JP2013066221A - スマートアンテナアレイのための較正方法 - Google Patents

Abstract

【課題】少なくとも３つのアンテナを含み、かつデジタル信号プロセッサに接続されたアンテナアレイの受信パスおよび送信パスを較正する方法を提供する。
【解決手段】受信パスを較正するため、知られている振幅および知られている位相の信号が、単一のアンテナによって送信され、その信号は、その他のｎ−１個のアンテナによって受信され、それらｎ−１個の送信された信号それぞれの間の位相差および振幅差が、評価される。すべてのアンテナが、送信アンテナとして使用されるまで、新たな送信アンテナを使用して繰り返される。最後のステップで、位相差および関連する振幅差が工場前記値に設定される。送信パスを較正するための方法は、ｎ−１個のアンテナによって、信号を送信し、第ｎ番のアンテナによってそれらの信号を受信し、位相差および振幅差を評価し、位相差および関連する振幅差を工場設定値に補正するステップを含む。
【選択図】図１

Description

本発明は、参照により本明細書に組み込まれている優先権出願である欧州特許出願公開第０５２９２０２３．８号に基づく。

本発明は、無線通信システム、およびそのような無線通信システムのアンテナアレイの動作に関する。より詳細には、本発明は、アンテナアレイの受信パスおよび送信パスを較正する方法に関し、アンテナアレイは、デジタル信号プロセッサに接続され、かつ少なくとも３個のアンテナを含む。さらに、本発明は、前述の方法を実行するための無線通信システムのアンテナアレイ、およびその方法を実行するコンピュータプログラム製品に関する。

無線通信システムのリソースの効率的な使用のため、スマートアンテナシステムが、ますます注目を集めている。一般に、基地局と並置されるスマートアンテナシステムは、アンテナアレイをデジタル信号処理能力と組み合わせて、適応的で空間に感受性がある形で信号の送受信を行う。つまり、そのようなシステムは、システムの信号環境に応答して、システムの放射パターンの指向性を自動的に変更することができる。これにより、システムの容量などの性能特性が、劇的に高められることが可能である。

それらの利益を得るのに、スマートアンテナアレイは、較正されなければならない。先行技術では、よく知られている位置に配置された別個のアンテナが、その目的で使用される。その特別のアンテナは、ビーコン信号をアンテナアレイに送信し、そのアレイから信号を受信する。それらの信号の位相および振幅の変化の解析により、アンテナアレイの個々のアンテナが、較正されることが可能である。

本発明の目的は、アンテナアレイが、外部ハードウェアを使用することなしに較正されることが可能な方法、対応するアンテナアレイ、およびコンピュータプログラム製品を提供することである。

この目的およびその他の目的は、独立請求項の特徴によって解決される。本発明の好ましい実施形態は、従属請求項の特徴によって記載される。特許請求の範囲におけるいずれの参照符号も、本発明の範囲を限定するものと解釈されてはならないことを強調しておかなければならない。

本発明の第１の態様によれば、アンテナアレイの受信パスを較正する方法が、提供される。アンテナアレイは、デジタル信号プロセッサに接続され、かつｎ≧３個のアンテナを含む。ｎは、アンテナアレイが少なくとも３個のアンテナを含むような整数である。この方法の第１のステップで、知られている振幅および知られている位相の電磁信号が、単一のアンテナＴｘによって送信される。このアンテナＴｘは、送信アンテナと呼ばれ、かつ前記アンテナアレイのアンテナである。送信された信号は、受信アンテナと呼ばれる、前記アンテナアレイのその他のｎ−１個のアンテナＲｘ^１、Ｒｘ^２、．．．Ｒｘ^ｎ−１によって受信される。第２のステップで、ｎ−１個の受信された信号それぞれの間の位相差および振幅差が、決定される。次に、最後の２つのステップが、すべてのアンテナが送信アンテナとして使用されるまで、新たな送信アンテナを使用して繰り返される。それらすべての測定を実行した後、得られた位相差および関連する振幅差が、工場設定値に補正される。

本発明の第２の態様によれば、アンテナアレイの送信パスを較正する方法が、提供される。アンテナアレイは、デジタル信号プロセッサに接続され、かつｎ≧３個のアンテナを含む。方法は、知られている振幅および知られている位相の電磁信号を、ｎ−１個のアンテナＴｘ^１、Ｔｘ^２、．．．Ｔｘ^ｎ−１によって送信する第１のステップを含む。それらのｎ−１個のアンテナは、送信アンテナと呼ばれる。それらｎ−１個の信号は、受信アンテナと呼ばれる第ｎ番のアンテナＲｘによって受信される。第２のステップで、ｎ−１個の送信された信号それぞれの間の位相差および振幅差が、決定される。次に、最後の２つのステップが、すべてのアンテナが受信アンテナとして使用されるまで、新たな受信アンテナを使用して繰り返される。最後に、得られた位相差および関連する振幅差が、工場設定値に補正される。

送信パスの較正の考え方は、変調に起因して互いに異なる受信された複数の信号が、個々の送信アンテナに割り当てられることが可能であるということである。次に、個々の信号の振幅および位相の、工場設定値に対する差が、決定されかつ補正される。

両方の方法は、個々に実行されてまたは組み合わせで実行されて、特別のハードウェアが、例えば、アンテナアレイのアンテナとは別個でありかつ異なるアンテナが、較正のために全く必要とされないという利点を提供する。対応して、ビーコン信号を送受信するためのそのような追加のアンテナが配置される、敷地の賃借の必要性が、全くない。以下により詳細に説明するとおり、較正は、デジタル信号プロセッサに常駐するコンピュータプログラムの些細な変更しか必要としないので、実行するのが容易である。

以上の説明から導き出すことができるように、両方の方法が、測定ステップ、決定ステップ、および補正ステップを含む。両方の方法で、単一回の測定の後、位相差および振幅差を評価し、アンテナを変更し、その後、測定を続けることが可能である。しかし、すべての測定を実行し、次に、すべての位相差および振幅差を評価し、次に、補正ステップを実行することも可能である。

好ましい実施形態によれば、複数の送信アンテナは、信号を同時に送信する。このようにして、送信パスの較正は、より迅速な形で実行されることが可能である。さらに、より重要なことには、個々の送信と送信との間のアンテナアレイのパラメータの変化が回避され、したがって、測定値の精度が向上させられる。単一の受信アンテナが、ｎ−１個の信号を区別することができるようにするため、これらの信号は、個々に変調されるか、または個々に符号化される。

単一の受信アンテナによって受信された個々の信号を区別することは、ＯＦＤＭ（直交周波数分割多重化）信号の副搬送波である信号を送信することによって行われることが可能であり、副搬送波は、互いに異なる。この意味で、本発明は、ＯＦＤＭを使用する無線通信システムに、例えば、ＷＩＭＡＸシステムに適用可能である。

前述したとおり、送信パスが較正される際に、すべての信号が、同時に送信されることが望ましい。このことは、すべての信号が、全く同時に発信されなければならないことを必ずしも意味せず、個々の送信の間にわずかな時間差があることを容認できることを意味する。この意味で、時間分割多重化（ＴＤＭ）アプローチを使用することが、可能であり、したがって、本発明は、すべてのＴＤＭＡシステムに関して実行されることが可能である。

前述したとおり、送信パスを較正する際、ＯＦＤＭ信号の副搬送波を使用することが可能である。これを行う際、周波数に関して互いに近い副搬送波を選択することが可能である。このようにして、較正は、チャネル帯域幅の限られた部分に関してだけ実行される。アンテナアレイの較正が、チャネル帯域幅全体にわたって実行されることを確実にするのに、副搬送波は、好ましくは、チャネル帯域幅全体にわたって分布させられなければならない。

受信パスを較正するための方法、および送信パスを較正するための方法は、コンピュータプログラムを使用して実行されることが可能であることは、言うまでもない。信号を受信した後、コンピュータプログラムは、それらの信号を処理することができ、位相差および関連する振幅差を工場設定値に補正することができる。そのコンピュータプログラムは、ＣＤまたはＤＶＤなどのコンピュータ可読媒体に存在することが可能である。そのコンピュータ可読媒体は、前記プログラムがロードされると、前述した方法を実行するためにコンピュータを実行可能にする、コンピュータプログラムコード手段を含む。

前述したとおり、前述した２つの方法は、個々に実行されることも、組み合わせで実行されることも可能である。

本発明の別の態様によれば、アンテナアレイが、デジタル信号プロセッサに接続され、かつｎ≧３個のアンテナを含む、無線通信システムのためのアンテナアレイが、提供される。さらに、デジタル信号プロセッサは、前記アンテナアレイの第１のアンテナによって送信されたデジタル化された信号と、前記アンテナアレイの第２のアンテナによって受信された同一の信号との間の位相差および振幅差を評価するための評価手段を有し、かつ位相差および振幅差を対応する工場設定値に補正するための補正手段を有する。これら２つの手段は、ハードウェアで実装されることも、ソフトウェアで実装されることも可能である。ハードウェアで実装されるケースでは、これら手段は、ＦＰＧＡとして、またはＡＳＩＣとして実装されることが可能である。これら手段が、コンピュータプログラムの個々のモジュールである場合、またはこれら手段が、別々のプログラムである場合、さらなる柔軟性が提供される。実際、２つの手段は、両方の機能を有する単一の手段に組み合わせられることも可能である。その場合、手段は、デジタル信号プロセッサのファームウェアの一部となるように選択されることが可能である。

アンテナアレイの好ましい実施形態では、アンテナアレイは、ＯＦＤＭ信号を送信するように構成され、特に、適応性アンテナを有するＴＤＭＡ ＯＦＤＭシステムである。

本発明のこれらの態様およびその他の態様は、以下に説明される実施形態から明白となり、それらの実施形態に関連して解明される。参照符号の使用は、本発明の範囲を限定するものと解釈されてはならないことに留意されたい。

アンテナアレイのアンテナの受信パスの較正を例示する流れ図である。 アンテナアレイのアンテナの送信パスの較正を例示する流れ図である。 本発明によるアンテナアレイを示す概略図である。

図１は、アンテナアレイの受信パスが較正される仕方を例示する流れ図を示す。方法は、ステップ２で始まる。ステップ２で、送信信号が、アンテナアレイの単一のアンテナＴｘによって送信される。方法は、次に、ステップ４に進み、送信された信号が、アンテナアレイの他のすべてのアンテナによって、すなわち、その他のｎ−１個のアンテナＲｘ^１、Ｒｘ^２、．．．Ｒｘ^ｎ−１によって受信される。ステップ６で、すべてのアンテナが、送信アンテナとして使用されたかどうかが確認される。その条件が満たされていない場合、ステップ８で、新たなアンテナが選択され、したがって、方法は、ステップ２に進む。

すべてのアンテナが、送信アンテナとして選択済みである場合、方法は、ステップ１０に進む。その場合、すべての測定値が、獲得済みであり、方法は、それらの測定値を処理する。この処理は、ステップ１０で始まる。ステップ１０で、同一の送信アンテナを発信元とするすべての受信された信号の間の位相差および振幅差が、評価される。

アンテナ２が、送信アンテナである場合、アンテナ２’、２”、および２”’が、受信アンテナの役割をし、したがって、アンテナ２’、２”、および２”’が、送信された信号を受信する。次に、アンテナ２’、２”、および２”’によって受信された信号の間の位相差および振幅差が、決定される。次に、アンテナ２’が、新たな送信アンテナになることが可能であり、したがって、アンテナ２、２”、および２”’によって受信される信号の間の位相差および振幅差が、決定される。アンテナ２”が、送信アンテナである場合、アンテナ２、２’、および２”’によって受信された信号の間の位相差および振幅差が、決定される。最後のステップで、２”’が、新たな送信アンテナであり、アンテナ２、２’、および２”によって受信された信号の間の位相差および振幅差が、決定される。合計で、１２個の振幅差および対応する位相差が、決定される。

振幅差および位相差を評価した後、方法は、ステップ１２に進み、それらの差が、工場設定値に補正される。工場設定値は、アンテナアレイの製造業者から分かる。以上が行われた場合、方法は、ステップ１４で終了する。

図２は、アンテナアレイの送信パスの較正を例示する流れ図を示す。方法は、ステップ２０で開始する。ステップ２０で、知られている振幅および知られている位相の単一の信号が、ｎ−１個のアンテナによって送信される。ステップ４０で、ステップ２０においてｎ−１個のアンテナによって送信されたｎ−１個の信号が、第ｎ番のアンテナによって受信される。方法は、次に、ステップ６０に進み、すべてのアンテナが、受信アンテナとして使用されたかどうかが確認される。すべてのアンテナが、受信アンテナとして使用されてはいない場合、ステップ８０で、新たなアンテナが、受信アンテナとして選択される。方法は、次に、ステップ２０に進む。

すべてのアンテナが、受信アンテナとして使用済みである場合、方法は、ステップ１００に進む。その場合、方法は、較正に必要とされるすべての測定値を既に獲得済みである。それらの測定値を処理することが、ステップ１００で始まり、ｎ−１個の送信されかつ単一のアンテナによって受信された信号それぞれの間の位相差および振幅差が、評価される。それらすべての位相差および振幅差が、知られている工場設定値と比較され、補正される。次に、方法は、ステップ１４０で終了する。

流れ図によって例示される２つの方法は、アンテナアレイそのものだけ、すなわち、アンテナアレイの複数アンテナおよび処理論理だけを使用して、較正を実行する。このため、特別なハードウェアは、必要とされず、これにより、ハードウェアリソース、ならびにビーコンアンテナが配置される敷地の貸借の金が節約される。

図３は、本発明によるアンテナアレイを示す。アンテナアレイ１は、３つのアンテナ２’、２”、および２”’を含み、処理装置３に接続される。処理装置３は、アンテナアレイから信号を受信するための受信機４を含む。受信機４の入力は、デジタル化された信号をデジタル信号プロセッサ６に出力する、アナログデジタル変換器５によってデジタル化される。デジタル信号プロセッサ６は、個々のモジュール８、９、１０を含むファームウェア７を有する。第１のモジュール８は、第１のデジタル化された信号と第２のデジタル化された信号との間の位相差および振幅差を評価するように構成される。ファームウェア７の第２のモジュール９は、モジュール８によって評価された位相差および振幅差を対応する工場設定値に補正することができる。マスタモジュール１０は、送信パスを較正するため、および受信パスを較正するための方法が実行される仕方を制御する。

前段の説明は、処理論理３が、アンテナアレイ１から信号を受け取るものと想定している。較正方法を実行するため、信号を送信するよう個々のアンテナ２’、２”、および２”’をアドレス指定することも必要である。その目的で、ユニット５は、ユニット４にアナログ信号を出力するデジタルアナログ変換器として動作するようにも構成され、ユニット４は、アナログ信号を単一のアンテナ２’、２”、または２”’に送信するように構成される。

１ アンテナアレイ
２、２’、２”、２”’ アンテナ
４ トランシーバ
５ 変換器
６ デジタル信号プロセッサ
７ ファームウェア
８ 評価手段
９ 補正手段
１０ マスタモジュール

Claims (11)

1. デジタル信号プロセッサに接続され、かつｎ≧３個のアンテナを含むアンテナアレイの受信パスを較正する方法であって、
   ａ）単一のアンテナ（送信アンテナ）によって、知られている振幅および知られている位相の電磁信号を送信し、アンテナアレイのその他のｎ−１個のアンテナ（受信アンテナ）によって該電磁信号を受信するステップと、
   ｂ）ｎ−１個の受信された電磁信号それぞれの間の位相差および振幅差を評価するステップと、
   ｃ）アンテナアレイのすべてのアンテナが、送信アンテナとして使用されるまで、新たな送信アンテナを使用して最後の２つのステップを繰り返すステップと、
   ｄ）位相差および関連する振幅差を工場設定値に補正するステップとを含む方法。
2. デジタル信号プロセッサに接続され、かつｎ≧３個のアンテナを含むアンテナアレイの送信パスを較正する方法であって、
   ａ）ｎ−１個のアンテナ（送信アンテナ）によって、知られている振幅および知られている位相の電磁信号を送信し、第ｎ番のアンテナ（受信アンテナ）によって該電磁信号を受信するステップと、
   ｂ）ｎ−１個の送信された電磁信号それぞれの間の位相差および振幅差を評価するステップと、
   ｃ）アンテナアレイのすべてのアンテナが、受信アンテナとして使用されるまで、新たな受信アンテナを使用して最後の２つのステップを繰り返すステップと、
   ｄ）位相差および関連する振幅差を工場設定値に補正するステップとを含む方法。
3. 複数の送信アンテナが、同時に送信を行い、複数の送信アンテナの信号が、個々に変調されるか、または個々に符号化される、請求項２に記載の方法。
4. 複数の送信アンテナによって送信される複数の信号が、ＯＦＤＭ信号の複数の副搬送波であり、複数の副搬送波が、互いに異なる、請求項２に記載の方法。
5. 複数の副搬送波が、チャネル帯域幅全体にわたって分布させられる、請求項４に記載の方法。
6. コンピュータプログラムを使用して少なくとも部分的に実行される、請求項１に記載の方法。
7. 請求項１に記載の方法を実行した後に実行される、請求項２に記載の方法。
8. コンピュータプログラムコード手段を担持しているコンピュータ可読媒体を含むコンピュータプログラム製品であって、
   前記プログラムがロードされると、請求項１から７のいずれか一項に記載の方法を実行するために、コンピュータを実行可能にする、コンピュータプログラム製品。
9. デジタル信号プロセッサに接続され、かつｎ≧３個のアンテナを含む無線通信システムのためのアンテナアレイであって、デジタル信号プロセッサが、
   ａ）前記アンテナアレイの第１のアンテナによって送信されたデジタル化された信号と、前記アンテナアレイの第２のアンテナによって送信された同一の信号との間の位相差および振幅差を評価するための評価手段、および／または、前記アンテナアレイの第１のアンテナによって受信されたデジタル化された信号と、前記アンテナアレイの第２のアンテナによって受信された同一の信号との間の位相差および振幅差を評価するための評価手段と、
   ｂ）ステップａ）で評価された位相差および振幅差を対応する工場設定値に補正するための補正手段とを含む、アンテナアレイ。
10. ＯＦＤＭ信号、特に、ＴＤＭに基づくＯＦＤＭ信号を送信するように構成された、請求項９に記載のアンテナアレイ。
11. 評価手段および補正手段が、ハードウェアで、またはコンピュータプログラムモジュールとして実装される、請求項９に記載のアンテナアレイ。

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