JP2010041269A - 無線通信装置、無線通信システムおよびキャリブレーション方法 - Google Patents

Abstract

【課題】キャリブレーション用試験信号が他の無線通信装置に与える干渉を低減することができる無線通信装置を得ること。
【解決手段】自己キャリブレーションを実施する無線通信装置であって、下りリンク信号の送信時間帯以外の時間帯であるキャリブレーション候補時間帯を検出するフレーム検出部１４と、キャリブレーション候補時間帯のなかから選択したキャリブレーション時間帯に基づいてキャリブレーションの開始を指示するキャリブレーション制御部１５と、を備え、指示に基づいて自己キャリブレーションを実施する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、複数アンテナ間のキャリブレーションを実施する無線通信装置、無線通信システムおよびキャリブレーション方法に関する。

近年、高速無線通信の需要は多く、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端末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、端末側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。

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、送信ビーム形成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がチャネル情報を必要とする。この際、ＴＤＤ方式で理想的な伝搬路可逆性が得られるとすると、受信機から送信機へパイロット信号を用いてチャネル測定することにより、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。

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ものの、送受信機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）では完全な可逆性が成り立たない。通常、無線機はデジタル領域で伝搬路測定を行うが、可逆性を用いるためには無線機内の送受信系アナログ特性差を補償して、測定伝搬路での可逆性を維持するキャリブレーションが必要となる。

このようなキャリブレーションの技術として、従来から、たとえば、下記特許文献１および非特許文献１に開示されているような自己キャリブレーション技術が知られている。これらの技術では、無線機内の複数アンテナ間で試験信号を送受信することにより、アンテナ間の送受信系アナログ特性差を補償する。

特開２００６−２７９６６８号公報 K.Nishimori，K.Cho，Y.Takatori，T.Hori，"A novel configuration for realizing automatic calibration of adaptive array using dispersed SPDT switches for TDD systems"，IEICE Trans. on Commun.，Vol.E84-B，No.9，pp.2516-2522，Sept. 2001.

しかしながら、上記従来の自己キャリブレーション技術によれば、無線機内の複数アンテナ間で試験信号を送受信する。この際、微弱な送信電力でキャリブレーションを行うことができるが、キャリブレーションを行う無線機の近傍に他の無線機が存在する場合には試験信号が他の無線機へ干渉を及ぼす場合もある。そのため、他の通信中の信号がキャリブレーション用試験信号からの干渉によって品質劣化する可能性がある、という問題があった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、キャリブレーション用の試験信号が他の通信に与える干渉を低減し、他の無線通信装置の通信品質劣化を防ぐことができる無線通信装置、無線通信システム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。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、自己キャリブレーションを実施する無線通信装置であって、下りリンク信号の送信時間帯以外の時間帯であるキャリブレーション候補時間帯を検出するフレーム検出手段と、前記キャリブレーション候補時間帯のなかからキャリブレーション時間帯を選択し、選択したキャリブレーション時間帯に基づいてキャリブレーションの開始を指示するキャリブレーション制御手段と、を備え、前記指示に基づいて前記自己キャリブレーションを実施することを特徴とする。

この発明によれば、キャリブレーションを行う無線通信装置が、上りリンクの時間帯でキャリブレーションを実施するようにしたので、キャリブレーション用の試験信号が他の通信に与える干渉を低減し、他の無線通信装置の通信品質劣化を防ぐことができる、という効果を奏する。

以下に、本発明にかかる無線通信装置、無線通信システム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。

実施の形態１．
図１は、本発明にかかる無線通信装置の実施の形態１の機能構成例を示す図である。本実施の形態では、本発明にかかる無線通信装置として端末１を例に説明する。図１に示すように、本実施の形態の端末１は、アンテナ１１−１，１１−２と、受信信号に所定の受信処理を行う信号受信部１２−１，１２−２と、送信信号に所定の送信処理を行う信号送信部１３−１，１３−２と、上りまたは下りフレームの検出を行うフレーム検出部１４と、自己キャリブレーションを制御するキャリブレーション制御部１５と、を備えている。なお、本実施の形態では、アンテナ，信号受信部，信号送信部を２式備える構成を示しているが、これらの構成要素は、２式以上であれば何式備えていてもよい。

図２−１，２−２は、自己キャリブレーション（以下、キャリブレーションという）の実施タイミングと他端末への影響を示す図である。図中の端末１−１，１−２は、図１の端末１と同様の機能を有する端末であり、両端末は近接しているとする。端末１−２は、基地局２と通信を行い、また、端末１−１は、自己キャリブレーションを実施することとする。なお、ここでは、端末１−２は、図１の端末１と同様の機能を有する端末としたが、これに限らず、他の構成の端末としてもよいし、また、端末以外の基地局２と通信を行う無線機であってもよい。

一般に、端末がキャリブレーションを行う際の試験信号の送信電力は微弱であり、他の無線機がその端末からある程度離れている場合には、距離減衰によって試験信号が他の無線機に及ぼす干渉は非常に小さくなる。しかし、キャリブレーションを行う端末から近い距離に他の無線機が存在する場合には、試験信号が微弱であっても他の無線機では大きな干渉電力として受信される。

本実施の形態では、同じ周波数帯を用いて上りリンク（端末１−１，１−２から基地局２への送信）と下りリンク（基地局２から端末１−１，１−２への送信）を交互に切り替えるＴＤＤ方式を想定することとする。図２−１は、下りリンクで、端末１−１がキャリブレーションを行う例を示し、図２−２は、上りリンクで、端末１−１がキャリブレーションを行う例を示している。

図２−１に示すように、端末１−１が、下りリンクの時間帯でキャリブレーションのための試験信号であるキャリブレーション試験信号ＣＳを放射すると、端末１−２が基地局２から下りリンクでデータを受信している場合に大きな干渉を及ぼす恐れがある。特に、多くの人が密集している駅、市街地付近では、多くの人が移動通信を利用するため、１つの端末のキャリブレーション試験信号が周辺の多くの端末に干渉を及ぼしかねない。その結果、周辺端末の通信受信品質が大きく劣化し、無線通信サービスに深刻な影響を及ぼす恐れがある。

これに対して、図２−２に示すように、端末１−１が、上りリンクの時間帯でキャリブレーション試験信号ＣＳを放射すると、端末１−２は信号を送信する可能性はあるが、信号の受信はしておらず干渉の影響を受けない。この場合、基地局２は端末１−１からのキャリブレーション試験信号ＣＳを受信する可能性はあるが、ここでは、端末１−１が基地局２とある程度の距離を有し、基地局２に到達する干渉電力は非常に小さいとする。その結果、端末１−１が、下りリンク以外の時間帯、特に上りリンク、でキャリブレーションを行う場合には、キャリブレーション試験信号が他の通信に及ぼす干渉を非常に小さく抑えることができる。本実施の形態では、上りリンクで端末がキャリブレーションを行うことにより、他の通信の品質劣化を防ぐ。

なお、実環境では以下の２つの理由から、端末１−１と基地局２の距離はある程度離れており、端末１−１と端末１−２は近接している可能性が高いことがわかる。
１）基地局は、通常、端末よりも高い位置に設置されることが多く、端末が基地局の近傍に位置する状況となる頻度は低い。
２）基地局がサポートするセルの中には数多くの端末が存在し、端末は互いに同程度の高さで利用される場合が多い。したがって、特に駅、市街地などでは、端末は数が多く、互いに近傍に位置する確率が高い。

なお、ＴＤＤ方式では下りリンク，上りリンク以外にガード時間などの時間帯も存在する。従って、「下りリンク以外の時間帯」には上りリンク時間帯に加えてガード時間なども含まれる。本実施の形態では、説明を簡単にするため端末が上りリンクでキャリブレーションを行う場合を主に説明するが、ガード時間でキャリブレーションを行うようにしてもよい。

つづいて、本実施の形態の動作について図１を用いて説明する。端末１−１は、まず基地局２から送信されるビーコン信号またはパイロット信号等を、アンテナ１１−１が受信し、信号受信部１２−１が、受信した信号に対して所定の受信処理を行い、フレーム検出部１４が、処理後の信号について上りおよび下りリンクのフレーム検出を行い、基地局２と同期を確立する。フレーム検出には多くの手法が従来から知られており、そのいかなる方法であっても構わない。

フレーム検出部１４が、フレームを検出して基地局２とのフレーム同期を確立すると、フレーム検出部１４はキャリブレーション制御部１５に上りリンクのフレームを検出して通知し（上りリンクの時間帯内のフレームであることを通知し）、キャリブレーション制御部１５は通知に基づいてキャリブレーションの開始タイミングを決定して、キャリブレーションの開始を信号送信部１３−１，１３−２および信号受信部１２−１，１２−２に指示する。なお、ここでは、上りリンクの時間帯のなかからのキャリブレーションの時間帯を任意に選択することとし、フレーム検出部１４は、上りリンクのフレームを検出して通知しているが、これに限らず、下りリンクのフレーム以外の時間帯であれば、他の時間帯を検出して通知するようにしてもよい。たとえば、ガード時間帯でキャリブレーションを行う場合には、ガード時間帯であることをフレーム検出部１４がキャリブレーション制御部１５に通知するようにすればよい。

キャリブレーションの開始の指示として、具体的には、キャリブレーション制御部１５は、信号送信部１３−１，１３−２にキャリブレーション試験信号の送信を指示する。そして、送信されたキャリブレーション試験信号をアンテナ１１−１，１１−２が受信し、信号受信部１２−１，１２−２が受信した信号を受信処理する。キャリブレーション制御部１５は、その受信処理された信号をキャリブレーション試験信号に対する応答として信号受信部１２−１，１２−２から取得し、応答に基づいて上下リンクで可逆伝搬路を維持するための適切な補正係数を算出する。キャリブレーションの方法（キャリブレーションの手順や補正係数の算出方法など）は従来から多くの方法が知られており、そのいかなる方法であっても構わない。

また、ここでは端末１−１が、自らが行うフレーム検出に基づき自律的にキャリブレーションを実行する例を示したが、基地局２が端末１−１のキャリブレーションの利用タイミングを通知して基地局２がキャリブレーションのタイミングを制御するようにしても構わない。この場合、たとえば、端末１−１が基地局２へキャリブレーション要求信号を送信し、基地局２が端末１−１へキャリブレーションを実行するタイミングを制御信号として通知し、そして、端末１−１が指示されたタイミングでキャリブレーションを実行するようにすればよい。

このように、本実施の形態では、端末１−１のフレーム検出部１４が、上りリンクの時間帯でキャリブレーションを実施するようにした。このため、端末１−１は、他の通信に及ぼす干渉を小さい範囲にとどめつつキャリブレーションを行うことができ、無線通信システムの運用に深刻な影響が及ぶことを避けて、キャリブレーションを行うことができる。また、干渉を低減することができるため、他の通信装置の送信電力を低減することができ、結果として長寿命化させることができる。

なお、本実施の形態では、端末１−１を例に説明したが、端末１−１と同様の構成を有し、本実施の形態の動作と同様の動作を行うようにすれば、どのような無線通信装置にも本発明を適用することができる。

なお、本実施の形態では、ＴＤＤ方式を例に説明したが、無線ＬＡＮ（Local Area Network）などにも適用可能である。さらに、本実施の形態では、アンテナキャリブレーションを想定して説明したが、他の種類のキャリブレーション（例えば回路特性補正のキャリブレーション）であっても、同じ手法を適用できる。このように、本実施の形態の原理が維持される環境であれば、いかなる適応環境であっても構わない。

実施の形態２．
図３は、本発明にかかる無線通信装置の実施の形態２のキャリブレーション実施タイミングを説明するための図である。本実施の形態の無線通信装置の構成は実施の形態１と同様である。実施の形態１と同様の機能を有する構成要素は、図１と同一の符号を付して説明する。以下、実施の形態１と異なる部分について説明する。

ＴＤＤ方式を用いた多くの無線方式では、下りリンクと上りリンク以外にガード時間が存在する。このガード時間は基地局から送信される下りリンク信号がセル内に伝搬し、端末が下りリンク信号受信回路から上りリンク信号送信回路に回路を切替え、端末が上りリンク信号を送信して基地局に到達するまでの時間を確保するために設けられている。ガード時間帯（ガード時間の送信時間帯）では、基地局は通常信号の送信も受信も行わない。

そこで、本実施の形態では、端末１−１がＴＤＤ方式のガード時間帯を用いてキャリブレーションを行うこととする。端末１−１がガード時間帯を用いてキャリブレーションを行えば、端末１−２も同じガード時間帯を有するため、端末１−１のキャリブレーション試験信号ＣＳは端末１−２の信号受信の干渉とはならない。さらに、基地局２はガード時間帯では信号受信を行わないため端末１−１のキャリブレーション試験信号ＣＳは基地局２の信号受信の干渉とはならない。このように、端末１−１がガード時間帯でキャリブレーションを行うことにより、他の通信に干渉を与えることなくキャリブレーションを実行できる。

また、本実施の形態では、図３に示すように、伝搬遅延等を考慮して、下りリンクの時間帯と上りリンクの時間帯の間にガード時間帯がある場合、下りリンクの時間帯の最後に送信された下りシンク信号ＤＳが端末１−２に到達してから、上りリンクの時間帯はじめの上りリンク信号ＵＳが端末１−２から送信されるまでの間に、キャリブレーション試験信号ＣＳを送信する。

本実施の形態の動作は、実施の形態１と同様であるが、フレーム検出部１４は、キャリブレーション制御部１５に、上りリンクのフレームであることを通知する替わりに、ガード時間帯であることを通知する。そして、キャリブレーション制御部１５は、この通知を受信すると実施の形態１と同様にキャリブレーションを開始する。

図４は、ＯＦＤＭＡ（Orthogonal Frequency Division Multiple Access）方式に本実施の形態を適用する場合の一例を示す図である。たとえば、３ＧＰＰ（Third Generation Partnership Project）の無線規格「“Evolved Universal Terrestrial Radio Access（E-UTRA） Physical Channels and Modulation （Release 8）”，３GPP TS 36.211 V8.2.0，２００８−０３」では、ＴＤＤ方式を用いる場合、ＯＦＤＭシンボル分の時間をガード時間として設定している。

ガード時間帯内でキャリブレーションを実行するため、本実施の形態では、図４に示すように、ガード時間よりも短いシンボル時間を持つキャリブレーション用の信号フォーマットであるキャリブレーション信号フォーマット３０を設定する。キャリブレーション信号フォーマット３０では、ＯＦＤＭシンボル時間Δｔ２をデータ伝送時のＯＦＤＭシンボル時間Δｔ１よりも短く設定する。また、キャリブレーション信号フォーマット３０では、１サブキャリアあたりの帯域幅Δｆ２を、データ伝送時のＯＦＤＭのサブキャリア幅Δｆ１より大きく設定される。

このように、本実施の形態では、周波数方向に広い間隔でサブキャリアを配置した既知信号を用いてアンテナ間のチャネル測定を行うことによりキャリブレーションを実行する。なお、アンテナキャリブレーションはアンテナごとの送受信アナログ特性を補償することを目的とするが、送受信アナログ回路の周波数特性は帯域が広くなった場合もほぼ同じとなる。従って、通常のデータ伝送時のＯＦＤＭＡのサブキャリアより広い周波数幅のサブキャリアを用いてキャリブレーションを行っても必要な特性が取得できる。

なお、このキャリブレーションフォーマットはＯＦＤＭ信号の形式をしており、通常のデータ伝送と同一の送信部および受信時を用いて信号生成および信号受信を行うことができる。たとえば、通常のデータ伝送を行う送信部および受信部のクロック速度を通常のデータ送受信時の数倍に速めて処理を行えば、キャリブレーション信号を生成することも可能である。

このように、キャリブレーションにＯＦＤＭ信号を用いるようにすると、キャリブレーションの処理にデータ送受信時と同じ送受信回路を一部で利用できる。さらに、ＯＦＤＭ信号のシンボル時間をガード時間より短く設定するフォーマットとすることで、ガード時間内でのキャリブレーションを行うことが可能となる。

なお、本実施の形態では図３を用いて下りリンクから上りリンクへ変更する際のガード時間を用いる例を示したが、上りリンクから下りリンクへ変更する際のガード時間を用いることもできる。図５は、上りリンクから下りリンクへ変更する際のガード時間にキャリブレーションを行う例を示す図である。

このように、本実施の形態では、ＴＤＤ方式を採用する場合に、ガード時間内でキャリブレーションを実行するようにした。このため、端末１−１は、他の通信に及ぼす影響を実施の形態１よりもさらに小さく抑えつつキャリブレーションを行うことができる。

実施の形態３．
図６は、本発明にかかる無線通信装置の実施の形態３のキャリブレーション実施タイミングを説明するための図である。本実施の形態の無線通信装置の構成は実施の形態１と同様であるが、本実施の形態では、無線通信装置を基地局とする例として説明する。本実施の形態では、基地局が実施の形態１の端末１−１と同様の構成を有することとし、実施の形態２の端末１−１のキャリブレーションに関する動作を、本実施の形態の基地局が行うこととする。

実施の形態２では、端末１−１がキャリブレーションを行う場合を示したが、同様の処理は基地局２についても適用できる。すなわち、基地局２が、ガード時間帯にキャリブレーション試験信号を放射して自己キャリブレーションを行うことができる。

図６に示すように、下りリンクの時間帯と上りリンクの時間帯の間のガード時間帯にキャリブレーション試験信号ＣＳを基地局が送信することとする。基地局がガード時間帯内の開始直後にキャリブレーション試験信号ＣＳ１を放射しその放射電力が端末に到達したとしても、その放射電力は端末が下りリンク信号ＤＳを受信した後に到達する。また、基地局が、ガード時間帯内の終了時点の近傍でキャリブレーション試験信号ＣＳ２を放射した場合には、端末の上りリンク信号ＵＳ送信後にキャリブレーション試験信号ＣＳ２が端末に到着する可能性があるが、端末の受信性能に何ら問題は生じない。

このように、本実施の形態では、基地局がガード時間帯にキャリブレーションを行うようにした。このため、端末の信号受信に影響を与えることなく、基地局は自己キャリブレーションを行うことができる。また、従来はキャリブレーション専用の時間帯が必要とされたが、本実施の形態ではキャリブレーション専用の無線リソースを準備しなくてもキャリブレーションを行うことができ、無線通信システムの運用を効率化できる。

実施の形態４．
図７は、本発明にかかる無線通信装置の実施の形態４のキャリブレーション方法を説明するための図である。本実施の形態の無線通信装置の構成は、実施の形態１および実施の形態２と同様である。

通常、端末のキャリブレーション試験信号は微弱な放射電力であり、端末から近い距離に他の無線機（端末、基地局など）が存在する場合には通信に影響を及ぼす可能性があるが、端末から遠い距離に位置する無線機ではその受信電力は無視できるレベルとなる。そこで、本実施の形態では、端末が基地局の近くに位置する場合には、ガード時間帯を用いてキャリブレーションを実行し、端末が基地局から遠方に位置する場合には下りリンク以外の任意の時間帯を用いてキャリブレーションを行う。すなわち、本実施の形態の端末は、実施の形態１の端末１のフレーム検出部１４と実施の形態２の端末のフレーム検出部の両方の機能を有し、また、本実施の形態のキャリブレーション制御部は、実施の形態１のキャリブレーション制御部１５の機能を有するとともに、後述のように基地局からの距離または伝搬時間に比例するパラメータに基づいて実施の形態１の動作と実施の形態２の動作を切り替える。

たとえば、図７のエリアＡ１は、基地局２から所定の距離以内のエリアであり、基地局に近いため、端末１−１はエリアＡ１内に存在する場合には、実施の形態と同様にガード時間帯でキャリブレーションを行い、エリアＡ１の外側のエリアＡ２では、端末１−１は上りリンクの時間帯でキャリブレーションを行う。

本実施の形態では、基地局に近い端末はガード時間でキャリブレーションを行うため、他の通信に干渉を与えない。また、基地局からの距離が離れた位置に存在する端末が、上りリンクの時間帯でキャリブレーションを行っても、基地局が受信する干渉電力は無視できるレベルとなるため、より多くのタイミングでキャリブレーションを行うことができ、キャリブレーションのタイミング選択の自由度が増える。このため、複数の端末がキャリブレーションを行う場合に、上りリンクの時間帯も含めて端末がキャリブレーションを行う時間帯を分散させることができる。その結果、複数の端末が同時にキャリブレーションを実行する場合に、相互に干渉を及ぼしあう現象が生じる可能性を低減することができる。

つづいて、本実施の形態のキャリブレーションタイミングの制御方法について説明する。図８は、本実施の形態のキャリブレーションタイミングの制御方法の手順の一例を示すフローチャートである。ここでは、基地局と端末の間の距離または伝搬時間に比例するパラメータｄを測定することとする。たとえば下りリンクで受信したパイロット信号に対応して端末が上りリンクで信号を送信し、基地局がパイロット信号送信から上りリンク信号受信までの時間幅を測定して、その時間幅の測定値をこのパラメータｄとして用いることができる。この他にも従来から知られているさまざまな方法によって、距離または伝搬時間に比例するパラメータｄを測定できる。

まず、基地局はパラメータｄを測定し、パラメータｄを端末に通知する（ステップＳ１１）。端末のキャリブレーション制御部は、パラメータｄが、所定の閾値Ｄ未満であるか否かを判断する（ステップＳ１２）。ｄがＤ未満であると判断した場合（ステップＳ１２ Ｙｅｓ）には、端末は、実施の形態２と同様にガード時間帯でキャリブレーションを行う（ステップＳ１３）。ｄがＤ以上であると判断した場合（ステップＳ１２ Ｎｏ）には、実施の形態１と同様に上りリンクでキャリブレーションを行う（ステップＳ１４）。このような制御により、端末の位置に応じてキャリブレーションを行うタイミングを変更できる。

なお、本実施の形態では、基地局がｄを測定して、端末に通知するようにしたが、これに限らず、基地局がｄを保持し、基地局が、ｄが閾値Ｄ未満であるかを判断して、キャリブレーションをガード時間帯で行うか上りリンクの時間帯で行うかを決定し、端末にキャリブレーションを行うタイミングを制御信号によって指示するようにしてもよい。この場合、複数の端末がキャリブレーションを行う場合には、端末ごとにキャリブレーションを行うタイミングを変えて分散させて指示するようにすることができる。また、ＯＦＤＭＡ（Orthogonal Frequency Division Multiple Access）の場合は、時間的なタイミングのみでなく、キャリブレーションに用いる周波数帯を基地局があわせて指示することも可能である。

このように、本実施の形態では、基地局が、基地局と端末の間の距離または伝搬時間に比例するパラメータｄを測定して端末に通知し、端末がｄに基づいて、キャリブレーションを行うタイミングを決定するようにした。このため、実施の形態２に比べ、キャリブレーションのタイミングの自由度を高めることができる。

実施の形態５．
図９は、本発明にかかる無線通信装置の実施の形態５のキャリブレーション実施方法を説明するための図である。実施の形態１、２および４では上りリンクまたはガード時間で端末がキャリブレーションを行うことで、キャリブレーション試験信号によって他の通信に生じる干渉が生じる可能性を小さくすることができた。しかし、実施の形態１または実施の形態４の場合、図９に示すように、キャリブレーション試験信号ＣＳを送信している端末１−１の近傍に端末１−２が存在し、端末１−２が上りリンク信号ＵＳを送信している可能性がある。この場合、端末１−２の送信信号が端末１−１のキャリブレーションに干渉を及ぼし、端末１−１がキャリブレーションを行う際のチャネル測定を高精度に行うことができず、端末１−１のキャリブレーション精度が劣化する可能性がある。

この問題を解決するため、本実施の形態では、端末が、キャリブレーション試験信号を広帯域で送信する。図１０は、本実施の形態のキャリブレーション試験信号の送信周波数帯の一例を示す図である。図１０に示すように、通常の端末１−２の通信の最大の周波数帯域である送信帯域３１より広いキャリブレーション信号帯域幅３２で、キャリブレーション信号を送信する。

端末１−２が信号送信を行っているときに、端末１−１がキャリブレーションを行うと、送信されている信号と重なる周波数帯では端末１−２からの送信信号によって干渉を受けるが、その他の周波数帯（たとえば、図１０の例では、キャリブレーション信号帯域幅３２の送信帯域３１と重ならない部分）では端末１−２からの送信信号が存在しないため、端末１−２は高精度にキャリブレーション試験信号を受信することができる。さらに、端末１−１が広帯域なキャリブレーション試験信号を送信し、キャリブレーション信号帯域幅３２の送信帯域３１と重ならない部分のなかで受信品質の精度の高い周波数帯を選択してキャリブレーションを実行するようにすると、より高精度なキャリブレーションを実行することができる。なお、通常、各アンテナのアナログ送受信特性は広い帯域で同等の特性を持つため、広帯域の中の１つの周波数でキャリブレーションを行うことで、その補正係数を他の周波数帯にも利用できる。

なお、本実施の形態の端末１−１の構成および動作は、キャリブレーション試験信号の送信周波数帯を広くし、高い受信品質の周波数帯を選択してキャリブレーションを実施すること以外は、実施の形態１または実施の形態４と同様とする。

ここで、端末１−１のキャリブレーション試験信号は送信電力が小さいため、端末は広帯域でキャリブレーション試験信号を送信することが可能である。一方、端末１−２は通信信号を基地局に送信するため特定の周波数帯で大きな送信電力で信号を送信する。通常、端末の最大送信電力には送信増幅器の性能による限界があり、端末１−２は広帯域で電力の高い信号を一度に送信することは難しい。従って、端末１−１が通常の端末が通信に利用できる最大帯域幅よりも広い帯域でキャリブレーション試験信号を送信すれば、周波数帯の一部で、高精度なチャネル測定を行うことができる可能性が高くなる。

このように、本実施の形態では、通常の上りリンク信号の通信時に端末が送信できる最大周波数帯域幅より広い周波数帯でキャリブレーション試験信号を送信するようにした。このため、他の通信装置が近くに存在する場合に、実施の形態１または４に比べて高精度なキャリブレーションを行うことが可能となる。さらに、本実施の形態では、端末１−１が受信品質の高い周波数を選択してキャリブレーションを実施するようにした。このため、さらに、高精度なキャリブレーションが可能となる。

実施の形態６．
図１１は、本発明にかかる無線通信システムの実施の形態６の機能構成例を示す図である。図１１に示すように、本実施の形態の無線通信システムは、端末１ａと基地局２ａを含む。端末１ａは、実施の形態１の端末１のキャリブレーション制御部１５をキャリブレーション制御部１５ａに替え、フレーム検出部１４を削除し、制御信号受信部１６を追加する以外は実施の形態１の端末１と同様である。また、本実施の形態の基地局２ａは、アンテナ２１と、アンテナ２１が受信した信号に所定の受信処理を行う信号受信部２２と、送信信号に所定の送信処理を行う信号送信部２３と、無線リソース制御部２４を備えている。実施の形態１と同様の機能を有する構成要素は、同一の符号を付して説明を省略する。

これまで示したように端末のキャリブレーションの際に放射される電波は微弱ではあるが、端末の近くに他の無線機が存在する場合には干渉を与える。そこで、本実施の形態では、基地局２ａが端末１ａにキャリブレーション用の無線リソースを割り当てる。具体的には、データパケット送信、制御信号などの信号送信に用いていない無線リソース（周波数又は時間）をキャリブレーション希望端末に割り当てる。無線リソースを割り当てられた端末はその無線リソースを用いてキャリブレーションを実行する。

図１２は、本実施の形態のキャリブレーション方法の処理手順の一例を示すフローチャートである。図１１，図１２を用いて本実施の形態の動作について説明する。まず、基地局２ａの無線リソース制御部２４は、上りリンクおよび下りリンクの無線リソース（周波数帯，通信時間等）の割当てを行い、各端末がデータ送受信する周波数または時間を決定する。この通信システムが使用可能な全無線リソースのうち、割当ての結果、データ伝送に利用しない残無線リソースが存在する場合には、その残無線リソースを端末のキャリブレーション用に割当てる（ステップＳ２１）。基地局２ａの信号送信部２３は、端末に割当てる無線リソースを信号受信部２２経由で無線リソース制御部２４から取得し、その無線リソースに対応する識別情報（ＩＤ）を含む制御情報を対応する端末にアンテナ２１経由で送信することにより通知する（ステップＳ２２）。

端末１ａは、アンテナ１１−１および信号受信部１２−１経由で制御信号受信部１６が、制御情報を受信し、キャリブレーションを行う無線リソースのＩＤに抽出し、ＩＤに対応する無線リソースを用いてキャリブレーションを行う（ステップＳ２３）。通常、各アンテナのアナログ送受信特性は広い帯域で同等の特性を持つため、広帯域の中の１つの周波数でキャリブレーションを行うと、そのキャリブレーションで得られた補正係数を他の周波数帯でも利用できる。

このように基地局がキャリブレーション用の無線リソースを端末に指定し、端末がその無線リソースを用いてキャリブレーションを行うことによって、他の通信に対して干渉とならないよう基地局が制御することができる。

なお、上記の無線リソース割当てで、ＴＤＤ方式の下りリンク無線リソースを割り当てることも可能である。また、これまでＴＤＤ方式について説明してきたが、本実施の形態の無線リソース割当て制御は、ＦＤＤ方式にも適用可能である。ＦＤＤ方式でのキャリブレーションは、たとえば、「特開２００６−２７９６６８号広報」で開示されているように、上下リンクの２つの周波数を用いてアンテナキャリブレーションを行うことができる。従って、キャリブレーション試験信号の送信に用いる上下リンクの無線リソース（周波数）を割り当てることにより、端末が他の通信への影響を避けた円滑なキャリブレーションを実行できる。

なお、ＴＤＤ方式で基地局が上りリンクの時間帯またはガード時間の時間帯を端末に割り当て、端末が、実施の形態１、２または４と同様の動作によりキャリブレーションを行う構成としてもよい。

また、複数の端末がキャリブレーションを希望する場合には、基地局は個々の端末に対して異なる無線リソースを割り当てることができる。このような制御を行うことにより、複数の端末が同じ無線リソースを用いることを避け、互いにキャリブレーション試験信号が干渉を及ぼしあう状態を回避できる。

また、アンテナキャリブレーションによって補正を行うアナログ送受信回路特性は、温度に依存して時間的にゆっくりと変動する。その変動は通信の制御周期と比較して十分遅く、キャリブレーションは１秒以上の長周期で行えばよい。場合によっては、１分以上または１０分以上の長時間周期でもよい。このようにキャリブレーション周期は通常通信パケットの割り当て周期（たとえば、数１０ｍｓ単位）と比べて十分長い。

従って、多くの端末がキャリブレーションを希望する場合には、フレームごとに異なる端末がキャリブレーションを行い、同じ端末が一定周期でキャリブレーションを行うことができるようにすることができる。図１３は、複数の端末にキャリブレーションのための時間をフレームごとに割当てた例を示す図である。割当てフレーム３３は、端末Ａ（端末１ａのうちの１つ）にキャリブレーション用に割当てたフレームを示し、割当てフレーム３４は、端末Ｂ（端末１ａのうち端末Ａ以外の１つ）にキャリブレーション用に割当てたフレームに示す。

なお、ここではフレーム単位で割当てる例を説明したが、ガード時間単位で異なる端末に周期的にキャリブレーションの時間を割当てるようにしてもよい。この場合、基地局２ａは端末１ａに１回目のキャリブレーションを行うフレーム番号（又はそのフレームの先頭に位置するガード時間のＩＤ）とキャリブレーション周期（フレーム数）を制御信号として通知する。そして、端末１ａは１回目のキャリブレーションを行う時間タイミングを把握し、２回目以降のキャリブレーションタイミングを１回目の時間タイミングに通知された周期を加算することによって得ることができる。

このように、本実施の形態では、基地局２ａが、通信に用いていない残無線リソースをキャリブレーション用の無線リソースとして端末１ａに割当てるようにした。このため、キャリブレーションが通信に与える影響を避け、かつ、無線リソースを効率的に利用してキャリブレーションを行うことができる。また、端末ごとに無線リソースの割当を行えるため、複数の端末が同じ無線リソースを用いることを避け、互いにキャリブレーション試験信号が干渉を及ぼしあう現象を回避することができる。

以上のように、本発明にかかる無線通信装置、無線通信システムおよびキャリブレーション方法は、自己キャリブレーションを行う無線通信システムに有用であり、特に、無線通信装置が近接する無線通信システムに適している。

本発明にかかる無線通信装置の実施の形態１の機能構成例を示す図である。 自己キャリブレーションの実施タイミングと他端末への影響を示す図である。 自己キャリブレーションの実施タイミングと他端末への影響を示す図である。 本発明にかかる無線通信装置の実施の形態２のキャリブレーション実施タイミングを説明するための図である。 ＯＦＤＭＡ方式に本実施の形態を適用する場合の一例を示す図である。 上りリンクから下りリンクへ変更する際のガード時間にキャリブレーションを行う例を示す図である。 本発明にかかる無線通信装置の実施の形態３のキャリブレーション実施タイミングを説明するための図である。 本発明にかかる無線通信装置の実施の形態４のキャリブレーション方法を説明するための図である。 実施の形態４のキャリブレーションタイミングの制御方法の手順の一例を示すフローチャートである。 本発明にかかる無線通信装置の実施の形態５のキャリブレーション実施方法を説明するための図である。 キャリブレーション試験信号の送信周波数帯の一例を示す図である。 本発明にかかる無線通信システムの実施の形態６の機能構成例を示す図である。 実施の形態６のキャリブレーション方法の処理手順の一例を示すフローチャートである。 複数の端末にキャリブレーションのための時間をフレームごとに割当てた例を示す図である。

符号の説明

１，１−１，１−２，１ａ 端末
２，２ａ 基地局
１１−１，１１−２，２１ アンテナ
１２−１，１２−２ 信号受信部
１３−１，１３−２ 信号送信部
１４ フレーム検出部
１５，１５ａ キャリブレーション制御部
１６ 制御信号受信部
２２ 信号受信部
２３ 信号送信部
２４ 無線リソース制御部

Claims (18)

1. 自己キャリブレーションを実施する無線通信装置であって、
   下りリンク信号の送信時間帯以外の時間帯であるキャリブレーション候補時間帯を検出するフレーム検出手段と、
   前記キャリブレーション候補時間帯のなかからキャリブレーション時間帯を選択し、選択したキャリブレーション時間帯に基づいてキャリブレーションの開始を指示するキャリブレーション制御手段と、
   を備え、
   前記指示に基づいて前記自己キャリブレーションを実施することを特徴とする無線通信装置。
2. 前記キャリブレーション候補時間帯を上りリンク信号の送信時間帯とすることを特徴とする請求項１に記載の無線通信装置。
3. ＴＤＤ方式を採用する場合、
   前記キャリブレーション候補時間帯を上りリンク信号の送信時間帯とする第１の選択モードと、前記キャリブレーション候補時間帯をガード時間の時間帯とする第２の選択モードと、を設け、
   前記第１の選択モードと前記第２の選択モードとを切り替え可能な構成とすることを特徴とする請求項１に記載の無線通信装置。
4. 他の無線通信装置との距離に比例するパラメータに基づいて前記選択モードを切り替えることを特徴とする請求項３に記載の無線通信装置。
5. ＴＤＤ方式を採用する場合は、前記キャリブレーション候補時間帯をガード時間の時間帯とすることを特徴とする請求項１に記載の無線通信装置。
6. 基地局と通信を行う端末として動作することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つに記載の無線通信装置。
7. 基地局として動作することを特徴とする請求項５に記載の無線通信装置。
8. デジタル変調方式としてＯＦＤＭ方式を採用する場合、
   データ通信時のＯＦＤＭシンボルより短いシンボル時間を有するＯＦＤＭシンボルを用いてキャリブレーションを行うことを特徴とする請求項１〜７のいずれか１つに記載の無線通信装置。
9. 前記自己キャリブレーションでは、データ通信時の送信信号の周波数帯域より広い周波数帯域のキャリブレーション試験信号を送信することを特徴とする請求項１〜８のいずれか１つに記載の無線通信装置。
10. データ通信時の送信信号の周波数帯域より広い周波数帯域のキャリブレーション試験信号を送信し、前記キャリブレーション試験信号に基づいて自己キャリブレーションを実施する自己キャリブレーション手段、
    を備えることを特徴とする無線通信装置。
11. 前記キャリブレーション試験信号に基づいて受信品質の良い周波数帯域を選択し、選択した周波数帯域を前記自己キャリブレーションに用いることを特徴とする請求項９または１０に記載の無線通信装置。
12. 前記自己キャリブレーションをアンテナキャリブレーションとすることを特徴とする請求項１〜１１のいずれか１つに記載の無線通信装置。
13. 基地局と端末で構成され、前記端末が自己キャリブレーションを実施する無線通信システムであって、
    前記基地局は、
    前記端末にキャリブレーション用無線リソースを割当てる無線制御割り当て手段、
    を備え、
    前記キャリブレーション用無線リソースを前記端末に通知し、
    前記端末は、前記キャリブレーション用無線リソースに基づいて、自己キャリブレーションを実施することを特徴とする無線通信システム。
14. 前記キャリブレーション用無線リソースをデータ通信に利用しない無線リソースのうちから選択して割当てることを特徴とする請求項１３に記載の無線通信システム。
15. 前記キャリブレーション用無線リソースにキャリブレーション時間帯を含むこととし、
    前記キャリブレーション時間帯を前記端末に一定周期ごとに割当てることを特徴とする請求項１４に記載の無線通信システム。
16. 無線通信装置が自己キャリブレーションを実施するためのキャリブレーション方法であって、
    下りリンク信号の送信時間帯以外の時間帯であるキャリブレーション候補時間帯を検出するフレーム検出ステップと、
    前記キャリブレーション候補時間帯のなかからキャリブレーション時間帯を選択し、選択したキャリブレーション時間帯に基づいてキャリブレーションの開始を指示するキャリブレーション制御ステップと、
    前記指示に基づいて前記自己キャリブレーションを実施するキャリブレーション実施ステップと、
    を含むことを特徴とするキャリブレーション方法。
17. 無線通信装置が自己キャリブレーションを実施するためのキャリブレーション方法であって、
    データ通信時の送信信号の周波数帯域より広い周波数帯域のキャリブレーション試験信号を送信するキャリブレーション試験信号送信ステップと、
    前記キャリブレーション試験信号に基づいて前記自己キャリブレーションを実施する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。
18. 基地局と端末で構成される無線通信システムにおいて、前記端末が自己キャリブレーションを実施するためのキャリブレーション方法であって、
    前記基地局が、前記端末にキャリブレーション用無線リソースを割当てる無線制御割り当てステップと、
    前記端末が、前記キャリブレーション用無線リソースを前記端末に通知する無線リソース通知ステップと、
    前記端末が、前記キャリブレーション用無線リソースに基づいて、自己キャリブレーションを実施する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。

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