JP2008166866A

JP2008166866A - 基地局アンテナのキャリブレーション方法、及び通信基地局

Info

Publication number: JP2008166866A
Application number: JP2006350618A
Authority: JP
Inventors: Takehiro Hara; 毅洋原
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2006-12-26
Filing date: 2006-12-26
Publication date: 2008-07-17
Anticipated expiration: 2026-12-26
Also published as: JP4786524B2

Abstract

【課題】アダプティブアレイ通信を行う通信基地局において、空きスロットが存在しない場合でも、アンテナのキャリブレーションを適時速やかに実施できる基地局アンテナのキャリブレーション方法を提供すること。
【解決手段】アダプティブアレイ通信を行う通信基地局１００において、通信中に、通信基地局１００に装備されているＮ本のアンテナ素子Ａ１〜ＡＮの内の任意の１本が送信するＣＣＨキャリアを残りの（Ｎ−１）本のアンテナ素子Ａ１〜ＡＮで受信するキャリブレーション用処理を実施して、各アンテナ素子Ａ１〜ＡＮの受信時の振幅比と位相差から、各アンテナ素子Ａ１〜ＡＮのキャリブレーションデータ１１を決定する。
【選択図】図１

Description

本発明は、複数のアンテナ素子を用いたアダプティブアレイによる通信を行う通信基地局において、アンテナ素子相互間の振幅比及び位相差に対する校正係数であるキャリブレーションデータを決定する基地局アンテナのキャリブレーション方法と、該キャリブレーション方法を実施する通信基地局に関する。

複数のアンテナ素子を用いたアダプティブアレイによる通信を行う通信基地局では、ハードウェアのアンテナ素子間経路に起因する振幅比や位相差に対する校正係数であるキャリブレーションデータを算出し、送信時には、各アンテナ素子毎に送信データにキャリブレーションデータに基づく重み付けを行うことで、アンテナ素子間経路に起因する通信精度の低下を防止する。

このような通信基地局において、キャリブレーションデータの算出は、自局のアンテナ素子間で、送信アンテナと受信アンテナとを設定して、これらのアンテナ間で既知の信号を送受信した際の振幅比と位相差とを測定することにより、求められる。
従来、このようなアンテナのキャリブレーション処理は、空きスロットを使用して実施されていた（例えば、特許文献１参照）。

特表２００２−５３０９９８号公報

ところが、キャリブレーション処理を空きスロットを利用して実施する従来の方法では、空きスロットが存在しない状況のときは実施できず、空きスロットの発生を待たなければならないため、キャリブレーションの実施タイミングが遅れてしまうという問題があった。
更に、制御チャネルで使用している信号又は信号に含まれるキャリア（ＣＣＨキャリア）に関しては、空きスロットであっても、規定以外のタイミングで送信すると他の通信基地局や通信端末に干渉を与える虞があるため、送信できない。従って、ＣＣＨキャリアに関しては、キャリブレーションを実施することができないという問題も生じた。

そこで、本発明の目的は上記課題を解消することに係り、複数のアンテナ素子を用いたアダプティブアレイによる通信を行う通信基地局において、空きスロットが存在しない場合でも、アンテナのキャリブレーションを適時速やかに実施でき、更に、ＣＣＨキャリアに関してもキャリブレーションを実施でき、これにより、常に、最適なキャリブレーションデータを使用して高品質なアダプティブアレイ通信を実現できる基地局アンテナのキャリブレーション方法及び通信基地局を提供することである。

（１）本発明の上記課題の解決は、複数のアンテナ素子を用いたアダプティブアレイによる通信を行う通信基地局において、アンテナ素子相互間の位相振幅差に対する校正係数を決定する基地局アンテナのキャリブレーション方法であって、
通信中に、前記通信基地局に装備されているＮ本のアンテナ素子の内の任意の１本が送信する制御チャネルで使用している信号を残りの（Ｎ−１）本のアンテナ素子で受信するキャリブレーション用処理を、送信するアンテナ素子を順に切り替えて全アンテナ素子について実施して、各アンテナ素子の受信時の振幅比と位相差から、各アンテナ素子のキャリブレーションデータを決定することを特徴とする基地局アンテナのキャリブレーション方法により達成される。

上記構成によれば、複数のアンテナ素子を用いたアダプティブアレイによる通信を行う通信基地局において、通常の通信処理中に、通信を切断することなく、キャリブレーションを実施するため、空きスロットが存在しない場合でも、空きスロットの発生を待つ必要がなく、アンテナのキャリブレーションを適時速やかに実施でき、常に、最適なキャリブレーションデータを使用して高品質なアダプティブアレイ通信を実現できる。
また、キャリブレーション用処理で使用する信号がＣＣＨキャリアであっても、他の通信基地局や通信端末に干渉を与えることなく正常にキャリブレーションを実施できる。

（２）なお、好ましくは、上記（１）に記載の基地局アンテナのキャリブレーション方法において、前記キャリブレーション用処理は、ブロードキャスト時のアダプティブアレイ送信を行わないタイミングを利用して、実施する構成とすると良い。
アダプティブアレイに通信を行う通信基地局において、制御チャネルでは、ブロードキャストを行うため、アダプティブアレイ送信を行う必要がない場合と、割り当て情報の送信のように送信する対象が確定していて、アダプティブアレイ送信が非常に有効（必要）である場合とがあるが、上記構成のように、ブロードキャスト時のアダプティブアレイ送信を行う必要の無いタイミングを利用して、キャリブレーションを実施すれば、キャリブレーションがアダプティブアレイ送信に影響を及ぼすことがなく、アダプティブアレイ送信を行う際の通信制度を保証することができる。

（３）また、好ましくは、上記（１）又は（２）に記載の基地局アンテナのキャリブレーション方法において、各アンテナ素子の送受信の切り替えスイッチからの漏洩電力をキャリブレーション用の送受信信号として利用して、前記キャリブレーション用処理を行う構成とすると良い。
通信基地局において、通常の通信中のアンテナ出力は大きく、そのままキャリブレーション用に他のアンテナ素子に入力させてしまうと、アンテナ素子と受信処理部との間に介在する無線受信モジュールを破損させてしまう虞があるが、各アンテナ素子の送受信の切り替えスイッチからの漏洩電力は、各アンテナ素子の出力と比較して微弱になる。
従って、上記構成のように、各アンテナ素子の送受信の切り替えスイッチからの漏洩電力をキャリブレーション用の送受信信号として利用してキャリブレーション用処理を実施すれば、過大入力による無線受信モジュールの破損を回避でき、安全にキャリブレーションを実施できる。
そして、各アンテナ素子の送受信の切り替えスイッチからの漏洩電力を利用して前記キャリブレーション用処理を行うことで、キャリブレーション実行時に、そのためにアンテナ出力を下げるような出力調整も不要になる。

（４）また、好ましくは、上記（１）乃至（３）の何れかに記載の基地局アンテナのキャリブレーション方法において、前記通信基地局又は前記アンテナ素子の周囲の温度を検出するための温度センサを備え、一定以上の温度変化があれば、前記制御チャネルで使用している信号を用いたキャリブレーションを実行する構成とすると良い。
一般に、キャリブレーションで測定する信号の振幅比や位相差は、温度の影響が大きく、一定以上の温度変化があると、誤差が生じてしまう。
しかし、上記構成の場合は、一定以上の温度変化があれば、ＣＣＨキャリアのキャリブレーションが実施されて、キャリブレーションデータが更新されるため、常に、最適なキャリブレーションデータを使用して高品質なアダプティブアレイ通信を実現できる。

（５）また、本発明の上記課題の解決は、アンテナ素子相互間の位相振幅差に対する校正係数を決定する基地局アンテナのキャリブレーションを行い該複数のアンテナ素子によるアダプティブアレイを用いた通信を行う通信基地局において、通信中に、前記通信基地局に装備されているＮ本のアンテナ素子の内の任意の１本が制御チャネルで使用している信号を送信し残りの（Ｎ−１）本のアンテナ素子で受信するキャリブレーション用処理を、送信するアンテナ素子を順に切り替えて全アンテナ素子について実施して、各アンテナ素子の受信時の振幅比と位相差から、各アンテナ素子のキャリブレーションデータを決定するキャリブレーション実行部を備えることを特徴とする通信基地局により達成される。
上記構成によれば、通信中に、その通信を切断することなく、また、空きスロットの発生を待つこともなく、アンテナのキャリブレーションを適時速やかに実施でき、常に、最適なキャリブレーションデータを使用して高品質なアダプティブアレイ通信を実現できる。
また、キャリブレーション用処理で使用する信号がＣＣＨキャリアであっても、他の通信基地局や通信端末に干渉を与えることなく正常にキャリブレーションを実施できる。

本発明に係る基地局アンテナのキャリブレーション方法では、複数のアンテナ素子を用いたアダプティブアレイによる通信を行う通信基地局において、通常の通信処理中に、通信を切断することなく、キャリブレーションを実施するため、空きスロットが存在しない場合でも、空きスロットの発生を待つ必要がなく、アンテナのキャリブレーションを適時速やかに実施でき、常に、最適なキャリブレーションデータを使用して高品質なアダプティブアレイ通信を実現できる。
また、キャリブレーション用処理で使用する信号がＣＣＨキャリアであっても、他の通信基地局や通信端末に干渉を与えることなく正常にキャリブレーションを実施できる。

以下、本発明に係る基地局アンテナのキャリブレーション方法の好適な実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
図１は本発明に係る基地局アンテナのキャリブレーション方法を実施する通信基地局の一実施の形態の構成を示すブロック図、図２は図１に示した通信基地局において、キャリブレーション実施時の各アンテナ素子間の送受信状態の説明図、図３は図２に示した複数のアンテナ素子相互間で送受信する信号の振幅比及び位相差の説明図、図４は図１に示した通信基地局において、キャリブレーション実施タイミングを決定するフローチャートである。

まず、図１に示した通信基地局１００の構成について説明した後、該通信基地局１００において実施される基地局アンテナのキャリブレーション方法について説明する。

図１に示した通信基地局１００は、携帯電話等の基地局として、複数のアンテナ素子を用いたアダプティブアレイ通信を行うもので、Ｎ本のアンテナ素子Ａ１〜ＡＮと、受信信号を復調して受信データを生成したり受信信号の振幅及び位相の情報を得る受信処理部７と、該受信処理部７から受信信号の振幅及び位相の情報を受け取り各アンテナ素子Ａ１〜ＡＮのキャリブレーションデータ１１を制作するキャリブレーション実行部１０と、送信データを変調して送信信号を生成すると共に、生成した送信信号に対してキャリブレーションデータ１１に基づく重み付けを行う送信処理部８と、アンテナ素子Ａ１〜ＡＮを受信処理部７又は送信処理部８に切り替え接続するＮ個の切り替えスイッチＳ１〜ＳＮと、基地局内部の温度を検出する温度センサ１５と、受信処理部７及び送信処理部８の動作を制御してアダプティブアレイ通信を管理する制御部９と、を備えている。

各切り替えスイッチＳ１〜ＳＮと受信処理部７との間には、無線受信モジュールＲが設けられている。
無線受信モジュールＲは、各アンテナ素子Ａ１〜ＡＮで受信したアナログ信号を各切り替えスイッチＳ１〜ＳＮを介して受け取り、該モジュール内のＬＮＡ１、ダウンコンバータ（Ｄ／Ｃ）２、ＡＤコンバータ３を介してデジタル信号化して受信処理部７に渡す。

受信処理部７は、無線受信モジュールＲから受け取った受信信号に対して、アダプティブアレイ処理や復調等を行って生成した受信データを制御部９に送る。
また、各切り替えスイッチＳ１〜ＳＮは、受信時の漏洩電力Ｐ１〜ＰＮが、受信処理部７に送られるようになっている。
本実施の形態の場合、受信処理部７は、アンテナのキャリブレーション実行時には、各切り替えスイッチＳ１〜ＳＮからの漏洩電力Ｐ１〜ＰＮを各アンテナ素子Ａ１〜ＡＮからの受信信号として取り扱って、対応する振幅と位相の情報をキャリブレーション実行部１０に送る。

各切り替えスイッチＳ１〜ＳＮと送信処理部８との間には、無線送信モジュールＴが設けられている。
無線送信モジュールＴは、送信処理部８の出力するデジタルデータを、該モジュール内のＤ／Ａコンバータ６、アップコンバータ（Ｕ／Ｃ）５、ＰＡ４を順に介してアナログ信号化して、各切り替えスイッチＳ１〜ＳＮを経て各アンテナ素子Ａ１〜ＡＮに出力する。

制御部９は、通常の通信中に、受信処理部７及び送信処理部８の動作を制御して、各アンテナ素子Ａ１〜ＡＮ間経路に起因する振幅比や位相差に対する校正係数であるキャリブレーションデータを算出するキャリブレーション処理を実行する。

制御部９が実施するキャリブレーション方法は、次のようなものである。
通信中に、通信基地局１００に装備されているＮ本のアンテナ素子Ａ１〜ＡＮの内の任意の１本から、既知の信号としてＣＣＨキャリアを送信させ、残りの（Ｎ−１）本のアンテナ素子には１本のアンテナ素子が出力した信号を受信させる。このようなキャリブレーション用処理を、送信するアンテナ素子を順に切り替えて全アンテナ素子Ａ１〜ＡＮについて実施して、各アンテナ素子Ａ１〜ＡＮの受信時に受信処理部７がキャリブレーション実行部１０に出力する振幅及び位相を示す情報から、アンテナ素子相互間における振幅比と位相差を算出して、各アンテナ素子Ａ１〜ＡＮのキャリブレーションデータを決定する。

図２は、キャリブレーション時における各アンテナの送受信の例を、具体的に示したものである。
この例では、基地局にはアレイアンテナとして４本のアンテナ素子Ａ１〜Ａ４が装備されていて、その内の１本のアンテナ素子Ａ１が送信するＣＣＨキャリア信号Ｆを、残る３本のアンテナ素子Ａ２、Ａ３，Ａ４が受信している状態を示している。
このような送受信処理を、送信用のアンテン素子を順に切り替えて、全アンテナ素子について実施する。

図３は、このようなキャリブレーション時に、受信処理部７がキャリブレーション実行部１０に出力する振幅及び位相の情報例を示している。
図３において、波形曲線ｆ１２は、アンテナ素子Ａ１から送信された信号をアンテナ素子Ａ２が受信した時の振幅と位相の情報である。また、波形曲線ｆ２１は、アンテナ素子Ａ２から送信された信号をアンテナ素子Ａ１が受信した時の振幅と位相の情報である。

これらの波形曲線ｆ１２とｆ２１との間で振幅及び位相を比較することから、これらのアンテナ素子間の振幅比ΔＢや、位相差Δθを算出することができる。
図３に示した例の場合、波形曲線ｆ１２の初期位相をθ１、波形曲線ｆ２１の初期位相をθ２、波形曲線ｆ１２の振幅をＢ１、波形曲線ｆ２１の振幅をＢ２とすると、
位相差Δθ＝θ２−θ１＝π／４
振幅比ΔＢ＝Ｂ２／Ｂ１＝０．８
になっている。

以上のような振幅比及び位相差を、全アンテナ素子相互について算出して、キャリブレーションデータ１１として保存することで、キャリブレーションが終了する。

本実施の形態の場合、以上に説明した制御部９によるキャリブレーション用処理は、ブロードキャスト時のアダプティブアレイ送信を行う必要の無いタイミングを利用して、ＣＣＨキャリアを使って実施する。
具体的には、図４に示す手順で、ロードキャスト時のアダプティブアレイ送信を行う必要の無いタイミングを決定する。

まず、最初のステップＳ２１で、制御チャネルにおいてアダプティブアレイ送信を行う必要が無いか否かを判定し、割り当て情報の送信のように送信する対象が確定していて、アダプティブアレイ送信を行う必要がある時には、次のステップＳ２２に進んで、アダプティブアレイ送信を実行する。

上記ステップＳ２１で、アダプティブアレイ送信を行う必要が無いと判定された場合には、ステップＳ２３に進む。ステップＳ２３では、ＣＣＨキャリアのキャリブレーションが終了しているか否かを判定し、キャリブレーションが終了していないと判定された場合には、ステップＳ２４に進んで、ＣＣＨキャリアのキャリブレーションを実行する。

上記ステップＳ２３で、キャリブレーションが終了していると判定された場合には、ステップＳ２５に進む。ステップＳ２５では、温度センサ１５の検出信号に基づいて、前回のキャリブレーション時から基地局筐体内の温度が一定以上変化しているか否かが判定され、温度が一定以上変化していないと判定されたときには、キャリブレーションを実施しないで、最初のステップＳ２１に戻る。

上記ステップＳ２５で前回のキャリブレーション時から基地局筐体内の温度が一定以上変化していると判定されたときには、ステップＳ２６に進み、ＣＣＨキャリアのキャリブレーションを実行して、キャリブレーションデータ１１を更新する。

以上に説明した通信基地局１００で実施する基地局アンテナのキャリブレーション方法では、複数のアンテナ素子Ａ１〜ＡＮを用いたアダプティブアレイによる通信を行う通信基地局１００において、通常の通信処理中に、通信を切断することなく、キャリブレーションを実施するため、空きスロットが存在しない場合でも、空きスロットの発生を待つ必要がなく、アンテナのキャリブレーションを適時速やかに実施でき、常に、最適なキャリブレーションデータ１１を使用して高品質なアダプティブアレイ通信を実現できる。
また、キャリブレーション用処理で使用する信号がＣＣＨキャリアであっても、他の通信基地局１００や通信端末に干渉を与えることなく正常にキャリブレーションを実施できる。

また、アダプティブアレイに通信を行う通信基地局の場合、制御チャネルでは、ブロードキャストを行うため、アダプティブアレイ送信を行う必要がない場合と、割り当て情報の送信のように送信する対象が確定していて、アダプティブアレイ送信が非常に有効（必要）である場合とがある。
しかし、本実施の形態の通信基地局１００で実施する基地局アンテナのキャリブレーション方法のように、キャリブレーション用処理は、ブロードキャスト時のアダプティブアレイ送信を行う必要の無いタイミングを利用して実施すれば、キャリブレーションがアダプティブアレイ送信に影響を及ぼすことがなく、アダプティブアレイ送信を行う際の通信制度を補償することができる。

また、通信基地局において、通常の通信中のアンテナ出力は大きく、そのままキャリブレーション用に他のアンテナ素子Ａ１〜ＡＮに入力させてしまうと、アンテナ素子Ａ１〜ＡＮと受信処理部７との間に介在する無線受信モジュールＲのＬＮＡ１を破損させてしまう虞がある。
しかし、本実施の形態の通信基地局１００で実施する基地局アンテナのキャリブレーション方法では、キャリブレーション時の受信信号として、各アンテナ素子Ａ１〜ＡＮの送受信の切り替えスイッチＳ１〜ＳＮからの漏洩電力Ｐ１〜ＰＮを使うようにしており、該漏洩電力Ｐ１〜ＰＮは各アンテナ素子Ａ１〜ＡＮの出力と比較して微弱になる。
従って、過大入力による無線受信モジュールＲ内のＬＮＡ１の破損を回避でき、安全にキャリブレーションを実施できる。
そして、各アンテナ素子Ａ１〜ＡＮの送受信の切り替えスイッチＳ１〜ＳＮからの漏洩電力を利用して前記キャリブレーション用処理を行うことで、キャリブレーション実行時に、そのためにアンテナ出力を下げるような出力調整も不要になる。

また、一般的に、キャリブレーションで測定する信号の振幅比や位相差は、温度の影響が大きく、一定以上の温度変化があると、誤差が生じてしまう。
しかし、本実施の形態の通信基地局１００で実施する基地局アンテナのキャリブレーション方法では、通信基地局１００のアンテナ周囲の温度変化を監視する温度センサ１５を備えていて、一定以上の温度変化があれば、ＣＣＨキャリアのキャリブレーションを実行して、キャリブレーションデータ１１を更新する。
そのため、常に、最適なキャリブレーションデータ１１を使用して高品質なアダプティブアレイ通信を実現できる。

そして、以上のようなキャリブレーション方法によりアンテナのキャリブレーションを適時速やかに実施する本実施の形態の通信基地局１００では、常に、最適なキャリブレーションデータ１１を使用して高品質なアダプティブアレイ通信を実現できる。
また、キャリブレーション用処理で使用する信号がＣＣＨキャリアであっても、他の通信基地局１００や通信端末に干渉を与えることなく正常にキャリブレーションを実施でき、より高品質なアダプティブアレイ通信を実現できる。

本発明に係る基地局アンテナのキャリブレーション方法を実施する通信基地局の一実施の形態の構成を示すブロック図である。図１に示した通信基地局において、キャリブレーション実施時の各アンテナ素子間の送受信状態の説明図である。図２に示した複数のアンテナ素子相互間で送受信する信号の振幅比及び位相差の説明図である。図１に示した通信基地局において、キャリブレーション実施タイミングを決定するフローチャートである。

符号の説明

１ＬＮＡ
２ダウンコンバータ（Ｄ／Ｃ）
３ＡＤコンバータ
４ＰＡ
５アップコンバータ（Ｕ／Ｃ）
６Ｄ／Ａコンバータ
７受信処理部
８送信処理部
９制御部
１０キャリブレーション実行部
１１キャリブレーションデータ
１５温度センサ
Ａ１〜ＡＮアンテナ素子
Ｐ１〜ＰＮ漏洩電力
Ｒ無線受信モジュール
Ｓ１〜ＳＮ切り替えスイッチ（Ｓ／Ｗ）
Ｔ無線送信モジュール

Claims

複数のアンテナ素子を用いたアダプティブアレイによる通信を行う通信基地局において、アンテナ素子相互間の位相振幅差に対する校正係数を決定する基地局アンテナのキャリブレーション方法であって、
通信中に、前記通信基地局に装備されているＮ本のアンテナ素子の内の任意の１本が送信する制御チャネルで使用している信号を残りの（Ｎ−１）本のアンテナ素子で受信するキャリブレーション用処理を、送信するアンテナ素子を順に切り替えて全アンテナ素子について実施して、各アンテナ素子の受信時の振幅比と位相差から、各アンテナ素子のキャリブレーションデータを決定することを特徴とする基地局アンテナのキャリブレーション方法。
前記キャリブレーション用処理は、ブロードキャスト時のアダプティブアレイ送信を行わないタイミングを利用して、実施することを特徴とする請求項１に記載の基地局アンテナのキャリブレーション方法。
各アンテナ素子の送受信の切り替えスイッチからの漏洩電力をキャリブレーション用の送受信信号として利用して、前記キャリブレーション用処理を行うことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の基地局アンテナのキャリブレーション方法。
前記通信基地局又は前記アンテナ素子の周囲の温度を検出するための温度センサを備え、一定以上の温度変化があれば、前記制御チャネルで使用している信号を用いたキャリブレーションを実行することを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の基地局アンテナのキャリブレーション方法。
アンテナ素子相互間の位相振幅差に対する校正係数を決定する基地局アンテナのキャリブレーションを行い該複数のアンテナ素子によるアダプティブアレイを用いた通信を行う通信基地局において、
通信中に、前記通信基地局に装備されているＮ本のアンテナ素子の内の任意の１本が制御チャネルで使用している信号を送信し残りの（Ｎ−１）本のアンテナ素子で受信するキャリブレーション用処理を、送信するアンテナ素子を順に切り替えて全アンテナ素子について実施して、各アンテナ素子の受信時の振幅比と位相差から、各アンテナ素子のキャリブレーションデータを決定するキャリブレーション実行部を備えることを特徴とする通信基地局。