み付けを送信パターン形成
回路３５で送信信号に付与することで、所望のアンテナ
パターンを形成している。従って原理的には、受信と送
信で同一のパターンを形成することができることにな
る。

【０００７】しかしながら、受信と送信で同一のパター
ンを形成することは現実的には困難である。これは、多
くの場合、アダプティブアンテナ内のアンテナ素子毎の
送信アナログ部、受信アナログ部の通過特性（通過振幅
特性、通過位相特性）に偏差（ばらつき）があることに
起因している。このような偏差があると、受信と送信で
同じ重みを用いた場合でも、図１３に示すように、受信
パターン５０と送信パターン６０が異なり、所望方向へ
の利得が低くなったり、干渉ユーザへの利得が高くなっ
たりしてしまう。

【０００８】このような偏差を取り除く方法として一般
的には、キャリブレーションが行われる。キャリブレー
ションとは、アダプティブアンテナ装置の製作が終了し
た時点で、すべての受信アナログ部と送信アナログ部の
偏差を測定し、補正量をあらかじめ算出しておく。そし
て、実際にアダプティブアンテナ装置を運用するときに
は、補正量を考慮して各素子に設定する重みを算出すれ
ばよい。

【０００９】しかしながら、最初に求めた補正量が運用
中に変化してしまう場合がある。例えば、昼夜の外気温
度変化の違いによるアナログ部の部品（増幅器、周波数
変換機、フィルタなど）の特性変化、そして、それらを
接続するケーブルの長さの伸縮が考えられる。このよう
な変化が生じると、アダプティブアンテナ装置の性能が
大幅に劣化し、図１３に示したように放射パターンが変
化する場合がある。その結果、干渉抑圧ができずに、通
信品質が劣化したりする。つまり、キヤリブレーション
は一度では不十分であり、運用中にリアルタイムにキャ
リブレーションすることが要求される。

【００１０】この問題を解決する方法として、特開２０
００−２１６６１８の発明では、送信アナログ部からの
出力を受信アナログ部へ入力し、この受信アナログ部か
らの出力を用いて、キャリブレーションを行っている。
以下に詳しく説明する。

【００１１】図１４に上記公開された発明の構成を示
す。説明の簡単のために３素子３１ａ、３１ｂ、３１ｃ
構成とする。キャリブレーション用スイッチ３７ａ、３
７ｂ、３７ｃによって送信アナログ部（１）、（２）、
（３）の出力と受信アナログ部（１）、（２）、（３）
の入力を接続する構成になっていることが特徴であり、
また、３６ａ、３６ｂ、３６ｃは送受信切替スイッチあ
る。

【００１２】動作原理を説明する。この発明では、送信
アナログ部（１）、（２）、（３）からの送信信号を全
ての受信アナログ部（１）、（２）、（３）に帰還させ
ている。例えば、送信アナログ部（１）から送信し、受
信アナログ部（２）で受信し、受信信号（１）−（２）
を得る。同様に、送信アナログ部（２）から送信し、受
信アナログ部（１）で受信し、受信信号（２）−（１）
を得る。この受信信号（１）−（２）と受信信号（２）
−（１）の比を計算することで、キャリブレーションデ
ータを得ることができる。同様に、３素子目も算出する
ことができる。しかしながら、この方法を用いた場合に
は、キャリブレーション用スイッチ３７ａ、３７ｂ、３
７ｃを必要とする。これらキャリブレーション用スイッ
チは、特にアンテナ素子数が増加した場合には、分岐数
の多いものが必要となり、回路規模が大きくなり、ま
た、コストがかかるという問題がある。

【００１３】また、上記発明には、２分岐のキャリブレ
ーション用スイッチを複数用いたスイッチ分散型の提案
もなされている。ここで用いる２分岐のキャリブレーシ
ョン用スイッチは、ある送信アナログ部の出力の接続先
として、２つの受信アナログ部への入力を切り替える動
作をする。しかしながら、キャリブレーション用のスイ
ッチを複数設ける必要があることには変わらず、上記と
同様の問題がある。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】以上説明したように、
従来のアダプティブアンテナ装置におけるキャリブレー
ション方法では、リアルタイムに行えるものであるが、
キャリブレーション用のスイッチを必要とするためにコ
ストがかかるという問題がある。特に、アンテナ素子数
が増加した場合にはスイッチの回路規模が膨大になると
共に、スイッチの数が膨大になるため、大きなコストが
かかるという問題があった。

【００１５】本発明は、上述の如き従来の課題を解決す
るためになされたもので、その目的は、キャリブレーシ
ョン用のスイッチを用いることなく、運用中に、リアル
タイムで高精度なキャリブレーションを実現することが
できるアダプティブアンテナ装置及びこのアダプティブ
アンテナ装置の送受信パターン設定方法を提供すること
にある。

【００１６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項１の発明の特徴は、複数のアンテナ素子と、
これら複数のアンテナ素子で捕捉された電波を受信する
複数の受信部と、この受信部の各出力に重み付けをして
合成することにより受信信号を得る受信パターン形成回
路と、送信信号を分配し、分配された複数の受信信号に
重み付けをすることにより送信パターン形成する送信パ
ターン形成回路と、この送信パターン形成回路の各出力
から送出信号を生成する複数の送信部と、前記受信部と
前記送信部のいずれかひとつを前記アンテナ素子に接続
する複数の分岐装置とからなるアダプティブアンテナ装
置において、前記複数の受信部の各出力信号が供給さ
れ、これら各出力信号間の相対的な受信偏差量を算出す
る補正算出手段とを有し、この受信偏差量を前記受信パ
ターン形成回路に供給して前記受信偏差量を加味した受
信パターンを形成することを特徴とする。

【００１７】請求項２の発明の前記分岐装置は、前記送
信部の送出信号の一部を前記受信部に伝達し、この受信
部に伝達された送信信号を前記補正算出手段に導入する
ことにより送信部から出力される信号間の相対的な送信
偏差量を求め、この送信偏差量を前記送信パターン形成
回路に供給して前記送信偏差量を加味した送信パターン
を形成することを特徴とする。

【００１８】請求項３の発明の前記分岐装置は、前記ア
ンテナ素子に接続して送信と受信によって切り替わる２
分岐のスイッチと、前記送信部に接続する分配器と、前
記受信部に接続して前記アンテナ素子からの入力信号と
前記分配器からの入力信号を合成して前記受信部へ伝達
する合成器とを有することを特徴とする。

【００１９】請求項４の発明の前記分配器は、可変抵抗
器を有しており、可変抵抗器の抵抗値を変化させること
により前記受信部へ伝達する信号の分配比を制御するこ
とを特徴とする。

【００２０】請求項５の発明の前記補正量算出手段は、
計算アルゴリズムによって算出される少なくともひとつ
の電波の到来方向情報を利用して、前記受信部間または
送信部間の偏差量を算出することを特徴とする。

【００２１】請求項６の発明の前記計算アルゴリズムは
ＭＵＳＩＣアルゴリズムであることを特徴とする。

【００２２】請求項７の発明の前記アダプティブアンテ
ナ装置は、送信と受信で同じ周波数を用いるＴＤＭＡ／
ＴＤＤシステムで使用し、前記補正量算出手段は、受信
時に、前記複数のアンテナ素子に到来する少なくともひ
とつの到来電波の受信信号を用いて前記受信部間の相対
的な偏差量を算出することを特徴とする。

【００２３】請求項８の発明の前記アダプティブアンテ
ナ装置は、送信と受信で同じ周波数を用いるＴＤＭＡ／
ＴＤＤシステムで使用し、前記補正量算出手段は、送信
時に、特定のひとつの方向に送信パターンを向けるよう
に重み付けられた送信信号を前記複数の分岐装置によっ
て分岐し、この分岐された送信信号の受信信号と前記特
定のひとつの方向情報を利用して、前記受信部から出力
される信号間または送信部から出力される信号間の相対
的な偏差量を算出することを特徴とする。

【００２４】請求項９の発明の前記送信パターン形成回
路は、前記補正量算出手段で得られた前記受信部から出
力される信号および送信部から出力される信号の偏差量
と、前記受信パターン形成回路で用いた重み付けの値を
用いて、送信に用いる重み付けの値を算出することを特
徴とする。

【００２５】請求項１０の発明の特徴は、前記補正量算
出手段に補正量記憶装置を設け、前記算出した偏差量を
前記補正量記憶装置に記憶し、この記憶した偏差量を用
いてアダプティブアンテナの運用を行ったり、或いは再
度行う偏差量算出に使用することにある。

【００２６】請求項１１の発明の特徴は、複数のアンテ
ナ素子により形成されるアダプティブアンテナを用いた
送受信装置で送受信パターンを形成する際の送受信パタ
ーン設定方法において、受信時に、アンテナ素子に捕捉
される電波を受信する受信アナログ部間の相対的な偏差
量を算出するステップと、前記受信部により受信された
受信信号からアダプティブアルゴリズムによって受信パ
ータン形成に用いる重み付け値を算出するステップと、
前記算出された受信部間の偏差量と重み付け値を用いて
キャリブレーションを行うことにより実際の受信パター
ンを算出して所望ユーザの方向と干渉ユーザの方向を求
めるステップと、送信時に、前記求めた所望ユーザの方
向ヘ前記アダプティブアンテナの送信ビームを向けるス
テップと、前記算出した受信部間の相対的な偏差量を用
いて送信信号を前記アンテナ素子に出力する送信部間の
相対的な偏差量を算出するステップと、前記算出した送
信部間の相対的な偏差量及び前記求めた所望ユーザ方向
と干渉ユーザ方向から送信パターン形成に用いる重み付
け値を算出するステップとを具備することにある。

【００２７】請求項１２の発明の特徴は、前記送受信パ
ターン設定処理を所定期間毎に行うことにある。

【００２８】請求項１３の発明の特徴は、前記受信パタ
ーン形成のための設定と、前記送信パターン形成のため
の設定を別々の周期で行うことにある。

【００２９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面に
基づいて説明する。図１は、本発明のアダプティブアン
テナ装置の一実施形態に係る構成を示したブロック図で
ある。

【００３０】アダプティブアンテナ装置、複数のアンテ
ナ素子１毎に受信系統と送信系統がスイッチ付き分岐装
置２を介して接続された構成を有し、特に、受信系統の
複数のＡ／Ｄ変換器７の出力に接続される補正量算出手
段１７を備えている。

【００３１】ここで、受信系統は、受信アナログ部３
と、受信アナログ部３に接続するＡ／Ｄ変換器７と、複
数のＡ／Ｄ変換器７の出力に重み付けを行って受信信号
を合成し、これを出力する受信パターン形成回路８とか
ら構成される。

【００３２】送信系統は、送信信号を分配し、分配され
た複数の信号に重み付けを行う送信パターン形成回路９
と、送信パターン形成回路９の出力に接続するＤ／Ａ変
換器１０と、Ｄ／Ａ変換器１０に接続する送信アナログ
部１１とから構成される。

【００３３】補正量算出手段１７は、前記複数の受信ア
ナログ部３間の相対的な偏差、または、前記複数の送信
アナログ部１１間の相対的な偏差を算出する。

【００３４】スイッチ付き分岐装置は図２に示すよう
に、送信と受信によって切り替える２分岐のスイッチ１
３と、送信アナログ部に接続する分配器１４と、受信ア
ナログ部に接続してアンテナ素子からの入力信号と、分
配器１４からの入力信号を合成して、受信アナログ部へ
伝達させる合成器１５とから構成され、アンテナ素子を
受信アナログ部と送信アナログ部のいずれかに接続す
る。

【００３５】次に本実施形態の動作について説明する。
アダプティブアンテナを形成する複数のアンテナ素子１
は、どのようなものであっても良い。例えば、ダイポー
ルアンテナを用いれば、水平面内で概略無指向性が得ら
れるので、ひとつのアダプティブアンテナ装置で３６０
度をカバーできる。例えば、ホーンアンテナを用いれ
ば、各アンテナは指向性を有しており、限定した領域の
みをアダプティブアンテナ装置でカバーすることにな
る。その結果、領域が限定されるものの、後方からの到
来波の影響を受けずにパターン形成をすることができ
る。

【００３６】本例では、アンテナ素子１自体の偏差につ
いては、予め測定するか、解析により求める。アンテナ
素子１間の偏差は素子間の結合によるところが大きいの
で、このような方法により把握することが可能である。
また、アンテナ素子１自体の偏差は、周囲の温度変化等
により変化しないので、リアルタイムにキャリブレーシ
ョンを行うことが必要なく、このような方法を用いれば
十分である。

【００３７】受信系統の説明をする。以下では、受信ア
ナログ部３、Ａ／Ｄ変換器７、受信パターン形成回路８
に分けて説明する。

【００３８】受信アナログ部３は、受信した信号を増幅
する低雑音増幅器４と、所望の周波数帯域のみを抽出す
るフィルタ５と、周波数帯をＲＦ（電波周波数）からＢ
Ｂ（ベースバンド）またはＩＦ（中間周波数）へ変換す
るための周波数変換器６から構成されている。

【００３９】但し、本例のアダプティブアンテナ装置に
おいて、これら受信アナログ部３は、受信信号を抽出
し、周波数変換し、増幅する機能を有するものであれ
ば、他のいかなる構成を有するものに置き換えて構わな
い。

【００４０】Ａ／Ｄ変換器７は、アナログ信号をデジタ
ル信号へ変換する機能を有する回路である。

【００４１】受信パターン形成回路８は、Ａ／Ｄ変換器
７からの出力に複素振幅の重み付けを行って合成し、受
信信号を出力する。重み付けの値は、アダプティブアル
ゴリズムにもとづいて算出される。参照信号を利用する
アルゴリズムでも、信号の包絡線が一定であることを利
用するアルゴリズムでも、どのようなアルゴリズムでも
構わない。

【００４２】また、受信パターン形成回路８は、ＤＳＰ
（Digital Signal Processor）によって構成されていて
も良い。こうすることで、デジタル信号処理を容易に実
現できるようになる。更に、アルゴリズムを容易に変更
できるなど、柔軟性が向上する。

【００４３】次に、送信系統の説明を以下、送信パター
ン形成回路９、Ｄ／Ａ変換器１０、送信アナログ部１１
に分けて説明をする。送信パターン形成回路９は、送信
信号を分岐し、分岐した信号に複素の重み付けを行う。
受信系統と同様に、送信パターン形成回路９はＤＳＰに
よって構成されてもよい。

【００４４】Ｄ／Ａ変換器１０は、送信パターン形成回
路からの出力をデジタルからアナログヘ変換する。

【００４５】送信アナログ部１１は、送信したい信号の
周波数帯をＢＢ（ベースバンド）からＲＦ（電波周波
数）ヘ変換するための周波数変換器６、所望の周波数帯
域のみを抽出するフィルタ５、信号を増幅する増幅器１
２から構成される。

【００４６】但し、本例のアダプティブアンテナ装置に
おいて、これら送信アナログ部１１は、送信信号を周波
数変換して抽出し、増幅する機能を有するものであれ
ば、他のいかなる構成を有するものに置き換えて構わな
い。

【００４７】図２に示すスイッチ付き分岐装置２の動作
を説明する。スイッチ付き分岐装置を構成する２分岐の
スイッチ１３は、送信と受信によって接続先を切り替え
るために用いられる。キャリブレーション用のスイッチ
ではない。また、本アダプティブアンアナ装置はＴＤＭ
Ａ／ＴＤＤシステムに用いられるアダプティブアンテナ
装置であり、２分岐のスイッチ１３は送信と受信のタイ
ミングで切り替わる。本例の特徴として、アンテナ素子
数が増加してもこのスイッチ１３は２分岐のままであ
り、キャリブレーションのために、スイッチが複雑にな
ることはない。

【００４８】分配器１４の動作を説明する。分配器１４
は、送信アナログ部１１からの出力の大部分をアンテナ
素子１ヘ、残りを受信アナログ部３へ帰還させるために
設けている。ここで、送信信号の電力と、実際に受信す
る受信信号の電力の差は非常に大きく、送信電力のほう
が大きい。そのために、受信アナログ部３へ帰還させる
電力を小さくするように、分配比を決めればよい。

【００４９】合成器１５の動作を説明する。合成器１５
は、分配器１４からの出力と、アンテナ素子１からの受
信信号を合成し、受信アナログ部３へ出力する動作をす
る。つまり、分配器１４からの入力がある場合には、送
信信号を受信アナログ部３へ伝達する動作をしている。

【００５０】上述のようなアダプティブアンテナ装置に
おいては、受信系統（受信アナログ部３およびそれらを
接続するケーブル）と送信系統（送信アナログ部１１及
びそれらを接続するケーブル）において、各ブランチの
間で偏差（ばらつき）が生じる。そこで、Ａ／Ｄ変換器
７の出力に補正量算出手段１７を接続し、キャリブレー
ションに用いる補正量を算出する。

【００５１】以下、補正量を算出する具体的な方法を記
述する。はじめに、算出アルゴリズムの原理を概説し、
その後に受信アナログ部３を補正する方法を記述する。

【００５２】補正量算出アルゴリズムは、文献（B.Frie
dlander,et al.,"Direction finding in the presence
of mutual coupling,"ＩＥＥＥ Trans.Antenna and Pro
pagation,vol.39,no.3,pp.273-284,March 1991.）の原
理を利用している。本アルゴリズムは、ＭＵＳＩＣ（Mu
ltiple Signal Classification）アルゴリズムを用い
て、電波の到来方向を推定し、その方向情報を用いて補
正量を算出する。

【００５３】図３にＭＵＳＩＣアルゴリズムで計算され
るＭＵＳＩＣスペクトラムの１例を示す。キャリブレー
ションが正確ならば、到来方向において鋭いピークが生
じる。しかしながら、キャリブレーションデータが不正
確であると、図３の破線に示すようにピークは鈍ってし
まう。補正量算出アルゴリズムは、鈍ってしまったピー
クを鋭くするように補正量を算出するものである。

【００５４】次に実施例１として、受信アナログ部３を
補正する方法を記述する。受信アナログ部３を補正する
第１の方法は、通信中の実受信データのみを用いて行
う。ＴＤＭＡ／ＴＤＤシステムでは、受信時には同時に
送信を行わない。つまり、実受信データは送信信号を帰
還させた信号を含まない。

【００５５】複数のアンテナ（ここではＭ素子）で受信
した受信べクトルＸ（ｔ）は、 Ｘ（ｔ）＝ＡＳ（ｔ）＋Ｎ（ｔ） となる。ここで、Ａは電波の到来方向におけるアレイマ
ニフォルド、Ｓ（ｔ）は信号べクトル、Ｎ（ｔ）はノイ
ズベクトルである。受信アナログ部ｉ番目での通過振幅
位相の相対値をΓｉｉとする。相対値であるので、１番
目のブランチでは、Γ１１＝１∠ ０゜（∠は位相を意
味する）となる。

【００５６】偏差のある受信アナログ部を通過した後の
受信ベクトルＸ´（ｔ）は、 Ｘ´（ｔ）＝ΓＡＳ（ｔ）＋Ｎ（ｔ） Γ＝ｄｉａｇ｛Γ11、Γ22、…、ΓMM｝ と表される。

【００５７】本計算では、以下の評価関数Ｊｃを最少化
する。この評価関数は、到来方向におけるＭＵＳＩＣス
ペクトラムの合計値の逆数を表している。つまり、ＭＵ
ＳＩＣスペクトラムの値の最大化を目的とするが、計算
の都合上、逆数を用い、最少化を目指す。

【００５８】

【数１】 ここで、Ｎは到来波の数、θｎはｎ番目の波の到来方
向、ａ（θｎ）はθｎ方

【外１】 前）の相関行列の雑音固有ベクトルから構成される行列
である。

【００５９】また、δ＝［Γ11，Γ22，…，ΓMM］T 、
Ｑ1 （ｎ）＝ｄｉａｇ｛ａ（θｎ）｝、Ｔは転置であ
る。このとき、Ｊｃを最少化するΓｉｉは以下の式で与
えられる。

【００６０】

【数２】 ＭＵＳＩＣのスペクトラムを鋭くするようにする補正量
は、実際の補正量を表すものとなる。実際に補正量Γを
算出する場合のフローチャートを図４に示す。補正量は
繰り返し計算によって算出されるものである。以下に、
フローチャートの説明をする。

【００６１】初期化として、Γの初期値を決定する（ス
テップ４０１）。電波の到来方向を算出して推定する
（ステップ４０２）。ここでは、ＭＵＳＩＣアルゴリズ
ムを用いて算出すればよい。補正量、即ち偏差Γを算出
する（ステップ４０３）。補正量Γの値が十分収束した
かどうか判断する（ステップ４０４）。収束していたら
その時のΓを補正量とする（ステップ４０５）。収束し
ていなかったら、ステップ４０２の処理に戻り、計算を
繰り返す。

【００６２】図５に図４に示したフローチャートに基づ
いて算出したシミュレーション結果を示す。アンテナは
６素子の円形アレイで、受信アナログ部の偏差として、
図５に示す通過振幅位相偏差を設定した。また、Γの初
期値としては、偏差のない値を用いた（Γは単位行
列）。図では補正量毎に設定値と算出値が示されてい
る。図５の例より、補正量毎の設定値と算出値を比較す
ると分かるように、十分精度の良い補正量が求められた
ことが分かる。以上から、受信用のキャリブレーション
データが求まる。

【００６３】以上説明したように、本実施例によれば、
キャリブレーション用のスイッチを用いることなく、受
信アナログ部３の相対的な偏差を、実際の電波の受信信
号を用いて算出することができる。つまり、ＴＤＭＡ／
ＴＤＤシステムにおいて用いられるならば、受信のタイ
ムスロットの間に得られた情報を基に、補正量を算出す
ることができる。また、偏差を求めるための特別な電波
の信号源を必要としない特徴をもっており、運用を中断
しないでリアルタイムで高精度なキャリブレーションを
行うことができる。

【００６４】次に実施例２として送信アナログ部１１間
の偏差を算出する方法について記述する。なお、受信ア
ナログ部３間の偏差は、前述の手段によつて既に求めら
れているものとする。

【００６５】送信アナログ部１１間の補正量は、ＴＤＭ
Ａ／ＴＤＤシステムにおいてアダプティブアンテナが用
いられるならば、送信のタイムスロットの間に送信され
る信号を、スイッチ付き分岐装置２によって受信アナロ
グ部３へ帰還させ、この信号の情報を用いて補正量算出
手段１７によって算出する。ここで、送信時には、スイ
ッチ付き分岐装置２のスイッチ１３により、アンテナ素
子１の受信信号が受信アナログ部３へ入力されることは
ない。つまり、スイッチ付き分岐装置２によって分岐さ
れた送信信号のみが受信側へ帰還されることになる。

【００６６】また、送信パターン形成回路９は、特定の
１つの方向にパターンを向けるように重み付けを行う。
ここで、ＴＤＭＡ／ＴＤＤシステムの送信パターンとし
ては、あるユーザに向けて（所望ユーザ方向）ビームを
向けるパターンを使用すれば十分な場合がある。本例
は、このような場合に適用できる。

【００６７】この信号は、特定の方向から入射してくる
電波の受信信号と等価なものになる。つまり、Ｄ／Ａ変
換器１０の入力ベクトルが、アンテナ素子１での受信ベ
クトルと等価となる。そして、この信号がスイッチ付き
分配装置２によって受信アナログ部３へ入力され、この
信号を用いて補正量算出手段１７で補正量を算出する。
つまり、補正量算出手段１７では、ある方向から入射
してくる電波の受信信号を用いて補正量を算出すること
と等価である。ここでは、送信アナログ部１１間の偏差
を補正することになる（受信アナログ部３の偏差が既知
であれば、それらの影響は取り除ける）。

【００６８】送信アナログ部１１間の偏差を算出するフ
ローチャートを図６に示す。以下に、フローチャートの
説明をする。初期化として、偏差Γの初期値を決定する
（ステップ６０１）。電波の到来方向を利用して補正量
Γを算出する（ステップ６０２）。ここでは、送信パタ
ーン形成回路９で設定したビーム方向を到来方向として
設定する。その時のΓを補正量とする（ステップ６０
３）。

【００６９】本実施例によれば、到来方向の推定が必要
なく、また、既知であるために、より正確なキャリブレ
ーションデータを得ることができる。図７にこのシミュ
レーションによって求められた補正量の算出結果を示
す。図７から明らかなように、図５（到来方向は未知）
に比べて、算出結果の精度がより良くなっていることが
分かる。

【００７０】以上説明したように、図１に示したアダプ
ティブアンテナ装置では、ＴＤＭＡ／ＴＤＤシステムに
おける送信のタイムスロットにおける送信信号を受信ア
ナログ部３へ帰還させ、送信アナログ部１１の補正を行
うことができる。また、キャリブレーション用の送信源
を用いることなく、さらに、通信を中断することなくア
ダプティブアンテナの運用中に、送信アナログ部１１の
キャリブレーションデータを得ることができる。また、
アンテナ素子数を増やしてもキャリブレーション用のス
イッチが複雑になることがなく、低コストなアダプティ
ブアンテナ装置を実現することができる。

【００７１】次に実施例３として、受信アナログ部３間
の偏差を算出する第２の方法について記述する。図１に
示したアダプティブアンテナ装置では、リアルタイムに
キャリブレーションデータを算出することができる。し
かしながら、偏差の時間的変動が遅い場合には、定期的
にキャリブレーションを行えば十分である。

【００７２】または、偏差の時間的変動が受信アナログ
部３と送信アナログ部１１で異なり、一方は安定してい
て、他方が変動する場合がある。この場合には、時間変
動の早い系統のキャリブレーション回数を増加させ、時
間変動の遅い系統のキャリブレーション回数を少なくで
きる。

【００７３】受信アナログ部３間の偏差を算出する第２
の方法は、受信アナログ部３の偏差の時間変動が送信ア
ナログ部１１の偏差の時間変動に比べ早い場合に有効な
方法である。つまり、送信アナログ部１１間の偏差が既
知であり、受信アナログ部３間の偏差が未知な場合であ
る。

【００７４】受信アナログ部３間の偏差を算出する第２
の方法は、送信アナログ部１１間の偏差を算出する方法
と同等の方法である。つまり、送信時に、送信信号を受
信系統に帰還させ、その信号を用いて推定するものであ
る。

【００７５】異なる点は、送信アナログ部１１間の偏差
を算出する場合は、受信アナログ部３間の偏差は既知で
あったが、受信アナログ部３間の偏差を算出する場合
は、送信アナログ部１１間の偏差が既知であることであ
る。

【００７６】つまり、送信アナログ部１１の偏差を算出
する場合には、帰還信号に、送信アナログ部１１の偏差
が含まれているが、受信アナログ部３の偏差を算出する
第２の方法は、帰還信号に、受信アナログ部３の偏差が
含まれている。この違いだけである。

【００７７】以上のように、受信アナログ部３間の偏差
も、ＴＤＭＡ／ＴＤＤシステムの送信のタイムスロット
の間に送信される信号を用いて算出することができるの
で、運用中に、アダプティブアンテナ装置を中断するこ
となく、リアルタイムにキャリブレーションデータを得
ることができる。

【００７８】以上の説明は、偏差を算出する方法であっ
た。偏差を算出することができれば、送信と受信で同じ
放射パターンを実現することが可能である。つまり、受
信で使用した重み付けの値と受信アナログ部３間の偏差
から、受信パターンの実際の重みづけの値を算出するこ
とができる。送信回路形成回路９では、送信アナログ部
１１間の偏差と実際の重み付けの値から、設定する重み
の値を算出することができる。この結果、送信と受信で
同一の放射パターンを形成することが可能となる。 次
に実施例４として補正量を記憶しておく方法にについて
説明する。図１に示したアダプティブアンテナ装置は、
さらに、補正量記億装置１８を有しており、補正量を算
出するごとに、得られた補正量を補正量記憶装置１８に
記憶して記憶内容を更新する。

【００７９】以下に詳しく説明をする。送信アナログ部
１１間の偏差を算出する方法と、受信アナログ部３間の
偏差を算出する第２の方法では、それぞれ、受信アナロ
グ部３間と送信アナログ部１１間の補正量が既に求めら
れた後に行われるものである。また、本例のアダプティ
ブアンテナ装置はリアルタイムに偏差を算出することが
できるが、偏差量の時間的変化が遅い場合には、定期的
に、補正をするだけで十分である。

【００８０】このような場合には、補正量算出手段１７
で算出した補正量を補正量記憶装置１８に記憶してお
き、その情報を用いて、アダプティブアンテナを運用す
ることは有効である。また、正確な補正量を記憶してお
くことで、補正量を再計算する上で、補正量の初期値と
して用いることもできるようになる。

【００８１】以上説明したように、本実施例によれば、
補正量記憶装置１８を備えることで、直近に算出した補
正量を初期値として使用でき迅速に正確なキャリブレー
ションデータを得ることができるようになる。また、キ
ャリブレーションを行う回数を減らせることより、アダ
プティブアンテナ装置の使用する電力を削減することが
できる。

【００８２】次に実施例５として図８に示した分配器１
４の構成例について説明する。分配器１４は、スイッチ
１３を有しており、信号を分配する場合と、信号を分配
しないで全てアンテナヘ１伝達させる場合とを切り替え
る機能を有している。以下に詳しく説明をする。

【００８３】図１に示したアダプティブアンテナ装置の
キャリブレーションは、リアルタイムで実施できるが、
偏差の時間変動が小さい場合には、ある一定時間間隔で
実施すればよい。本例の分配器１４によれば、キャリブ
レーションをしない時には、送信信号は全てアンテナ素
子１ヘ伝達される。

【００８４】こうすると、送信電力は全てアンテナ素子
１から空間へ放射されるので、送信アナログ部１１の増
幅器１２の増幅率を下げることが可能で（つまり、送信
に用いる電力削減と等価）、効率のよい通信が可能とな
る。また、受信系への送信信号の帰還を行わないので、
受信系統の動作を停止させることも可能である。この時
には、受信系統の使用電力が削減される。

【００８５】以上説明したように、本実施例の分配器１
４によって、送信電力を効率よく空間へ放射することが
可能であり、アダプティブアンテナ装置の使用電力の削
減に貢献することができる。また、分配器１４内のスイ
ッチ１３の動作は、ＯＮ／ＯＦＦの動作であり、また、
キャリブレーションが時間単位のオーダーで実施される
ならば、使用電力も少なく、問題とならない。

【００８６】実施例６として図９に示した分配器１４の
構成例について説明する。本例の分配器１４は可変抵抗
器１６によって信号の分配比を制御できるようになって
いる。以下に詳しく説明をする。

【００８７】送信アナログ部１１から出力される電力値
は、アダプティブアンテナ装置がサービスするエリアの
大きさによって変化する場合がある。この場合に、分配
器１４の分配比を一定にしておくと、受信アナログ部３
へ帰還する電力が必要以上となる場合がある。このよう
な場合に、キャリブレーションの為に必要としない必要
以上の電力がアンテナ素子１から送信されれば送信の電
力効率を上げることができる。

【００８８】図９に示したように、可変抵抗器１６を有
し、電力分配比を変化させることが可能である。抵抗の
値を大きくすれば、アンテナ素子１側への比率が増加
し、抵抗の値を小さくすれば、受信アナログ部３への帰
還される比率が増加する。なお、分配比は、送信アナロ
グ部１１の増幅器１２の増幅率に比例して設定すればよ
い。 以上説明したように、本実施例の分配器１４によ
れば、電力比を任意に変更できるので、送信電力が変わ
った場合でも、良好な通信が可能であり、同時に、精度
の良いキャリブレーションデータを得ることが可能であ
る。

【００８９】また、図８のスイッチ１３と図９の可変抵
抗器１６を組み合わせて分配器１４を構成することで、
使用電力を少なくし、且つ、高精度なキャリブレーショ
ンデータを得ることも可能である。

【００９０】次に実施例７を図１０を参照しながら説明
をする。図１０は本発明のアダプティブアンテナ装置を
用いてＳＤＭＡ（Space Devision Multiple Access）を
実現するためのフローチャートを表している。

【００９１】ＳＤＭＡでは、図１１に示すように（簡単
の為にユーザの数を２として説明）、ユーザ（１）の方
向ヘビームを向け、ユーザ（２）の方向へはヌルを作る
（ビームパターン１００）。また同時に、ユーザ（２）
の方向ヘビームを向け、ユーザ（１）の方向ヘヌルを作
る（ビームパターン２００）。つまり、干渉方向（所望
でないユーザ）ヘヌルを向けることができるビーム形成
が必要となる。以下に、本アダプティブアンテナ装置を
用いて干渉方向ヘヌルを向けるビームを形成する方法を
示す。

【００９２】図１０（Ａ）にて、受信時に、補正量算出
手段１７によって前述した受信アナログ部３の偏差を算
出し、受信アナログ部１間の補正量（受信キャリブレー
ションデータ）を算出する（ステップ１０１ａ）。同時
に、受信パターン形成回路８において、アダプティブア
ルゴリズムによって受信パターンを算出する（ステップ
１０２ａ）。つまり、受信で用いる重み付けの値が算出
される。ここで、受信アナログ部３の補正量と、受信で
用いる重み付けの値から、実際に空間で形成される受信
パターンが算出される。この受信パターンから、所望ユ
ーザ方向と、干渉ユーザ方向を算出することができる
（ステップ１０３ａ）。

【００９３】送信時に、補正量は、図１０（Ａ）で求め
た受信アナログ部３の補正量を用いて、送信アナログ部
１１の補正量を算出することができる。

【００９４】図１０（Ｂ）にて、送信時に、ステップ１
０３ａで求めた所望ユーザの方向ヘアダプティブアンテ
ナの送信ビームを向け、干渉ユーザの方向ヘヌルを向け
る送信パターンを、送信パターン形成回路９で形成する
（ステップ１０１ｂ）。次に補正量算出手段１７は前述
した送信アナログ部１１の偏差を算出する方法を用い
て、送信アナログ部１１間の補正量（送信キャリブレー
ションデータ）を算出する（ステップ１０２ｂ）。送信
パターン形成回路９は、ステップ１０２ｂで求められた
送信アナログ部１１の補正量と、ステップ１０３ａで求
められた所望ユーザ方向と干渉ユーザ方向を用いて、ア
ダプティブアルゴリズムによって送信パターンを形成す
る。

【００９５】つまり、送信と受信で干渉を抑圧するパタ
ーンを形成することができる。つまり、ＳＤＭＡが実現
できることとなる。

【００９６】以上説明したように、本実施形態のアダプ
ティブアンテナ装置によれば、送信アナログ部１１と受
信アナログ部３の偏差の補正量を算出することが可能で
あり、また、送受ともに干渉波を抑圧するビームパター
ンを形成することができることより、ＳＤＭＡが実現で
きる。その結果、アダプティブアンテナ装置に収容可能
な加入者容量を大幅に向上することが可能となる。

【００９７】また、アンテナ素子数を増やしてもキャリ
ブレーション用のスイッチが複雑になることがなく、低
コストなアダプティブアンテナ装置でＳＤＭＡが実現す
ることができる。

【００９８】尚、本発明は上記実施形態に限定されるこ
となく、その要旨を逸脱しない範囲において、具体的な
構成、機能、作用、効果において、他の種々の形態によ
っても実施することができる。

【００９９】

【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明によ
れば、通信に用いる実際の受信信号を用いて、受信アナ
ログ部の偏差をリアルタイムにキャリブレーションする
ことができる。また、送信信号をスイッチ付き分岐装置
によって受信アナログ部へ帰還させることで、送信アナ
ログ部間の偏差をリアルタイムに高精度にキャリブレー
ションできる。また、アンテナ素子数を増やしてもキャ
リブレーション用のスイッチが複雑になることがなく、
アダプティブアンテナ装置を低コストで製造することが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のアダプティブアンテナ装置の一実施形
態に係る構成を示したブロック図である。

【図２】図１に示したスイッチ付き分岐装置の構成図で
ある。

【図３】ＭＵＳＩＣスペクトラムの例を示した説明図で
ある。

【図４】図１に示した補正量算出手段による補正量算出
処理手順を示したフローチャートである。

【図５】図１に示した補正量算出手段による受信アナロ
グ部の偏差の算出結果例を示した表図である。

【図６】図１に示した補正量算出手段による他の補正量
算出処理手順を示したフローチャートである。

【図７】図６に示した補正量算出手段による受信アナロ
グ部の偏差の他の算出結果例を示した表図である。

【図８】図１に示した分配器の構成例を示した図であ
る。

【図９】図１に示した分配器の他の構成例を示した図で
ある。

【図１０】図１に示した装置によりＳＤＭＡを実現する
ための処理手順を示したフローチャートである。

【図１１】ＳＤＭＡを実現するアダプティブアンテナの
ビームパターン例を示した図である。

【図１２】従来のアダプティブアンテナ装置の構成例を
示したブロック図である。

【図１３】従来のアダプティブアンテナ装置の放射パタ
ーン例を示した図である。

【図１４】従来のキャリブレーション機能を有するアダ
プティブアンテナ装置の構成例を示したブロック図であ
る。

【符号の説明】

１ アンテナ素子 ２ スイッチ付き分岐装置 ３ 受信アナログ部 ４ 低雑音増幅器 ５ フィルタ ６ 周波数変換器 ７ Ａ／Ｄ変換器 ８ 受信パターン形成回路 ９ 送信パターン形成回路 １０ Ｄ／Ａ変換器 １１ 送信アナログ部 １２ 増幅器 １３ スイッチ １４ 分配器 １５ 合成器 １６ 可変抵抗器 １７ 補正量算出手段 １８ 補正量記憶装置

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 5J021 AA06 CA06 DB02 DB03 EA04 FA14 FA15 FA16 FA17 FA20 FA23 FA26 FA29 FA30 FA31 FA32 GA02 HA05 JA10 5K059 CC04 DD31 DD32 5K067 AA33 AA41 CC04 DD41 EE62 HH21 KK03

Claims (13)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数のアンテナ素子と、これら複数のア
   ンテナ素子で捕捉された電波を受信する複数の受信部
   と、この受信部の各出力に重み付けをして合成すること
   により受信信号を得る受信パターン形成回路と、送信信
   号を分配し、分配された複数の受信信号に重み付けをす
   ることにより送信パターン形成する送信パターン形成回
   路と、この送信パターン形成回路の各出力から送出信号
   を生成する複数の送信部と、前記受信部と前記送信部の
   いずれかひとつを前記アンテナ素子に接続する複数の分
   岐装置とからなるアダプティブアンテナ装置において、
   前記複数の受信部の各出力信号が供給され、これら各出
   力信号間の相対的な受信偏差量を算出する補正算出手段
   とを有し、この受信偏差量を前記受信パターン形成回路
   に供給して前記受信偏差量を加味した受信パターンを形
   成することを特徴とするアダプティブアンテナ装置。
2. 【請求項２】 前記分岐装置は、前記送信部の送出信号
   の一部を前記受信部に伝達し、この受信部に伝達された
   送信信号を前記補正算出手段に導入することにより送信
   部から出力される信号間の相対的な送信偏差量を求め、
   この送信偏差量を前記送信パターン形成回路に供給して
   前記送信偏差量を加味した送信パターンを形成すること
   を特徴とするアダプティブアンテナ装置。
3. 【請求項３】 前記分岐装置は、前記アンテナ素子に接
   続して送信と受信によって切り替わる２分岐のスイッチ
   と、前記送信部に接続する分配器と、前記受信部に接続
   して前記アンテナ素子からの入力信号と前記分配器から
   の入力信号を合成して前記受信部へ伝達する合成器とを
   有することを特徴とする請求項２に記載のアダプティブ
   アンテナ装置。
4. 【請求項４】 前記分配器は、可変抵抗器を有してお
   り、可変抵抗器の抵抗値を変化させることにより前記受
   信部へ伝達する信号の分配比を制御することを特徴とす
   る請求項３に記載のアダプティブアンテナ装置。
5. 【請求項５】 前記補正量算出手段は、計算アルゴリズ
   ムによって算出される少なくともひとつの電波の到来方
   向情報を利用して、前記受信アナログ部間または送信部
   間の偏差量を算出することを特徴とする請求項１記載の
   アダプティブアンテナ装置。
6. 【請求項６】 前記計算アルゴリズムはＭＵＳＩＣアル
   ゴリズムであることを特徴とする請求項５に記載のアダ
   プティブアンテナ装置。
7. 【請求項７】 前記アダプティブアンテナ装置は、送信
   と受信で同じ周波数を用いるＴＤＭＡ／ＴＤＤシステム
   で使用し、前記補正量算出手段は、受信時に、前記複数
   のアンテナ素子に到来する少なくともひとつの到来電波
   の受信信号を用いて前記受信部間の相対的な偏差量を算
   出することを特徴とする請求項１記載のアダプティブア
   ンテナ装置。
8. 【請求項８】 前記アダプティブアンテナ装置は、送信
   と受信で同じ周波数を用いるＴＤＭＡ／ＴＤＤシステム
   で使用し、前記補正量算出手段は、送信時に、特定のひ
   とつの方向に送信パターンを向けるように重み付けられ
   た送信信号を前記複数の分岐装置によって分岐し、この
   分岐された送信信号の受信信号と前記特定のひとつの方
   向情報を利用して、前記受信部から出力される信号間ま
   たは送信部から出力される信号間の相対的な偏差量を算
   出することを特徴とする請求項２記載のアダプティブア
   ンテナ装置。
9. 【請求項９】 前記送信パターン形成回路は、前記補正
   量算出手段で得られた前記受信部から出力される信号お
   よび送信部から出力される信号の偏差量と、前記受信パ
   ターン形成回路で用いた重み付けの値を用いて、送信に
   用いる重み付けの値を算出することを特徴とする請求項
   ２記載のアダプティブアンテナ装置。
10. 【請求項１０】 前記補正量算出手段に補正量記憶装置
    を設け、前記算出した偏差量を前記補正量記憶装置に記
    憶し、この記憶した偏差量を用いてアダプティブアンテ
    ナの運用を行ったり、或いは再度行う偏差量算出に使用
    することを特徴とする請求項１記載のアダプティブアン
    テナ装置。
11. 【請求項１１】 複数のアンテナ素子により形成される
    アダプティブアンテナを用いた送受信装置で送受信パタ
    ーンを形成する際の送受信パターン設定方法において、 受信時に、アンテナ素子に捕捉される電波を受信する受
    信部間の相対的な偏差量を算出するステップと、 前記受信部により受信された受信信号からアダプティブ
    アルゴリズムによって受信パータン形成に用いる重み付
    け値を算出するステップと、 前記算出された受信部間の偏差量と重み付け値を用いて
    キャリブレーションを行うことにより実際の受信パター
    ンを算出して所望ユーザの方向と干渉ユーザの方向を求
    めるステップと、 送信時に、前記求めた所望ユーザの方向ヘ前記アダプテ
    ィブアンテナの送信ビームを向けるステップと、 前記算出された受信部間の相対的な偏差量を用いて送信
    信号を前記アンテナ素子に出力する送信部間の相対的な
    偏差量を算出するステップと、 前記算出された送信部間の相対的な偏差量及び前記求め
    た所望ユーザ方向と干渉ユーザ方向から送信パターン形
    成に用いる重み付け値を算出するステップと、 を具備することを特徴とする送受信パターン設定方法。
12. 【請求項１２】 前記送受信パターン設定処理を所定期
    間毎に行うことを特徴とする請求項１１に記載の送受信
    パターン設定方法。
13. 【請求項１３】 前記受信パターン形成のための設定と
    前記送信パターン形成のための設定を別々の周期で行う
    ことを特徴とする請求項１１に記載の送受信パターン設
    定方法。