JP2002530998A

JP2002530998A - アレイ・アンテナを有する無線通信局を較正する方法および装置

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Publication number: JP2002530998A
Application number: JP2000584614A
Authority: JP
Inventors: パリシュ，デイビッド・エム; ファーザネー，ファーハド; バレット，クレイグ・エイチ
Original assignee: アレイコム・インコーポレーテッド
Priority date: 1998-11-24
Filing date: 1998-11-24
Publication date: 2002-09-17
Anticipated expiration: 2018-11-24
Also published as: EP1133836A1; JP4557429B2; EP1133836B1; EP1133836A4

Abstract

(57)【要約】それぞれに関連し、送信装置チェーンおよび受信装置チェーンに含まれるアンテナ素子のアレイ・アンテナを含む通信局内で動作する通信局を較正する方法。この方法は、アンテナ素子からそのアンテナ素子に関連する送信装置チェーンを使用して所定の信号を送信しながら、その送信された信号をそのアンテナに関連しない受信装置チェーンで受信することを含む。各アンテナ素子ごとの較正係数は、所定の信号と送信の間に受信された各信号を使用して、関連する送信装置チェーン伝達関数および受信装置チェーン伝達関数に応じて決定される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】（発明の背景）（発明の分野）本発明は、アレイ・アンテナを用いる無線周波数システムに関し、より具体的
にはそのようなシステムの較正に関する。

【０００２】（背景）アレイ・アンテナは、１つまたは複数のアンテナを用いて無線周波数信号を送
信または受信する任意のタイプのシステムに使用することができる。そのような
システムの例には、無線通信システム、レーダ、無線周波数信号を利用するある
種の医療システムがある。そのようなシステムにアレイ・アンテナを使用すると
、単一素子アンテナを使用するよりアンテナの性能が向上する。こうしたアンテ
ナの性能向上としては、受信信号に関しては指向性向上、信号対雑音比向上、干
渉除去向上などがあり、送信信号に関しては指向性向上、安全向上、送信出力要
件低減などがある。アレイ・アンテナは、信号受信専用、信号送信専用、または
送受信兼用として使用することができる。

【０００３】典型的なアレイ・アンテナ・システムは、アンテナの配列、および個々のアレ
イ素子との間を往来する信号を合成する信号処理装置からなる。この処理はビー
ム形成と呼ばれることがある。

【０００４】アレイ・アンテナ・システムの典型的な応用分野は無線通信システムである。
例としては、セルラ通信システムやワイヤレス・ローカル・ループ・システムな
どがある。そのような無線通信システムは、遠隔端末装置や送受話器とも呼ばれ
る加入者装置とそれぞれ通信する、一般に基地局と呼ばれる１つまたは複数の通
信局を有する。セルラ・システムでは遠隔端末装置は典型的には移動体であるが
、ワイヤレス・ローカル・ループ・システムでは遠隔端末装置は通常、固定位置
にある。アレイ・アンテナは典型的には基地局に位置する。通信の方向を表す用
語は、通常の衛星通信に由来し、衛星を基地局に置き換えたものである。すなわ
ち、遠隔端末装置から基地局への通信はアップリンクと呼ばれ、基地局から遠隔
端末装置への通信をダウンリンクと呼ばれる。したがって、アレイ・アンテナは
ダウンリンク方向で送信し、アップリンク方向で受信する。アレイ・アンテナは
また、同じ「従来型」（ＦＤＭＡ、ＴＤＭＡ、またはＣＤＭＡ）チャネルを介し
て複数の利用者と同時に通信する能力である空間分割多元接続（ＳＤＭＡ）機能
を加えた無線通信システムに使用することもできる。本出願人は、ＳＤＭＡおよ
び非ＳＤＭＡシステムのスペクトル効率を向上させるためのアレイ・アンテナに
関する空間処理を既に開示している。参照により本明細書に組み込む１９９６年
５月７日発行の「ＳｐａｔｉａｌＤｉｖｉｓｉｏｎＭｕｌｔｉｐｌｅＡｃ
ｃｅｓｓＷｉｒｅｌｅｓｓＣｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓＳｙｓｔｅｍ」
という名称の米国特許第５５１５３７８号、同様に参照により本明細書に組み込
む１９９７年１月７日発行の「ＳｐｅｃｔｒａｌｌｙＥｆｆｉｃｉｅｎｔＨ
ｉｇｈＣａｐａｃｉｔｙＷｉｒｅｌｅｓｓＣｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ
Ｓｙｓｔｅｍｓ」という名称の米国特許第５５９２４９０号、同様に参照によ
り本明細書に組み込む１９９６年１０月２３日出願の「Ｓｐｅｃｔｒａｌｌｙ
ＥｆｆｉｃｉｅｎｔＨｉｇｈＣａｐａｃｉｔｙＷｉｒｅｌｅｓｓＣｏｍ
ｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓＳｙｓｔｅｍｓｗｉｔｈＳｐａｔｉｏ−Ｔｅｍｐ
ｏｒａｌＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇ」という名称の米国特許出願第０８／７３５５
２０号、および同様に参照により本明細書に組み込む１９９６年１０月１１日出
願の「ＭｅｔｈｏｄａｎｄＡｐｐａｒａｔｕｓｆｏｒＤｅｃｉｓｉｏｎ
ＤｉｒｅｃｔｅｄＤｅｍｏｄｕｌａｔｉｏｎＵｓｉｎｇＡｎｔｅｎｎａ
ＡｒｒａｙｓａｎｄＳｐａｔｉａｌＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇ」という名称
の米国特許出願第０８／７２９３９０号を参照されたい。アレイ・アンテナを使
用して通信効率を改善および／またはＳＤＭＡを提供するシステムは、スマート
・アンテナ・システムと呼ばれることがある。本明細書では、前記特許および特
許出願をまとめて「スマート・アンテナ発明書類」と呼ぶ。

【０００５】スマート・アンテナ通信システムでは、アップリンク通信の間、アレイ・アン
テナ素子で受信された各信号に振幅および位相調整を適用して、関係ない信号ま
たは雑音、すなわち干渉を最小限に抑えながら目的の信号を選択（すなわち優先
的に受信）する。そのような振幅および位相調整は、複素数の重みである受信重
みで表現することができ、アレイのすべての素子の受信重みは、複素数ベクトル
である受信重みベクトルで表現することができる。ダウンリンク信号も同様に、
送信のためアレイ・アンテナの各アンテナに向かう信号の振幅および位相を調整
することによって処理される。そのような振幅および位相制御は、複素数の重み
である送信重みで表現することができ、アレイのすべての素子の送信重みは、複
素数ベクトルである送信重みベクトルで表現することができる。一部のシステム
では、受信（および／または送信）重みは時間的処理を含み、そのような場合、
受信（および／または送信）重みは、周波数の関数として周波数領域内に適用す
る、すなわちたたみこみカーネルとして適用される時間の関数とすることができ
る。

【０００６】通常、受信重みベクトルは、例えば遠隔利用者からアレイのアンテナで受信さ
れたアップリンク信号からなどの様々な技法によって決定される特定の遠隔利用
者の空間的識別特性によって決定される。空間的識別特性（受信多様体ベクトル
とも呼ばれる）は、干渉または他の加入者装置がない場合の基地局のアレイが特
定の加入者装置から信号を受信する方法を特徴づける。通常動作では、受信重み
ベクトルは空間的識別特性と干渉によって決定することができる。ダウンリンク
で特定の利用者との通信に使用される送信重みベクトルもまた、その特定の利用
者の空間的識別特性から決定される。したがって、特定の利用者の受信重みベク
トルから送信重みベクトルを決定することが望ましい。

【０００７】時分割デュプレックス（ＴＤＤ）システムは、特定の遠隔利用者とのアップリ
ンクおよびダウンリンク通信が同じ周波数で、ただし異なるタイム・スロットで
行われるシステムである。周波数分割デュプレックス（ＦＤＤ）システムは、特
定の遠隔利用者とのアップリンクおよびダウンリンク通信が異なる周波数で行わ
れるシステムである。

【０００８】実際上の問題によって、特定の利用者の受信重みベクトルから送信重みベクト
ルを決定することは実行が困難である可能性がある。時分割デュプレックス（Ｔ
ＤＤ）システムは、特定の遠隔利用者とのアップリンクおよびダウンリンク通信
が同じ周波数で、ただし異なるタイム・スロットで行われるシステムである。周
波数分割デュプレックス（ＦＤＤ）システムは、特定の遠隔利用者とのアップリ
ンクおよびダウンリンク通信が異なる周波数で行われるシステムである。周知の
レシプロシティ定理によって、受信重みベクトルから送信重みベクトルを決定す
ることは簡単であると考えられるかもしれない。しかしながら、アップリンクで
は、処理される受信信号はアレイ・アンテナの各アンテナ素子に関連する受信装
置チェーンによって多少歪んでいる可能性がある。受信装置チェーンとしては、
アンテナ素子、ケーブル、フィルタ、無線周波数電子回路、物理接続、および処
理がデジタルならばアナログ・デジタル変換器（「ＡＤＣ」）などがある。多素
子アレイ・アンテナの場合、通常は各アレイ・アンテナ素子ごとに別々の受信装
置チェーンがあり、したがって各素子で受信される各信号の振幅および位相が各
受信装置チェーンごとに異なって歪む可能性がある。これを考慮に入れない受信
重みベクトルは誤りとなり、基地局での受信が最適でなくなる。しかしながら、
実際にはそれでもなお通信は可能である。アレイ・アンテナを介してダウンリン
ク信号を送信すると、アンテナ素子によって放射される各信号は異なる送信装置
チェーンを経由するため、ことによると送信信号に異なる振幅シフトおよび位相
シフトが生じるかもしれない。送信重みベクトルが受信装置チェーンにおける違
いを考慮に入れていない受信重みベクトルから得られたものだとすると、基地局
からの送信は実行が困難である可能性がある。送信重みベクトルが送信装置チェ
ーンにおける違いを考慮に入れたものでない場合はさらに困難が生じる可能性が
あり、ことによるとそのような送信重みベクトルを用いる通信は最適なものでな
くなるかもしれない。較正の目的は、受信チェーン内の信号に生じる異なる振幅
誤差および位相誤差、ならびに送信チェーン内に生じる異なる振幅誤差および位
相誤差を補償するための較正係数を決定することである。なお、受信装置チェー
ンおよび送信装置チェーン内に生じる位相シフトおよび振幅シフトは一般に周波
数依存であることを付け加えておく必要がある。

【０００９】ＦＤＤシステムの場合、もはやレシプロシティを仮定することができないため
、特定の利用者の受信重みベクトルから送信重みベクトルを決定することはさら
に困難である。アップリンクおよびダウンリンクにおける伝搬の違いをさらに考
慮に入れる必要がある。そのような違いを考慮に入れてもなお、受信チェーン内
の信号に生じる異なる振幅誤差および位相誤差、ならびに送信チェーン内に生じ
る異なる振幅誤差および位相誤差を補償するための較正係数を決定する必要があ
る。

【００１０】当初、アレイ・アンテナ・システムの製造者は、すべての送信電子回路および
受信電子回路が完全なものであると仮定された、あるいは送信装置チェーンおよ
び受信装置差チェーンが各アンテナにとって理想的であると仮定された、理想的
なアレイ・アンテナを仮定した信号処理装置を使用した。その結果、そうしたア
レイ・アンテナ・システムは設計および製造が困難であるばかりでなく価格も法
外で、しかも誤差、干渉、および時間に対するドリフトを受ける。受信重みを使
用して送信重みを決定することは、そのようなシステムによる効率的な通信には
つながらない可能性がある。

【００１１】補償は、アンテナ素子によって受信または送信される各ｍ信号を、各較正関数
が信号が送信（または受信）装置チェーンを通過するときに受ける利得および位
相誤差を補償するのに必要な伝達関数補正を示す複素較正関数によって（すなわ
ち複素数時系列によって）たたみこむことで達成されることは周知である。一部
のシステムでは、これは、各較正関数を較正係数すなわち補償に必要な必須の振
幅補正および位相補正を示す複素数とする乗法的補正に簡素化することができる
。一般に、その１組の較正関数は一方を送信パス、もう一方を受信パスの複素数
較正ベクトル関数とし、各関数を時系列とする較正ベクトル関数の要素である。
乗法的補正の場合、その１組の較正係数は一方を送信パス、もう一方を受信パス
の複素数較正ベクトルとする較正ベクトルの要素である。従来技術によるアレイ
較正ベクトル関数の決定方法は、いくつかの付随する欠点を有する測定を必要と
する。第１に、その方法は、高価で扱いにくく、繰り返して使用することが煩わ
しい外部測定器を必要とする。第２に、従来の較正方法は、測定を行う長期間の
うちに周波数基準などのシステム・パラメータのドリフトの影響を受けやすく、
これらのドリフトによって測定されるアレイ較正ベクトルが不正確になる。さら
に、一部の従来技術はたたみこみカーネル較正係数ではなく乗法的較正係数のみ
を決定し、アレイ・アンテナに周波数依存成分がある。この周波数依存をなくし
ながら乗法的較正ベクトルを使用するためには、通信の各周波数チャネルごとに
アレイ・アンテナを較正する必要がある。第３に、無線周波数電子回路の伝達特
性は温度、湿度などの変化する周囲条件に依存し、そのためアレイ・アンテナを
その周囲環境で繰り返して較正することが不可欠になる。

【００１２】Ｈａｒｒｉｓｏｎらは、米国特許第５２７４８４４号（１９９３年１２月２８
日）において、リソース制御装置と遠隔端末装置を接続するデータ・バスを使用
する２つの実験で送信および受信較正ベクトルを（複素数ベクトル伝達関数とし
て）較正する方法を開示している。第１の実験で、データ・バスは基地局に周知
の信号を送信することを遠隔端末装置に指示する。これによって受信装置チェー
ンの較正を決定する。第２の実験で、遠隔端末装置で受信された信号は、送信装
置チェーンの較正を決定できるようにするためにデータ・バスを介してリソース
制御装置に送り返される。

【００１３】１９９６年８月１３日に発行され、本発明の譲受人に譲渡された共同所有の米
国特許第５５４６０９０号では、遠隔端末装置で基地局から受信された信号を基
地局に再送信する、遠隔端末装置と同じ場所に配置された単純なトランスポンダ
を用いて送信較正ベクトルと受信較正ベクトルの両方を決定することができる較
正方法を開示している。当該の方法は、Ｈａｒｒｉｓｏｎらの発明の配線式デー
タ・バスは必要としない。しかしながら、追加のトランスポンダ装置が必要であ
る。

【００１４】これらの従来技術による較正方法は、受信パスと送信パスを別々に較正し、さ
らに基地局のアンテナ素子と加入者装置間の異なる空中パスを較正するが、特別
の構成装置を必要とする。

【００１５】Ｊｏｈａｎｎｉｓｓｏｎらの発明者の「Ａｎｔｅｎｎａａｒｒａｙｃａｌ
ｉｂｒａｔｉｏｎ」という名称のＰＣＴ国際特許出願公告９５／３４１０３号（
１９９５年１２月１４日公告）では、アレイ・アンテナの送信（および受信）を
較正する方法および装置を開示している。送信の較正の場合、入力送信信号を各
アンテナ素子に一度に１つのアンテナずつ入力する。入力送信信号がそれぞれの
電力増幅器を通過した後、各アンテナ素子によって送信された信号を較正ネット
ワークによって抽出する。その結果得られる信号を受信装置に送り込み、計算手
段によって各アンテナ素子ごとに受信信号と元の送信信号を関係付ける。その後
、各アンテナ素子ごとに補正係数を形成することができる。次いで、その補正係
数を用いて、送信の間に各素子を適正に較正できるようにアンテナ素子を（振幅
と位相、または同相分Ｉと直角分Ｑについて）調整することができる。受信の較
正の場合、既知の入力信号を生成し、較正ネットワーク（受動分配ネットワーク
）を用いてアレイ・アンテナの各アンテナ素子に注入する。その信号は、アンテ
ナ素子からそれぞれの低雑音増幅器を通過し、各アンテナ素子によって受信され
た信号をビーム形成装置によって測定する。次いで、ビーム形成装置は、注入さ
れた信号と測定された信号を比較することによって、各アンテナ素子を個別に較
正できるように補正係数を生成することができる。補正は、振幅補正と位相補正
として、または同相分Ｉおよび直角分Ｑの補正として表現することができる。

【００１６】Ｊｏｈａｎｎｉｓｓｏｎらの方法は、受信パスと送信パスを別々に較正するが
、特別の較正装置を必要とする。

【００１７】したがって、当技術分野では、必要な装置と必要な時間の両方の点で簡単であ
り、その結果希望するときいつでも何度でも素早く較正を実行することができる
較正方法および装置が必要とされている。当技術分野ではまた、既存の基地局の
電子回路のみを使用し、特別の較正ハードウェアを必要としない簡単な較正技法
も必要とされている。当技術分野ではさらに、受信装置チェーンおよび送信装置
チェーンの較正を含めて、較正が既存の基地局の電子回路を使用し、特別の較正
ハードウェアを必要としない簡単な技法を用いて得られる、受信重みベクトルか
ら送信重みベクトルを決定することができる方法も必要とされている。

【００１８】（発明の概要）（発明の目的）本発明の目的は、追加の高価で扱いにくい較正計器を必要としない、アレイ・
アンテナを用いる基地局を較正する改良型の方法および装置である。

【００１９】本発明の他の目的は、基地局の較正に必要な時間を削減し、較正済み送信重み
ベクトルの使用が可能である較正方法および装置であって、その送信重みベクト
ルが受信重みベクトルから本質的に決定される方法および装置である。

【００２０】本発明の他の目的は、設置場所で容易に使用することができるアレイ・アンテ
ナ・システムの較正方法および装置であって、較正において較正済み送信重みベ
クトルの使用が可能であり、その送信重みベクトルが受信重みベクトルから本質
的に決定される方法および装置である。

【００２１】本発明の他の目的は、無線周波数システム内で容易に実施することができ、常
習的および定期的なシステム較正の実行を実用的なものにする較正方法および装
置であって、較正において較正済み送信重みベクトルの使用が可能であり、その
送信重みベクトルが受信重みベクトルから本質的に決定される方法および装置で
ある。

【００２２】本発明の他の目的は、受信重みベクトルから較正済み送信重みベクトルを決定
する方法であって、その送信重みベクトルの較正において受信装置チェーンおよ
び送信装置チェーンによって導かれる位相誤差を考慮し、較正において既存の基
地局の電子回路を使用する方法である。

【００２３】（発明の大要）本発明の上記その他の目的は、少なくとも１つの加入者装置と少なくとも１つ
の通信局（基地局）を含み、その通信局が複数の素子のアレイ・アンテナを含む
通信システムで動作する方法によって達成される。各アンテナ素子は、その通信
システムと関連し、送信装置チェーンおよび受信装置チェーン内に含まれる。各
チェーンの位相および振幅の挙動は、受信装置チェーン伝達関数（受信装置チェ
ーンの場合）または送信装置チェーン伝達関数（送信装置チェーンの場合）によ
って本質的に表される。

【００２４】本発明の一態様では、アンテナ素子からそのアンテナ素子に関連する送信装置
チェーンを使用して所定の信号を送信しながら、その送信された信号をそのアン
テナに関連しない少なくとも１つの受信装置チェーンで受信することを含む通信
局の較正方法が記述されている。これは、較正係数が必要とされるすべてのアン
テナ素子から所定の信号が送信されるまで繰り返される、他の送信装置チェーン
による他のアンテナ素子からの所定の信号（一般に同じである必要はない）の送
信である。各アンテナ素子ごとに較正係数が決定され、アンテナ素子の較正係数
は関連する送信装置チェーンおよび受信装置チェーンの伝達関数に依存し、その
決定には１つまたは複数の所定の信号と送信の間に受信された各信号が使用され
る。ある特定の実施態様では、所定の信号はすべての送信に関して同じであり、
受信信号はその後の処理のために記憶される。

【００２５】較正係数は一般に周波数に依存する。特定の一実施態様は、当該の周波数範囲
内の周波数に本質的に依存しない較正係数の決定を記述している。

【００２６】この場合もやはり、記述する一実施態様では、送信装置チェーン伝達関数と受
信装置チェーン伝達関数を決定する。この場合の一実施態様は、すべての受信装
置チェーンと送信装置チェーンの伝達関数を基準受信装置伝達関数と基準送信装
置伝達関数に相関してそれぞれ決定できるように、共通のアンテナ素子を共用す
るある受信装置チェーンとある送信装置チェーンを基準として指定することを含
む。

【００２７】他の特定の実施態様は、通信局と加入者装置間のダウンリンクおよびアップリ
ンク通信が同じ周波数チャネルで行われる場合に適用する。その場合、任意のア
ンテナ素子用の単一の較正係数を決定する。一変形態様では、その単一の較正係
数は、位相に関して、特定のアンテナ素子に関連する送信装置チェーン伝達関数
の位相と受信装置チェーン伝達関数の位相の差の関数である。この場合、あるア
ンテナ素子を基準アンテナ素子として指定し、それによってその基準アンテナ素
子に関連しないすべての較正係数を基準アンテナ素子に関連する較正係数にそれ
ぞれ相関させることができる。例えば、基準アンテナ素子に関連しない特定のア
ンテナ素子の較正係数は、位相に関して、所定の信号を基準アンテナに関連する
送信装置チェーンから送信したときに特定のアンテナ素子で受信される信号と、
所定の信号を特定のアンテナ組織に関連する送信装置チェーンから送信したとき
に基準アンテナ素子に関連する受信装置チェーンで受信される信号の位相差の関
数として決定することができる。

【００２８】他の変形態様では、その単一の較正係数は、位相に関して、特定のアンテナ素
子に関連する送信装置チェーン伝達関数と受信装置チェーン伝達関数の比の関数
である。この場合も同様に、あるアンテナ素子を基準アンテナ素子として指定し
、それによってその基準アンテナ素子に関連しないすべての較正係数を基準アン
テナ素子に関連する較正係数に対してそれぞれ決定することができる。例えば、
基準アンテナ素子に関連しない特定のアンテナ素子の較正係数は、所定の信号を
基準アンテナに関連する送信装置チェーンから送信したときに特定のアンテナ素
子で受信される信号と、所定の信号を特定のアンテナ組織に関連する送信装置チ
ェーンから送信したときに基準アンテナ素子に関連する受信装置チェーンで受信
される信号の比の関数として決定することができる。

【００２９】本発明の他の態様では、通信局から加入者装置にダウンリンク信号を送信する
方法が記述されている。その方法は、各較正係数が特定のアンテナ素子に関連す
る１組の較正係数を決定するために通信局で実験を実行すること、および各アン
テナ素子ごとに１組の重み付き送信信号を形成するために１組の送信重みに従っ
てダウンリンク信号に重みを付けることを含み、その特定のアンテナ素子の送信
重みが加入者装置とのアップリンク通信の間にそのアレイ・アンテナで受信され
た信号と特定のアンテナ素子に関連する較正係数から決定され、さらにその重み
付き送信信号を送信装置チェーンを介して送信することを含む。通信局が受信ベ
ースバンド信号を処理することによって加入者装置とアップリンクで通信するこ
とができ、各受信ベースバンド信号がアンテナ素子のいずれかの対応する信号か
ら決定される一実施態様では、処理は受信ベースバンド信号から決定される１組
の受信重みに従って受信ベースバンド信号に重みを付けることを含み、各受信重
みはアンテナ素子のいずれかに対応する。この実施態様では、特定のアンテナ素
子の送信重みは、特定のアンテナ素子に対応する受信重みとその特定のアンテナ
素子に関連する較正係数から決定される。通信局と加入者装置間のダウンリンク
通信およびアップリンク通信が同じ周波数チャネルで行われる場合、使用される
較正係数は、位相に関して、対応するアンテナ素子の送信装置チェーン伝達関数
の位相と受信装置チェーン伝達関数の位相の差の関数であり、各送信重みは対応
する受信重みおよび対応する較正係数に比例する。通信局と加入者装置間のダウ
ンリンク通信およびアップリンク通信が同じ周波数チャネルで行われる別の場合
、使用される較正係数は、対応するアンテナ素子の送信装置チェーン伝達関数と
受信装置チェーン伝達関数の比の関数であり、各送信重みは対応する受信重みお
よび対応する較正係数に比例する。

【００３０】受信重みから送信重みを決定するのに使用する較正係数を決定する実験は、較
正係数を決定する前述の方法のいずれかに従うことができる。

【００３１】本発明の他の態様では、通信局を較正する装置は、通信局の装置の一部として
記述されている。

【００３２】（好ましい実施形態の説明）図１に、送信と受信の両方に使用される単一のアレイ・アンテナ１０３を用い
るアレイ・アンテナ基地局システムを示す。本発明の方法および装置の好ましい
実施形態は、この一般的な構成を有するシステムで動作するように実施される。
図１に示すものと同様のシステムは従来技術かもしれないが、図１のシステムの
ように本発明の態様を実施するようにプログラミングまたは配線されたシステム
は従来技術ではない。図１では、アレイ・アンテナ１０３の１つまたは複数の素
子を送信モードでは送信電子回路１１３に、受信モードでは受信電子回路１２１
に選択的に接続するために、アレイ・アンテナ１０３と送信電子回路１１３（１
つまたは複数の送信信号処理装置１１９を含む）および受信電子回路１２１（１
つまたは複数の受信信号処理装置１２３を含む）の間に、送信／受信（「ＴＲ」
）スイッチ１０７が接続されている。スイッチ１０７の２つの可能な実施は、周
波数分割デュプレックス（ＦＤＤ）システムでは周波数送受切換器として、時分
割デュプレックス（ＴＤＤ）システムでは時間スイッチとしてである。本発明の
好ましい実施形態ではＴＤＤを使用する。

【００３３】送信電子回路と受信電子回路（それぞれ要素１１３と要素１２１）は、アナロ
グ電子回路、デジタル電子回路、またはこれら２つの組合せを用いて実施するこ
とができる。信号処理装置１１９および１２３は、静的（常に同じ）、動的（所
望の指向性に応じて変化する）、またはスマート（受信信号に応じて変化する）
にすることができ、好ましい実施形態では適応型である。信号処理装置１１９お
よび１２３は、受信用と送信用の異なるプログラミングを備える同じ１つまたは
複数のＤＳＰデバイスでも、異なるＤＳＰデバイスでも、一部の機能用の異なる
デバイスと他の機能用の同じデバイスでもよい。

【００３４】困ったことに、アレイ・アンテナ１０３、ケーブル１０５、１０９および１１
１、送信電子回路チェーン１１３、および受信回路チェーン１２１の構築に際し
ての通常の製造上のばらつきのため、これらの構成要素によって導かれる異なる
誤差および非線形性があり、アレイ・アンテナ１０３の異なる素子を通過する同
じ信号は異なる振幅と位相で出現することになる。同様に、ケーブル１０９およ
び１１１および電子回路１１３および１２１の異なるチャネルをそれぞれ通過す
る同じ信号は、振幅と位相が変化することになる。これらの振幅および位相の複
合誤差は、１組の受信アレイ較正伝達関数と送信アレイ較正伝達関数によって捕
捉することができ、その要素を一緒にして受信較正伝達関数ベクトルと送信較正
伝達関数ベクトルを形成する。アレイ・アンテナ１０３の各素子、ケーブル１０
５および１０９の対応するチャネル、スイッチ１０７の対応するチャネル、およ
び送信電子回路１１３の対応するチャネルを送信アンテナ素子の送信装置チェー
ンと呼ぶものとし、アレイ・アンテナ１０３の各素子、ケーブル１０５および１
０９の対応するチャネル、スイッチ１０７の対応するチャネル、および受信電子
回路１２３の対応するチャネルをアンテナ素子の受信装置チェーンと呼ぶものと
する。すべての構成要素が等しく、かつ完全な挙動を示すとすれば、そのような
アレイ較正伝達ベクトルは、アレイ・アンテナ素子からの各チェーンの末尾に見
られる実際の信号を各チェーンの末尾に期待される対応する信号に変換する。送
信信号と受信信号は若干異なるハードウェア・パスを辿るため、システムは送信
アレイ較正ベクトル伝達関数と送信アレイ較正ベクトル伝達関数の両方を備える
ことになる。送信装置チェーンへの入力は送信信号入力１１５であり、受信装置
チェーンの出力は受信信号出力１１７である。

【００３５】本発明の様々な好ましい実施形態は、ＡＲＪＢ標準規格第２版（ＲＣＲＳＴ
Ｄ−２８）の「パーソナル・ハンディホン・システム」（ＰＨＳ）を用いるセル
ラ・システムに組み込むためのものである。これらの実施形態で使用されるＰＨ
Ｓシステムの基地局は一般に図１に合致する。ＰＨＳシステムは、真の時分割デ
ュプレックス（ＴＤＤ）による８スロットの時分割多元接続（ＴＤＭＡ）システ
ムである。したがって、８個のタイムスロットは４個の送信（ＴＸ）タイムスロ
ットと４個の受信（ＲＸ）タイムスロットに分けられる。これは、特定のチャネ
ルに関して受信周波数と送信周波数が同じであることを意味する。また、受信タ
イムスロットと送信タイムスロット間の加入者装置の移動が最小限であると仮定
すると、相互依存すなわちダウンリンク（基地局から利用者の遠隔端末装置）と
アップリンク（利用者の遠隔端末装置から基地局）の伝搬パスが同じであること
も意味する。好ましい実施形態に使用されるＰＨＳシステムの周波数帯は、１８
９５〜１９１８．１ＭＨｚである。８個のタイムスロットはそれぞれ長さ６２５
マイクロ秒である。ＰＨＳシステムは、発呼が行われる制御チャネル専用の周波
数およびタイムスロットを有する。リンクが確立されると、呼は通常の通信のた
めにサービス・チャネルに渡される。通信は、フル・レートと呼ばれる３２キロ
ビット／秒（ｋｂｐｓ）で任意のチャネル内で行われる。フル・レート未満の通
信も可能であり、本明細書で説明する実施形態を変更してフル・レート未満の通
信を組み込む方法の詳細は、当業者には明白であろう。

【００３６】好ましい実施形態で使用されるＰＨＳにおいて、バーストは、単一のタイムス
ロットの間で空中を介して送信または受信される有限期間の無線周波数信号と定
義する。グループは、４個のＴＸタイムスロットおよび４個のＨＡＮＤＹＰＨＯ
ＮＥタイムスロットの１組と定義する。グループは、常に第１のＴＸタイムスロ
ットから始まり、その期間は８×０．６２５＝５ミリ秒である。

【００３７】ＰＨＳシステムは、ベースバンド信号に対してπ／４差動４相位相変調（π／
４ＤＱＰＳＫ）を使用する。ボー・レートは１９２キロボーである。すなわち
１秒当たり１９万２，０００個の符号がある。

【００３８】図２に、本発明の実施形態が実施されたＰＨＳ基地局の概略の構成図を示す。
この場合もやはり、図２に示すものと同様のアーキテクチャを備えるシステムは
従来技術かもしれないが、図２のシステムのように本発明の態様を実施するよう
にプログラミングまたはハードワイアードされたシステムは従来技術ではない。
図２では、ｍ＝４として複数のｍ個のアンテナ２０１が使用されている。アンテ
ナの出力は、このＴＤＤシステムでは時間スイッチである送受切換器１０７に接
続されている。受信の場合、アンテナ出力は切換器１０７を介して受信装置２０
５に接続され、無線周波数受信装置（ＲＸ）モジュール２０５によってアナログ
で混合されて搬送周波数（約１．９ＧＨｚ）から最終的に３８４ｋＨｚの中間周
波数（「ＩＦ」）となる。次いで、この信号はアナログ・デジタル変換器（「Ａ
ＤＣ」）２０９によって１．５３６ＭＨｚでデジタル化（サンプリング）される
。サンプリングされるのは信号の実部のみである。したがって複素位相ベクトル
表記では、デジタル信号は−３８４ｋＨｚのイメージと共に３８４ｋＨｚの複素
数ＩＦ信号を含むものとして視覚化することができる。ベースバンドへの最終的
なダウンコンバートは、デジタルで１．５３６メガサンプル／秒の実部のみの信
号と３８４ｋＨｚの複素位相ベクトルを乗算することによって実施される。その
結果は、複素数ベースバンド信号に−２×３８４＝−７６８ｋＨｚのイメージを
加えたものを含む複素数信号である。この不要な負の周波数イメージをデジタル
・フィルタ処理して、１．５３６ＭＨｚでサンプリングされた複素数ベースバン
ド信号を生成する。好ましい実施形態では、ＧｒａｙＣｈｉｐＩｎｃ．ＧＣ２
０１１デジタル・フィルタを使用してダウンコンバートとデジタル・フィルタ処
理を実施し、後者には有限インパルス応答（ＦＩＲ）フィルタ技法を利用する。
これはブロック２１３として示す。

【００３９】各アンテナのＧＣ２０１１デジタル・フィルタ装置２１３からは、受信タイム
スロットごとに１つずつ、４つのダウンコンバートされた出力がある。本発明の
一態様によれば、４個の各受信タイムスロットごとに、４つのアンテナから４つ
のダウンコンバートされた出力が較正を含めたその後の処理のためにデジタル信
号処理装置（ＤＳＰ）デバイス２１７（以下「タイムスロット処理装置」）に送
られる。好ましい実施形態では、４つのＭｏｔｏｒｏｌａＤＳＰ５６３０３
ＤＳＰをタイムスロット処理装置として、受信タイムスロットごとに１つずつ使
用する。

【００４０】タイムスロット処理装置２１７は、受信信号電力監視、周波数偏差推定と時間
合せ、特定の遠隔利用者からの信号を判定する際の各アンテナ素子に対する重み
の決定を含むスマート・アンテナ処理、決定した信号の復調を含めて、様々な機
能を実行する。

【００４１】タイムスロット処理装置２１７の出力は、４個の各受信タイムスロットごとの
復調されたバースト・データである。このデータは、システムおよびインタフェ
ースのすべての要素を高レベル処理で制御することが主な機能であるホストＤＳ
Ｐ処理装置２３１に送られるが、その高レベル処理とはＰＨＳ通信プロトコルで
定義されたすべての異なる制御チャネルとサービス通信チャネルでの通信に必要
な信号を扱う処理である。好ましい実施形態では、ホストＤＳＰ２３１はＭｏｔ
ｏｒｏｌａＤＳＰ５６３０３である。タイムスロット処理装置はまた、決定し
た受信重みもホストＤＳＰ２３１に送る。ホストＤＳＰ２３１の主な機能は、具
体的には下記のものを含む。

【００４２】・状態およびタイミング情報の維持

【００４３】・タイムスロット処理装置２１７からのアップリンク・バースト・データの受
信。

【００４４】・一実施形態ではタイムスロット処理装置２１７に対する較正モードへの移行
指示を含めた、タイムスロット処理装置２１７のプログラミング。較正モードは
、基地局が遠隔利用者にトラフィック・チャネルを割り当てた後に行われる。好
ましい実施形態において、較正モードでは、基地局は新たに割り当てられたトラ
フィック・チャネル内の４つの連続するフレーム内の１個のＲＸタイムスロット
を用い、本明細書で説明する好ましい実施形態の較正方法を実行する。ＴＸタイ
ムスロットの間は主基地局が送信中である可能性があり、それによってシステム
内の低雑音増幅器が飽和状態になっている可能性があるため、較正実験はＲＸタ
イムスロットの間のみ実行されることが好ましい。代替実施形態では、較正実験
はＴＸタイムスロットの間に実行される。較正モードでは、較正係数を決定する
その後の処理のために、各フレームの終わりに部分的な結果がタイムスロット処
理装置２１７からホストＤＳＰ２３１にアップロードされる。次いで、ホストＤ
ＳＰ２３１は自動利得補正（「ＡＧＣ」）回路から読み取った値で較正係数を調
整し、そのデータを保存する。

【００４５】・アップリンクの復号、逆スクランブル、誤り訂正（ＣＲＣ）符号検査、バー
スト・デコンストラクションを含む、通常モードでのアップリンク信号の処理。

【００４６】・通常モードでの、基地局の他の部分での高レベル処理に送るアップリンク信
号のフォーマッティング。

【００４７】・通常モードでの、基地局でのその後の高レベル処理のための適応差分パルス
符号変調（「ＡＤＰＣＭ」音声データのフォーマッティングおよびサービス・デ
ータのフォーマッティング。

【００４８】・通常モードでの、基地局の他の部分からのダウンリンク・メッセージおよび
ＡＤＰＣＭ音声データ（およびベアラ・サービス）の受信。

【００４９】・通常モードでのダウンリンク・バーストの処理（バースト構築、ＣＲＣ、ス
クランブル、暗号化）

【００５０】・較正モードでの、較正バーストのフォーマッティングおよび符号２３７とし
て示す送信制御装置／変調装置への送信を含む、ダウンリンク・バーストのフォ
ーマッティングおよび送信制御装置／変調装置２３７への送信。

【００５１】・送信重みベクトルの決定および送信制御装置／変調装置２３７への送信を含
む、送信制御装置／変調装置２３７のプログラミング。一実施形態において、通
常モードでは、送信重みベクトルは較正モードの間に本発明の好ましい実施形態
に従って決定された較正係数を使用してＤＳＰ２３１で補正された受信重みベク
トルである。次いで、送信重みベクトルは所望の送信電力制限を満たすように全
体としてスケーリングされ、送信制御装置／変調装置２３７に送られる。

【００５２】・符号２３３として示す無線周波数制御装置の制御・通常モードでのモデム状態情報の維持と報告、および同期の制御

【００５３】無線周波数制御装置２３３は、ブロック２４５として示す無線周波数システム
とのインタフェースとなり、また無線周波数システムとモデルの両方が使用する
いくつかのタイミング信号の生成も行う。無線周波数制御装置２３３が実行する
具体的なタスクは、下記のものを含む。

【００５４】・無線周波数システム用（ＲＸおよびＴＸ）およびモデムの他の部分のタイミ
ング信号の生成。・送信電力監視値の読取り。・送信電力制御値の書込み。・送受切換器１０７転換器制御信号の生成。・自動利得制御（ＡＧＣ）値の読取り。

【００５５】無線周波数制御装置２３３は、ホストＤＳＰ２３１から各バーストごとのタイ
ミング・パラメータおよびその他の設定を受け取る。

【００５６】送信制御装置／変調装置２３７は、ホストＤＳＰ２３１から一度に４個の符号
ずつ送信データを受け取る。送信制御装置は、このデータを使用してアナログＩ
Ｆ出力を生成し、それを無線周波数送信装置（ＴＸ）モジュール２４５に送る。
送信制御装置／変調装置２３７が実行する具体的は操作は以下のとおりである。

【００５７】・π／４ＤＱＰＳＫ変調による複素変調信号へのデータ・ビットの変換。・１．５３６ＭＨｚの中間周波数へのアップコンバート（まだデジタル）。こ
れは、ＧｒａｙＣｈｉｐ２０１１を使用して実施される。・１．５３６ＭＨｚのＩＦ信号の４倍オーバーサンプリングによる６．１４４
メガサンプル／秒信号の取得。ＩＦ信号を４倍オーバーサンプリングすると、全
体で３２倍のサンプリング信号が得られることに留意されたい。・この４倍オーバーサンプリングした（ＩＦと比較して）複素信号とホストＤ
ＳＰ２３１から得られた送信重みの乗算。得られる複素数波形の実部を取って４
つの実部のみのＩＦ信号を得る。・送信制御装置／変調装置２３７の一部であるデジタル・アナログ変換器（「
ＤＡＣ」）による、送信モジュール２４５に送るアナログ送信波形への上記信号
の変換。

【００５８】送信モジュール２４５は、信号を送信周波数にアップコンバートし、信号を増
幅する。増幅された送信信号出力は、送受切換器／時間スイッチ１０７を介して
アンテナ２０１に送られる。

【００５９】以下の表記法を使用する。ｍ個のアンテナ素子（好ましい実施形態ではＭ＝４
）があるものとし、ｚ₁（ｔ），ｚ₂（ｔ），．．．，ｚ_m（ｔ）をそれぞれダウ
ンコンバート後すなわちベースバンドで表したサンプリング後の第１、第２、．
．．、第ｍのアンテナ素子の複素数応答（すなわち同相分Ｉと直角分Ｑを有する
）とする。上記の表記法ではｔは離散である。これらのｍ倍サンプリングの量は
、ｚ（ｔ）の第ｉ行をｚ_i（ｔ）として単一のｍベクトルｚ（ｔ）によって表現
することができる。有限数のサンプルを収集し、それによってｚ₁（ｔ），ｚ₂（
ｔ），．．．，ｚ_m（ｔ）を行ベクトルとして表現できるようにし、ｚ（ｔ）を
行列として表現できるようにする。ただし、このように有限数のサンプルを組み
込むことの詳細はこの考察の範囲外であり、こうした詳細を組み込む方法は当業
者には明白であろう。いくつかの信号が基地局からいくつかの遠隔利用者に送信
されるものと仮定する。具体的には、当該の加入者装置が信号ｓ（ｔ）を送信す
るものと仮定する。空間処理は、送信された信号ｓ（ｔ）の推定値を引き出すた
めに、受信信号ｚ₁（ｔ），ｚ₂（ｔ），．．．，ｚ_m（ｔ）のＩ値とＱ値の特定
の組合せの取得を含む。当該の重みは、第ｉ要素をｗ_riとする複素数重みベクト
ルｗ_rで表される、この特定の加入者装置の受信重みベクトルによって表現する
ことができる。次いで、信号の推定値を下式に送る。

【数１】上式で、ｗ’_riはｗ_riの複素共役であり、ｗ_r ^Hは受信重みベクトルｗ_rのエルミ
ート転置（すなわち転置と複素共役）である。時空的処理を含む実施形態では、
受信重みベクトルの各要素は時間の関数とし、それによって重みベクトルを、第
ｉ要素をｗ_ri（ｔ）とするｗ_r（ｔ）で表すことができるようにする。次いで、
信号の推定値は下式として表現することができる。

【数２】上式で、演算子「＊」はたたみこみ演算である。時空的処理による信号の推定値
の形成は、周波数（フーリエ変換）領域で同等に実施することができる。ｓ（ｔ
）、ｚ_i（ｔ）、ｗ_ri（ｔ）、ｚ（ｔ）、およびｗ_r（ｔ）の周波数領域表現は、
ｋを離散周波数値としてそれぞれＳ（ｋ）、Ｚ_i（ｋ）、Ｗ_i（ｋ）、Ｚ（ｋ）、
およびＷ_r（ｋ）で表す。

【数３】

【００６０】以下の説明では、複素数受信重みベクトルｗ_rまたはその要素について述べる
場合は常に、これを一般化して前述の時空的処理を組み込むことができることを
理解されたい。

【００６１】本発明の範囲内においては、当該の特定の信号に対する複素数重みベクトルｗ _r を決定するいくつかの方法が考えられる。好ましい実施形態では、受信信号が
特定の変調フォーマットを有することの知識を用いて受信信号自体からｗ_rを決
定する。当該の特定の信号に対する複素数重みベクトルｗ_rの推定値を得る方法
、および遠隔端末装置からの他の信号が存在するとき、すなわち同一チャネル間
干渉が存在するときに当該の特定の遠隔端末から送信された信号を復調する方法
についての説明は、前述の１９９６年１０月１１日出願の「Ｍｅｔｈｏｄａｎ
ｄＡｐｐａｒａｔｕｓｆｏｒＤｅｃｉｓｉｏｎＤｉｒｅｃｔｅｄＤｅ
ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎＵｓｉｎｇＡｎｔｅｎｎａＡｒｒａｙｓａｎｄ
ＳｐａｔｉａｌＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇ」という名称の米国特許出願第０８／７
２９３９０号（以下「本出願人の復調発明書類」）に記述されている。

【００６２】変調された信号Ｓ_i（ｔ）をいくつかの遠隔利用者に送信するには、ｚ_ti（ｔ
）＝ｗ'_tiｓ_t（ｔ）、ｉ＝１，．．．，ｍ、ｗ_tiを複素数の重みとして、信号ｚ _t1 （ｔ），ｚ_t2（ｔ），．．．，ｚ_tm（ｔ）をそれぞれｍ個のアンテナに印加す
る。その１組のｗ_tiは、第ｉ要素をｗ_tiとする複素数ｍ次元列ベクトルによって
要約することができ、これをその利用者の送信重みベクトルと呼ぶ。すなわち、
ｍ個のアンテナのｍ個の信号を、第ｉ要素をｚ_ti（ｔ）、ｉ＝１，．．．，ｍと
して列ベクトルｚ_t（ｔ）で表すと下式となる。

【数４】上式で、ｗ’_tはベクトルｗ_tの複素共役を表す。

【００６３】あるいは、時空的処理を使用して遠隔加入者装置に送信することもできる。そ
のような場合、送信重みベクトルは、時間（たたみこみカーネル）の関数で、ｚ _ti （ｔ）＝Ｗ’_ti（ｔ）＊ｓ_t（ｔ）、ｉ＝１，．．．，ｍである要素を有する
。ベクトル表記では、ｚ_t（ｔ）＝Ｗ’_t（ｔ）＊ｓ_t（ｔ）となる。この場合も
やはり、以下の説明では複素数送信重みベクトルｗ_tまたはその要素について述
べる場合は常に、これを一般化して前述の時空的処理を組み込むことができるこ
とを理解されたい。

【００６４】好ましい実施形態のシステムは、送信周波数と受信周波数が同じであることを
知ることができるようにＴＤＤを使用する。周知のレシプロシティ定理を用いて
、特定の利用者の送信重みベクトルをその利用者の受信重みベクトルから決定す
る。当該の受信重みベクトルはその利用者の受信信号から決定する。

【００６５】実際には、計算される実際の重みベクトルは、アンテナ素子で受信される信号
に対するものであるが、受信装置チェーンの末尾で受信された信号に対して使用
され、ことによるとその信号から計算されることになり、したがって基地局のア
レイ・アンテナの各アンテナ素子へのアップリンク伝搬パスに関する情報のみな
らず、各アンテナ素子に関連する各受信装置チェーンによって導かれる振幅誤差
および位相誤差も含んでいないことになる。その結果、これらの信号から決定さ
れた受信重みベクトルは、基地局と電話機間の伝搬パス特性の正確な表現を使用
していない。伝搬特性（利得および位相）を決定するには、受信装置チェーンに
関する較正データが必要である。受信装置で測定されるあるアンテナ素子からの
特定の信号は、その信号が受信装置チェーンによって他のアンテナ素子からの信
号と比較して遅延している場合、相対的に位相を前進させる必要があるはずであ
る。同様に、ダウンリンク方向では、アンテナ素子から送信されるものを決定す
る送信重みを送信信号処理装置で印加すると、各アンテナ素子に関連する各送信
装置チェーンによって導かれる振幅誤差および位相誤差によって誤りが生じるこ
とになる。特定のアンテナ素子に対応する特定の重みベクトル要素は、信号処理
装置で送信された信号が送信装置チェーンによって他のアンテナ素子に送られる
他の信号と比較して遅延している場合、相対的に前進させる必要がある。

【００６６】本発明の一実施形態では、Ｈを第ｉアンテナの受信および送信装置チェーンの
スカラ較正係数、ｉ＝１，．．．，ｍとして、ｗ_ti＝Ｈ'_iｗ_riである。他の実施
形態では、送信および受信装置チェーンの較正の結果、送信処理に時空的処理を
使用する。この場合、周波数領域ではＨ_iを第ｉアンテナの受信および送信装置
チェーンの較正係数、ｉ＝１，．．．，ｍとして、Ｗ_ti（ｋ）＝Ｈ'_i（ｋ）ｗ_ri である。受信処理も時空的である場合は、周波数領域ではｉ＝１，．．．，ｍと
して、Ｗ_ti（ｋ）＝Ｈ'_i（ｋ）Ｗ_ri（ｋ）である。

【００６７】好ましい実施形態では、特定の遠隔利用者に対する受信および送信を実施する
ときに、受信重みベクトルから得られた送信重みベクトルの要素に適用される較
正は、位相に関して、その要素に対応する信号の送信チェーンの位相と受信チェ
ーンの位相の差の関数である。

【００６８】次に、較正係数を決定するために基地局で実行される実験について述べる。本
発明の一態様では、実験には図１に示す一般的アーキテクチャの基地局を使用し
、基地局自体を使用するように制約する。当該の基地局はアンテナ素子のアレイ
・アンテナ１０３を含み、各アンテナ素子はメッセージ信号入力からアンテナ素
子に至るまでの対応する送信装置チェーン、およびアンテナ素子から受信信号処
理装置を含めてそこに至るまでの対応受信装置チェーンするを有する。また、あ
るいは受信信号処理装置でもある送信信号処理装置は、較正テスト信号を生成し
、受信信号から較正データを抽出するために基地局内に含まれる。

【００６９】本発明の好ましい実施形態を実施するハードウェアは、図２に示すとおりであ
ることが好ましい。

【００７０】基本的な較正実験方法は、ｍ個のアンテナ素子のいずれかに関連する送信装置
チェーンを使用して既知の信号を送信しながら、その送信信号を、他の（ｍ−１
）個のアンテナ素子で（ｍ−１）個の関連する各受信装置チェーンを介して受信
することを含む。図３（ａ）に４個のアンテナ素子を備えるアレイ・アンテナに
関係する伝搬パスを示し、図３（ｂ）に５素子アレイ・アンテナの伝搬パスを示
す。番号付きのノードはアンテナ素子を表し、相互接続された方向を示す矢印は
デュプレックスパスを示し、関連する１組の符号｛Ｇ_ij｝は各パスに関連する利
得および位相シフトを示す。デュプレックスパスの番号ｍ（ｍ−１）／２は、ア
レイ内のアンテナ素子の数に伴って二次的に増加する。図３（ｂ）では、符号｛
Ｇ_ij｝をすべて示していないことに留意されたい。

【００７１】このように、４つのアンテナの場合、それぞれアレイ内のアンテナのいずれか
から４つの送信を行い、送信していない３つの受信装置の各送信ごとに測定を行
う。

【００７２】ベースバンドで表されたその１組の受信信号の各信号は｛ｓ_ij（ｔ）｝は、サ
ンプリングされた時間（ｔ）の関数でありその１組の各構成要素は、ｉ，ｊ＝１
，．．．，４として下式で表現することができる。ｓ_ij（ｔ）＝ｓ_i（ｔ）＊τ_i（ｔ）＊ｇ_ij（ｔ）＊ｒ_j（ｔ）式（１）上式で、ｓ_ij（ｔ）は、アンテナｉから送信され、アンテナｊで受信される信号をベー
スバンドで表す時系列（すなわち１組のサンプル）であり、ｓ_j（ｔ）は、ベースバンドで表されたアンテナｉから送信された時系列の較
正信号であり、 τ_i（ｔ）は、送信チェーンｉのベースバンド伝達関数を表すたたみこみカー
ネルであり、ｇ_ij（ｔ）は、アンテナｉとアンテナｊの間の伝搬パスの伝達関数を表すたた
みこみカーネルであり、ｒ_j（ｔ）は、受信装置チェーンの伝達関数を表すたたみこみカーネルであり
、＊はたたみこみ演算を表す。

【００７３】式（１）は、同等の周波数領域（フーリエ変換）で下式として表現することが
できる。Ｓ_ij（ｋ）＝Ｓ_i（ｋ）・Ｔ_i（ｋ）＊Ｇ_ij（ｋ）・Ｒ_j（ｋ）上式で、各項は式（１）の対応する項のフーリエ変換であり、独立の離散周波
数変数ｋの各値ごとの複素周波数領域関数（関連する振幅および位相を有する）
である。したがって、周波数領域および対応する時間領域関数は、以下のように
表現することができる。Ｓ_ij（ｋ）⇔ｓ_ij（ｔ）は、周波数領域受信信号と時間領域受信信号であり、Ｓ_i（ｋ）⇔ｓ_i（ｔ）は、第ｉ送信装置チェーンの周波数領域受信信号と時間
領域受信信号であり、Ｔ_i（ｋ）⇔τ_i（ｔ）は、第ｉ送信装置チェーン（第ｉ送信装置アンテナ素子
を含めて）の周波数領域伝達関数と時間領域たたみこみカーネルであり、Ｇ_ij（ｋ）⇔ｇ_ij（ｔ）は、第ｉアンテナ素子から第ｊアンテナ素子までの伝
搬パスの周波数領域伝達関数と時間領域たたみこみカーネルであり、Ｒ_j（ｋ）⇔ｒ_j（ｔ）は、受信装置チェーン（第ｊ送信装置アンテナ素子を含
めて）の周波数領域伝達関数と時間領域たたみこみカーネルである。

【００７４】図２のシステムによる好ましいＰＨＳ実施形態ではｍ＝４である。したがって
、１個のアンテナ素子によって既知の信号を送信し、残りの（ｍ−１）＝３個の
アンテナ素子で同時に受信する。基地局の受信装置機能と送信装置機能の両方を
同時に使用していること、および送信アンテナ素子と受信アンテナ素子が近接し
ているために伝搬損失が非常に小さい（約３０ｄＢ）ことに留意することが重要
である。同じ手順を繰り返し、各組ごとに異なるアンテナ素子を使用して残りの
ｍ−１個のアンテナに送信して合計ｍ組の測定を行い、合計ｍ（ｍ−１）の測定
（好ましい実施形態では１２回）でｍ組のｍ−１個の測定信号を得る。好ましい
実施形態では、伝搬パス損失が小さいため、受信機が飽和状態にならないように
各受信装置に適用する重みを縮小する。

【００７５】ｍ個の送信装置チェーン較正（｛Ｔ_i｝）、ｍ個の受信装置チェーン較正（｛
Ｒ_i｝）および各アンテナと残りのｍ−１個のアンテナの間のパス数（ｍ（ｍ−
１）／２Ｇ_ij）の２倍の伝達関数が不明である。したがって、未知数の合計数
はｍ（ｍ＋１）であり、ｍ＝４の場合は２０であり、測定によって作成すること
ができる式の数は１２個である。決定すべき未知数の数は、以下のように減らす
ことができる。ＴＤＤシステムに適用する場合のレシプロシティを仮定すると、
各アンテナと残りのｍ−１個のアンテナの間のパスはいずれの方向でも同じであ
り、したがって未知数はｍ（ｍ−１）／２だけ少なくなり、合計ｍ（ｍ＋３）／
２個の未知数となり、ｍ＝４の場合は１４個である。一態様では、主な関心は相
対的な受信および送信較正係数にあり、送信伝達関数のいずれかおよび受信伝達
関数のいずれかは１．０と仮定することができる。好ましい実施形態では、すべ
てのｋについてＲ₁（ｋ）＝Ｔ₁（ｋ）＝１．０と仮定する。したがって、ｍ＝４
の場合、以下の１２個の式を解く必要がある。Ｓ₁₂＝Ｇ₁₂Ｒ₂ Ｓ₁₃＝Ｇ₁₃Ｒ₃ Ｓ₁₄＝Ｇ₁₄Ｒ₄ Ｓ₂₁＝Ｔ₂Ｇ₂₁ Ｓ₂₃＝Ｔ₂Ｇ₂₃Ｒ₃ 式（２）Ｓ₂₄＝Ｔ₂Ｇ₂₄Ｒ₄ Ｓ₃₁＝Ｔ₃Ｇ₃₁ Ｓ₃₂＝Ｔ₃Ｇ₃₂Ｒ₂ Ｓ₃₄＝Ｔ₃Ｇ₃₄Ｒ₄ Ｓ₄₁＝Ｔ₄Ｇ₄₁ Ｓ₄₂＝Ｔ₄Ｇ₄₂Ｒ₂ Ｓ₄₃＝Ｔ₃Ｇ₄₃Ｒ₃

【００７６】上記の式は、両辺の対数、例えば関数ｌｏｇ_e（ｘ）＝１ｎｘとして定義され
るｅを底とする対数を取ることによって線形化することができる。得られる式は
下式のとおりである。

【数５】受信装置チェーンと送信装置チェーンに対して別々の較正を得るためには、これ
らの式を解く必要がある。明確な解を得るにはさらに仮定が必要であることが分
かっている。

【００７７】好ましい実施形態では、たとえば周波数領域での受信重みは、較正なしで決定
され、周波数領域送信重みベクトルは、周波数領域受信重みベクトルに（周波数
依存の）較正ベクトルによって決定されるｍ行ｍ列の対角較正行列を乗じたもの
である。好ましい実施形態では、各送信重みベクトル要素は対応する受信重みベ
クトルに各周波数で、特定の要素に関する受信装置チェーン応答と送信装置チェ
ーン応答の比を乗じたものである。原理的に、これが、送信時の適正な較正を与
えることを調べるために、単一のユーザでの受信時に、信号（ｉ番目の要素ａ_i
の空間符号ａ）が、アンテナｊ（正位相）よりも遅くアンテナｉに到着する場合
を考える。また、受信装置チェーンのため、アンテナｉに到着するその信号が、
アンテナｊ（正位相）に到着する信号よりも、信号プロセッサに到着するのに長
時間要すると仮定しよう。Ｇ_iは、遠隔ユーザからｉ番目アンテナ素子までの空
気経路を示し、それは、ユニット信号が遠隔ユーザから送信されることを想定し
ているとしよう。次いで、ａのｉ番目の要素は、ｉ番目のアンテナ素子Ｇｉでの
信号である。信号プロセッサで受信される信号は、Ｇ_iＲ_iである。これは、受信
重みベクトルはＧ_iＲ_iに比例するｉ番目の要素を有することを意味する。好まし
い戦略的方針に従う場合、送信電子装置でＧ'_iＲ'_iに比例する信号を（すなわち
、Ｇ_iＲ_iに比例するｉ番目の要素を有する重みベクトルを用いて）送信すること
になり、その結果、Ｇ'_iＲ’_iＴ_iに比例するｉ番目のアンテナ素子での信号を生
じることになる（Ｇ'_iＲ'_iＴ_iに比例するアンテナでのｉ番目の要素をともなう
重みベクトルで送信することと等価である）。好ましい戦略的方針によると、Ｇ
'に比例するｉ番目のアンテナ素子での信号で（すなわち、Ｇ_iに比例するアンテ
ナでのｉ番目の要素をともなう重みベクトルで）送信することが望ましい。これ
を実現するため、ｉ番目の送信信号に対するＲ_i／Ｔ_iの較正係数が必要とされ、
Ｒ'_iは１／Ｒ_iに比例することに留意されたい。このことは、Ｒ’／Ｔ’に比例
する送信重みベクトル要素較正係数を適用することと同様である。較正係数をＨ _i ＝Ｒ_i／Ｔ_iと定義する。

【００７８】したがって、本発明の一態様では、ｍ＝４に対する較正手順において、４組の
測定値からの１２個の信号を受信する。（周波数領域）信号比Ｑ_ijを次式で定義
し、Ｑ_ij＝Ｓ_ij／Ｓ_ji ここで、除算は各要素に対するもので、前述のように、Ｓ_ijはｉ番目のアンテナ
から送信され、ｊ番目のアンテナ要素で受信された信号である。次いで、交換関
係（Ｇ_ij＝Ｇ_ji）を用いて、Ｑ_ij＝Ｔ_iＲ_j／Ｒ_iＴ_j＝Ｈ_jＨ_i となり、ここで上述のように、較正係数Ｈ_iは、ｉ番目のチャネルに対する受信
チェーン伝達関数Ｒ_iと送信チェーン伝達関数Ｔ_iの比である。１２個の式は６個
の比を与える。相対的較正に関心があるので、Ｈ_i≒１．０と定義する。次いで
、他の較正が、特定の位置チャネルに対して、任意には第１チャネルに対して決
定される。解くための十分な数の式を形成する複数の方法が可能である。以下の
式を使用できる。Ｈ₁＝１．０Ｈ₂＝Ｑ₁₂Ｈ₁＝Ｑ₁₂＝Ｓ₁₂／Ｓ₂₁ Ｈ₃＝Ｑ₁₃Ｈ₁＝Ｑ₃₁＝Ｓ₁₃／Ｓ₃₁ Ｈ₄＝Ｑ₁₄Ｈ₁＝Ｑ₁₄＝Ｓ₁₄／Ｓ₄₁ 式（４）Ｈ₃＝Ｑ₂₃Ｈ₂ Ｈ₄＝Ｑ₂₄Ｈ₂ Ｈ₄＝Ｑ₃₄Ｈ₃

【００７９】一実施形態では、式（４）の初めの４つの式によって、使用する較正係数を与
えられ、その結果、基準要素に対する要素（たとえばＨ₁に対するＨ₂）の較正係
数は、基準要素から送信され要素（たとえばＳ₁₂）で受信された信号と、該要素
から送信され基準要素（たとえばＳ₂₁）で受信された信号との比となる。

【００８０】アンテナの一実施形態では、次いでこれらの較正係数は、式Ｈ₃＝Ｑ₂₃Ｈ₂、Ｈ ₄ ＝Ｑ₂₄Ｈ₂、およびＨ₄＝Ｑ₃₄Ｈ₂で無矛盾性についてのチェックを受け、一方法
で獲得された各較正係数に他の方法で決定された同じ係数の複素共役を乗ずるこ
とにより、その位相が位相誤差の測定となる数字が与えられる。代替態様では、
受容できない位相誤差にフラグをつけるために閾値が使用され、次いでフラグは
較正手順を繰り返すために使用される。

【００８１】他の実施形態では、式のすべては、式（４）の線形化を用いた最小二乗的理解
で解かれる。これは、各側の対数をとり、多元式の組を解き、最後に対数空間か
らの結果を再転換することで３つの較正定数を計算することによって、線形化さ
れる。線形化式は、下記のようになる。ＩｎＨ₂＝ＩｎＱ₁₂ ＩｎＨ₃＝ＩｎＱ₁₃ ＩｎＨ₄＝ＩｎＱ₁₄ ＩｎＨ₃＝ＩｎＱ₂₃＋ＩｎＨ₂ ＩｎＨ₄＝ＩｎＱ₂₄＋ＩｎＨ₂ ＩｎＨ₄＝ＩｎＱ₃₄＋ＩｎＨ₃ これらは、以下の行列形式で表現される。

【数６】この行列式から以下の解が得られる。ＩｎＨ₂＝０．５ＩｎＱ₁₂＋０．２５ＩｎＱ₁₃＋０．２５ＩｎＱ₁₄−０．２５
ＩｎＱ₂₃−０．２５ＩｎＱ₂₄ ＩｎＨ₃＝０．２５ＩｎＱ₁₂＋０．５ＩｎＱ₁₃＋０．２５ＩｎＱ₁₄−０．２５
ＩｎＱ₂₃−０．２５ＩｎＱ₃₄ ＩｎＨ₄＝０．２５ＩｎＱ₁₂＋０．２５ＩｎＱ₁₃＋０．５ＩｎＱ₁₄＋０．２５
ＩｎＱ₂₄＋０．２５ＩｎＱ₃₄ 式（５）ついでこれらは、以下の式を用いて、線形項に変換しなければならない。Ｈ₂＝ｅｘｐ（ＩｎＨ₂），Ｈ₃＝ｅｘｐ（ＩｎＨ₃），およびＨ₄＝ｅｘｐ（ＩｎＨ₄），式（６）

【００８２】前記議論では、通信システムの較正のために、伝達関数が使用される。伝達関
数の計算は、当業では知られている。伝達関数は、一般に、独立周波数変数の関
数である。これは、複数の周波数（または広帯域）信号と関数が含まれることを
暗示する。しかし、伝達関数の大きさが相対的に均一であり、信号帯域を通して
ほぼ線形の位相特性を有するならば、すべての伝達関数は、対象の帯域の定数（
好ましい実施形態では３００ｋＨｚ）である。この場合、以下のタイムドメイン
で計算される比が、比Ｑ_ijに置き換えられる。

【数７】ここで、すべての対象のサンプル全体の総和がとられ、または、代替実施形態で
は、受信したサンプルのサブセットがとられる。導かれた較正係数Ｈ_i，ｉ＝１
，．．．，ｍもまた、複素数値をもつ（すなわち位相と振幅）スカラーであり、
仮に、対応する受信重みベクトル要素がスカラーである場合、導かれた伝達重み
ベクトル要素もまた、複素数値をもつスカラーである。

【００８３】好ましい実施形態では、図２の装置を使用して、標準ＳＹＮＣＨバースト（Ｓ
ＹＮＣＨバーストに関する詳細は、本発明者の復調に関する発明の文書を参照の
こと）が、４つの連続したタイムスロットの４つのアンテナの１つを介して送信
される。代替実施形態では、伝送のために、伝達タイムスロットを使用すること
ができ、かつ／または、他の知られる信号を使用することができる。非伝送アン
テナに結合される３つの受信装置チェーンのそれぞれからの、複素数値をもつ（
位相および求積法において）受信機信号出力が測定される。図２の好ましい装置
では、タイムスロット３１７が使用される。

【００８４】本発明の一態様は、アップリング重みと較正係数から得られるダウンリンク重
みを使用する。図４に、較正を使用してダウンリンク重みを決定する流れ図を示
す。ステップ４０３が、アップリンク重みｗ_rhｉ＝１，．．．，ｍを決定してい
る。図２によって記述される基地局の好ましい実施形態では、アップリンク重み
の決定は、本発明者の復調に関する発明の文書に記述の通りである。ステップ４
０５は、較正係数Ｈ_i（ｋ）＝Ｒ_i（ｋ）／Ｔ_l（ｋ）を決定している。較正係数
を決定するステップ４０５の好ましい実施形態は、図５の流れ図によって記述さ
れ、非周波数依存較正係数を決定する。ステップ４０７では、ステップ４０５か
らの較正係数と、ステップ４０３からの受信重みは、受信重みベクトル要素に対
応する較正係数の共役複素数を乗じることによって伝達重みを決定するために使
用される。伝達重みベクトル要素の相対的な大きさは、ステップ４０７で決定さ
れ、全体的な大きさは、パワー・コントロールの一部として決定される。

【００８５】較正係数を決定するステップ４０５の実施形態を、図５の流れ図の助けを借り
て説明する。ステップ５０３および５０５をｍ個のアンテナ素子のそれぞれに対
して実行する。これを確実に行う多くの方式が可能である。この流れ図では、１
つのそうした方法を使用する。ステップ５０７が、すべてのアンテナ素子に対し
てステップ５０３および５０５が実行されたかを判定する。実行されていない場
合、ステップ５０３および５０５を別のアンテナ素子に対して、すべてに行き渡
るまで繰り返す。ステップ５０３で、バースト、好ましくはＳＹＮＣＨバースト
を、まだ行き渡ってないアンテナ素子を介して伝送する。伝送ステップ５０３の
最中に実行されたステップ５０５で、伝送ステップ５０３の結果、残りの（ｍ−
１）個のアンテナで受信した信号を得る。好ましくは、同相値および直角位相値
を、特定のアンテナ素子と関連する受信装置チェーンを使用して判定する。図１
の全体のシステムの図２の実施形態を使用するとき、ステップ５０３の最中に、
送受切換器１０７を送信アンテナに対して送信モードにし、他のｍ−１個のアン
テナに対して受信モードにする。送信装置チェーン１２１を送信のために使用し
、受信装置チェーン１１３を受信のために使用する。図２の装置を使用している
とき、ホストＤＳＰ２３１およびＲＦ／タイミング・コントローラ１３３を使用
して、ステップ５０３および５０５を制御する。特定の時間スロットに対する時
間スロット・プロセッサ２１７を使用して、ステップ５０５の最中に信号を受信
する。

【００８６】ステップ５０９で、あるアンテナ素子（受信しているとき）によって別のアン
テナ素子（送信しているとき）から受信された信号の、その別のアンテナ素子（
受信しているとき）により、前記あるアンテナ素子（送信しているとき）によっ
て信号送信されたときに、受信された信号に対する比率を判定する。一実施形態
では、この比率は、周波数領域内で判定する。図２の装置を使用するものを含み
、そこでＳＮＣＨパルスが送信される別の実施形態では、１セットの時間サンプ
ルを使用し、この時間サンプルは、ＳＹＮＣＨパルスのサンプルのサブセットに
対応して、Ｑ_ijによって表される複素値スカラーである比率は、下記の式を使用
して判定する。

【数８】ただし、総和は、サンプルの前記サブセットに対するものである。

【００８７】ステップ５０９で判定した比率を使用するステップ５１１で、基準と呼ぶ１つ
のアンテナ素子に関する較正係数を判定する。前述したとおり、一実施形態では
、式（４）での最初の４つの式を使用して較正係数を与え、基準素子に関する較
正係数が、基準素子から送信されてその素子で受信された信号の、その素子から
送信されて基準素子で受信された信号に対する比率であるようにする。また、前
述のとおり、別の実施形態では、式（４）での最初の４つの式を使用して、較正
係数を直接に与え、ステップ５１９が、さらに、式（４）の最後の３つの式を使
用する整合性検査を伴う。さらに別の実施形態では、式（５）および（６）を使
用して、較正係数を得る。

【００８８】図２の装置を使用する実施形態では、較正係数は、ホストＤＳＰ２３１によっ
て判定され、スカラー比率に基づく。別の実施形態では、周波数領域較正係数を
得る。

【００８９】非ＴＤＤシステム、例えば、ＦＤＤシステムでは、未較正の送信重みを受信信
号または受信重みから判定する手順を使用した後、本発明の方法の異なる実施形
態を使用して較正を達することが可能である。この方法は、送信周波数および受
信周波数での違いを考慮に入れるためにのみ、変更する必要がある。

【００９０】前述の内容は、本発明の特定の実施形態の完全な説明であるが、これらの実施
形態は、例示を目的とするだけのものであり、様々な変更、代替構成、および等
価態様を使用することが可能である。したがって、前記の説明は、本発明の範囲
を制限するものと受け取るべきではない。本発明の範囲は、本明細書に添付した
請求項およびそれと法律上、等価であるものによって定義されるものとする。

【図面の簡単な説明】

【図１】そこで、またそのために本発明の実施形態を実施することが可能な、送信と受
信の両方のために、単一のアンテナ・アレイを使用するアンテナ・アレイ・シス
テムを示す図である。

【図２】そこで本発明の実施形態を実施するＰＨＳベース・ステーションの簡略化した
ブロック図である。

【図３】４素子アレイで、アンテナ・アレイのアレイ内伝搬パスを示す図（ａ）と５素
子アレイで、アンテナ・アレイのアレイ内伝搬パスを示す図（ｂ）である。

【図４】本発明の一態様である、較正済み送信重みを受信重みおよび較正係数から判定
するための方法を示す流れ図である。

【図５】本発明の較正方法の実施形態を示す流れ図である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＺ，ＵＧ，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ) ，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＥ，ＧＨ，ＧＭ，ＨＲ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＷ (72)発明者バレット，クレイグ・エイチアメリカ合衆国・94062・カリフォルニア州・レッドウッドシティ・レイクビューウェイ・1060 Ｆターム(参考） 5J021 AA05 AA06 CA06 DB02 DB03 EA04 FA05 FA20 HA05 JA10 5K059 CC01 CC02 CC03 DD07 DD10 DD16

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】複数のアンテナ素子を備えるアレイ・アンテナ、各アンテナ
素子に関連する受信装置チェーン、および各アンテナ素子に関連する送信装置チ
ェーンを含む通信局を較正する方法であって、各受信装置チェーンがそれに関連
するアンテナ素子を含み、各送信装置チェーンがそれに関連するアンテナ素子を
含み、各受信装置チェーンの位相および振幅の相対的挙動が前記の各受信装置チ
ェーンの受信装置チェーン伝達関数によって本質的に表現可能であり、各送信装
置チェーンの位相および振幅の相対的挙動が前記の各送信装置チェーンの送信装
置チェーン伝達関数によって本質的に表現可能であり、（ａ）第１の送信装置チェーンを使用して、その第１の送信装置チェーンに関
連した第１のアンテナ素子から第１の所定の信号を送信し、第１のアンテナ素子
に関連しない少なくとも１つの受信装置チェーンで前記送信信号を受信するステ
ップと、（ｂ）較正係数が必要とされるすべてのアンテナ素子から所定の信号が送信さ
れるまで他の送信装置チェーンを使用して他のアンテナ素子から所定の信号を送
信するステップ（ａ）を繰り返すステップと、および（ｃ）前記ステップ（ａ）および前記ステップ（ｂ）の繰返しで使用した各ア
ンテナ素子ごとに較正係数を決定するステップとを含み、特定のアンテナ素子の
較正係数がそれぞれ特定のアンテナ素子を含む送信装置チェーンと受信装置チェ
ーンの送信装置チェーン伝達関数および受信装置チェーン伝達関数に基づき、前
記決定が第１の所定の信号、前記の所定の信号、およびステップ（ａ）と繰り返
しステップ（ｂ）で受信される各信号を使用する方法。
【請求項２】ステップ（ａ）およびステップ（ａ）の繰返しステップ（ｂ
）が受信した信号を記憶することをさらに含み、前記決定ステップ（ｃ）で使用
される各受信信号がステップ（ａ）およびステップ（ａ）の繰返しステップ（ｂ
）で記憶された信号である請求項１に記載の方法。
【請求項３】同じ所定の信号がステップ（ａ）およびステップ（ａ）の繰
り返しステップ（ｂ）で使用される請求項２に記載の方法。
【請求項４】前記ステップ（ｃ）が送信装置チェーン伝達関数および受信
装置チェーン伝達関数を決定することを含む請求項２に記載の方法。
【請求項５】通信局が少なくとも１つの加入者装置を含む通信システムの
一部であり、通信局と加入者装置間のダウンリンク通信およびアップリンク通信
が同じ周波数チャネルで行われ、前記ステップ（ｃ）で任意のアンテナ素子に対
して単一の較正係数が決定され、前記の単一の較正係数が位相に関して、前記の
任意のアンテナ素子をそれぞれ共用する送信装置チェーンおよび受信装置チェー
ンの送信装置チェーン伝達関数の位相と受信装置チェーン伝達関数の位相の差の
関数である請求項３に記載の方法。
【請求項６】通信局が少なくとも１つの加入者装置を含む通信システムの
一部であり、通信局と加入者装置間のダウンリンク通信およびアップリンク通信
が同じ周波数チャネルで行われ、前記ステップ（ｃ）で任意のアンテナ素子に対
して単一の較正係数が決定され、前記の単一の較正係数が送信装置チェーン伝達
関数と受信装置チェーン伝達関数の比の関数であり、送信装置チェーンと受信装
置チェーンが前記の比で前記の任意のアンテナ素子を共用する請求項３に記載の
方法。
【請求項７】決定ステップ（ｃ）が周波数に依存する較正係数を決定する
請求項３に記載の方法。
【請求項８】共通のアンテナ素子を共用するある受信装置チェーンとある
送信装置チェーンがそれぞれ基準受信装置チェーンと基準送信装置チェーンとし
て指定され、すべての受信装置チェーン伝達関数と送信装置チェーン伝達関数が
それぞれ前記基準受信装置伝達関数と前記基準送信装置伝達関数に相関して決定
される請求項４に記載の方法。
【請求項９】あるアンテナ素子が基準アンテナ素子として指定され、基準
アンテナ素子に関連しないすべての較正係数がそれぞれ基準アンテナ素子に関連
する較正係数に相関して決定される請求項５に記載の方法。
【請求項１０】あるアンテナ素子が基準アンテナ素子として指定され、基
準アンテナ素子に関連しないすべての較正係数がそれぞれ基準アンテナ素子に関
連する較正係数に相関して決定される請求項６に記載の方法。
【請求項１１】ステップ（ｃ）が周波数に本質的に依存しない較正係数を
決定することを含み、基準アンテナ素子でない特定のアンテナ素子の較正係数が
位相に関して前記基準アンテナに関連する送信装置チェーンから前記の所定の信
号が送信されたときに前記の特定のアンテナ素子に関連する受信装置チェーンで
受信される信号と前記の特定のアンテナ素子に関連する送信装置チェーンから前
記の所定の信号が送信されたときに前記基準アンテナ素子に関連する受信装置チ
ェーンで受信される信号の位相差の関数である請求項９に記載の方法。
【請求項１２】ステップ（ｃ）が周波数に本質的に依存しない較正係数を
決定することを含み、基準アンテナ素子でない特定のアンテナ素子の較正係数が
前記基準アンテナに関連する送信装置チェーンから前記の所定の信号が送信され
たときに前記の特定のアンテナ素子に関連する受信装置チェーンで受信される信
号と前記の特定のアンテナ素子に関連する送信装置チェーンから前記の所定の信
号が送信されたときに前記基準アンテナ素子に関連する受信装置チェーンで受信
される信号の比の関数である請求項１０に記載の方法。
【請求項１３】複数のアンテナ素子を備えるアレイ・アンテナ、各アンテ
ナ素子に関連する受信装置チェーン、および各アンテナ素子に関連する送信装置
チェーンを含む通信局から加入者装置にダウンリンク信号を送信する方法であっ
て、各受信装置チェーンはそれに関連するアンテナ素子を含み、各送信装置チェ
ーンはそれに関連するアンテナ素子を含み、各受信装置チェーンの位相および振
幅の相対的挙動が前記の各受信装置チェーンの受信装置チェーン伝達関数によっ
て本質的に表現可能であり、各送信装置チェーンの位相および振幅の相対的挙動
が前記の各送信装置チェーンの送信装置チェーン伝達関数によって本質的に表現
可能であり、（ａ）１組の較正係数を決定するために通信局で実験を実行するステップであ
って、各較正係数が特定のアンテナ素子に関連し、前記アンテナ素子に関連する
受信装置チェーン伝達関数と送信装置チェーン伝達関数からなる前記の１組の少
なくとも１つに依存するステップと、（ｂ）各アンテナ素子ごとに１組の重み付き送信信号を形成するために１組の
送信重みに従ってダウンリンク信号に重みを付けるステップであって、前記の特
定のアンテナ素子の送信重みが加入者装置とのアップリンク通信の間に前記アン
テナ素子で受信される信号および前記の特定のアンテナ素子に関連する較正係数
から決定されるステップと、（ｃ）前記重み付き送信信号を前記送信装置チェーンを介して送信するステッ
プとを含む方法。
【請求項１４】通信局が受信ベースバンド信号を処理することによって加
入者装置とアップリンクで通信することができ、各受信ベースバンド信号がアン
テナ素子のいずれかの対応する信号から決定され、処理が前記受信ベースバンド
信号から決定される１組の受信重みに従って受信ベースバンド信号に重みを付け
るステップとを含み、各受信重みがアンテナ素子のいずれかに対応し、前記の特
定のアンテナ素子の送信重みが前記の特定のアンテナ素子に対応する受信重みお
よび前記の特定のアンテナ素子に関連する較正係数から決定される請求項１３に
記載の方法。
【請求項１５】前記通信局と前記加入者装置間のダウンリンク通信および
アップリンク通信が同じ周波数チャネルで行われ、ステップ（ｂ）で使用される
較正係数が位相に関して対応するアンテナ素子の送信装置チェーン伝達関数の位
相と受信装置チェーン伝達関数の位相の差の関数であり、各送信重みが対応する
受信重みおよび対応する較正係数に比例する請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】前記通信局と前記加入者装置間のダウンリンク通信および
アップリンク通信が同じ周波数チャネルで行われ、ステップ（ｂ）で使用される
較正係数が対応するアンテナ素子の受信装置チェーン伝達関数と送信装置チェー
ン伝達関数の比の関数であり、各送信重みが対応する受信重みおよび対応する較
正係数に比例する請求項１４に記載の方法。
【請求項１７】決定ステップ（ａ）が周波数に依存する較正係数を決定す
る請求項１５に記載の方法。
【請求項１８】前記ステップ（ａ）が（ｉ）第１の送信装置チェーンから所定の信号を送信するとともに、前記の第
１の送信装置チェーンと同じアンテナ素子に関連しない少なくとも１つの受信装
置チェーンで前記送信信号を受信するステップと、（ｉｉ）すべての装置チェーンを使用して送信されるまで他の送信装置チェー
ンを使用してステップ（ｉ）を繰り返すステップと、および（ｉｉｉ）ステップ（ｉ）で受信される各信号およびステップ（ｉ）の送信に
使用される前記の所定の信号から較正係数を決定するステップとを含む請求項１
５に記載の方法。
【請求項１９】前記ステップ（ａ）が（ｉｖ）ステップ（ｉ）で受信される信号を記憶するステップをさらに含み、前記決定ステップ（ｉｉｉ）がステップ（ｉｖ）およびステップ（ａ）（ｉｉ
）の繰返しで記憶された信号から較正係数を決定する請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】繰返しステップ（ａ）（ｉｉ）の繰返しで同じ所定の信号
が使用される請求項１８に記載の方法。
【請求項２１】繰返しステップ（ａ）（ｉｉ）の繰返しで同じ所定の信号
が使用される請求項１９に記載の方法。
【請求項２２】あるアンテナ素子が基準アンテナ素子として指定され、基
準アンテナ素子に関連しないすべての較正係数がそれぞれ基準アンテナ素子に関
連する較正係数に相関して決定される請求項２０に記載の方法。
【請求項２３】（ａ）複数のアンテナ素子を備えるアレイ・アンテナ、お
よび（ｂ）各アンテナ素子に関連する受信装置チェーンを含み、各受信装置チェー
ンがそれに関連するアンテナ素子を含み、各受信装置チェーンの位相および振幅
の相対的挙動が前記の各受信装置チェーンの受信装置チェーン伝達関数によって
本質的に表現可能であり、（ｃ）各アンテナ素子に関連する送信装置チェーンをさらに含み、各送信装置
チェーンがそれに関連するアンテナ素子を含み、各送信装置チェーンの位相およ
び振幅の相対的挙動が前記の各送信装置チェーンの送信装置チェーン伝達関数に
よって本質的に表現可能であり、（ｄ）関連する送信装置チェーンを使用して各アンテナ素子から所定の信号を
送信するとともに前記送信アンテナ素子に関連しない少なくとも１つの受信装置
チェーンで前記送信信号を受信するように構成された送信手段、（ｅ）所定の信号の送信の間に受信される信号を記憶するための受信装置チェ
ーンに結合されたメモリ、（ｆ）メモリに結合され、各アンテナ素子の較正係数を決定するように構成さ
れた信号処理装置をさらに含み、特定のアンテナ素子の較正係数がそれぞれ特定
のアンテナ素子を含む送信装置チェーンと受信装置チェーンの送信装置チェーン
伝達関数および受信装置チェーン伝達関数に基づき、前記決定が前記の所定の信
号およびメモリ内に記憶された各信号を使用する通信局。
【請求項２４】前記ステップ（ｃ）が送信装置チェーン伝達関数および受
信装置チェーン伝達関数を決定することを含む請求項２３に記載の通信局。
【請求項２５】前記通信局が少なくとも１つの加入者装置を含む通信シス
テムの一部であり、通信局と加入者装置間のダウンリンク通信およびアップリン
ク通信が同じ周波数チャネルで行われ、前記信号処理装置が任意のアンテナ素子
に対して単一の較正係数を決定し、前記の単一の較正係数が位相に関して前記の
任意のアンテナ素子をそれぞれ共用する送信装置チェーンおよび受信装置チェー
ンの送信装置チェーン伝達関数の位相と受信装置チェーン伝達関数の位相の差の
関数である請求項２３に記載の通信局。
【請求項２６】前記通信局が少なくとも１つの加入者装置を含む通信シス
テムの一部であり、通信局と加入者装置間のダウンリンク通信およびアップリン
ク通信が同じ周波数チャネルで行われ、信号処理装置が任意のアンテナ素子に対
して単一の較正係数を決定し、前記の単一の較正係数が送信装置チェーン伝達関
数と受信装置チェーン伝達関数の比の関数であり、送信装置チェーンと受信装置
チェーンが前記の比で前記の任意のアンテナ素子を共用する請求項２３に記載の
通信局。
【請求項２７】信号処理装置が周波数に依存する較正係数を決定する請求
項２３に記載の通信局。
【請求項２８】共通のアンテナ素子を共用するある受信装置チェーンとあ
る送信装置チェーンがそれぞれ基準受信装置チェーンと基準送信装置チェーンと
して指定され、すべての受信装置チェーン伝達関数と送信装置チェーン伝達関数
がそれぞれ前記基準受信装置伝達関数と前記基準送信装置伝達関数に相関して決
定される請求項２７に記載の通信局。
【請求項２９】あるアンテナ素子が基準アンテナ素子として指定され、基
準アンテナ素子に関連しないすべての較正係数がそれぞれ基準アンテナ素子に関
連する較正係数に相関して決定される請求項２５に記載の通信局。
【請求項３０】あるアンテナ素子が基準アンテナ素子として指定され、基
準アンテナ素子に関連しないすべての較正係数がそれぞれ基準アンテナ素子に関
連する較正係数に相関して決定される請求項２６に記載の通信局。
【請求項３１】前記信号処理装置が周波数に本質的に依存しない較正係数
を決定し、基準アンテナ素子でない特定のアンテナ素子の較正係数が位相に関し
て前記基準アンテナに関連する送信装置チェーンから前記の所定の信号が送信さ
れたときに前記の特定のアンテナ素子に関連する受信装置チェーンで受信される
信号と前記の特定のアンテナ素子に関連する送信装置チェーンから前記の所定の
信号が送信されたときに前記基準アンテナ素子に関連する受信装置チェーンで受
信される信号の位相差の関数である請求項２９に記載の方法。
【請求項３２】前記信号処理装置が周波数に本質的に依存しない較正係数
を決定し、基準アンテナ素子でない特定のアンテナ素子の較正係数が前記基準ア
ンテナに関連する送信装置チェーンから前記の所定の信号が送信されたときに前
記の特定のアンテナ素子に関連する受信装置チェーンで受信される信号と前記の
特定のアンテナ素子に関連する送信装置チェーンから前記の所定の信号が送信さ
れたときに前記基準アンテナ素子に関連する受信装置チェーンで受信される信号
の比の関数である請求項２９に記載の方法。