JP2009182441A - Communication device and calibration method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、複数のアンテナを備え、アンテナ毎のアナログ特性の差を高精度に補償する通信装置およびキャリブレーション方法に関する。 The present invention relates to a communication apparatus and a calibration method that include a plurality of antennas and compensate for the difference in analog characteristics for each antenna with high accuracy.
高速無線通信への需要は高く、高速な無線通信伝送技術が必要とされている。そのため、最近では送信側の無線機(送信機)および受信側の無線機(受信機)が複数アンテナを用いて高速信号伝送を行う技術が広く研究されている。今後の移動通信では基地局が複数の無線端末機へ送信ビームを用いて同時に空間多重伝送する環境も想定される。また、無線端末機においても適切な送信ビーム形成を行うと通信に必要な送信電力を低減できる。従って、高精度な送信ビーム形成技術は今後の重要な課題と考えられる。 The demand for high-speed wireless communication is high, and high-speed wireless communication transmission technology is required. Therefore, recently, a technique in which a transmitting-side radio (transmitter) and a receiving-side radio (receiver) perform high-speed signal transmission using a plurality of antennas has been widely studied. In future mobile communications, an environment in which the base station simultaneously performs spatial multiplexing transmission using a transmission beam to a plurality of wireless terminals is also assumed. In addition, the transmission power required for communication can be reduced by performing appropriate transmission beam forming in the wireless terminal. Therefore, high-accuracy transmission beam forming technology is considered as an important issue in the future.
その中で、上りリンクと下りリンクで同一周波数を交互に用いるTDD(Time Division Duplex)方式では、送信ビームを形成するにあたり、伝搬路可逆性を利用できる利点に期待が寄せられている。通常、送信ビームを適切に制御するためには送信機でチャネル情報が必要となる。この際、TDD方式において理想的な伝搬路可逆性が得られると、受信機から送信機へ(すなわち、逆リンクで)送信されるパイロット信号を用いて送信機がチャネル測定をすることで、容易に送信機から受信機へのチャネル状態を把握できる。 Among them, in the TDD (Time Division Duplex) method in which the same frequency is alternately used in the uplink and the downlink, there is an expectation for an advantage that the channel reversibility can be used when forming a transmission beam. Usually, channel information is required at the transmitter to properly control the transmit beam. At this time, when the ideal channel reversibility is obtained in the TDD scheme, the transmitter can easily perform channel measurement using a pilot signal transmitted from the receiver to the transmitter (that is, on the reverse link). It is possible to grasp the channel state from the transmitter to the receiver.
しかし、現実には送信機のアンテナ端から受信機のアンテナ端までの実伝搬路で可逆性は成り立つが、送信機と受信機の回路内のアナログデバイスの特性差により、デジタル領域で測定される伝搬路(以下、測定伝搬路と呼ぶ)では完全な可逆性が成り立たない。 However, in reality, reversibility is established in the actual propagation path from the antenna end of the transmitter to the antenna end of the receiver, but it is measured in the digital domain due to the characteristic difference between the analog devices in the transmitter and receiver circuits. Complete reversibility does not hold in the propagation path (hereinafter referred to as measurement propagation path).
そのため、デジタル領域で伝搬路測定を行う無線機では、可逆性を用いるために送受信系アナログ特性差を補償できるキャリブレーションが通常必要となる。そして、下記特許文献1には、このような、アナログ特性差を補償するキャリブレーションを実現するキャリブレーション装置が記載されている。具体的には、無線機内の複数アンテナ間でキャリブレーション用の試験信号のやり取りを行い、チャネル測定結果に基づいてキャリブレーション(アナログ特性差の補償)を行う方法が記載されている。
For this reason, a radio that performs propagation path measurement in the digital domain usually requires calibration that can compensate for the difference in transmission / reception analog characteristics in order to use reversibility.
ここで、上記特許文献1に記載のキャリブレーション装置による方法を含む一般的なキャリブレーション方法では、実際の通信時(実環境で通信を行う場合)よりも小さい送信電力で試験信号を送信し、キャリブレーションを行う。これは、無線機内の複数アンテナが近い位置関係にあり、適切な受信電力とするためには、送信電力を抑える必要があるためである。すなわち、受信電力が大きすぎると、受信増幅器が飽和して適切なチャネル測定が行えない可能性があるからである。
Here, in a general calibration method including the method using the calibration device described in
一方、実際の通信時には、試験信号よりも大きな送信電力で信号を送信するが、無線機内の送信増幅器の特性は送信電力依存性をもち、増幅率又は送信電力が大きく変化すると、それに応じて送信信号の位相が変化する。そのため、試験信号を用いてキャリブレーションを行い、アンテナ間の位相関係を合わせても、実際の通信時における通信信号の送信時は電力依存性によって増幅器の特性が変化し、アンテナ間での位相関係を保持できない、という問題があった。すなわち、送信増幅器の増幅率を低く抑えることにより試験信号の送信電力を調整してキャリブレーションを行った場合には、補償精度が劣化する、という問題があった。 On the other hand, during actual communication, the signal is transmitted with a transmission power larger than that of the test signal. However, the characteristics of the transmission amplifier in the radio have transmission power dependence, and if the amplification factor or transmission power changes greatly, transmission is performed accordingly. The phase of the signal changes. Therefore, even if calibration is performed using test signals and the phase relationship between the antennas is matched, the characteristics of the amplifier change depending on the power dependence during transmission of the communication signal during actual communication, and the phase relationship between the antennas There was a problem that could not be held. That is, when calibration is performed by adjusting the transmission power of the test signal by keeping the amplification factor of the transmission amplifier low, there is a problem that the compensation accuracy deteriorates.
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、電力依存性に起因する増幅器の特性変動の影響を最小限に抑え、高精度にアンテナのキャリブレーションを行う通信装置およびキャリブレーション方法を得ることを目的とする。 The present invention has been made in view of the above, and obtains a communication device and a calibration method for performing antenna calibration with high accuracy while minimizing the influence of amplifier characteristic fluctuation caused by power dependency. For the purpose.
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、複数のアンテナを有し、当該複数のアンテナ間で試験信号の送受信を行うことにより当該複数アンテナのキャリブレーションを行うTDD方式の通信装置であって、前記アンテナから送信する信号の電力を調整する構成として、入力信号を増幅させる増幅手段と、前記増幅手段から出力された信号を減衰させる、減衰率が可変の減衰手段と、前記減衰手段の減衰率を制御する制御手段と、を備え、前記制御手段は、前記減衰手段が試験信号を減衰させる場合、減衰後の試験信号がキャリブレーション処理で使用可能な電力の信号となるように、前記減衰率を制御することを特徴とする。 In order to solve the above-described problems and achieve the object, the present invention provides a TDD system that has a plurality of antennas and performs calibration of the plurality of antennas by transmitting and receiving test signals between the plurality of antennas. In the communication device, as a configuration for adjusting the power of a signal transmitted from the antenna, an amplification unit that amplifies an input signal, an attenuation unit that attenuates a signal output from the amplification unit, and a variable attenuation factor; Control means for controlling the attenuation rate of the attenuation means, and when the attenuation means attenuates the test signal, the control means becomes a signal of power that can be used in the calibration process when the attenuated test signal is attenuated. Thus, the attenuation rate is controlled.
この発明によれば、アンテナ間のキャリブレーションを行うための試験信号を送信するにあたって、アナログ変換された後の試験信号に対して所定のアナログ信号処理を実行して通常動作時に送信する信号の電力と同程度になるまで送信電力を一旦増幅し、さらに、当該増幅した信号をキャリブレーションが実行可能なレベルの送信電力となるまで減衰させて送信することとしたので、増幅器の送信電力依存性による影響を抑えた状態で試験信号を送信することができ、試験信号の受信側では、高精度にキャリブレーションを行うことができる、という効果を奏する。 According to the present invention, when transmitting a test signal for performing calibration between antennas, the power of a signal transmitted during normal operation by performing predetermined analog signal processing on the test signal after analog conversion The transmission power is temporarily amplified until it reaches the same level as that, and further, the amplified signal is attenuated and transmitted until the transmission power reaches a level at which calibration can be performed. The test signal can be transmitted in a state where the influence is suppressed, and the test signal receiving side has an effect that calibration can be performed with high accuracy.
以下に、本発明にかかる通信装置およびキャリブレーション方法の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。 Embodiments of a communication apparatus and a calibration method according to the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. Note that the present invention is not limited to the embodiments.
ここでまず、TDD方式におけるキャリブレーションの必要性について図1を用いて説明する。図1は、実環境における通信装置#1および#2間の信号伝送モデルの一例を示す図である。図1において、T1,T2,…,TMは、アンテナ#1,#2,…,#Mに対応する送信系のRFアナログ特性を示し、また、R1,R2,…,RMは、アンテナ#1,#2,…,#Mに対応する受信系のRFアナログ特性を示している。また、DACはデジタル信号をアナログ信号に変換するデジタル/アナログコンバータ、ADCは、アナログ信号をデジタル信号に変換するアナログ/デジタルコンバータを示している。なお、送信系のRFアナログ特性は、送信増幅器、アナログ経路、アナログフィルタなどの特性を含み、受信系のRFアナログ特性は、受信増幅器、アナログ経路、アナログフィルタなどの特性を含む。
First, the necessity of calibration in the TDD method will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a diagram illustrating an example of a signal transmission model between
TDD方式の通信では、通信装置が複数アンテナを用いて送信ビーム形成を行うにあたり、伝搬路可逆性を利用できる利点に期待が寄せられている。可逆性の成り立つTDD方式では上り(下り)リンクのチャネルを測定することで、下り(上り)リンクのチャネル状態を把握できる。その結果、受信側の通信装置がチャネル測定結果を制御情報としてフィードバックしなくても、送信側の通信装置は逆リンクでのチャネル測定結果を利用して送信ビーム制御が可能となる。たとえば、基地局から無線端末局への送信ビーム制御では、基地局は、無線端末局から自局への上りリンクにおけるチャネル測定結果を利用できる。しかしながら、現実には、図1に示したように実伝搬路での可逆性は成り立つものの、各送受信系アナログデバイスには特性差がある。そのため、送受信信号には、上りリンクと下りリンクで異なる位相雑音が加わり、デジタル領域で測定される伝搬路は上下リンクで異なる。従って、伝搬路可逆性(逆リンクでのチャネル測定結果)を利用するためには送受信アナログ特性差を補償するキャリブレーションが必要となる。ここで、RFアナログ特性T1,T2,…,TM又は送信電力が大きく変化すると、それに応じて送信増幅器の特性も変化する。すなわち、送信増幅器の特性は送信電力依存性を持つのが一般的である。 In TDD communication, there is an expectation that the communication device can use propagation path reversibility when performing transmission beam formation using a plurality of antennas. In the TDD scheme with reversibility, the channel state of the downlink (uplink) can be grasped by measuring the channel of the uplink (downlink). As a result, even if the receiving communication apparatus does not feed back the channel measurement result as control information, the transmitting communication apparatus can perform transmission beam control using the channel measurement result on the reverse link. For example, in transmission beam control from a base station to a wireless terminal station, the base station can use the channel measurement result in the uplink from the wireless terminal station to itself. However, in reality, as shown in FIG. 1, although reversibility in the actual propagation path is established, there is a characteristic difference between each transmission / reception system analog device. Therefore, different phase noises are added to the transmission and reception signals in the uplink and the downlink, and the propagation path measured in the digital domain differs between the uplink and the downlink. Therefore, in order to use the propagation path reversibility (reverse link channel measurement result), calibration to compensate for the difference between transmission and reception analog characteristics is required. Here, when the RF analog characteristics T 1 , T 2 ,..., T M or the transmission power change greatly, the characteristics of the transmission amplifier also change accordingly. That is, the characteristics of the transmission amplifier generally have transmission power dependency.
したがって、本発明にかかる通信装置では、以下の各実施の形態で示す手順によりキャリブレーションを実行する。 Therefore, in the communication apparatus according to the present invention, calibration is executed according to the procedure shown in the following embodiments.
実施の形態1.
図2は、本実施の形態における通信装置の構成例を示す図であり、キャリブレーションを行うために必要な最小限の構成例を示している。図2に示したように、本実施の形態の通信装置1は、DAC111〜11M、増幅器121〜12M、減衰器131〜13M、ADC141〜14Mおよび制御部15を含む。また、減衰器131〜13Mには、それぞれアンテナが接続させている。なお、各増幅器の増幅率および各減衰器の減衰率は可変とする。本実施の形態ではキャリブレーション時に送信する試験信号を減衰器により減衰さることを特徴とする。
FIG. 2 is a diagram illustrating a configuration example of the communication apparatus according to the present embodiment, and illustrates a minimum configuration example necessary for performing calibration. As shown in FIG. 2, the
DAC11m(m=1,2,…,M)は、デジタル/アナログコンバータであり、入力されたデジタル信号をアナログ信号に変換する。増幅器12mは、入力信号を増幅させる。減衰器13mは、入力信号を減衰させる。ADC14mは、アナログ/デジタルコンバータであり、入力されたアナログ信号をデジタル信号に変換する。制御部15は、増幅器12mが増幅処理を行う際の増幅率および減衰器13mが減衰処理を行う際の減衰率を個別に決定し、決定結果に従った処理を実行するように各増幅器および減衰器を制御する。
The DAC 11 m (m = 1, 2,..., M) is a digital / analog converter, and converts an input digital signal into an analog signal. The
なお、DAC11mから出力された信号(送信信号)は、増幅器12mによる増幅処理やフィルタリング処理を含む所定の処理が実行された後、減衰器13mへ入力される。そして、減衰器13mにおいて電力値が所望の値となるように調整された後、対応するアンテナを介して送信される。このときのDAC11mから出力され減衰器13mに入力されるまでの系(送信系)におけるRFアナログ特性を図2では「Tm」で示している。また、各アンテナで受信された信号は、対応する減衰器13mから出力され、所定の処理が実行された後、ADCへ入力される。このときの減衰器13mから出力されADC14mに入力されるまでの系(受信系)におけるRFアナログ特性を図2では「Rm」で示している。
The signal (transmission signal) output from the
つづいて、本実施の形態の通信装置1の動作について、図3を用いて説明する。図3は、通信装置1の動作の一例を示すフローチャートであり、キャリブレーションを実行した後に他の通信装置と通信する場合の制御手順を示している。
Subsequently, the operation of the
(制御#1)キャリブレーションを行うにあたり、制御部15は、各増幅器の増幅率及び減衰器の減衰率を決定し、決定した増幅率および減衰率を各増幅器及び各減衰器へそれぞれ設定する(ステップS31)。ここでは、各増幅器で使用する増幅率が通常動作時(他の通信装置と通信を行う場合)に使用する値にできるだけ近くなるように、かつ各減衰器で減衰させた後の信号(試験信号)の電力が既存のキャリブレーション処理時に送信する試験信号の電力(所望電力)に近くなるように(キャリブレーションで使用できる電力の試験信号となるように)、増幅率および減衰率を設定する。すなわち、従来の(既存の)キャリブレーション処理では、増幅器のみを制御し、増幅率を通常動作時とは異なる値とすることにより試験信号の電力が所望の値となるように調整しているのに対して、通信装置1では、増幅率および減衰率を制御し、通常動作時に増幅器12mから出力する信号(通信信号)の電力とキャリブレーション処理時に増幅器12mから出力する信号(試験信号)の電力とを同程度に保ちつつ受信側での試験信号の受信電力が所望の値となるように調整する。
(Control # 1) In performing calibration, the
(制御#2)次に、アナログ特性差を補償するキャリブレーションを行う(ステップS32)。具体的には、自身が備えるアンテナ間で試験信号のやり取りを行いアンテナ間のアナログ特性差を補償する。なお、キャリブレーション方法には従来からさまざまな方法があり、既存のいかなる方法を用いても構わない。 (Control # 2) Next, calibration is performed to compensate for the analog characteristic difference (step S32). Specifically, the test signal is exchanged between the antennas provided in itself to compensate for the analog characteristic difference between the antennas. There are various conventional calibration methods, and any existing method may be used.
(制御#3)他の通信装置との間で通信信号の送受信を行う場合、制御部15は、各減衰器(減衰器131〜13M)の減衰率を低減するように制御を行い、通信信号の送受信を行う(ステップS33)。特別な場合として、減衰率を0とし、減衰を行わない構成としてもよい。なお、増幅率については、通常動作時に使用する増幅率となるように制御する。また、上記(制御#2)で実行したキャリブレーション結果を反映させた通信信号を送信する。
(Control # 3) When transmitting / receiving a communication signal to / from another communication device, the
以上のように、通信装置1は減衰器を備え、上記(制御#1)ではキャリブレーション実行時の減衰器の減衰率を高める(入力信号の電力を下げる)ように設定を行い、さらに、増幅器の増幅率を従来のキャリブレーション方法を実行する場合よりも大きな値に設定することとした。すなわち、キャリブレーション用の試験信号を一旦大きく増幅させた後、減衰されてから送信することとした。これにより、受信側(受信系)では従来のキャリブレーション方法を実行する場合と同程度の電力で試験信号を受信できる。したがって、キャリブレーション用の試験信号送信時と通信信号送信時における送信増幅器の送信電力又は増幅率の差を従来技術よりも小さくでき、送信増幅器の電力依存性の問題を緩和できる。この結果、従来のキャリブレーション方法ではキャリブレーションを行ってもキャリブレーション時と通信時の送信電力の違いによる増幅器特性変化が問題となったが、本実施の形態の通信装置1では、この問題を低減できる。
As described above, the
特に、望ましい構成としては、(制御#1)において増幅器の増幅率を通信信号送信時と同じとし、キャリブレーション用の試験信号を受信系が受信できるよう減衰器の減衰率を大きく調整する。この場合、増幅器の設定は通信時(通常動作時)とキャリブレーション実行時で同じ電力状態となるため、通信時と同じ状態でキャリブレーションを行える。その結果、キャリブレーション時に送信する試験信号と通信時送信する通信信号の送信電力の差によって生じた増幅器の特性差の問題を完全に解消できる。 In particular, as a desirable configuration, in (Control # 1), the amplification factor of the amplifier is set to be the same as that during transmission of the communication signal, and the attenuation factor of the attenuator is greatly adjusted so that the reception system can receive the test signal for calibration. In this case, since the amplifier is set in the same power state during communication (during normal operation) and during calibration, calibration can be performed in the same state as during communication. As a result, it is possible to completely eliminate the problem of the difference in amplifier characteristics caused by the difference in transmission power between the test signal transmitted during calibration and the communication signal transmitted during communication.
ここで、本実施の形態では、上述した(制御#1)および(制御#2)で減衰器特性を含めてキャリブレーションを行うのに対して、(制御#3)では減衰率をキャリブレーション時と異なる値として通信信号の送受信を行うが、この場合にも上下リンクの可逆性を維持できることを説明する。 Here, in the present embodiment, calibration is performed including the attenuator characteristics in (Control # 1) and (Control # 2) described above, whereas in (Control # 3), the attenuation rate is adjusted during calibration. The transmission / reception of the communication signal is performed as a value different from the above, but it will be described that the reversibility of the up / down link can be maintained also in this case.
まず、(制御#1)および(制御#2)の減衰器の設定状態では、キャリブレーションによって上下リンクの伝搬路可逆性を利用できる状態が構築される。次に、減衰器は一般に上下リンクで同じ特性を有する点に着目すると、減衰率を変化させたとしても上下リンクの減衰率は同一の設定となる。すなわち、下り(又は上り)リンクで減衰率が変化した分、上り(下り)リンクにおいても減衰率が変化し、減衰率を変化させた後も上下リンクの間の可逆性は維持される。このように、キャリブレーション時と通常動作時(通信信号送信時)とで減衰器の減衰率を変更しても、TDD方式における伝搬路可逆性を維持できる。 First, in the setting state of the attenuators of (control # 1) and (control # 2), a state is established in which the uplink / downlink propagation path reversibility can be used by calibration. Next, focusing on the fact that the attenuators generally have the same characteristics in the upper and lower links, even if the attenuation factor is changed, the attenuation factors of the upper and lower links are set to be the same. That is, as the attenuation factor changes in the downlink (or uplink), the attenuation factor also changes in the uplink (downlink), and the reversibility between the uplink and downlink is maintained even after the attenuation factor is changed. Thus, even if the attenuation rate of the attenuator is changed between calibration and normal operation (when transmitting a communication signal), the channel reversibility in the TDD scheme can be maintained.
以上をまとめると、本実施の形態では、キャリブレーション時に、試験信号を送信するアンテナの送受信系に共通する部分に減衰器を挿入することを特徴とし、この系における送信増幅率を大きくすることで増幅器を通信信号送信時に近い状態として送信増幅器の電力依存性の問題を解消する。また、通常動作時(通信信号の送信時)には減衰器の減衰率を0又は小さくすることを特徴とし、伝搬路可逆性を利用できる状態と保ったまま、アンテナから放射される送信電力を通信に必要な値とする。本実施の形態で示した手順でキャリブレーションを行うことにより、従来のキャリブレーションにおいて問題であった送信増幅器の電力依存性の問題を解消できる。 In summary, the present embodiment is characterized in that an attenuator is inserted in a portion common to the transmission / reception system of the antenna that transmits the test signal at the time of calibration, and the transmission amplification factor in this system is increased. The amplifier is brought into a state close to that at the time of communication signal transmission to solve the problem of power dependency of the transmission amplifier. In normal operation (when transmitting a communication signal), the attenuation factor of the attenuator is set to 0 or small, and the transmission power radiated from the antenna is reduced while maintaining the channel reversibility. The value required for communication. By performing calibration according to the procedure shown in the present embodiment, the problem of the power dependency of the transmission amplifier, which has been a problem in the conventional calibration, can be solved.
また、図2に示した通信装置は、説明の便宜上アンテナ数と同じ数の減衰器を備えた構成としたが、一部のアンテナに対応する系のみが減衰器を備える構成であってもよい。すなわち、少なくとも1つのアンテナの系のみが減衰器を備えた構成であればよい。例えば、2アンテナのキャリブレーションでは、一方のアンテナ(基準アンテナ)の系に対してのみ減衰器を挿入すれば、上記(制御#1)および(制御#2)で示した手順でのキャリブレーションが実現できる。このとき、基準アンテナからは減衰された試験信号が送信される。一方、基準アンテナ以外のアンテナからは減衰されていない試験信号が送信されるが、この信号は、基準アンテナで受信された後、減衰される。 Further, although the communication apparatus shown in FIG. 2 is configured to include the same number of attenuators as the number of antennas for convenience of explanation, only a system corresponding to some antennas may be configured to include attenuators. . That is, it is only necessary that at least one antenna system includes an attenuator. For example, in the calibration of two antennas, if an attenuator is inserted only into the system of one antenna (reference antenna), the calibration in the procedure shown in (Control # 1) and (Control # 2) is performed. realizable. At this time, the attenuated test signal is transmitted from the reference antenna. On the other hand, an unattenuated test signal is transmitted from an antenna other than the reference antenna, and this signal is attenuated after being received by the reference antenna.
また、上記説明では、図2に示した通信装置1が備える各減衰器の減衰率を可変とし、上記(制御#3)として、制御部15が各減衰器の減衰率を低減させる(0とする場合を含む)場合の例について示したが、各減衰器の減衰率は可変でなくてもよい。たとえば、図4に示したように、減衰器あり/なしを選択するための切り替えスイッチ21mを備えた構成とすれば、各減衰器減衰率は可変でなくてもよい。この場合、「減衰器なし」は「減衰率0」の状態に相当する。通信装置1aの制御部15aは、通信装置1の制御部15が行う減衰器13mの減衰率の制御に代えて、切り替えスイッチ21mの制御を行う。なお、切り替えスイッチ21mおよび制御部15aが信号選択手段としての動作を行う。
In the above description, the attenuation rate of each attenuator included in the
実施の形態2.
つづいて、実施の形態2について説明する。実施の形態1では、上記(制御#2)で実行するキャリブレーションの方法として、既存の方法が利用可能であることを述べたが、本実施の形態では、既存方法の一例として、上記特許文献1に記載された技術を利用する場合について説明する。
Next, the second embodiment will be described. In the first embodiment, it has been described that the existing method can be used as the calibration method executed in the above (Control # 2). However, in the present embodiment, as an example of the existing method, the above-mentioned patent document The case where the technique described in 1 is used will be described.
図5は、実施の形態2の通信装置の構成例を示す図である。本実施の形態の通信装置1bは、実施の形態1の通信装置1(図2参照)に対して、チャネル測定・補正係数制御部31および補正部32が追加された構成をとる。なお、これら以外の部分については、実施の形態1で説明した通信装置1の各部と同一であるため、同一の符号を付してその説明を省略する。
FIG. 5 is a diagram illustrating a configuration example of the communication apparatus according to the second embodiment. The communication device 1b according to the present embodiment has a configuration in which a channel measurement / correction
チャネル測定・補正係数制御部31は、各アンテナについてのキャリブレーションを行い、補正部32が各アンテナから送信する信号を補正する際に使用する補正係数を算出する。すなわち、キャリブレーション手段としての動作を行う。補正部32は、チャネル測定・補正係数制御部31により算出された補正係数を利用して、各アンテナから送信する信号を補正する。
The channel measurement / correction
特許文献1に記載のキャリブレーション装置によるキャリブレーション(位相差検出方法)は3アンテナ以上の場合に適用可能であるが、上記(制御#2)としてそのまま適用可能である。この場合、通信装置1bは、アンテナ間の距離又は位相差のデータをあらかじめ保持しておく。データは、たとえばチャネル測定・補正係数制御部31で保持しておく。
The calibration (phase difference detection method) by the calibration apparatus described in
キャリブレーションでは、まず、アンテナ#1および#2からアンテナ#M(M≧3)へパイロット信号(試験信号)を送信してチャネル測定・補正係数制御部31がアンテナ#Mにおけるチャネル測定を行い(S51、S52)、次に、アンテナ#Mからアンテナ#1および#2へパイロット信号を送信してチャネル測定・補正係数制御部31がアンテナ#1およびアンテナ#2におけるチャネル測定を行う(S53、S54)。
In calibration, first, a pilot signal (test signal) is transmitted from
次に、上記チャネル測定を実行して得られた各チャネル測定値と、保持しておいたアンテナ間の距離又は位相差のデータと、に基づいて、チャネル測定・補正係数制御部31が補正係数を決定し、補正部32は、アンテナごとに、送信信号の位相補正を行う。補正方法の詳細は特許文献1に記載された手順と同様である。すなわち、補正部32は、入力された各送信信号に対して、対応する補正係数を乗算することにより位相補正を行う。
Next, the channel measurement / correction
このように、上述した(制御#2)におけるキャリブレーション方法として、特許文献1に記載のキャリブレーション装置によるキャリブレーションが適用可能である。
Thus, as a calibration method in the above-described (Control # 2), calibration by the calibration device described in
なお、本実施の形態では、通信装置1に対してチャネル測定・補正係数制御部31および補正部32を追加して通信装置1bを実現する場合について説明したが、通信装置1a(図4参照)に対してチャネル測定・補正係数制御部31および補正部32を追加することも可能である。
In the present embodiment, the case where the communication device 1b is realized by adding the channel measurement / correction
実施の形態3.
つづいて、実施の形態3について説明する。本実施の形態では、上記(制御#2)におけるキャリブレーションの方法として、上記実施の形態2で示した方法とは異なる方法を利用する場合について説明する。
Embodiment 3 FIG.
Next, Embodiment 3 will be described. In the present embodiment, a case will be described in which a method different from the method shown in the second embodiment is used as the calibration method in (Control # 2).
図6は、実施の形態3の通信装置による信号伝送モデルの一例を示す図であり、TDD方式の通信装置である基地局の1アンテナと無線端末のアンテナ#mとの間の伝送モデルを示している。なお、図6に示した本実施の形態の通信装置(無線端末)の構成は、実施の形態2で示した通信装置1bと同様であり、同一部分には同一の符号を付している。なお、補正部32は、入力信号に対して補正係数(um)を乗算する複数の補正係数乗算部32m(m=1,…,M)を備えている。以下、基地局および無線端末のアンテナ#mの送信アナログ利得をそれぞれTBS,Tm、受信アナログ利得をそれぞれRBS,Rmとして説明を行う。通常、無線通信システムにおいてTBS,Tm,RBS,Rmは、フェージング周期に比べて十分長い時間単位tRF(例えば、10秒以上)でアナログデバイスの温度特性に応じて変動する。
FIG. 6 is a diagram illustrating an example of a signal transmission model by the communication device according to the third embodiment, and illustrates a transmission model between one antenna of a base station that is a TDD communication device and antenna #m of a wireless terminal. ing. The configuration of the communication device (wireless terminal) of the present embodiment shown in FIG. 6 is the same as that of communication device 1b shown in the second embodiment, and the same parts are denoted by the same reference numerals. The
このとき、基地局と無線端末のアンテナ#mの間のデジタル領域において測定される上りリンク測定伝搬路の利得hm (UL)および下りリンク測定伝搬路の利得hm (DL)はそれぞれ次式(1)で表される。
hm (UL)=Tm・gm (UL)・RBS
hm (DL)=TBS・gm (DL)・Rm …(1)
At this time, each of the uplink measurement channel gain h m (UL) and downlink measurement channel gain h m (DL) by the following equation which is measured in the digital domain between the antenna #m of the base station and the wireless terminal It is represented by (1).
h m (UL) = T m · g m (UL) · R BS
h m (DL) = T BS · g m (DL) · R m (1)
ここで、gm (UL),gm (DL)はそれぞれ上りリンクおよび下リンクにおける基地局と無線端末のアンテナ#mの間の実伝搬路の利得である。電波伝搬理論によれば変動の無い実伝搬路では可逆性が成り立ちgm (UL)=gm (DL)となる。この関係は、アンテナのカップリングや種々の反射のある無線通信環境で成り立つ。 Here, g m (UL) and g m (DL) are gains of the actual propagation path between the base station and the antenna #m of the wireless terminal in the uplink and the downlink, respectively. According to the radio wave propagation theory, reversibility occurs in an actual propagation path without fluctuation, and g m (UL) = g m (DL) . This relationship holds in a wireless communication environment with antenna coupling and various reflections.
ここでは、図6に示すように無線端末のアンテナ#mのデジタル領域(無線端末の各アンテナに対応するデジタル信号処理部)においてそれぞれ複素補正係数um(m=1,…,M)を送信信号に乗じてキャリブレーションを行う。具体的には、補正係数乗算部32mが複素補正係数umを乗算する。このとき、基地局と無線端末のアンテナ#mの間の補正を行った上りリンク測定伝搬路はumhm (UL)、補正を行った下りリンクの測定伝搬路はhm (DL)と表される。従って、無線端末のアンテナ#m(m=1,…,M)と基地局の間で可逆性を維持するためには次式(2)の条件が必要となる。
Here, as shown in FIG. 6, complex correction coefficients u m (m = 1,..., M) are transmitted in the digital domain of antenna #m of the wireless terminal (digital signal processing unit corresponding to each antenna of the wireless terminal). Multiply the signal to calibrate. Specifically, the correction
式(1)を用いると、式(2)は次式(3)の形式に書き表せる。 Using equation (1), equation (2) can be written in the form of equation (3) below.
ここで、u1=1と設定し、さらに、um(m=2,…,M)を次式(4)に設定すれば上式(3)は満たされる。 Here, if u 1 = 1 is set and u m (m = 2,..., M) is set to the following equation (4), the above equation (3) is satisfied.
ここで、hm self,Fは無線端末のアンテナ#mからアンテナ#1への測定伝搬路の利得、hm self,Rは無線端末のアンテナ#1からアンテナ#mへの測定伝搬路の利得であり、これらは、それぞれ次式(5)で表される。
hm self,F=(LmTm)・gm self,F・(L1R1)
hm self,R=(L1Tl)・gm self,R・(LmRm) …(5)
Here, h m self, F is the gain of the measurement propagation path from antenna #m to
h m self, F = (L m T m ) · g m self, F · (L 1 R 1 )
h m self, R = (L 1 T l ) · g m self, R · (L m R m ) (5)
ここで、Lmは無線端末のアンテナ#mに対応する減衰器の利得、gm self,Fは無線端末のアンテナ#mからアンテナ#1への実伝搬路の利得、gm self,Rは無線端末のアンテナ#1からアンテナ#mへの実伝搬路の利得であり、実伝搬路では可逆性(gm self,R=gm self,F)が成り立つ。上式(5)ではキャリブレーション時の各アンテナにおける減衰器の影響Lmを含んでいる。
Here, L m is the gain of the attenuator corresponding to the antenna #m of the wireless terminal, g m self, F is the gain of the actual propagation path from the antenna #m of the wireless terminal to the
従って、減衰器の存在下で上式(4)の係数を設定すれば、キャリブレーションを行える。以下に、本実施の形態の通信装置におけるキャリブレーション(実施の形態1で示した(制御#2)におけるキャリブレーション)の手順を示す。なお、本手順のフローチャートを図7に示す。 Therefore, calibration can be performed by setting the coefficient of the above equation (4) in the presence of an attenuator. The procedure of calibration (calibration in (control # 2) shown in the first embodiment) in the communication apparatus of the present embodiment will be described below. A flowchart of this procedure is shown in FIG.
(手順#2−1)各アンテナ#mからパイロット信号(試験信号)を送信し、さらに、これらのパイロット信号をアンテナ#1で受信し、受信パイロット信号を用いてアンテナ#m(m=2,…,M)からのパイロット信号に対応するチャネル(測定伝搬路の利得)hm self,Fを測定する(ステップS71)。チャネル測定は、チャネル測定・補正係数制御部31が行う。
(手順#2−2)アンテナ#1からパイロット信号を送信し、さらに、このパイロット信号をアンテナ#m(M=2,…,M)で受信し、受信パイロット信号を用いてアンテナ#1からのパイロット信号に対応する各チャネルhm self,Rを測定する(ステップS72)。チャネル測定は、チャネル測定・補正係数制御部31が行う。
(手順#2−3)チャネル測定・補正係数制御部31は、上記手順(2−1)および(2−2)を実行して得られた測定チャネル情報hm self,F,hm self,R(m=2,…,M)を用いて、アンテナ#mの補正係数um=hm self,R/hm self,Fを算出する(ステップS73)。
(Procedure # 2-1) A pilot signal (test signal) is transmitted from each antenna #m, and further, these pilot signals are received by the
(Procedure # 2-2) A pilot signal is transmitted from the
(Step # 2-3) channel measurement and the correction
このように、本実施の形態のキャリブレーションでは、チャネル測定・補正係数制御部31において、特定の1つのアンテナから信号を送信してm番目のアンテナにおいてチャネルを測定し、さらに、m番目のアンテナから信号を送信して当該特定のアンテナでチャネルを測定し、前記2つのチャネル測定値の比を用いて送信信号または受信信号の振幅位相(振幅および位相)または位相を補正することとしたので、測定伝搬路において可逆性を保持できる。伝搬路可逆性を保持できることは上述の式(1)〜(5)における理論展開としても証明される。
As described above, in the calibration according to the present embodiment, the channel measurement / correction
なお、本実施の形態で述べた手法は、実施の形態2で示したキャリブレーションとは異なり、アンテナ間隔等のデータを予め保持しておく必要がない(アンテナ間隔等のデータを利用せずにキャリブレーションが実行できる)。また、実施の形態2で示したキャリブレーションは3アンテナ以上の場合に適用可能であったが、本実施の形態のキャリブレーションは2アンテナ以上(M≧2)であれば適用可能である。 Note that the method described in the present embodiment, unlike the calibration described in the second embodiment, does not need to store data such as antenna intervals in advance (without using data such as antenna intervals). Calibration can be performed). Further, the calibration shown in the second embodiment is applicable when there are three or more antennas, but the calibration according to the present embodiment is applicable when there are two or more antennas (M ≧ 2).
実施の形態4.
つづいて、実施の形態4について説明する。本実施の形態は実施の形態1で示した(制御#1)において増幅器の増幅率と減衰器の減衰率を決定する方法について説明する。
Embodiment 4 FIG.
Next, the fourth embodiment will be described. In this embodiment, a method for determining the amplification factor of the amplifier and the attenuation factor of the attenuator in (control # 1) shown in the first embodiment will be described.
キャリブレーションを行う際の試験信号の受信電力は受信増幅器の許容範囲に収める必要がある。そこで、まず微弱な試験信号を対象送信アンテナから一旦送信し、対象となる受信アンテナで受信する。その受信電力レベルが許容可能な範囲となるように送信増幅器(図2に示した通信装置1の増幅器12mに相当)の増幅率を上げた後、その状態を基準として以後減衰器(図2に示した通信装置1の減衰器13mに相当)の減衰率と送信増幅器の増幅率を同じ変化率で増加させる。例えば、増幅率を10dB増加すれば、減衰率も同時に10dB増加する。この操作を送信増幅器の増幅率が通信信号送信状態と同程度となるまで、何度も繰り返す。
The received power of the test signal when performing calibration needs to be within the allowable range of the receiving amplifier. Therefore, first, a weak test signal is once transmitted from the target transmitting antenna and received by the target receiving antenna. After increasing the amplification factor of the transmission amplifier (corresponding to the
送信増幅器の増幅率とこれに対応する減衰器の減衰率を同じ率で同時に変更することにより、試験信号を受信するアンテナでは同じ受信電力状態を保つことができる。また、受信側での受信電力を受信増幅器の許容範囲内に収めた状態を維持したまま送信増幅器を通信時と同じ状態に近づけることができる。 By simultaneously changing the amplification factor of the transmission amplifier and the attenuation factor of the corresponding attenuator at the same rate, the antenna receiving the test signal can maintain the same reception power state. In addition, the transmission amplifier can be brought close to the same state as during communication while maintaining the state where the reception power on the reception side is within the allowable range of the reception amplifier.
このように、送信増幅器の増幅率と減衰器の減衰率を同じ率で何度も変更することも本発明の特徴の一つに属する。 Thus, it is also one of the features of the present invention that the amplification factor of the transmission amplifier and the attenuation factor of the attenuator are changed many times at the same rate.
以上のように、本発明にかかる通信装置およびキャリブレーション方法は、複数アンテナのキャリブレーションを行う場合に有用であり、特に、近接するアンテナ間で試験信号を送受信してキャリブレーションを行う通信装置およびキャリブレーション方法に適している。 As described above, the communication device and the calibration method according to the present invention are useful when performing calibration of a plurality of antennas, and in particular, a communication device that performs calibration by transmitting and receiving test signals between adjacent antennas, and Suitable for calibration method.
1、1a、1b 通信装置
111〜11M DAC
121〜12M 増幅器
131〜13M 減衰器
141〜14M ADC
15、15a 制御部
211〜21M 切り替えスイッチ
31 チャネル測定・補正係数制御部
32 補正部
321〜32M 補正係数乗算部
1, 1a,
12 1 to 12 M
15,
Claims (10)
前記アンテナから送信する信号の電力を調整する構成として、
入力信号を増幅させる増幅手段と、
前記増幅手段から出力された信号を減衰させる、減衰率が可変の減衰手段と、
前記減衰手段の減衰率を制御する制御手段と、
を備え、
前記制御手段は、前記減衰手段が試験信号を減衰させる場合、減衰後の試験信号がキャリブレーション処理で使用可能な電力の信号となるように、前記減衰率を制御することを特徴とする通信装置。 A TDD communication apparatus that has a plurality of antennas and calibrates the plurality of antennas by transmitting and receiving test signals between the plurality of antennas,
As a configuration for adjusting the power of the signal transmitted from the antenna,
Amplifying means for amplifying the input signal;
Attenuating means for attenuating the signal output from the amplifying means, and a variable attenuation factor;
Control means for controlling the attenuation rate of the attenuation means;
With
When the attenuation means attenuates a test signal, the control means controls the attenuation rate so that the attenuated test signal becomes a power signal that can be used in calibration processing. .
前記制御手段は、前記減衰率を変更する場合、当該減衰率の変更量と同じ変更量で前記増幅率を変更することを特徴とする請求項1、2または3に記載の通信装置。 The amplification factor of the amplification means is variable,
4. The communication apparatus according to claim 1, wherein the control unit changes the amplification factor by the same change amount as the change amount of the attenuation factor when changing the attenuation factor. 5.
前記複数のアンテナの中の一部のアンテナである第1のアンテナ経由で送信され、当該第1のアンテナとは異なる第2のアンテナ経由で受信された試験信号に基づいてキャリブレーションを行うキャリブレーション手段と、
前記キャリブレーション手段によるキャリブレーション結果に基づいて、他の通信装置へ送信する信号の位相を補正する補正手段と、
を備えることを特徴とする請求項1〜4のいずれか一つに記載の通信装置。 further,
Calibration for performing calibration based on a test signal transmitted via a first antenna that is a part of the plurality of antennas and received via a second antenna different from the first antenna Means,
Correction means for correcting the phase of a signal to be transmitted to another communication device based on a calibration result by the calibration means;
The communication apparatus according to any one of claims 1 to 4, further comprising:
前記アンテナから送信する信号の電力を調整する構成として、
入力信号を増幅させる増幅手段と、
前記増幅手段から出力された信号を減衰させる減衰手段と、
前記増幅手段から出力された第1の信号と、当該第1の信号を前記減衰手段により減衰させて得られた第2の信号と、のいずれか一つを選択し、前記複数のアンテナのすべてまたは一部を介して送信する信号選択手段と、
を備え、
前記信号選択手段は、試験信号を送信する場合、前記第2の信号を選択することを特徴とする通信装置。 A TDD communication apparatus that has a plurality of antennas and calibrates the plurality of antennas by transmitting and receiving test signals between the plurality of antennas,
As a configuration for adjusting the power of the signal transmitted from the antenna,
Amplifying means for amplifying the input signal;
Attenuating means for attenuating the signal output from the amplifying means;
Select one of the first signal output from the amplifying means and the second signal obtained by attenuating the first signal by the attenuating means, and select all of the plurality of antennas. Or a signal selection means for transmitting via a part;
With
The signal selection means, when transmitting a test signal, selects the second signal.
前記複数のアンテナの中の一部のアンテナである第1のアンテナ経由で送信され、当該第1のアンテナとは異なる第2のアンテナ経由で受信された試験信号に基づいてキャリブレーションを行うキャリブレーション手段と、
前記キャリブレーション手段によるキャリブレーション結果に基づいて、他の通信装置へ送信する信号の位相を補正する補正手段と、
を備えることを特徴とする請求項6または7に記載の通信装置。 further,
Calibration for performing calibration based on a test signal transmitted via a first antenna that is a part of the plurality of antennas and received via a second antenna different from the first antenna Means,
Correction means for correcting the phase of a signal to be transmitted to another communication device based on a calibration result by the calibration means;
The communication apparatus according to claim 6, further comprising:
試験信号を増幅させる増幅ステップと、
前記増幅ステップにて増幅された後の試験信号を減衰させ、所望電力の試験信号を生成する減衰ステップと、
前記減衰ステップにて生成された所望電力の試験信号に基づいて、前記複数アンテナのキャリブレーションを行うキャリブレーションステップと、
を含むことを特徴とするキャリブレーション方法。 In a TDD communication apparatus having a plurality of antennas, a calibration method for compensating for an analog characteristic difference for each antenna,
An amplification step for amplifying the test signal;
An attenuation step for attenuating the test signal after being amplified in the amplification step to generate a test signal of desired power;
A calibration step for calibrating the plurality of antennas based on a test signal of desired power generated in the attenuation step;
A calibration method comprising:
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