JP2004304508A

JP2004304508A - アレイアンテナ通信装置

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Publication number: JP2004304508A
Application number: JP2003094850A
Authority: JP
Inventors: Yoshihiko Takeuchi; 嘉彦竹内; Hirohisa Hirayama; 浩久平山; Toru Haneda; 亨羽田; Koji Fukino; 幸治吹野; Tatsukatsu Mizobe; 達克溝部; Junya Tanaka; 淳也田中; Yoshio Miyazawa; 良男宮沢
Original assignee: Japan Radio Co Ltd
Current assignee: Japan Radio Co Ltd
Priority date: 2003-03-31
Filing date: 2003-03-31
Publication date: 2004-10-28
Anticipated expiration: 2023-03-31
Also published as: HK1070195A1; JP4194404B2; CN1534890A; CN100574142C

Abstract

【課題】双方向ベクトル変調器を用いて送受信で回路の共用化を図ったアレイアンテナ通信装置において、アダプティブ処理部による制御の収束特性を改善する。
【解決手段】アダプティブ処理部３０は、単位アンテナ毎に設けられる受信部（ＲＸ）と複数の単位アンテナで共通の送受信部（ＴＲＸ）との間の遅延時間差を相関値として検出し、サンプリングタイミング制御部１０３は、その遅延時間差を補正すべく、その相関値に基づいて第二のサンプリング処理部（Ａ／Ｄ）１０１のサンプリングタイミングを補正する。これにより、アダプティブ処理部は、より迅速にかつより確実にアダプティブ制御（すなわち双方向ベクトル変調器２２の重み付け制御）を実行することができるようになる。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数のアンテナを用いて送受信アンテナ・パターンを制御する通信装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
空間的に離間させて配置された複数のアンテナで受信された各信号を適切に加算合成することにより、希望波の到来方向にビームを有し、かつ干渉波の到来方向にヌルを有する受信アンテナ・パターンを形成して、希望信号を選択的に受信するアダプティブ・アレイ・アンテナを備えた通信装置が知られている。そして、この通信装置で送信を行う場合には、希望局の方向にビームを有し、かつ干渉局の方向にヌルを有する送信アンテナ・パターンを形成するのが望ましい。これにより、希望局の方向にビームを形成することで希望局方向に選択的に送信電力を振り向けることができ、また干渉局方向にヌルを向けることで干渉局にとっては本通信装置からの干渉を受けないこととなり、本通信装置と希望局の組と独立して通信を行っている干渉局に影響を与えにくくなる意味で有効である。
【０００３】
ここで、図９を参照して、従来のアダプティブ・アレイ・アンテナを備えた通信装置５０について説明する。なお、ここでは、一例として、送受周波数は同一で、時分割で送受通信を行い、また４本のアンテナ５２を空間的に離間させて配置したアダプティブ・アレイ・アンテナを用いる場合について説明する。
【０００４】
まずは、受信時の処理について説明する。アンテナ５２で受信された信号は、送信／受信を切り替える送受切り替え器５４（図９では受信時の接続状態を示している）を経由して、低雑音増幅器（ＬＮＡ）５６で増幅された後、ミキサ５８に入力され、ここでローカル発信器６０からのローカル周波数と掛け合わされることにより中間周波数（ＩＦ）に変換される。次に、信号は、ＩＦフィルタ６２により受信周波数付近の周波数信号とされた後、ＩＦ増幅器６４にて増幅され、ミキサ６６に入力され、ここでローカル発信器６８からのローカル周波数とミキシングされてベースバンド信号に変換される。次に、信号は、ローパスフィルタ７０によって必要帯域幅に弁別され、サンプリング処理部（Ａ／Ｄ）７２にてディジタル信号に変換される。４つのアンテナ５２における受信信号はそれぞれこのようにしてベースバンド信号に変換される。これらの信号は受信側処理部７４に入力され、ここで振幅及び位相により特徴付けられる重み付け（係数：ｗ１〜ｗ４）が行われた後に加算され、受信信号として処理される。アンテナで受信された信号には、希望局信号のみならず干渉局信号も含まれるが、アダプティブ・アレイ処理部７６において参照信号および受信信号に基づいて適切に重みづけ係数（受信重みづけ値）を決定することで、受信信号から干渉局信号を除去して希望局信号のみを受信することができる。この処理に関しては非特許文献１に詳しい。
【０００５】
次に、送信時の処理について説明する。送信側処理部７８は、入力される送信信号を４分割して、それぞれに重み付けを行う。ここで、送信時の重み付け値として、受信時の重み付けの値を用いる場合がある。これは、送信信号と受信信号の相反性を利用して、受信アンテナ・パターンと同様のビーム、ヌルを有する送信アンテナ・パターンを形成するという考えに基づくものである。さて、分割され重みづけされた各信号は、デジタル・アナログ変換器（Ｄ／Ａ）８０、ローパスフィルタ８２を経由してミキサ８４に入力され、ここでローカル周波数によるミキシングによってＩＦ周波数に変換される。次に、信号は、ＩＦフィルタ８６によってフィルタリングされ、ＩＦ増幅器８８によって増幅された後、ミキサ９０に入力され、ここで、ローカル周波数によるミキシングによってＲＦ周波数に変換される。そして、信号は、送信電力増幅器（ＰＡ）９２、および送受切り替え器５４を経由してアンテナ５２から送信される。
【０００６】
さて、上述した従来技術では、送信時の重み付けパターンと受信時の重み付けパターンとを同じにした。これは、アンテナ５２以降の空間での信号の相反性に基づくことによりなされるが、無線部では、送信信号の通過する送信部（ＴＸ）と受信信号の通過する受信部（ＲＸ）とは異なるため、相反性が成立しない。したがって、上記従来技術のように、送信側処理部７８で受信側処理部７４で用いたのと同一の重み付け値を用いても、受信時と同一の送信指向性を得ることはできなかった。すなわち、ＴＸ側を通過する送信信号の位相回転量および振幅変化量は、ＲＸ側を通過する受信信号の位相回転量および振幅変化量と異なるため、送受信で同一の重み付けを行っても、送信信号がＴＸを通過してアンテナに達したときの信号の振幅および位相は、受信信号が受信される場合の振幅および位相と異なるものとなってしまう。つまり、送受信で同じ重み付けを行うと、送信アンテナ・パターンは受信アンテナ・パターンと異なるものとなり、受信信号のビーム方向とヌル方向は、送信時のビーム方向とヌル方向とは異なるものとなる。
【０００７】
したがって、この種のアダプティブ・アレイ・アンテナを備える通信装置では、４系統のそれぞれについて、送信部（ＴＸ）における送信信号の位相回転量が受信部（ＲＸ）における受信信号の位相回転量と同一となり、かつ、送信部（ＴＸ）における送信信号の振幅変化量が受信部（ＲＸ）における受信信号の振幅変化量とアンテナ間で共通の一定倍率となるように、適切な調整を行う必要がある。
【０００８】
このような場合、通常、４系統の全ての受信部（ＲＸ）について振幅変化量と位相回転量とが相互で一定値となるように調整され（受信側キャリブレーション）、また４系統の全ての送信部（ＴＸ）について振幅変化量と位相回転量とが相互で一定値となるように調整される（送信側キャリブレーション）。かかる調整は、受信側処理部７４において各系統（各受信部）に対して設けられた振幅・位相補正部９４、および送信側処理部７８において各系統（各送信部）に対して設けられた振幅・位相補正部９６にて行われる。このキャリブレーション（校正）は、具体的には、特許文献１や特許文献２に開示されるように、各系統で受信側または送信側に切り替え、受信信号が受信部（ＲＸ）を通過する際の振幅と位相と、送信信号が送信部（ＴＸ）を通過する際の振幅と位相とを順次測定して行うものである。
【０００９】
【特許文献１】
特許第３３３２９１１号公報
【特許文献２】
特表２００３−５０１９７１号公報
【特許文献３】
特開２００１−５３６６３号公報
【非特許文献１】
菊間信良著，「アレーアンテナによる適応信号処理」，初版，株式会社科学技術出版，１９９８年１１月
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特許文献１あるいは特許文献２に開示される方法では、複数系統のそれぞれについて順次送信及び受信に切り替えて通過する際の振幅と位相を順次測定するため、キャリブレーションが完了するまでに時間を要するという問題があった。さらに、キャリブレーションの実施中に、新たに振幅変化、位相回転が生じ、精度良くキャリブレーションを行うのが難しいという問題があった。そして、一般的には、キャリブレーション実施中に送信部および受信部を特性変化の無い状況に保つことは極めて難しく、その対策として特許文献３に開示されるような運用時に常時キャリブレーションを並行して継続するという非常に手間を要するキャリブレーションを実施せざるを得ない場合も多かった。
【００１１】
加えて、希望局、干渉局からの信号のレベルは希望局、干渉局までの距離などによって大きく変動するため、受信部には一般に自動利得調整機構（ＡＧＣ）が設けられているが、この自動利得調整機構を設けたことで、受信レベルの変化により受信部相互間で振幅変化量と位相回転量に差が生じることがあり、折角行ったキャリブレーション補正値が実際には有効に利用できない場合も多かった。
【００１２】
さらに、受信側の振幅・位相補正部に何らかの異常が生じ、正常な補正を行えない状態となった場合、それによる誤差は受信側処理部の重み付け値に上乗せされる。そして、さらにその誤差の上乗せされた重み付け値が送信側に用いられるから、送信アンテナ・パターンと受信アンテナ・パターンとが大きく異なることになってしまうという問題があった。
【００１３】
そこで、発明者らは、従来に無いアレイアンテナ通信装置を発明し、上記課題の解決を図った（特願２００３−４９５５６）。そのアレイアンテナ通信装置は、複数の単位アンテナを含むアダプティブ・アレイ・アンテナを用いる通信装置であって、前記単位アンテナ毎に設けられ少なくとも送信電力増幅器を含むＲＦ送信系回路と、前記単位アンテナ毎に前記ＲＦ送信系回路と並列に設けられるＲＦ受信系回路であって少なくとも低雑音増幅器を含むＲＦ受信系回路と、前記ＲＦ送信系回路およびＲＦ受信系回路に単位アンテナの他方側で共通に接続される双方向ベクトル変調器と、複数の双方向ベクトル変調器に接続される分配・合成部と、前記分配・合成部に接続される送受信部（ＴＲＸ）と、前記双方向ベクトル変調器を制御して複数の単位アンテナをアダプティブ・アレイ・アンテナとして機能させるアダプティブ処理部と、を備え、各単位アンテナに対応する前記ＲＦ送信系回路およびＲＦ受信系回路について、それらを信号が通過する際の振幅変化量相互の差および位相回転量相互の差が各単位アンテナ間でほぼ等しい、というものである。
【００１４】
このアレイアンテナ通信装置は、送信／受信で信号の経路をできるだけ共用化し、送受信で同一のパラメータによるアダプティブ動作を実現するものである。かかる構成により、より容易にかつより精度良く送信／受信間のアンテナ・パターンの差を小さくすることができるという、顕著な効果が得られる。
【００１５】
ここで、このアレイアンテナ通信装置について、図８を参照してより詳細に説明する。図８は、アレイアンテナ通信装置１０ａの要部の一例を示すブロック図である。なお、ここでは、４つのアンテナ（単位アンテナ）１２によってアダプティブ・アレイ・アンテナが構成される場合の例について説明する。
【００１６】
各アンテナ１２に入力された信号は、送受切り替え器１４，２０が受信側に接続されている状態で、バンドパス・フィルタ（ＢＰＦ）１６および低雑音増幅器（ＬＮＡ）１８を通過し、さらに送受切り替え器２０を通って、双方向ベクトル変調器２２に入力される。ここで、送受切り替え器１４と送受切り替え器２０との間では、送信系と受信系とでそれぞれ別個独立した回路（すなわちＲＦ送信系回路およびＲＦ受信系回路）を有しており、この部分を非共用回路部２４と称する。そして、双方向ベクトル変調器２２においてそれぞれ重み付けされた複数系統の信号が分配・合成部２６で加算され、送受信部（ＴＲＸ）２８を通って受信される（受信信号）。この受信信号の一部はアダプティブ処理部（ＡＰＵ）３０に入力される。
【００１７】
また、低雑音増幅器（ＬＮＡ）１８から出力された信号は、各系統毎に設けられた受信部（ＲＸ）３２を通ってアダプティブ処理部３０に入力される。
【００１８】
アダプティブ処理部３０は、入力される参照信号およびＴＲＸ２８からの信号を基にして、干渉波、雑音等から分離して希望波信号を取り出すための重み付け値（各双方向ベクトル変調器２２における重み付け値）を取得し、これを各双方向ベクトル変調器２２に設定する。これにより、希望局方向にビームを、また干渉局方向にヌルを有する受信アンテナ・パターンを形成することができる。また、希望局からの信号のＳＮ比を改善することもできる。
【００１９】
一方、ベースバンド送信信号は送受信部（ＴＲＸ）２８を通過し、分配・合成部２６にて各系統に分配される。分配された信号は、それぞれ双方向ベクトル変調器２２に入力され、送受切り替え器２０、調整器（主として位相調整器として機能するが振幅調整器としての機能を含めてもよい）３４を通過し、送信電力増幅器（ＰＡ）３６にて電力増幅された後、送受切り替え器１４を通ってアンテナ１２から出力される。なお、送信時は、送受切り替え器１４，２０はいずれも送信側に接続されている。
【００２０】
さて、かかる構成においてＲＦ段で送信／受信で信号の経路が異なるのは、送受切り替え器１４と送受切り替え器２０との間の回路構成部分、すなわち非共用回路部２４である。しかしながら、この非共用回路部２４には、調整器３４が設けられており、各系統について、送信経路（ＲＦ送信系回路）と受信経路（ＲＦ受信系回路）とで、振幅変化量相互の差および位相回転量相互の差がそれぞれ各アンテナ（単位アンテナ）１２間でほぼ同じ値となるように構成し（または調整し）ており、それらの差に起因する問題が生じないようにしている。
【００２１】
また、各系統に対する重み付け値は、送信／受信で共用される双方向ベクトル変調器２２に対するものである。したがって、このアレイアンテナ通信装置１０ａによれば、調整器３４を用いて各系統で送信経路／受信経路における信号の特性変化を定数倍とすることで、各系統に対し送信／受信で共通の重み付け値を用いて、送信アンテナ・パターンと受信アンテナ・パターンとを、同じパターン（すなわち同じビーム、ヌルを有するもの）として形成することができる。
【００２２】
なお、非共用回路部２４については、さらに、送信系と受信系とで通過遅延時間が等しくなるように構成する（あるいは調整可能な構成要素を備える）のが好適である。これは、遅延時間（より詳しくは群遅延時間）の等しい回路間では、通過位相の周波数傾斜が等しいという群遅延時間の定義に基づく。すなわち、ある特定の周波数で送信系と受信系との位相差を一定としても、別の周波数においては一定値からの位相差が生じてしまうことを防ぐためである。すなわち、かかる構成は、より広い周波数帯域について送信経路と受信経路との間の位相差をほぼ同一とすることができるから、複数の周波数を利用するような通信装置について特に有効となる。
【００２３】
このアレイアンテナ通信装置１０ａでは、受信系において、双方向ベクトル変調器２２、分配・合成部２６、ＴＲＸ２８を通ってアダプティブ処理部３０に入力される信号と、双方向ベクトル変調器２２の前段（アンテナ１２側）から分配され、各系統の受信部（ＲＸ）３２を通ってアダプティブ処理部に入力される信号と、の間の振幅差および位相差を検出し、かつそれを補正する手段（本実施形態ではアダプティブ処理部３０がこの手段に相当する）を設けるのが好適である。
【００２４】
ここで、図８において共通の送受信部（ＴＲＸ）２８、各単体アンテナに対応する個別の受信部（ＲＸ）３２には必要帯域を選択的に受信するためにフィルタを用いており、このフィルタにより最終的に情報通信帯域に対応する必要周波数帯域の信号が抽出される。このフィルタの遅延時間は、帯域外の減衰量、ロールオフ特性等にもよるが、信号の１シンボルに対して少なくとも数シンボルの遅延を伴うことが一般的である。
【００２５】
しかし、この数シンボルの遅延に関しては、フィルタ毎に個体差があり、場合によっては絶対遅延量に対して数十％程度ばらつく場合がある。その結果、共通の送受信部（ＴＲＸ）２８と各単位アンテナに対応する個別の受信部（ＲＸ）３２相互間には、数シンボル程度の遅延時間の誤差が生じる可能性があり、一般的に１／２シンボルもしくは１／４シンボルの時間間隔でアナログ・デジタル変換して処理するアダプティブ処理部（ＡＰＵ）３０にとって相互の遅延差が無視できない程度に大きくなってしまうという問題があった。
【００２６】
【課題を解決するための手段】
本発明にかかるアレイアンテナ通信装置は、複数の単位アンテナを含むアダプティブ・アレイ・アンテナを用いる通信装置であって、前記単位アンテナ毎に設けられ少なくとも送信電力増幅器を含むＲＦ送信系回路と、前記単位アンテナ毎に前記ＲＦ送信系回路と並列に設けられ少なくとも低雑音増幅器を含むＲＦ受信系回路であって、各単位アンテナに対応する前記ＲＦ送信系回路および該ＲＦ受信系回路について、それらを信号が通過する際の振幅変化量相互の差および位相回転量相互の差が各単位アンテナ間でほぼ等しく設定されるＲＦ受信系回路と、前記ＲＦ送信系回路およびＲＦ受信系回路に単位アンテナの他方側で共通に接続される双方向ベクトル変調器と、複数の双方向ベクトル変調器に接続される分配・合成部と、前記分配・合成部に接続される送受信部（ＴＲＸ）と、前記送受信部から出力されたアナログ受信信号をサンプリングする第一のサンプリング処理部と、前記ＲＦ受信系回路にそれぞれ接続される受信部（ＲＸ）と、前記受信部（ＲＸ）にそれぞれ接続され該受信部（ＲＸ）から出力されたアナログ受信信号をサンプリングする第二のサンプリング処理部と、前記第一のサンプリング処理部の出力信号および前記第二のサンプリング処理部の出力信号のうち少なくともいずれか一方の遅延時間を補正する遅延時間補正手段と、前記遅延時間補正手段によって補正された後の前記第一のサンプリング処理部の出力信号および前記第二のサンプリング処理部の出力信号に基づいて前記双方向ベクトル変調器を制御して複数の単位アンテナをアダプティブ・アレイ・アンテナとして機能させるアダプティブ処理部と、を備える。
【００２７】
また、上記本発明にかかるアレイアンテナ通信装置では、前記遅延時間補正手段は、前記第一のサンプリング処理部および前記第二のサンプリング処理部のうち少なくともいずれか一方のサンプリングタイミングを補正する手段を含むのが好適である。
【００２８】
また、上記本発明にかかるアレイアンテナ通信装置では、前記遅延時間補正手段は、可変シフトレジスタを含むのが好適である。
【００２９】
また、上記本発明にかかるアレイアンテナ通信装置では、異なる方式で遅延時間を補正する複数の前記遅延時間補正手段を含み、前記第一のサンプリング処理部の出力信号および前記第二のサンプリング処理部の出力信号の遅延時間差に基づいて複数の前記遅延時間補正手段のうち有効とするものを切り替えるのが好適である。
【００３０】
また、上記本発明にかかるアレイアンテナ通信装置では、前記遅延時間補正手段は、前記遅延時間補正手段によって補正された後の前記第一のサンプリング処理部の出力信号および前記第二のサンプリング処理部の出力信号の相関値に基づいて遅延時間を補正するのが好適である。
【００３１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施形態について図面を参照して説明する。図１は、本実施形態にかかるアレイアンテナ通信装置１０の構成の一例を示すブロック図、また図２は、アレイアンテナ通信装置１０のサンプリング処理部（Ａ／Ｄ）１０１，１０２、アダプティブ処理部３０およびサンプリングタイミング制御部１０３の構成を示すブロック図である。なお、本実施形態にかかるアレイアンテナ通信装置１０は、上述したアレイアンテナ通信装置１０ａ（図８）と同様の構成要素を含んでいる。したがって、それら同様の構成要素については同じ符号を付すこととし、重複する部分についての詳細な説明は省略する。また、本実施形態では、４つのアンテナ（単位アンテナ）１２によってアダプティブ・アレイ・アンテナが構成される場合の例について説明する。
【００３２】
図１において、１０１は受信系から直接接続される受信部（ＲＸ）３２の信号を所定のサンプリングタイミングでサンプリングしてディジタル信号に変換する第二のサンプリング処理部（Ａ／Ｄ変換器；図ではＡ／Ｄと示す）、１０２は共通送受信部２８の受信信号を所定のサンプリングタイミングでサンプリングしてディジタル信号に変換する第二のサンプリング処理部（Ａ／Ｄ変換器；図ではＡ／Ｄと示す）、１０３はサンプリング処理部（Ａ／Ｄ）１０１，１０２のサンプリングタイミング（を制御するサンプルクロック）の相互の時間関係を制御するサンプリングタイミング制御部、１０４は受信部（ＲＸ）３２を含む単位アンテナ１２毎のモニタ系回路、および双方向ベクトル変調器２２や分配・合成部２６、送受信部（ＴＲＸ）２８を含む送受信系回路に、共通の参照信号を供給する参照信号注入部である。この参照信号に基づいて遅延時間の補正を実行することができる。
【００３３】
また本実施形態では、図２に示すように、アダプティブ処理部３０は、相関積分器１０５および判定回路１０６を含み、サンプリングタイミング制御部１０３は、可変分周器１０７、分周器１０８およびクロック発生器１０９を含む。サンプリング処理部（Ａ／Ｄ）１０１およびサンプリング処理部（Ａ／Ｄ）１０２の出力信号はアダプティブ処理部３０内部にある相関積分器１０５によって相関積分される。クロック発生器１０９の出力信号は、分周器１０８によってｎ倍の周波数に分周され、第一のサンプリング処理部（Ａ／Ｄ）１０２のサンプリングタイミングを決定するサンプルクロックとなる。また、分周器１０８の出力信号は可変分周器１０７に入力され、ここで、（ｎ−１）倍、ｎ倍、または（ｎ＋１）倍の周波数のいずれかに分周される。この可変分周器１０７の出力信号が、第二のサンプリング処理部（Ａ／Ｄ）１０１のサンプリングタイミングを決定するサンプルクロックとなる。
【００３４】
さて、かかる構成において、単位アンテナ１２毎に設けられる個別の受信部（ＲＸ）３２、および複数の単位アンテナ１２につき共通の送受信部（ＴＲＸ）２８は、いずれもＲＦフィルタ、ＩＦフィルタ、ベースバンド・フィルタ等を含み、それぞれ固有の遅延時間を持っている。すなわち、それぞれが、必要帯域を選択的に受信するためのフィルタを有しており、このフィルタにより最終的に情報通信帯域に対応する必要周波数帯域の信号が抽出される。上述したように、フィルタの遅延時間は、帯域外の減衰量、ロールオフ特性等にもよるが、信号の１シンボルに対して少なくとも数シンボルの遅延を伴うことが一般的である。
【００３５】
しかし、この数シンボルの遅延に関しては、フィルタ毎に個体差があり、場合によっては絶対遅延量に対して数十％程度ばらつく場合がある。したがって、上述したように、その対策を何ら施さない状態では、共通の送受信部（ＴＲＸ）２８と各単位アンテナに対応する個別の受信部（ＲＸ）３２相互間には、数シンボル程度の遅延時間の誤差が生じる可能性があり、一般的に１／２シンボルもしくは１／４シンボルの時間間隔でアナログ・デジタル変換して処理するアダプティブ処理部（ＡＰＵ）３０に対し相互の遅延差が無視できない程度に大きくなってしまう。
【００３６】
ここで、参照信号注入部１０４から注入された信号は、一方では、個別の受信部（ＲＸ）３２を通りサンプリング処理部（Ａ／Ｄ）１０１でディジタル信号に変換される。また、参照信号注入部１０４から注入された信号は、他方では、双方向ベクトル変調器２２を通り、分配・合成部２６、共通送受信部２８を通って、サンプリング処理部（Ａ／Ｄ）１０２でディジタル信号に変換される。サンプリング処理部（Ａ／Ｄ）１０１でディジタル信号に変換された信号と、サンプリング処理部（Ａ／Ｄ）１０２でディジタル信号に変換された信号とでは、個別の受信部（ＲＸ）３２と共通の送受信部（ＴＲＸ）２８の遅延時間差だけずれた信号が観測される。
【００３７】
そこで、本実施形態では、例えばサンプリングタイミング制御部１０３によって第二のサンプリング処理部（Ａ／Ｄ）１０１のサンプリングタイミングを可変制御することにより、第一のサンプリング処理部（Ａ／Ｄ）１０２の出力信号と第二のサンプリング処理部（Ａ／Ｄ）１０１の出力信号との間で、受信部（ＲＸ）３２と送受信部（ＴＲＸ）２８との遅延時間差に起因する誤差ができるだけ小さくなるように、それら相互間の遅延時間差を補正している。かかる構成により、サンプリング処理部（Ａ／Ｄ）１０１，１０２のサンプリング間隔以下の遅延時間誤差を吸収でき、アダプティブ・アレイ・アンテナとしての指向性制御に用いる受信部３２の出力信号が異なる時刻（タイミング）の信号となるのを防止し、アダプティブ処理部３０の制御の収束特性を改善することができる。
【００３８】
図３は遅延時間補正を行うためのサンプリングタイミング制御部１０３の動作の一例を示したものである。この図３に示すように、可変分周器１０７が（ｎ−１）分周で調整されるとサンプルクロックは１／ｎ早いタイミングで出力されて、第二のサンプリング処理部１０１のサンプリングタイミングが１／ｎ早まり、一方、（ｎ＋１）分周で調整されるとサンプルクロックは１／ｎ遅いタイミングで出力されて、第二のサンプリング処理部１０１のサンプリングタイミングが１／ｎ遅くなる。この可変分周器１０７は、判定回路１０６の判定結果に基づいて制御される。第二のサンプリング処理部（Ａ／Ｄ）１０１の出力信号と第一のサンプリング処理部（Ａ／Ｄ）１０２の出力信号の遅延時間差が無いとき、それら出力信号の相関積分値（相関値）は最大となる。すなわち、判定回路１０６は、相関積分値が最大となるよう、可変分周器１０７を制御して第二のサンプリング処理部（Ａ／Ｄ）１０１のサンプリングタイミングを変更すればよい。なお、可変分周器１０７は、通常はｎ分周に設定されており、判定回路１０６によって、１回あるいは所定回数だけ（ｎ−１）分周または（ｎ＋１）分周に調整される。なお、図２では、一つの単位アンテナ１２に対応する回路のみ示しているが、かかる構成は各アンテナ４系統ともに設けられ、上述した制御が各系統で実行されるのが好適である。
【００３９】
次に、本発明の第二の実施形態について図面を参照して説明する。図４は、本実施形態にかかるアレイアンテナ通信装置１０のサンプリング処理部（Ａ／Ｄ）１０１，１０２、アダプティブ処理部３０およびサンプリングタイミング制御部１０３の構成を示すブロック図である。なお、本実施形態にかかるアレイアンテナ通信装置１０は、上述したアレイアンテナ通信装置１０（図１）および１０ａ（図８）と同様の構成要素を含んでいる。したがって、それら同様の構成要素については同じ符号を付すこととし、重複する部分についての詳細な説明は省略する。また、本実施形態でも、４つのアンテナ（単位アンテナ）１２によってアダプティブ・アレイ・アンテナが構成される場合の例について説明する。
【００４０】
本実施形態では、クロック発生器１１３は例えば正弦波を出力する。コンパレータ１１４は、クロック発生器１１３の出力信号と基準電圧Ｖｒｅｆとを比較し、２値の出力信号を発生する。この出力信号が、第一のサンプリング処理部（Ａ／Ｄ）１０２のサンプルクロックとなる。すなわち、本実施形態でも、第一のサンプリング処理部（Ａ／Ｄ）１０２のサンプリング周波数は一定である。
【００４１】
一方、クロック発生器１１３の出力信号は、もう一つのコンパレータ１１６に入力される。このコンパレータ１１６には、基準電圧として、Ｄ／Ａ変換器（Ｄ／Ａ）１１５によってディジタル信号に変換された判定回路１０６の出力信号が入力される。そして、コンパレータ１１６の２値の出力信号が、第二のサンプリング処理部（Ａ／Ｄ）１０１のサンプルクロックとなる。
【００４２】
図５は、コンパレータ１１６の動作の一例を示す図である。図５は、Ｄ／Ａ変換器（Ｄ／Ａ）１１５の出力信号としての基準電圧（閾値）が（ａ）通常の状態、（ｂ）通常より高い状態、および（ｃ）通常より低い状態における、クロック波形（クロック発生器１１３の出力信号）とサンプルクロック波形とを示すものである。この図からわかるように、本実施形態では、判定回路１０６の判定結果によって閾値が上下に変動し、これにより、サンプリングタイミングが制御される。具体的には、第二のサンプリング処理部（Ａ／Ｄ）１０１の出力信号が相対的に早いときには、判定回路１０６は閾値を上げるように制御し、第二のサンプリング処理部（Ａ／Ｄ）１０１のサンプルクロックを遅らせる（ｂ）。逆に、第二のサンプリング処理部（Ａ／Ｄ）１０１の出力信号が相対的に遅いときには、判定回路１０６は閾値を下げるように制御し、第二のサンプリング処理部（Ａ／Ｄ）１０１のサンプルクロックを早める（ｃ）。なお、図５では、クロック発生器１１３が正弦波を出力する例について示したが、図６に示すように、正弦波に替えて種々の種々の波形の信号を用いることができる。なお、本実施形態でも、図４では、一つの単位アンテナ１２に対応する回路のみ示しているが、かかる構成は各アンテナ４系統ともに設けられ、上述した制御が各系統で実行されるのが好適である。
【００４３】
次に、本発明の第三の実施形態について図面を参照して説明する。図７は、本実施形態にかかるアレイアンテナ通信装置１０のサンプリング処理部（Ａ／Ｄ）１０１，１０２、アダプティブ処理部３０ａおよびサンプリングタイミング制御部１０３の構成を示すブロック図である。なお、本実施形態にかかるアレイアンテナ通信装置１０は、上述したアレイアンテナ通信装置１０（図１）および１０ａ（図８）と同様の構成要素を含んでいる。したがって、それら同様の構成要素については同じ符号を付すこととし、重複する部分についての詳細な説明は省略する。また、本実施形態でも、４つのアンテナ（単位アンテナ）１２によってアダプティブ・アレイ・アンテナが構成される場合の例について説明する。
【００４４】
上記第一および第二の実施形態にかかるアレイアンテナ通信装置１０は、サンプリングタイミングの時間間隔に比べて受信部（ＲＸ）３２と送受信部（ＴＲＸ）２８との遅延時間差が小さい場合に特に有効となるものであるが、本実施形態にかかるアレイアンテナ通信装置１０は、さらに、遅延時間差がサンプリングタイミングの時間間隔より大きい場合にも対応可能とするものである。
【００４５】
図７に示すように、第二のサンプリング処理部（Ａ／Ｄ）１０１の出力信号は、遅延時間補正手段としての可変シフトレジスタ１１０を経由して相関積分器１０５に入力される。一方、第一のサンプリング処理部（Ａ／Ｄ）１０２の出力信号は、固定シフトレジスタ１１１を経由して相関積分器１０５に入力される。各相関積分器１０５は、可変シフトレジスタ１１０の出力信号と固定シフトレジスタ１１１の出力信号との相関積分値（相関値）を取得し、判定回路１０６はその相関積分値に基づいて可変シフトレジスタ１１０のシフト量（遅延量）を制御する。具体的には、第二のサンプリング処理部（Ａ／Ｄ）１０１の出力信号が第一のサンプリング処理部（Ａ／Ｄ）１０２の出力信号に比べて１サンプリング間隔以上進んでいることが判明した場合には、判定回路１０６は、対応する可変シフトレジスタ１１０のシフト量を増やして遅延量を増大させる。逆に、第二のサンプリング処理部（Ａ／Ｄ）１０１の出力信号が第一のサンプリング処理部（Ａ／Ｄ）１０２の出力信号に比べて１サンプリング間隔以上遅れていることが判明した場合には、判定回路１０６は、対応する可変シフトレジスタ１１０のシフト量を減らして遅延量を減少させる。かかる構成および制御により、サンプリング間隔の整数倍の単位で、固定シフトレジスタ１１１を通る信号に対する相対的な遅延時間を制御することができる。
【００４６】
さらに、この判定回路１０６は、上記第一または第二の実施形態で説明した構成および手法により、サンプリング間隔以内の遅延時間についてもこれを補正することができる。そして、上述した可変シフトレジスタ１１０を用いた遅延時間の補正、および上記第一または第二の実施形態にかかる遅延時間の補正は、双方とも実行することができるし、遅延時間の誤差に応じて（すなわち上述した実施形態では判定回路１０６における判定結果［相関積分値］に基づいて）、いずれか一方の補正を選択的に実行することもできる。
【００４７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、単位アンテナ毎に設けられる受信部（ＲＸ）と複数の単位アンテナで共通の送受信部（ＴＲＸ）との間に遅延時間差が存在したとしても、それをより精度よくかつより迅速に補正することができるので、アダプティブ処理部による制御の収束特性が改善されるという、顕著な効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態にかかるアレイアンテナ通信装置の回路構成の一例を示す図である。
【図２】本発明の第一の実施形態にかかるアレイアンテナ通信装置の要部の回路構成の一例を示す図である。
【図３】本発明の第一の実施形態にかかるアレイアンテナ通信装置におけるサンプリングタイミングの制御例を示す説明図である。
【図４】本発明の第二の実施形態にかかるアレイアンテナ通信装置の要部の回路構成の一例を示す図である。
【図５】本発明の第二の実施形態にかかるアレイアンテナ通信装置におけるサンプリングタイミングの制御例を示す説明図である。
【図６】本発明の第二の実施形態にかかるアレイアンテナ通信装置のクロック発生器からの出力波形の例を示す図である。
【図７】本発明の第三の実施形態にかかるアレイアンテナ通信装置の要部の回路構成の一例を示す図である。
【図８】アレイアンテナ通信装置の構成を示すブロック図である。
【図９】従来の通信装置の回路構成を示す図である。
【符号の説明】
１０通信装置、１２アンテナ（単位アンテナ）、１４，２０送受切り替え器、１６バンドパス・フィルタ（ＢＰＦ）、１８低雑音増幅器、２２双方向ベクトル変調器、２４非共用回路部、２６分配・合成部、２８送受信部（ＴＲＸ）、３０アダプティブ処理部（ＡＰＵ）、３２受信部（ＲＸ）、３４調整器、３６送信電力増幅器（ＰＡ）、１０１第二のサンプリング処理部（Ａ／Ｄ）、１０２第一のサンプリング処理部（Ａ／Ｄ）、１０３サンプリングタイミング制御部、１０５相関積分器、１０６判定回路、１０７可変分周器、１０８分周器、１０９，１１３クロック発生器、１１０可変シフトレジスタ、１１１固定シフトレジスタ、１１４，１１６コンパレータ、１１５Ｄ／Ａ変換器。

Claims

複数の単位アンテナを含むアダプティブ・アレイ・アンテナを用いる通信装置であって、
前記単位アンテナ毎に設けられ少なくとも送信電力増幅器を含むＲＦ送信系回路と、
前記単位アンテナ毎に前記ＲＦ送信系回路と並列に設けられ少なくとも低雑音増幅器を含むＲＦ受信系回路であって、各単位アンテナに対応する前記ＲＦ送信系回路および該ＲＦ受信系回路について、それらを信号が通過する際の振幅変化量相互の差および位相回転量相互の差が各単位アンテナ間でほぼ等しく設定されるＲＦ受信系回路と、
前記ＲＦ送信系回路およびＲＦ受信系回路に単位アンテナの他方側で共通に接続される双方向ベクトル変調器と、
複数の双方向ベクトル変調器に接続される分配・合成部と、
前記分配・合成部に接続される送受信部（ＴＲＸ）と、
前記送受信部から出力されたアナログ受信信号をサンプリングする第一のサンプリング処理部と、
前記ＲＦ受信系回路にそれぞれ接続される受信部（ＲＸ）と、
前記受信部（ＲＸ）にそれぞれ接続され該受信部（ＲＸ）から出力されたアナログ受信信号をサンプリングする第二のサンプリング処理部と、
前記第一のサンプリング処理部の出力信号および前記第二のサンプリング処理部の出力信号のうち少なくともいずれか一方の遅延時間を補正する遅延時間補正手段と、
前記遅延時間補正手段によって補正された後の前記第一のサンプリング処理部の出力信号および前記第二のサンプリング処理部の出力信号に基づいて前記双方向ベクトル変調器を制御して複数の単位アンテナをアダプティブ・アレイ・アンテナとして機能させるアダプティブ処理部と、
を備えるアレイアンテナ通信装置。
前記遅延時間補正手段は、前記第一のサンプリング処理部および前記第二のサンプリング処理部のうち少なくともいずれか一方のサンプリングタイミングを補正する手段を含むことを特徴とする請求項１に記載のアレイアンテナ通信装置。
前記遅延時間補正手段は、可変シフトレジスタを含むことを特徴とする請求項１または２に記載のアレイアンテナ通信装置。
異なる方式で遅延時間を補正する複数の前記遅延時間補正手段を含み、
前記第一のサンプリング処理部の出力信号および前記第二のサンプリング処理部の出力信号の遅延時間差に基づいて複数の前記遅延時間補正手段のうち有効とするものを切り替えることを特徴とする請求項１〜３のうちいずれか一つに記載のアレイアンテナ通信装置。
前記遅延時間補正手段は、前記遅延時間補正手段によって補正された後の前記第一のサンプリング処理部の出力信号および前記第二のサンプリング処理部の出力信号の相関値に基づいて遅延時間を補正することを特徴とする請求項１〜４のうちいずれか一つに記載のアレイアンテナ通信装置。