JP2005109677A - キャリブレーション方法およびそれを利用した無線装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 直交変調と直交検波における移相器の位相誤差を補正する。
【解決手段】 信号処理部１８は、アダプティブアレイアンテナによる送受信処理に必要な信号処理を行う。さらに、無線部１２で行うべき直交変調と直交検波での位相の誤差、すなわち初期位相補正値の回転量を決定するために必要な信号処理も行う。基地局装置３４の無線部１２は、ベースバンドの信号と無線周波数の信号間の周波数変換処理、増幅処理、直交変調処理、直交検波処理、ＡＤまたはＤＡ変換処理等を行う。初期位相補正値決定部２００は、無線部１２から入力した電力測定用受信信号３２０にもとづいて、初期位相補正値の回転量を決定し、信号処理部１８に対して初期位相補正値信号３３０として出力する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、キャリブレーション技術に関し、特にアダプティブアレイアンテナについてのキャリブレーション方法およびそれを利用した無線装置に関する。

ワイヤレス通信において、一般に限りある周波数資源の有効利用が望まれている。周波数資源を有効利用するための技術のひとつが、アダプティブアレイアンテナ技術である。アダプティブアレイアンテナ技術は、複数アンテナでそれぞれ送受信される信号の振幅と位相を制御して、アンテナの送受信指向性パターンを形成する。すなわち、アダプティブアレイアンテナを備えた装置は、それぞれのアンテナで受信した信号の振幅と位相を変化させ、変化させた受信信号のそれぞれを加算して、当該振幅と位相との変化量（以下、「ウエイト」という）に応じた指向性パターンのアンテナで受信される信号と同等の信号を受信する。また、ウエイトに応じたアンテナの指向性パターンによって信号が送信される。

アダプティブアレイアンテナ技術において、ウエイトを算出するための処理の一例には、最小二乗誤差（ＭＭＳＥ：Ｍｉｎｉｍｕｍ Ｍｅａｎ Ｓｑｕａｒｅ Ｅｒｒｏｒ）法にもとづく方法がある。ＭＭＳＥ法において、ウエイトの最適値を与える条件としてウィナー解が知られており、さらに当該条件を直接解くよりも計算量が少なくかつ当該最適値に収束する漸化式も知られている。漸化式としては、例えば、ＲＬＳ（Ｒｅｃｕｒｓｉｖｅ Ｌｅａｓｔ Ｓｑｕａｒｅｓ）アルゴリズムやＬＭＳ（Ｌｅａｓｔ Ｍｅａｎ Ｓｑｕａｒｅｓ）アルゴリズムなどの適応アルゴリズムが使用される（例えば、特許文献１参照。）。
特開２００２−７６７４６号公報

アダプティブアレイアンテナを構成する複数のアンテナを備えた無線装置が、複数のアンテナのそれぞれに対応した直交変調器と直交検波器を含んでおり、さらに直交検波器と直交変調器は、所定のローカル周波数信号をπ／２移相シフトするための移相器をそれぞれ別個に含んで構成される場合がある。例えば、直交変調器を含んだＲＦチップと直交検波器を含んだＲＦチップを組み合わせて無線装置が構成されている場合である。また、移相器がフリップフロップで構成されており、そのフリップフロップの初期値が、電源立ち上げ時に所定の値に特定されない場合は、受信した信号の位相と送信すべき信号の位相が１８０度ずれる場合もある。例えば、送信装置側の移相器の位相値が＋９０度で、受信側の移相器の位相値が−９０度の場合や送信装置側の移相器の位相値が−９０度で、受信側の移相器の位相値が＋９０度の場合が該当する。このような場合に、受信した信号にもとづいて生成したウエイトを送信すべき信号に使用しても、適切なウエイトの値を反映した送信のためのウエイトにならず、正常に送信のビームを制御できない。

本発明はこうした状況に鑑みてなされたものであり、その目的は、送信側と受信側の移相器の位相誤差を補正するためのキャリブレーション方法およびそれを利用した無線装置を提供することにある。

本発明のある態様は、無線装置である。この装置は、測定用アンテナからの送信信号を参照用アンテナで受信して第１の重み係数を導出し、当該第１の重み係数で重み付けした信号を参照用アンテナから送信する参照用無線部と、測定用アンテナからの送信信号を補正対象用アンテナで受信して第２の重み係数を導出し、当該第２の重み係数で重み付けした信号を補正対象用アンテナから送信する補正対象用無線部と、信号を送信する際に、補正対象用無線部で直交変調するための送信用のπ／２移相器に対する補正値を回転させながら、第２の重み係数と演算する回転部と、参照用アンテナと補正対象用アンテナから送信された信号を測定用アンテナで受信し、回転部での回転量に応じた受信信号の強度を測定する測定部と、測定した受信信号の強度に応じて、補正対象用無線部で直交検波するための受信用のπ／２移相器に対する送信用のπ／２移相器の位相の差違を推定する推定部とを備える。この装置において、回転部は、推定した位相の差違で補正値を回転してもよい。
以上の装置により、誤って設定した補正値の回転量によって重み係数を回転してから、信号を送信した場合には、受信した信号の電力が小さくなるため、正しい補正値の回転量を正確に推定できる。

補正対象用アンテナを複数のアンテナの中で切り換えながら設定するアンテナ切換部をさらに備え、推定部は、複数のアンテナの中で切り換えられるべき補正対象用アンテナのそれぞれに対して、位相の差違を推定してもよい。測定用アンテナ、参照用アンテナ、補正対象用アンテナを少なくとも使用して、通信対象の端末装置と通信する通信部をさらに備えてもよい。参照用アンテナ、補正対象用アンテナを少なくとも使用して、通信対象の端末装置と通信する通信部と、第１の重み係数と第２の重み係数をそれぞれ導出させるために、測定用アンテナから信号を送信する送信部をさらに備えてもよい。推定部が推定すべき位相の差違は０あるいはπであり、測定部は、回転部での回転量が０あるいはπの場合に、受信した信号の強度を測定してもよい。回転部は、推定部で推定すべき位相の差違が０の場合の補正値を記憶した記憶部と、補正値をπに回転する場合に、補正値を反転する反転部とを備えてもよい。回転部は、推定部で推定すべき位相の差違が０の場合の第１の補正値を記憶した第１記憶部と、推定部で推定すべき位相の差違がπの場合の第２の補正値を記憶した第２記憶部と、回転部での回転量に応じて、第１の補正値あるいは第２の補正値を選択する選択部とを備えてもよい。
「回転部での回転量が０あるいはπの場合」のうち、πの場合とは、ベクトル空間における位相の反転であってもよく、位相πの回転に相当する値が得られればよい。

本発明の別の態様は、キャリブレーション方法である。この方法は、測定用アンテナからの送信信号を参照用アンテナで受信して第１の重み係数を導出し、当該第１の重み係数で重み付けした信号を参照用アンテナから送信するステップと、測定用アンテナからの送信信号を補正対象用アンテナで受信して第２の重み係数を導出し、直交変調するための送信用のπ／２移相器に対する補正値を回転させながら演算した第２の重み係数で重み付けした信号を補正対象用アンテナから送信するステップと、参照用アンテナと補正対象用アンテナから送信された信号を測定用アンテナで受信し、補正値の回転量の単位で受信した信号の強度を測定するステップと、測定した信号の強度に応じて、直交検波するための受信用のπ／２移相器に対する送信用のπ／２移相器の位相の差違を推定するステップと、補正値の回転量を推定した位相の差違に決定するステップとを備える。

補正対象用アンテナを複数のアンテナの中で切り換えながら設定するステップをさらに備えてもよい。測定用アンテナ、参照用アンテナ、補正対象用アンテナを少なくとも使用して、通信対象の端末装置と通信するステップをさらに備えてもよい。参照用アンテナ、補正対象用アンテナを少なくとも使用して、通信対象の端末装置と通信するステップと、第１の重み係数と第２の重み係数をそれぞれ導出させるために、測定用アンテナから信号を送信するステップをさらに備えてもよい。位相の差違を推定するステップが推定すべき位相の差違は０あるいはπであり、信号の強度を測定するステップは、回転量が０あるいはπの場合に、受信した信号の強度を測定してもよい。送信するステップは、位相の差違を推定するステップで推定すべき位相の差違が０の場合の補正値を記憶したステップと、補正値をπに回転する場合に、補正値を反転するステップと、を備えてもよい。送信するステップは、位相の差違を推定するステップで推定すべき位相の差違が０の場合の第１の補正値を記憶したステップと、位相の差違を推定するステップで推定すべき位相の差違がπの場合の第２の補正値を記憶したステップと、回転量に応じて、第１の補正値あるいは第２の補正値を選択するステップと、を備えてもよい。

本発明のさらに別の態様は、プログラムである。このプログラムは、測定用アンテナからの送信信号を参照用アンテナで受信して第１の重み係数を導出してメモリに記憶し、メモリに記憶した当該第１の重み係数で重み付けした信号を参照用アンテナから送信するステップと、測定用アンテナからの送信信号を補正対象用アンテナで受信して第２の重み係数を導出してメモリに記憶し、直交変調するための送信用のπ／２移相器に対するメモリ上の補正値を回転させながら演算した第２の重み係数で重み付けした信号を補正対象用アンテナから送信するステップと、参照用アンテナと補正対象用アンテナから送信された信号を測定用アンテナで受信し、補正値の回転量の単位で受信した信号の強度を測定するステップと、測定した信号の強度をメモリに記憶するステップと、記憶した信号の強度に応じて、直交検波するための受信用のπ／２移相器に対する送信用のπ／２移相器の位相の差違を推定するステップと、補正値の回転量を推定した位相の差違に決定するステップとをコンピュータに実行させる。

補正対象用アンテナを複数のアンテナの中で切り換えながら設定するステップをさらに備えてもよい。測定用アンテナ、参照用アンテナ、補正対象用アンテナを少なくとも使用して、通信対象の端末装置と通信するステップをさらに備えてもよい。参照用アンテナ、補正対象用アンテナを少なくとも使用して、通信対象の端末装置と通信するステップと、第１の重み係数と第２の重み係数をそれぞれ導出させるために、測定用アンテナから信号を送信するステップをさらに備えてもよい。位相の差違を推定するステップが推定すべき位相の差違は０あるいはπであり、信号の強度を測定するステップは、回転量が０あるいはπの場合に、受信した信号の強度を測定してもよい。送信するステップは、位相の差違を推定するステップで推定すべき位相の差違が０の場合の補正値を記憶したステップと、補正値をπに回転する場合に、補正値を反転するステップと、を備えてもよい。送信するステップは、位相の差違を推定するステップで推定すべき位相の差違が０の場合の第１の補正値を記憶したステップと、位相の差違を推定するステップで推定すべき位相の差違がπの場合の第２の補正値を記憶したステップと、回転量に応じて、第１の補正値あるいは第２の補正値を選択するステップとを備えてもよい。

なお、以上の構成要素の任意の組合せ、本発明の表現を方法、装置、システム、記録媒体、コンピュータプログラムなどの間で変換したものもまた、本発明の態様として有効である。

本発明によれば、送信側と受信側の移相器の位相誤差を補正できる。

（実施例１）
本発明を具体的に説明する前に、概要を述べる。本発明の実施例１は、無線ＬＡＮ（Ｌｏｃａｌ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）で使用される基地局装置の様に、端末装置を接続可能な基地局装置に関する。本発明の実施例における基地局装置は、複数のアンテナを備えており、複数のアンテナのそれぞれに対応した複数の直交検波器と直交変調器を有する。さらに、直交検波器と直交変調器は、電源立ち上げ時に位相が不定の移相器をそれぞれ別個に有しており、本実施例に係る基地局装置は、直交検波器と直交変調器の位相誤差を補正する。複数のアンテナのうちのひとつから信号を送信し（以下、このアンテナおよびアンテナに接続された送受信装置を「測定用アンテナ」という）、少なくともふたつのアンテナで受信する（以下、これらのアンテナおよびアンテナに接続された送受信装置を「参照用アンテナ」、「補正対象用アンテナ」という）。参照用アンテナと補正用アンテナで受信した信号をもとに、基地局装置は、それぞれに対応した複数の重み係数（以下、「受信ウエイトベクトル」という）を計算する。

計算した受信ウエイトベクトルを同一の値で送信のために設定し（以下、その重み係数を「送信ウエイトベクトル」という）、参照用アンテナと補正対象用アンテナでの移相器に対する位相の補正値（以下、「初期位相補正値」という）の回転量をそれぞれ０に仮設定する。この状態で参照用アンテナと補正対象用アンテナから信号を送信し、測定用アンテナで受信してその受信電力を測定する（以下、「信号レベル１」という）。次に、補正対象用アンテナに対する初期位相補正値の回転量をπに仮設定して、前述の動作を行い受信電力を測定する（以下、「信号レベル２」という）。信号レベル１と信号レベル２を比較して、大きい方の回転量を補正対象用アンテナでの初期位相補正値の回転量に決定する。以下、測定用アンテナ、参照用アンテナ、補正対象用アンテナの役割を複数のアンテナの中で切り換えながら、複数のアンテナのそれぞれに対する初期位相補正値の回転量を決定していく。その処理の中で、既に決定した初期位相補正値の回転量は、固定したまま処理を行う。

図１は、実施例１に係る通信システム１００の構成を示す。通信システム１００は、端末装置１０、基地局装置３４、ネットワーク３２を含む。端末装置１０は、ベースバンド部２６、モデム部２８、無線部３０、端末用アンテナ１６を含み、基地局装置３４は、基地局用アンテナ１４と総称される第１基地局用アンテナ１４ａ、第２基地局用アンテナ１４ｂ、第Ｎ基地局用アンテナ１４ｎ、無線部１２と総称される第１無線部１２ａ、第２無線部１２ｂ、第Ｎ無線部１２ｎ、信号処理部１８、モデム部２０、ベースバンド部２２、制御部２４、初期位相補正値決定部２００を含む。また、信号として、デジタル受信信号３００と総称される第１デジタル受信信号３００ａ、第２デジタル受信信号３００ｂ、第Ｎデジタル受信信号３００ｎ、デジタル送信信号３０２と総称される第１デジタル送信信号３０２ａ、第２デジタル送信信号３０２ｂ、第Ｎデジタル送信信号３０２ｎ、合成信号３０４、分離前信号３０８、信号処理部制御信号３１０、無線部制御信号３１８、電力測定用受信信号３２０、初期位相補正値信号３３０を含む。

基地局装置３４のベースバンド部２２は、ネットワーク３２とのインターフェースであり、端末装置１０のベースバンド部２６は、端末装置１０と接続したＰＣや、端末装置１０内部のアプリケーションとのインターフェースであり、それぞれ通信システム１００で伝送の対象となる情報信号の送受信処理を行う。また、誤り訂正や自動再送処理がなされてもよいが、ここではこれらの説明を省略する。

基地局装置３４のモデム部２０、端末装置１０のモデム部２８は、変調処理として、キャリアを送信したい情報信号で変調して、送信信号を生成するが、ここでは、変調方式として、ＢＰＳＫ（Ｂｉｎａｒｙ Ｐｈａｓｅ Ｓｈｉｆｔ Ｋｅｙｉｎｇ）、ＱＰＳＫ（Ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ Ｐｈａｓｅ Ｓｈｉｆｔ Ｋｅｙｉｎｇ）を対象とする。また、復調処理として、受信信号を復調して、送信された情報信号を再生する。

信号処理部１８は、アダプティブアレイアンテナによる送受信処理に必要な信号処理を行う。さらに、信号処理部１８は、端末装置１０との通信のための信号処理だけではなく、無線部１２で行うべき直交変調と直交検波での位相の誤差、すなわち初期位相補正値の回転量を決定するために必要な信号処理も行う。
基地局装置３４の無線部１２、端末装置１０の無線部３０は、信号処理部１８、モデム部２０、ベースバンド部２２、ベースバンド部２６、モデム部２８で処理されるベースバンドの信号と無線周波数の信号間の周波数変換処理、増幅処理、直交変調処理、直交検波処理、ＡＤまたはＤＡ変換処理等を行う。

基地局装置３４の基地局用アンテナ１４、端末装置１０の端末用アンテナ１６は、無線周波数の信号を送受信処理する。アンテナの指向性は任意でよく、基地局用アンテナ１４のアンテナ数はＮとされる。
制御部２４は、無線部１２、信号処理部１８、モデム部２０、ベースバンド部２２のタイミングやチャネル配置を制御する。

初期位相補正値決定部２００は、無線部１２から入力した電力測定用受信信号３２０にもとづいて、初期位相補正値の回転量を決定し、信号処理部１８に対して初期位相補正値信号３３０として出力する。また、初期位相補正値の回転量を決定するためのタイミングは、信号処理部制御信号３１０によって制御される。

この構成は、ハードウエア的には、任意のコンピュータのＣＰＵ、メモリ、その他のＬＳＩで実現でき、ソフトウエア的にはメモリのロードされた予約管理機能のあるプログラムなどによって実現されるが、ここではそれらの連携によって実現される機能ブロックを描いている。したがって、これらの機能ブロックがハードウエアのみ、ソフトウエアのみ、またはそれらの組合せによっていろいろな形で実現できることは、当業者には理解されるところである。

図２は、実施例１に係るバーストフォーマットの構成を示すが、これはＣＳＭＡ（Ｃａｒｒｉｅｒ Ｓｅｎｓｅ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ａｃｃｅｓｓ）をベースとした無線ＬＡＮ（Ｌｏｃａｌ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）のひとつであるＩＥＥＥ８０２．１１ｂ標準のバーストフォーマットである。バーストの先頭から１４４ビットの間にプリアンブルが、それに続く４８ビットの間に、ヘッダが配置されている。プリアンブルは、端末装置１０や基地局装置３４にとって既知であるため、後述するトレーニング信号としても使用できる。

図３は、第１無線部１２ａの構成を示す。第１無線部１２ａは、スイッチ部１４０、受信部１４２、送信部１４４、周波数発振部１６６を含む。さらに、受信部１４２は、周波数変換部１４６、ＡＧＣ（Ａｕｔｏｍａｔｉｃ Ｇａｉｎ Ｃｏｎｔｒｏｌ）１４８、直交検波部１５０、ＡＤ変換部１５２、逆拡散部１５４、移相部１６８を含み、送信部１４４は、増幅部１６４、周波数変換部１５６、直交変調部１５８、ＤＡ変換部１６０、拡散部１６２、移相部１７０を含む。また信号として、電力測定用受信信号３２０と総称される第１電力測定用受信信号３２０ａ、ローカル信号３２２、同相信号３２４、直交信号３２６を含む。

スイッチ部１４０は、図３に図示しない制御部２４からの無線制御信号３１８にもとづいて、受信部１４２と送信部１４４に対する信号の入出力を切りかえる。すなわち、送信時には送信部１４４からの信号を選択し、受信時には受信部１４２への信号を選択する。
受信部１４２の周波数変換部１４６と送信部１４４の周波数変換部１５６は、対象とする信号に対して無線周波数と中間周波数間の周波数変換を行う。また、周波数変換部１４６は、第１電力測定用受信信号３２０ａを外部に出力する。

ＡＧＣ１４８は、受信した信号の振幅をＡＤ変換部１５２のダイナミックレンジ内の振幅にするために、利得を自動的に制御する。
直交検波部１５０は、中間周波数の信号を直交検波して、ベースバンドのアナログ信号を生成する。一方、直交変調部１５８は、ベースバンドのアナログ信号を直交変調して、中間周波数の信号を生成する。

周波数発振部１６６は、直交検波および直交変調するための所定の周波数を有したローカル信号３２２を出力する。図示のごとくひとつの無線部１２にひとつの周波数発振部１６６が設けられるため、複数の無線部１２に対して複数の周波数発振部１６６が設けられる。

移相部１６８は、ローカル信号３２２を入力し、ローカル信号３２２と同相の同相信号３２４とローカル信号３２２と直交した直交信号３２６を生成して、直交検波部１５０に出力する。なお、電源投入時における同相信号３２４に対する直交信号３２６の位相値は不定であるため、直交信号３２６は同相信号３２４に対して＋π／２あるいは−π／２の位相となる。移相部１７０は、移相部１６８と同様の動作を行う。移相部１６８と移相部１７０の位相値もそれぞれ別個であるため、位相値が同一になる場合もあれば、異なる場合もある。

ＡＤ変換部１５２は、ベースバンドのアナログ信号をデジタル信号に変換し、ＤＡ変換部１６０は、ベースバンドのデジタル信号をアナログ信号に変換する。
逆拡散部１５４は、ベースバンドのデジタル信号を拡散符号系列で逆拡散処理する。ここで、逆拡散部１５４から出力される逆拡散処理されたベースバンドのデジタル信号を第１デジタル受信信号３００ａとする。なお、当該逆拡散処理はウォルシュ変換に対応してもよく、その場合、基地局装置３４はＣＣＫ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ Ｃｏｄｅ Ｋｅｙｉｎｇ）変調で通信可能になる。

拡散部１６２は、ベースバンドのデジタル信号を拡散符号系列で拡散処理する。ここで、拡散部１６２に入力される拡散処理されるべきベースバンドのデジタル信号を第１デジタル送信信号３０２ａとする。
増幅部１６４は、送信すべき無線周波数の信号を増幅する。

図４は、移相部１６８の構成を示す。移相部１６８は、第１ＦＦ２０２、第２ＦＦ２０４を含む。
第１ＦＦ２０２、第２ＦＦ２０４は、ＣＬＫ入力にローカル信号３２２を入力する。反転Ｑ出力は、Ｑ出力の信号を反転した信号を出力し、Ｄ出力は、Ｑ出力の信号と位相の異なった信号を出力する。図示のごとく、第１ＦＦ２０２のＱ出力から同相信号３２４を出力し、第２ＦＦ２０４のＱ出力から直交信号３２６を出力する。

図５（ａ）−（ｅ）は、移相部１６８に関する信号波形を示す。図５（ａ）は、ＣＬＫ入力に入力される同相信号３２４を示す。また、図５（ｂ）−（ｃ）は、第１ＦＦ２０２と第２ＦＦ２０４の位相が異なる場合の第１ＦＦ２０２のＱ出力と第２ＦＦ２０４のＱ出力、すなわち同相信号３２４と直交信号３２６を示す。ここで、図５（ａ）と（ｃ）の同相信号３２４に対する直交信号３２６の位相は、−π／２であるのに対して、同相信号３２４に対する直交信号３２６の位相は、＋π／２である。以上のような位相を移相部１６８と移相部１７０間で考慮すれば、位相が、一致する場合とπずれている場合のどちらかになる。

図６は、信号処理部１８の構成を示す。信号処理部１８は、合成部６０、受信ウエイトベクトル計算部６８、参照信号生成部７０、分離部７２、送信ウエイトベクトル設定部７６、スイッチ部２０６、レベル測定用信号発生部２０８、回転部２４０を含む。また、合成部６０は、乗算部６２と総称される第１乗算部６２ａ、第２乗算部６２ｂ、第Ｎ乗算部６２ｎ、加算部６４を含み、分離部７２は、乗算部７４と総称される第１乗算部７４ａ、第２乗算部７４ｂ、第Ｎ乗算部７４ｎを含み、回転部２４０は、乗算部２４２と総称される第１乗算部２４２ａ、第２乗算部２４２ｂ、第Ｎ乗算部２４２ｎを含む。

また信号として、参照信号３０６、受信ウエイトベクトル信号３１２と総称される第１受信ウエイトベクトル信号３１２ａ、第２受信ウエイトベクトル信号３１２ｂ、第Ｎ受信ウエイトベクトル信号３１２ｎ、送信ウエイトベクトル信号３１４と総称される第１送信ウエイトベクトル信号３１４ａ、第２送信ウエイトベクトル信号３１４ｂ、第Ｎ送信ウエイトベクトル信号３１４ｎを含む。

合成部６０は、乗算部６２において、デジタル受信信号３００を受信ウエイトベクトル信号３１２で重み付けした後、加算部６４で加算して合成信号３０４を出力する。
参照信号生成部７０は、トレーニング信号期間中に予め記憶した既知のトレーニング信号を参照信号３０６として出力する。

受信ウエイトベクトル計算部６８は、トレーニング信号期間中にわたって、デジタル受信信号３００、参照信号３０６から、デジタル受信信号３００の重み付けに必要な受信ウエイトベクトル信号３１２を相関処理によって計算する。ここで、ｉ番目のアンテナで受信されるベースバンド受信信号３００ｘｉ（ｔ）は以下のとおりである。

ここで、ｈｉは、無線区間の応答特性、Ｓ（ｔ）は送信信号、ｎｉ（ｔ）は雑音を示す。

参照信号３０６が、Ｓ（ｔ）に対応するため、ｉ番目のアンテナで受信されるベースバンド受信信号３００ｘｉ（ｔ）とＳ（ｔ）の相関を以下の通り計算する。

ここで、平均時間は十分長いものとし、雑音に関する項を無視した。その結果、受信ウエイトベクトル信号３１２としてｗｉが得られる。

送信ウエイトベクトル設定部７６は、分離前信号３０８の重み付けに必要な送信ウエイトベクトル信号３１４を、受信ウエイトベクトル信号３１２にもとづいて設定する。ここでは、初期位相補正値の回転量を推定するためと処理の簡略化のために、受信ウエイトベクトル信号３１２と送信ウエイトベクトル信号３１４を同一とする。

乗算部２４２は、移相部１６８と移相部１７０の位相の誤差に対応した０またはπを補正するための初期位相補正値信号３３０によって、送信ウエイトベクトル信号３１４を回転させる。この回転の結果、端末装置１０との通信で乗算部２４２から出力された送信ウエイトベクトル信号３１４によって、受信した信号のビームパターンと送信すべき信号のビームパターンが同一になる。一方、初期位相補正値の回転量を決定する段階では、参照用アンテナと処理対象用アンテナに対応した乗算部２４２のみを初期位相補正値信号３３０にもとづいて動作させる。

分離部７２は、乗算部７４において、乗算部２４２で位相回転を加えた送信ウエイトベクトル信号３１４で分離前信号３０８を重み付けし、デジタル送信信号３０２を出力する。
スイッチ部２０６は、初期位相補正値の回転量を検出する場合に、基地局用アンテナ１４のうち測定用アンテナに対応したアンテナから信号を出力するために、レベル測定用信号発生部２０８から出力された信号を乗算部７４に出力する。なお、スイッチ部２０６から出力する信号は、モデム部２０から入力した分離前信号３０８とレベル測定用信号発生部２０８から出力された信号を含めて、分離前信号３０８というものとする。

図７は、初期位相補正値決定部２００の構成を示す。初期位相補正値決定部２００は、測定部２１０と総称される第１測定部２１０ａ、第２測定部２１０ｂ、第Ｎ測定部２１０ｎ、比較部２１２、回転量決定部２１４、回転量記憶部２１６、補正値記憶部２１８、位相回転部２２０と総称される第１位相回転部２２０ａ、第２位相回転部２２０ｂ、第Ｎ位相回転部２２０ｎを含む。

補正値記憶部２１８は、複数の基地局用アンテナ１４にそれぞれ対応した初期位相補正値を記憶する。なお、この初期位相補正値は、移相部１６８と移相部１７０間の位相が一致する場合、すなわち位相回転量０に対応した初期位相補正値である。ここで、初期位相補正値は、送信系のキャリブレーション量に相当し、予め測定されている。

位相回転部２２０は、回転量決定部２１４からの指示にもとづいて、補正値記憶部２１８に記憶された初期位相補正値に０またはπの位相回転を行う。測定部２１０での信号レベル１と信号レベル２の測定にわたって、参照用アンテナに対応した位相回転部２２０は、既に決定した位相回転量だけ補正値記憶部２１８を位相回転する。なお、処理を開始する場合は、参照用アンテナに対応した位相回転部２２０の位相回転量を０にする。信号レベル１を測定する場合には、処理対象用アンテナに対応した位相回転部２２０の位相回転量を０にし、信号レベル２を測定する場合には、処理対象アンテナに対応した位相回転部２２０の位相回転量をπに仮設定する。また、位相回転部２２０は、初期位相補正値信号３３０を出力する。

測定部２１０は、電力測定用受信信号３２０の電力を測定する。測定方法は、任意の方法でよいが、測定用アンテナに対応した基地局用アンテナ１４に接続された測定部２１０が、電力を測定する。前述のごとく、異なったタイミングでの測定結果は、信号レベル１と信号レベル２として比較部２１２に出力する。

比較部２１２は、ひとつの測定部２１０から出力された信号レベル１と信号レベル２を比較して、値の大きい方を選択する。信号レベル１が選択された場合には、回転量決定部２１４は、処理対象用アンテナに対応した位相回転部２２０の位相回転量を０に決定し、信号レベル２が選択された場合には、処理対象用アンテナに対応した位相回転部２２０の位相回転量をπに決定する。なお、信号レベル１を測定する場合には、回転量決定部２１４は、処理対象用アンテナに対応した位相回転部２２０の位相回転量を０に仮設定し、信号レベル２を測定する場合には、処理対象用アンテナに対応した位相回転部２２０の位相回転量をπに仮設定する。
回転量記憶部２１６は、回転量決定部２１４で決定した位相回転量を初期位相補正値決定部２００単位で記憶する。端末装置１０と通信する際に、回転量記憶部２１６に記憶した初期位相補正値決定部２００単位の位相回転量を使用する。

図８は、キャリブレーション方法の概念を示す。ここで、第１基地局用アンテナ１４ａが処理対象用アンテナ、第２基地局用アンテナ１４ｂが参照用アンテナ、第３基地局用アンテナ１４ｃが測定用アンテナであるとする。また、ｈ１は第１基地局用アンテナ１４ａと第３基地局用アンテナ１４ｃ間の応答特性、ｈ２は第２基地局用アンテナ１４ｂと第３基地局用アンテナ１４ｃ間の応答特性、ｗ１は第１乗算部２４２ａで位相回転した第１送信ウエイトベクトル信号３１４ａ、ｗ２は第２乗算部２４２ｂで位相回転した第２送信ウエイトベクトル信号３１４ｂ、Ｓは送信信号とする。なお、第１送信ウエイトベクトル信号３１４ａと第２送信ウエイトベクトル信号３１４ｂは、既に第３基地局用アンテナ１４ｃから送信された信号によって決定されたものとする。第３基地局用アンテナ１４ｃでの受信信号ｒは、以下の通りである。

ここで、処理対象用アンテナの第１基地局用アンテナ１４ａから送信される信号の位相値が、移相部１６８の位相値に一致していれば、受信信号ｒは所定の値となる。一方、処理対象用アンテナの第１基地局用アンテナ１４ａから送信される信号の位相値が、移相部１６８の位相値とπずれていれば、受信信号ｒは小さくなる。その結果、処理対象用アンテナに対応した初期位相補正値の回転量を０またはπに仮設定して、それぞれの場合で測定用アンテナで受信した信号の電力を比較すれば、最終的に設定すべき初期位相補正値の回転量を決定できる。

図９は、補正値の決定手順を示すフローチャートである。制御部２４は、参照用アンテナを設定する基地局用アンテナ１４の番号ｉを１に設定する（Ｓ１０）。測定用アンテナを設定する基地局用アンテナ１４を以下の通り表されるＸに設定する（Ｓ１２）。

第Ｘ基地局用アンテナ１４ｘから信号を送信し、第ｉ基地局用アンテナ１４ｉと第ｉ＋１基地局用アンテナ１４（ｉ＋１）で受信し、受信ウエイトベクトル計算部６８はそれぞれに対応した受信ウエイトベクトル信号３１２を計算する（Ｓ１４）。送信ウエイトベクトル設定部７６は、第ｉ基地局用アンテナ１４ｉと第ｉ＋１基地局用アンテナ１４（ｉ＋１）に対する送信ウエイトベクトル信号３１４を受信ウエイトベクトル信号３１２と同じ値に設定し、回転量決定部２１４は、第ｉ＋１基地局用アンテナ１４（ｉ＋１）に対する初期位相補正値の位相回転量を０に設定する（Ｓ１６）。

一方、第ｉ基地局用アンテナ１４ｉに対する初期位相補正値の位相回転量は、既に決定された値とする。なお、ｉが１の場合は、０とする。第ｉ基地局用アンテナ１４ｉと第ｉ＋１基地局用アンテナ１４（ｉ＋１）から信号を送信し、第Ｘ基地局用アンテナ１４ｘで受信した信号に対して、測定部２１０は信号レベル１を測定する（Ｓ１８）。回転量決定部２１４は、第ｉ＋１基地局用アンテナ１４（ｉ＋１）に対する初期位相補正値の位相回転量をπに設定する（Ｓ２０）。第ｉ基地局用アンテナ１４ｉと第ｉ＋１基地局用アンテナ１４（ｉ＋１）から信号を送信し、第Ｘ基地局用アンテナ１４ｘで受信した信号に対して、測定部２１０は信号レベル２を測定する（Ｓ２２）。比較部２１２は、信号レベル１と信号レベル２の大きさを比較する（Ｓ２４）。回転量決定部２１４は、信号レベル１の方が大きければ（Ｓ２６のＹ）、第ｉ＋１基地局用アンテナ１４（ｉ＋１）に対する初期位相補正値を位相回転量０に決定する（Ｓ２８）。

一方、信号レベル１の方が大きくなければ（Ｓ２６のＮ）、第ｉ＋１基地局用アンテナ１４（ｉ＋１）に対する初期位相補正値を位相回転量πに決定する（Ｓ３０）。回転量記憶部２１６は、決定した位相回転量を記憶する。制御部２４は、ｉがＮ以上でなければ（Ｓ３２のＮ）、ｉに１を加算して（Ｓ３４）、同様の動作を繰り返す。一方、ｉがＮ以上であれば（Ｓ３２のＹ）、同様の動作を繰り返す。なお、通信を実行する場合、回転量記憶部２１６に記憶された位相回転量にもとづいて、補正値記憶部２１８に記憶された初期位相補正値を位相回転部２２０で回転してから、初期位相補正値信号３３０を出力する。

図１０は、初期位相補正値決定部２００の構成を示す。初期位相補正値決定部２００は、図７の初期位相補正値決定部２００と同様に測定部２１０と総称される第１測定部２１０ａ、第２測定部２１０ｂ、第Ｎ測定部２１０ｎ、比較部２１２、回転量決定部２１４、回転量記憶部２１６、補正値記憶部２１８を含み、図７の初期位相補正値決定部２００と異なって選択部２２２と総称される第１選択部２２２ａ、第２選択部２２２ｂ、第Ｎ選択部２２２ｎを含む。

補正値記憶部２１８は、図７の補正値記憶部２１８と同様に、複数の基地局用アンテナ１４にそれぞれ対応した初期位相補正値を記憶する。しかしながら、図７の補正値記憶部２１８と異なって、移相部１６８と移相部１７０間の位相が一致する場合、すなわち位相回転量０に対応した初期位相補正値と、移相部１６８と移相部１７０間の位相が反転する場合、すなわち位相回転量πに対応した初期位相補正値を両方とも記憶する。
選択部２２２は、回転量決定部２１４で決定、あるいは仮設定した位相回転量に応じて、補正値記憶部２１８に記憶された初期位相補正値を選択する。

本発明の実施例１によれば、直交検波と直交変調のために別個に設けられた移相器の位相誤差を補正でき、送信ウエイトベクトルによる送信のビーム制御を正しくできる。また、送信した信号の位相を決定するために、伝送路の応答特性と誤った送信ウエイトベクトルの直交性を利用しているので、信号の経路長の調節を行わずに位相を推定可能である。また、ひとつの基地局装置内で位相誤差の推定処理ができるため、他の測定装置を不要にできる。

（実施例２）
本発明の実施例２は、実施例１と同様に、直交検波器と直交変調器間の初期位相の誤差を補正する基地局装置に関する。本実施例は、測定用アンテナを通信に使用するアンテナとは別に専用で設ける。レベル測定用の信号発生器と測定器も測定用アンテナに接続されて設けられている。

図１１は、実施例２に係る基地局装置３４の構成を示す。基地局装置３４は、図１の基地局装置３４と同様に、基地局用アンテナ１４、無線部１２、信号処理部１８、モデム部２０、ベースバンド部２２、制御部２４、初期位相補正値決定部２００を含み、図１の基地局装置３４と異なって、測定用アンテナ２３０、スイッチ部１４０、周波数変換部１４６、送信部１４４、レベル測定用信号発生部２０８を含む。

測定用アンテナ２３０は、通信には使用せず、初期位相補正値の回転量を検出するための処理に使用される。また測定用アンテナ２３０に、スイッチ部１４０、周波数変換部１４６、初期位相補正値決定部２００、送信部１４４、レベル測定用信号発生部２０８が接続されるが、これらの機能は、実施例１で説明したものと同様である。しかしながら、初期位相補正値決定部２００に含まれた測定部２１０はひとつであるとする。

本発明の実施例２によれば、測定用アンテナを通信で使用すべきアンテナとは別に設け、アンテナ間のみの信号伝送のみに使用するため、小電力の信号を出力可能な増幅器でも対応可能である。また、測定用アンテナに対して専用の機能を設ければよいため、信号線の切り換え等が減り、装置の構成を簡易にできる。

以上、本発明を実施の形態をもとに説明した。この実施の形態は例示であり、それらの各構成要素や各処理プロセスの組合せにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。

本発明の実施例１と２において、通信システム１００をＣＳＭＡをベースにした通信システム１００に適用している。しかし、基地局装置３４はそれ以外の通信システムに適用されてもよく、例えば、ＴＤＭＡ（Ｔｉｍｅ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ａｃｃｅｓｓ）、ＣＤＭＡ（Ｃｏｄｅ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ａｃｃｅｓｓ）、ＳＤＭＡ（Ｓｐａｃｅ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ａｃｃｅｓｓ）などである。この変形例によれば、様々な通信システムに本発明を適用できる。つまり、端末装置１０からの信号を受信する基地局装置３４であればよい。

本発明の実施例２において、測定用アンテナ２３０とともに送信部１４４等も基地局用アンテナ１４と独立して設けている。しかしこれに限らず例えば、測定用アンテナ２３０のみを基地局用アンテナ１４と独立に設け、送信部１４４等をいずれかの基地局用アンテナ１４に接続された送信部１４４等と共用してもよい。その場合、測定用アンテナ２３０を接続すべき基地局用アンテナ１４にスイッチを設ける。本変形例によれば、初期位相補正値の検出のために都合のよい位置に測定用アンテナ２３０を配置できるが、回路規模を小さくできる。つまり、測定用アンテナ２３０が独立していればよい。

実施例１に係る通信システムの構成を示す図である。 実施例１に係るバーストフォーマットの構成を示す図である。 図１の第１無線部の構成を示す図である。 図３の移相部の構成を示す図である。 図５（ａ）−（ｅ）は、図４の信号波形を示す図である。 図１の信号処理部の構成を示す図である。 図１の初期位相補正値決定部の構成を示す図である。 図１のキャリブレーション方法の概念を示す図である。 図１の補正値の決定手順を示すフローチャートである。 図１の初期位相補正値決定部の構成を示す図である。 実施例２に係る基地局装置の構成を示す図である。

符号の説明

１０ 端末装置、 １２ 無線部、 １４ 基地局用アンテナ、 １６ 端末用アンテナ、 １８ 信号処理部、 ２０ モデム部、 ２２ ベースバンド部、 ２４ 制御部、 ２６ ベースバンド部、 ２８ モデム部、 ３０ 無線部、 ３２ ネットワーク、 ３４ 基地局装置、 ６０ 合成部、 ６２ 乗算部、 ６４ 加算部、 ６８ 受信ウエイトベクトル計算部、 ７０ 参照信号生成部、 ７２ 分離部、 ７４ 乗算部、 ７６ 送信ウエイトベクトル設定部、 １００ 通信システム、 １４０ スイッチ部、 １４２ 受信部、 １４４ 送信部、 １４６ 周波数変換部、 １４８ ＡＧＣ、 １５０ 直交検波部、 １５２ ＡＤ変換部、 １５４ 逆拡散部、 １５６ 周波数変換部、 １５８ 直交変調部、 １６０ ＤＡ変換部、 １６２ 拡散部、 １６４ 増幅部、 １６６ 周波数発振部、 １６８ 移相部、 １７０ 移相部、 ２００ 初期位相補正値決定部、 ２０２ 第１ＦＦ、 ２０４ 第２ＦＦ、 ２０６ スイッチ部、 ２０８ レベル測定用信号発生部、 ２１０ 測定部、 ２１２ 比較部、 ２１４ 回転量決定部、 ２１６ 回転量記憶部、 ２１８ 補正値記憶部、 ２２０ 位相回転部、 ２２２ 選択部、 ２３０ 測定用アンテナ、 ２４０ 回転部、 ２４２ 乗算部、 ３００ デジタル受信信号、 ３０２ デジタル送信信号、 ３０４ 合成信号、 ３０６ 参照信号、 ３０８ 分離前信号、 ３１０ 信号処理部制御信号、 ３１２ 受信ウエイトベクトル信号、 ３１４ 送信ウエイトベクトル信号、 ３１８ 無線部制御信号、 ３２０ 電力測定用受信信号、 ３２２ ローカル信号、 ３２４ 同相信号、 ３２６ 直交信号、 ３３０ 初期位相補正値信号。

Claims (9)

1. 測定用アンテナからの送信信号を参照用アンテナで受信して第１の重み係数を導出し、当該第１の重み係数で重み付けした信号を前記参照用アンテナから送信する参照用無線部と、
   前記測定用アンテナからの送信信号を補正対象用アンテナで受信して第２の重み係数を導出し、当該第２の重み係数で重み付けした信号を前記補正対象用アンテナから送信する補正対象用無線部と、
   信号を送信する際に、前記補正対象用無線部で直交変調するための送信用のπ／２移相器に対する補正値を回転させながら、前記第２の重み係数と演算する回転部と、
   前記参照用アンテナと前記補正対象用アンテナから送信された信号を前記測定用アンテナで受信し、前記回転部での回転量に応じた受信信号の強度を測定する測定部と、
   測定した受信信号の強度に応じて、前記補正対象用無線部で直交検波するための受信用のπ／２移相器に対する前記送信用のπ／２移相器の位相の差違を推定する推定部とを備え、
   前記回転部は、前記推定した位相の差違で前記補正値を回転することを特徴とする無線装置。
2. 前記補正対象用アンテナを複数のアンテナの中で切り換えながら設定するアンテナ切換部をさらに備え、
   前記推定部は、前記複数のアンテナの中で切り換えられるべき補正対象用アンテナのそれぞれに対して、位相の差違を推定することを特徴とする請求項１に記載の無線装置。
3. 前記測定用アンテナ、前記参照用アンテナ、前記補正対象用アンテナを少なくとも使用して、通信対象の端末装置と通信する通信部をさらに備えることを特徴とする請求項１または２に記載の無線装置。
4. 前記参照用アンテナ、前記補正対象用アンテナを少なくとも使用して、通信対象の端末装置と通信する通信部と、
   前記第１の重み係数と前記第２の重み係数をそれぞれ導出させるために、前記測定用アンテナから信号を送信する送信部をさらに備えることを特徴とする請求項１または２に記載の無線装置。
5. 前記推定部が推定すべき位相の差違は０あるいはπであり、
   前記測定部は、前記回転部での回転量が０あるいはπの場合に、受信した信号の強度を測定することを特徴とする請求項１または２に記載の無線装置。
6. 前記回転部は、
   前記推定部で推定すべき位相の差違が０の場合の補正値を記憶した記憶部と、
   前記補正値をπに回転する場合に、前記補正値を反転する反転部と、
   を備えることを特徴とする請求項５に記載の無線装置。
7. 前記回転部は、
   前記推定部で推定すべき位相の差違が０の場合の第１の補正値を記憶した第１記憶部と、
   前記推定部で推定すべき位相の差違がπの場合の第２の補正値を記憶した第２記憶部と、
   前記回転部での回転量に応じて、前記第１の補正値あるいは前記第２の補正値を選択する選択部と、
   を備えることを特徴とする請求項５に記載の無線装置。
8. 測定用アンテナからの送信信号を参照用アンテナで受信して第１の重み係数を導出し、当該第１の重み係数で重み付けした信号を前記参照用アンテナから送信するステップと、
   前記測定用アンテナからの送信信号を補正対象用アンテナで受信して第２の重み係数を導出し、直交変調するための送信用のπ／２移相器に対する補正値を回転させながら演算した前記第２の重み係数で重み付けした信号を前記補正対象用アンテナから送信するステップと、
   前記参照用アンテナと前記補正対象用アンテナから送信された信号を前記測定用アンテナで受信し、前記補正値の回転量の単位で受信した信号の強度を測定するステップと、
   前記測定した信号の強度に応じて、直交検波するための受信用のπ／２移相器に対する前記送信用のπ／２移相器の位相の差違を推定するステップと、
   前記補正値の回転量を前記推定した位相の差違に決定するステップと、
   を備えることを特徴とするキャリブレーション方法。
9. 測定用アンテナからの送信信号を参照用アンテナで受信して第１の重み係数を導出してメモリに記憶し、メモリに記憶した当該第１の重み係数で重み付けした信号を前記参照用アンテナから送信するステップと、
   前記測定用アンテナからの送信信号を補正対象用アンテナで受信して第２の重み係数を導出してメモリに記憶し、直交変調するための送信用のπ／２移相器に対するメモリ上の補正値を回転させながら演算した前記第２の重み係数で重み付けした信号を前記補正対象用アンテナから送信するステップと、
   前記参照用アンテナと前記補正対象用アンテナから送信された信号を前記測定用アンテナで受信し、前記補正値の回転量の単位で受信した信号の強度を測定するステップと、
   測定した信号の強度をメモリに記憶するステップと、
   前記記憶した信号の強度に応じて、直交検波するための受信用のπ／２移相器に対する前記送信用のπ／２移相器の位相の差違を推定するステップと、
   前記補正値の回転量を前記推定した位相の差違に決定するステップと、
   をコンピュータに実行させるためのプログラム。

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