JP2018019380A - Radio communication device and radio communication method - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To implement downsizing and cost reduction of a radio communication device.SOLUTION: Each sub array includes a first phase rotation unit for rotating a complex phase on an analog signal with respect to a reception signal by each antenna element constituting an array antenna. Each array antenna includes a changeover unit that allows all or part of reception signals output from the first phase rotation unit to pass when the reception signals are a reproduction target and allows a reception signal to pass one by one when the reception signal is a training signal. Each array antenna includes a signal synthesis unit for synthesizing reception signals allowed by and passing through a corresponding changeover unit, and a corresponding signal conversion unit converts a synthesized reception signal to a baseband digital signal. A signal reproduction unit reproduces a reception signal that is a reproduction target and is converted by a conversion unit. A correlation calculation unit, using training signals allowed by and passing through the changeover unit, calculates training signal correlation among antenna elements. A first phase rotation amount control unit, on the basis of a complex phase rotation amount calculated on the basis of the correlation, controls a rotation amount to be applied by the first phase rotation unit.SELECTED DRAWING: Figure 5

Description

本発明は、無線通信装置及び無線通信方法に関する。   The present invention relates to a wireless communication apparatus and a wireless communication method.

[第5世代移動通信を取り巻く背景]
現在、スマートフォンなどの高機能な移動通信端末が爆発的に普及している。携帯電話に関しては、第3世代移動通信から第4世代移動通信に移行し、現在ではさらに先の第5世代移動通信(通称「5G」)に関する研究開発が進められている。この5Gに関して行われている検討のひとつに、マクロセルとスモールセルの利用がある。
[Background of 5th generation mobile communications]
Currently, high-functional mobile communication terminals such as smartphones are explosively spreading. With regard to mobile phones, the third generation mobile communication has shifted to the fourth generation mobile communication, and research and development related to the fifth generation mobile communication (commonly referred to as “5G”) is now underway. One of the studies that have been conducted on 5G is the use of macro cells and small cells.

これまでの携帯電話では、ひとつのサービスエリアを半径数キロメートル程度に設定し、このマクロセルのエリアをひとつの基地局装置がカバーしていた。しかし、この様なマクロセル内には非常に膨大な数のユーザが存在する。全体の限りあるシステム容量は各ユーザでシェアされることになるため、膨大な数のユーザを収容するときには、個々のユーザ毎のスループットは低下する。   In conventional cellular phones, one service area is set to a radius of several kilometers, and this macro cell area is covered by one base station device. However, there are a very large number of users in such a macro cell. Since the limited system capacity as a whole is shared by each user, when accommodating a huge number of users, the throughput for each individual user is lowered.

この様なスループットの低下を回避するために、トラヒックが集中するような人口密集地に、半径数十メートル程度の非常に小さなサービスエリアであるスモールセルを設定する技術が開発されている。この技術では、スモールセルを活用することで、マクロセルを介さずにスポット的なトラヒックをネットワークにオフロードする。ここでは、スモールセルにおける通信能力とマクロセルにおける通信能力を同時並行的に利用可能な端末装置を想定する。このような端末装置を用いることで、制御情報についてはマクロセルを活用して情報交換を行いながら、ユーザデータをスモールセル側において収容する。これによって、マクロセルとスモールセルのメリットを最大限活用することが可能になる。   In order to avoid such a decrease in throughput, a technology for setting a small cell, which is a very small service area with a radius of several tens of meters, in a densely populated area where traffic is concentrated has been developed. With this technology, spot traffic is offloaded to the network without using a macro cell by utilizing a small cell. Here, it is assumed that the terminal device can use the communication capability in the small cell and the communication capability in the macro cell simultaneously. By using such a terminal device, user data is accommodated on the small cell side while exchanging information using the macro cell for control information. This makes it possible to make maximum use of the advantages of macro cells and small cells.

先に述べた5Gでは、伝送速度の目標値に10Gbit/s(ギガビット毎秒)以上が設定されており、このスモールセルでも同様の大容量の通信を行うことでトラヒックの効率的なオフロードを実現する必要がある。マクロセルにおいては長距離伝搬を許容するために周波数の低いマイクロ波帯を利用することが前提となる。しかし、既に周波数資源が枯渇しつつあるマイクロ波帯の現状を考慮し、比較的近距離での通信を想定するスモールセルでは、比較的周波数の高い準ミリ波帯またはミリ波帯の利用が想定されている。この高周波数帯の特徴は、周波数の2乗に反比例して伝搬減衰が大きくなることである。従って、スモールセル基地局は理想的にはユーザ端末に近い場所に設置されることが好ましい。例えば、ビルの屋上の様な設置が容易な場所では、ユーザ端末と基地局との距離が離れ過ぎてしまい、回線設計上、好ましくない。   In 5G mentioned above, the target value of transmission speed is set to 10 Gbit / s (gigabit per second) or more, and this small cell can perform efficient traffic offload by performing the same large-capacity communication. There is a need to. In a macro cell, it is assumed that a microwave band with a low frequency is used in order to allow long-distance propagation. However, considering the current state of the microwave band, where frequency resources are already being depleted, small cells that assume relatively short-distance communication are expected to use the quasi-millimeter wave band or the millimeter wave band with a relatively high frequency. Has been. The characteristic of this high frequency band is that propagation attenuation increases in inverse proportion to the square of the frequency. Therefore, it is preferable that the small cell base station is ideally installed near the user terminal. For example, in a place where installation is easy, such as on the roof of a building, the distance between the user terminal and the base station is too far away, which is not preferable in terms of circuit design.

一方、スモールセルはトラヒックが集中する場所に設定されることになるため、そこまで光ファイバを敷設することが困難な場所であっても、基地局装置の設置が強く望まれるケースがある。例えば新宿や渋谷などの駅前などの様に非常に人が多く密集する場所にスモールセルの基地局装置を設置する場合を想定すると、その様な場所に隣接するビルの屋上では伝搬減衰が大きくなる。そのため、ビルの屋上よりも高さの低い場所、例えばビルの壁面などへの設置が求められることがある。しかし、既設のビルの壁面に光ファイバを敷設するのは困難な場合があり、その様な場合には無線回線を用いてその基地局装置へのバックホール回線を提供する必要に迫られることがある。   On the other hand, since the small cell is set in a place where traffic is concentrated, there is a case where it is strongly desired to install a base station apparatus even in a place where it is difficult to lay an optical fiber. For example, assuming that a small cell base station device is installed in a place where people are very crowded, such as in front of a station such as Shinjuku or Shibuya, propagation attenuation increases on the rooftop of a building adjacent to such a location. . For this reason, it may be required to be installed on a place lower in height than the rooftop of the building, such as a wall surface of the building. However, it may be difficult to install optical fiber on the wall of an existing building. In such a case, it may be necessary to provide a backhaul line to the base station apparatus using a radio line. is there.

この様なバックホール回線を提供する場合、スモールセルにおいて求められる10Gbit/s以上の大容量伝送に対応するために、同様にミリ波帯を活用して10Gbit/s以上の大容量伝送を行う必要がある。この様な環境では、対向する無線局装置は双方が安定的な場所に固定設置されるため、当然ながら見通しが安定的に確保され、且つ、指向性アンテナを相互に向け合うことが一般的である。この場合、ビル間の反射波などはある程度は存在するが、受信される信号の殆どは見通し波成分であり、マルチパス環境とは言いにくい状態であると予想される。この状況は、スモールセル用の基地局装置がビル壁面などの高所に設置され、上方から下方のユーザを見下ろす形で、概ね見通し環境で利用するならば、アクセス系に関しても同様である。   When providing such a backhaul line, it is necessary to use the millimeter wave band to perform a large capacity transmission of 10 Gbit / s or more in order to cope with a large capacity transmission of 10 Gbit / s or more required in a small cell. There is. In such an environment, since both opposing radio station apparatuses are fixedly installed in stable locations, it is natural that the line-of-sight is secured stably and the directional antennas are directed to each other. is there. In this case, reflected waves between buildings exist to some extent, but most of the received signals are line-of-sight components, and it is expected that it is difficult to say a multipath environment. This situation is the same for the access system if the small cell base station device is installed at a high place such as a building wall surface and looks down from the top to the bottom of the user and is generally used in a line-of-sight environment.

次に、5Gで求められる伝送速度である10Gbit/s以上の大容量伝送については、ミリ波帯の活用により非常に広い帯域幅の周波数資源を利用することが可能になり、これにより実現可能性は高まっている。例えば、ミリ波帯を用いたバックホール回線を想定するならば、一例としてEバンド(71〜76GHz及び81〜86GHz)などを用い、仮に1GHzの帯域幅を用いるとすれば、周波数利用効率は10bit/s/Hzで済むことになる。しかし、10bit/s/Hzの周波数利用効率を達成するための既存の無線設備は、概ねMIMO(Multiple-Input Multiple-Output)チャネルを利用した空間多重伝送を採用している。空間多重伝送は一般にはマルチパス環境を利用しており、MIMOチャネルの伝達関数を行列形式で表現したチャネル行列Hの特異値分解を行った際に、その結果得られる特異値の絶対値の分布が、その空間多重伝送の特性を表す。具体的には、特異値の絶対値の2乗値は信号対雑音電力比SNR(Signal to Noise Ratio)に比例した値であり、空間多重伝送のためには第1特異値のみならず、第2特異値以降も十分に大きな値を持たなければ通信が成り立たない。アクセス系であるスモールセルにおける大容量伝送でも同様であるが、この様な見通し波が支配的な環境での空間多重伝送を実現することが、目的とする無線システムの実現には必要不可欠である。   Next, for large-capacity transmission of 10 Gbit / s or higher, which is the transmission rate required for 5G, it becomes possible to use frequency resources with a very wide bandwidth by utilizing the millimeter wave band, and this is feasible. Is growing. For example, if a backhaul line using the millimeter wave band is assumed, E band (71 to 76 GHz and 81 to 86 GHz) is used as an example, and if a bandwidth of 1 GHz is used, the frequency utilization efficiency is 10 bits. / S / Hz is sufficient. However, existing wireless equipment for achieving a frequency utilization efficiency of 10 bits / s / Hz generally employs spatial multiplexing transmission using a multiple-input multiple-output (MIMO) channel. Spatial multiplex transmission generally uses a multipath environment, and when the singular value decomposition of the channel matrix H expressing the transfer function of the MIMO channel in a matrix form is performed, the distribution of absolute values of the singular values obtained as a result thereof Represents the characteristics of the spatial multiplexing transmission. Specifically, the square value of the absolute value of the singular value is a value proportional to the signal-to-noise power ratio SNR (Signal to Noise Ratio), and not only the first singular value but also the first singular value for spatial multiplexing transmission. Communication is not possible if there is no sufficiently large value after the 2 singular value. The same is true for large-capacity transmission in small cells that are access systems, but it is indispensable to realize spatial multiplexing transmission in an environment where such line-of-sight waves are dominant. .

上述のように、5Gではアクセス系及びバックホール回線共に、ミリ波帯の利用が期待される。また、先に述べたように、高周波数帯の特徴は、周波数の2乗に反比例して伝搬減衰が大きくなることである。例えば2GHz帯(既存のアクセス系)と80GHz帯(ミリ波帯を用いる将来システム)とを比較すれば40倍の周波数であるために、伝搬減衰は1600倍であり、32dBの回線利得が不足することになる。もちろん、マクロセルほど広範囲をカバーする必要はないので32dBの全てを補う必要はないが、一方で高周波数帯では送信段でのハイパワーアンプはあまり高出力のデバイスが存在しないため、この点も加味すれば数10dBレベルでの追加の回線利得の確保をしなければならないと考えられる。さらには、その様な環境で空間多重伝送も期待されるため、基地局及び端末局の双方において、従来技術に比べて格段に多くのアンテナ素子を備えた無線システムが検討されるようになった。この様な技術をMassive MIMOと呼ぶ。以下に、Massive MIMOに関する従来技術を紹介する。   As described above, in 5G, the use of the millimeter wave band is expected for both the access system and the backhaul line. As described above, the characteristic of the high frequency band is that the propagation attenuation increases in inverse proportion to the square of the frequency. For example, if the 2 GHz band (existing access system) and the 80 GHz band (future system using the millimeter wave band) are compared to 40 times the frequency, the propagation attenuation is 1600 times and the line gain of 32 dB is insufficient. It will be. Of course, it is not necessary to cover as much as 32 dB because it does not need to cover as wide a range as a macro cell. However, in the high frequency band, high power amplifiers in the transmission stage do not have very high output devices. In this case, it is considered that an additional line gain at a level of several tens of dB must be secured. Furthermore, since spatial multiplexing transmission is also expected in such an environment, both base stations and terminal stations are now considering wireless systems with significantly more antenna elements than conventional techniques. . Such a technique is called Massive MIMO. Below, the prior art regarding Massive MIMO is introduced.

非特許文献1では、基地局側が256素子、端末局側が16素子のアンテナを備え、256×16のサイズのチャネル行列を活用して16ストリームの空間多重伝送を目指している。この非特許文献1では、複数の信号系列(ストリーム)を伝送するために、その指向性形成を、無線のアナログ回路における複素位相量の回転を用いたアナログビームフォーミングと、デジタル・ベースバンド回路におけるデジタル領域でのデジタルビームフォーミングとを併用して行う。これにより、アナログ/デジタル(A/D)変換器及びデジタル/アナログ(D/A)変換器の多用を避け、消費電力の低減とチャネル情報のフィードバック時の回線利得不足対策を行っている。以下、非特許文献1に示された技術の概要を説明する。   In Non-Patent Document 1, the base station side is equipped with 256 elements and the terminal station side is equipped with 16 elements, and aims at 16 streams of spatial multiplexing transmission utilizing a 256 × 16 channel matrix. In this non-patent document 1, in order to transmit a plurality of signal sequences (streams), the directivity is formed by analog beam forming using rotation of a complex phase amount in a wireless analog circuit and in a digital baseband circuit. Performed in combination with digital beam forming in the digital domain. As a result, avoiding heavy use of analog / digital (A / D) converters and digital / analog (D / A) converters, power consumption is reduced and channel gain shortage countermeasures are taken when channel information is fed back. Hereinafter, an outline of the technique disclosed in Non-Patent Document 1 will be described.

図11は、従来技術における無線局装置の構成例を示す機能ブロック図である。同図に示す無線局装置は、変調器901−1〜901−N(MOD#1〜MOD#N)と、プリコーダ902と、IFFT(Inverse Fast Fourier Transform:高速逆フーリエ変換)&GI(Guard Interval)付与回路903−1〜903−Nと、D/A変換器904−1〜904−Nと、アップコンバータ(UC)905−1〜905−Nと、ダウンコンバータ(DC)906−1〜906−Nと、A/D変換器907−1〜907−Nと、GI除去&FFT(Fast Fourier Transform:高速フーリエ変換)回路908−1〜908−Nと、ポストコーダ909と、復調器910−1〜910−N(DEM#1〜DEM#N)と、TDDスイッチ(TDD−SW)911と、分配結合器(HYB)912−1〜912−Nと、移相器913−1−1〜913−N−Mと、分配結合器(HYB)915−1〜915−Mと、アンテナ素子916−1〜916−Mとを備える。ここでNは空間多重を行う際の多重数(ストリーム数)に相当し、Nはデジタル的な指向性形成のための信号処理を行う信号系統数を、Mはアンテナ素子数を表している(M≧N≧N)。さらにアンテナ素子916−1〜916−Mは、全体としてアレーアンテナを構成している。 FIG. 11 is a functional block diagram showing a configuration example of a radio station apparatus in the prior art. The radio station apparatus shown in the figure includes modulators 901-1 to 901-N (MOD # 1 to MOD # N), a precoder 902, IFFT (Inverse Fast Fourier Transform) & GI (Guard Interval). Giving circuits 903-1 to 903-N 0 , D / A converters 904-1 to 904-N 0 , up converters (UC) 905-1 to 905-N 0 , and down converters (DC) 906-1 906-N 0 , A / D converters 907-1 to 907-N 0 , GI removal & FFT (Fast Fourier Transform) circuits 908-1 to 908-N 0 , a post coder 909, Demodulators 910-1 to 910 -N (DEM # 1 to DEM # N), TDD switch (TDD-SW) 911, distribution coupler (HYB) 912-1 to 912 -N 0 , and phase shifter 913 -1 Comprises a -1~913-N 0 -M 0, and distributor coupler (HYB) 915-1~915-M 0, and antenna element 916-1~916-M 0. Here, N corresponds to the number of multiplexed (number of streams) when performing spatial multiplexing, N 0 represents the number of signal systems for performing signal processing for digital directivity formation, and M 0 represents the number of antenna elements. (M 0 ≧ N 0 ≧ N). Further, the antenna elements 916-1 to 916 -M 0 constitute an array antenna as a whole.

分配結合器912−1〜912−Nからアンテナ素子916−1〜916−Mは送受信で共通である。また、TDDスイッチ911は、分配結合器912−1〜912−Nからアンテナ素子916−1〜916−Mへの接続を、送信系に相当する変調器901−1〜901−Nからアップコンバータ905−1〜905−Nと、受信系に相当するダウンコンバータ906−1〜906−Nから復調器910−1〜910−Nとの間で切り替える。例えば、送信時にはアップコンバータ905−nと分配結合器912−nが接続され、受信時にはダウンコンバータ906−nと分配結合器912−nが接続される(n=1,…,N)。ここには図示していない全体の制御回路が、フレーム周期や送受信タイミングを管理し、TDDスイッチ911の切り替えもこの制御回路により実施される。 The distribution couplers 912-1 to 912 -N 0 to the antenna elements 916-1 to 916 -M 0 are common for transmission and reception. Further, the TDD switch 911 increases the connection from the distribution couplers 912-1 to 912-N 0 to the antenna elements 916-1 to 916-M 0 from the modulators 901-1 to 901-N corresponding to the transmission system. Switching is performed between converters 905-1 to 905-N 0 and down converters 906-1 to 906-N 0 corresponding to the reception system to demodulators 910-1 to 910-N. For example, the up converter 905-n and the distribution coupler 912-n are connected during transmission, and the down converter 906-n and the distribution coupler 912-n are connected during reception (n = 1,..., N 0 ). An overall control circuit (not shown) manages the frame period and transmission / reception timing, and the TDD switch 911 is also switched by this control circuit.

また、移相器913−1−1〜913−N−Mは、事前に定められたビームパターンに応じて送受信信号の位相関係を調整し、図示していない制御回路によりこの位相回転量も管理される。ここでの位相は、フェーズドアレーアンテナにおける指向性制御と同様である。例えば、アンテナ素子916−1〜916−M全体で所定の方向への指向性利得が最大となる様に、その方向からの到来波に対して各アンテナ素子916−1〜916−Mにおける経路長差を波長で除算した値に相当する複素位相を調整する。これにより、各アンテナ素子916−1〜916−Mが同位相で信号を送受信できるようにする。 The phase shifters 913-1-1 to 913 -N 0 -M 0 adjust the phase relationship of transmission and reception signals according to a predetermined beam pattern, and this phase rotation amount is controlled by a control circuit (not shown). Are also managed. The phase here is the same as the directivity control in the phased array antenna. For example, as directional gain in a predetermined direction across the antenna elements 916-1~916-M 0 is the maximum, at each antenna element 916-1~916-M 0 against incoming waves from that direction The complex phase corresponding to the value obtained by dividing the path length difference by the wavelength is adjusted. This enables each antenna element 916-1 to 916 -M 0 to transmit and receive signals in the same phase.

なお、ここでの指向性は水平方向の方位角θ及び垂直方向の方位角φを所定の角度の刻み幅で分割し、選択可能な(θ,φ)のメニューごとに、対応する複素位相の組をセットとして移相器913−n−1〜913−n−M(n=1,…,N)の位相量の調整を行う。この結果、例えば、アンテナ素子916−1〜916−M、移相器913−n−1〜913−n−M、分配結合器912−n全体でn番目の信号系列ついてのひとつの仮想的指向性アンテナとして振る舞う。これらの仮想的指向性アンテナは物理的には分配結合器915−1〜915−Mを介して、アンテナ素子916−1〜916−Mを共用することになる。 The directivity here is obtained by dividing the horizontal azimuth angle θ and the vertical azimuth angle φ by a step size of a predetermined angle, and for each selectable (θ i , φ j ) menu, the corresponding complex The phase amount of the phase shifters 913-n-1 to 913-n-M 0 (n = 1,..., N 0 ) is adjusted with the set of phases as a set. As a result, for example, the antenna element 916-1 to 916 -M 0 , the phase shifters 913-n-1 to 913 -n-M 0 , and one hypothesis for the n-th signal sequence in the entire distribution coupler 912-n. Behaves as a directional antenna. These virtual directional antenna is physically via distribution couplers 915-1~915-M 0, will share the antenna element 916-1~916-M 0.

さらに以下の説明では、一例としてOFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing:直交周波数分割多重)変調方式の様に周波数軸上の信号を形成して通信を行う場合を例に取り説明する。なお、シングルキャリア伝送の場合であっても周波数軸上での等化処理を行う場合には一旦周波数軸の信号に変換するので、プリコーディング処理及びポストコーディング処理に関しては、この様な周波数軸上の信号に変換した後の処理と見なせば、OFDMかシングルキャリア伝送かの区別なく、同様の議論は可能である。   Furthermore, in the following description, a case where communication is performed by forming a signal on the frequency axis as in an OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) modulation method will be described as an example. Even in the case of single carrier transmission, when equalization processing on the frequency axis is performed, the signal is once converted to a frequency axis signal. Similar processing is possible regardless of whether OFDM or single carrier transmission is used.

具体的な信号の流れは以下の通りである。まず信号の送信について説明する。変調器901−1〜901−Nは、それぞれで空間多重を行う各ストリームの送信信号を生成する。プリコーダ902は、複数の仮想的指向性アンテナ間の間で信号合成を適宜行い、受信局側での信号分離が効率的に実施できるようにする。このプリコーディング処理は、例えばN系統の仮想的指向性アンテナと実際に送受信するN系統の信号系統間のMIMOチャネル行列を特異値分解した際のユニタリー変換行列の乗算に相当する。これにより、所謂、固有モード伝送を実現し、効率的な伝送を実現する。IFFT&GI付与回路903−1〜903−Nは、この様にして形成された送信信号系列を、周波数軸上の信号から時間軸上の信号に変換し、ガードインターバルを付与する。必要に応じて、シンボル間の波形整形などもここで行うものとする。D/A変換器904−1〜904−Nは、この様にして生成されたデジタル信号を、アナログ信号に変換する。アップコンバータ905−1〜905−Nは、このアナログ信号を、ベースバンド信号から無線周波数帯の信号に変換する。 The specific signal flow is as follows. First, signal transmission will be described. Modulators 901-1 to 901 -N each generate a transmission signal for each stream for spatial multiplexing. The precoder 902 appropriately combines signals between a plurality of virtual directional antennas so that signal separation can be efficiently performed on the receiving station side. This precoding processing corresponds to multiplication of a unitary transformation matrix when singular value decomposition is performed on, for example, a MIMO channel matrix between N 0 virtual directional antennas and N signal systems actually transmitted and received. Thus, so-called eigenmode transmission is realized, and efficient transmission is realized. The IFFT & GI adding circuits 903-1 to 903 -N 0 convert the transmission signal sequence formed in this way from a signal on the frequency axis to a signal on the time axis, and add a guard interval. If necessary, waveform shaping between symbols is also performed here. The D / A converters 904-1 to 904 -N 0 convert the digital signals generated in this way into analog signals. Upconverter 905-1~905-N 0 is the analog signal, converts the baseband signal to the radio frequency signals.

送信時においてTDDスイッチ911は、アップコンバータ905−nと分配結合器912−nを接続する(n=1,…,N)。なお、添え字の1〜Nは全て同様に振る舞う。分配結合器912−n(n=1,…,N)は、無線周波数帯の信号をアンテナ系統数Mだけの信号に分配し、これを移相器913−n−1〜913−n−Mに入力する。例えば移相器913−1−1〜913−1−Mは、第1の信号系列に対応する指向性の方位(θ,φ)に対応した所定の複素位相の調整をアナログ信号上で実施し、調整後の第1の信号系列を分配結合器915−1〜915−Mを介してアンテナ素子916−1〜916−Mから送信する。同様に移相器913−N−1〜913−N−Mは、第Nの信号系列に対応する指向性の方位(θi’,φj’)に対応した所定の複素位相の調整をアナログ信号上で実施し、調整後の第Nの信号系列を分配結合器915−1〜915−Mを介してアンテナ素子916−1〜916−Mから送信する。なお、分配結合器915−m(m=1,…,M)は、対応する移相器913−1−m、913−2−m、…、913−N−mから入力した信号を合成し、アンテナ素子916−mに出力する。 At the time of transmission, the TDD switch 911 connects the up converter 905-n and the distribution coupler 912-n (n = 1,..., N 0 ). It should be noted, 1~N 0 of subscript is all behave in the same way. Distribution coupler 912-n (n = 1,..., N 0 ) distributes radio frequency band signals to signals of only the number of antenna systems M 0 , and phase-shifters 913-n-1 to 913-n. input to -M 0. For example, the phase shifters 913-1-1 to 913-1 -M 0 adjust the predetermined complex phase corresponding to the directivity direction (θ i , φ j ) corresponding to the first signal sequence on the analog signal. in is performed to transmit a first signal sequence after the adjustment from the antenna elements 916-1~916-M 0 through the distribution coupler 915-1~915-M 0. Similarly the phase shifter 913-N 0 -1~913-N 0 -M 0 , the first N 0 directivity of the azimuth corresponding to the signal sequence of (θ i ', φ j' ) predetermined complex phase corresponding to the the adjustments performed on the analog signal and transmits the signal sequence of the N after adjustment from the antenna elements 916-1~916-M 0 through the distribution coupler 915-1~915-M 0. The distribution couplers 915-m (m = 1,..., M 0 ) receive the signals input from the corresponding phase shifters 913-1-m, 913-2-m, ..., 913-N 0 -m. Combined and output to the antenna element 916-m.

次に信号の受信について説明する。アンテナ素子916−1〜916−Mが受信した信号は分配結合器915−1〜915−Mにより、それぞれN系統の信号に分配され、それぞれが対応する移相器913−1−1〜913−N−Mに出力される。
例えば移相器913−1−1〜913−1−Mは、第1の信号系列に対応する指向性の方位(θ,φ)に対応した所定の複素位相の調整をアナログ信号上で実施し、調整後の第1の信号系列を分配結合器912−1に入力する。分配結合器912−1は入力されたこれらの信号を合成し、合成された信号を、TDDスイッチ911を介してダウンコンバータ906−1に入力する。
同様に、移相器913−N−1〜913−N−Mは、第Nの信号系列に対応する指向性の方位(θi’,φj’)に対応した所定の複素位相の調整をアナログ信号上で実施し、調整後の第Nの信号系列を分配結合器912−Nに入力する。分配結合器912−Nは、入力されたこれらの信号を合成し、合成された信号を、TDDスイッチ911を介してダウンコンバータ906−Nに入力する。
Next, signal reception will be described. The signals received by the antenna elements 916-1 to 916 -M 0 are distributed to the N 0 system signals by the distribution couplers 915-1 to 915 -M 0 , respectively, and the corresponding phase shifters 913-1-1. It is output to the ~913-N 0 -M 0.
For example, the phase shifters 913-1-1 to 913-1 -M 0 adjust the predetermined complex phase corresponding to the directivity direction (θ i , φ j ) corresponding to the first signal sequence on the analog signal. The first signal sequence after adjustment is input to the distribution coupler 912-1. The distribution coupler 912-1 combines these input signals, and inputs the combined signal to the down converter 906-1 via the TDD switch 911.
Similarly, the phase shifter 913-N 0 -1~913-N 0 -M 0 , the directivity of the azimuth corresponding to the signal sequence of the N (θ i ', φ j ') predetermined complex phase corresponding to the the adjustments performed on the analog signal, and inputs the N-th signal sequence after the adjustment to the distributor coupler 912-N 0. Distribution coupler 912-N 0 synthesizes these inputted signals and inputs the synthesized signal to down converter 906-N 0 via TDD switch 911.

ダウンコンバータ906−1〜906−Nは、無線周波数の信号をベースバンド信号にダウンコンバートする。A/D変換器907−1〜907−Nは、ダウンコンバートにより得られたアナログのベースバンド信号をデジタルのベースバンド信号に変換する。ここでは図示していないタイミング検出回路にて管理されるシンボルタイミングに基づき、GI除去&FFT回路908−1〜908−Nは、デジタルのベースバンド信号からガードインターバルを除去し、時間軸の信号を周波数軸の信号に変換する。ポストコーダ909は、GI除去&FFT回路908−1〜908−Nにより処理された各信号系列(ストリーム)間のクロストーク成分を周波数軸上で信号分離し、クロストーク成分分離後の信号を対応する復調器910−1〜910−Nに出力する。復調器910−1〜910−Nは、所定の信号検出処理により、データを再生して出力する。 The down converters 906-1 to 906-N 0 down-convert radio frequency signals into baseband signals. The A / D converters 907-1 to 907 -N 0 convert analog baseband signals obtained by down-conversion into digital baseband signals. Here, based on symbol timing managed by a timing detection circuit (not shown), the GI removal & FFT circuits 908-1 to 908 -N 0 remove the guard interval from the digital baseband signal, Convert to frequency axis signal. Postcoder 909, the cross talk component between the signal sequence (stream) which has been processed by the GI removal & FFT circuit 908-1~908-N 0 and signal separation in the frequency domain, corresponding signals after the crosstalk component separation Output to the demodulators 910-1 to 910 -N. Demodulators 910-1 to 910 -N reproduce and output data by a predetermined signal detection process.

なお、ここでは送信側のパワーアンプ及び受信側のローノイズアンプは明示的に記載していないが、一般にはアップコンバータ905−1〜905−Nの後段(符号「A」〜「AN0」の位置)にパワーアンプを設置し、ダウンコンバータ906−1〜906−Nの前段(符号「B」〜「BN0」の位置)にローノイズアンプを設置する。このパワーアンプとローノイズアンプは個別に複素位相回転量が異なり、更には周波数毎に移送回転量が異なる場合もある。しかし、TDDスイッチ911とアンテナ素子916−1〜916−Mの間には送信と受信で位相回転量に差がつく要因は排除されており、送信時と受信時でのチャネルの対称性が保存される。このため、移相器913−1−1〜913−N−Mの位相回転量の設定は、送信時と受信時で同じ値を用いることが可能である。 Here, the power amplifier on the transmission side and the low noise amplifier on the reception side are not explicitly described, but in general, the latter stage of the up converters 905-1 to 905-N 0 (references “A 1 ” to “A N0 ”). ) And a low noise amplifier are installed in front of the down converters 906-1 to 906 -N 0 (positions “B 1 ” to “B N0 ”). The power amplifier and the low noise amplifier have different complex phase rotation amounts, and there are cases where the transfer rotation amount differs for each frequency. However, a factor causing a difference in phase rotation amount between transmission and reception is eliminated between the TDD switch 911 and the antenna elements 916-1 to 916 -M 0 , and the symmetry of the channel between transmission and reception is eliminated. Saved. For this reason, the same value can be used for setting the phase rotation amount of the phase shifters 913-1-1 to 913 -N 0 -M 0 at the time of transmission and at the time of reception.

以上がハイブリッド・ビームフォーミングを用いたMassive MIMO技術の概要である。ここでは移相器913−1−1〜913−N−Mで設定する位相回転量ないしは各信号系列に対応する指向性の方位(上述の例では、移相器913−1−1〜913−1−Mでは(θ,φ)、移相器913−N−1〜913−N−Mでは(θi’,φj’))などの取得方法は本願発明の特徴に直接関係ないために省略するが、非特許文献1などの従来技術により取得可能である。 The above is an outline of the Massive MIMO technology using hybrid beamforming. Here, the phase rotation amount set by the phase shifters 913-1-1 to 913 -N 0 -M 0 or the directionality of the directivity corresponding to each signal series (in the above example, the phase shifters 913-1-1-1). in 913-1-M 0 (θ i, φ j), the phase shifter 913-N 0 -1~913-N 0 -M 0 (θ i ', φ j')) acquisition method, such as the present invention Although it is omitted because it is not directly related to the above feature, it can be obtained by conventional techniques such as Non-Patent Document 1.

[見通し波が支配的な場合のMassive MIMO技術の拡張]
以上のMassive MIMO技術の説明では、主としてアクセス系での利用を想定していたために、概ねマルチパス環境であることを前提としていた。しかし、アクセス系であってもスモールセル基地局が上方に設置され、見下ろす格好で概ね見通しが確保できる場合には、非マルチパス環境での運用が余儀なくされる場合がある。特にバックホール回線の場合にはそれが顕著で、所謂、ライス係数Kが10dB以上となる、見通し波成分の1/10以下程度しかマルチパス成分が伴わない環境での利用が想定される。この場合、第1特異値に相当する回線利得と第2特異値以上に相当する回線利得差が20dB、ないしはそれ以上となることが予想され、実質的に2ストリーム以上の空間多重伝送は非効率となることが予想される。
[Expansion of Massive MIMO technology when line-of-sight wave is dominant]
In the above description of the Massive MIMO technology, since it is mainly assumed to be used in an access system, it is assumed that the environment is generally a multipath environment. However, even in the case of an access system, if a small cell base station is installed on the upper side and it is possible to secure a general outlook while looking down, operation in a non-multipath environment may be forced. In the case of a backhaul line in particular, this is conspicuous, and it is assumed that the so-called Rice coefficient K is 10 dB or more, and it is assumed to be used in an environment where only about 1/10 or less of the line-of-sight component is accompanied by multipath components. In this case, it is expected that the difference between the line gain corresponding to the first singular value and the line gain corresponding to the second singular value or more will be 20 dB or more. It is expected that

この様な環境では、非特許文献2に示される様に、第1特異値に対応する回線利得の効率の高さを活用して、全アンテナ素子を複数のセットに分割し、セット毎にサブアレー構成をとることが有効になる。そして、そのサブアレーを空間的に離して設置することで、サブアレー間の相関を低下させ、第1特異値に対応した伝送を低相関で並列伝送することが有効になる。また、同様に非特許文献3では、ここでのサブアレーのアンテナ開口長が狭く、見通し波が支配的で十分にサブアレー内の各アンテナ素子間の相関が強い場合、各アンテナ素子の送受信ウエイトは周波数依存性を持たない定数として扱うことが可能であり、この場合には時間軸上のサンプリングデータ単位でウエイトの乗算が可能であるという「時間軸ビームフォーミング技術」が提案されている。   In such an environment, as shown in Non-Patent Document 2, using the high efficiency of the line gain corresponding to the first singular value, all antenna elements are divided into a plurality of sets, and subarrays are set for each set. It is effective to take a configuration. Then, by installing the subarrays spatially separated, it is effective to reduce the correlation between the subarrays and to transmit the transmission corresponding to the first singular value in parallel with low correlation. Similarly, in Non-Patent Document 3, when the antenna aperture length of the subarray is narrow, the line-of-sight wave is dominant, and the correlation between the antenna elements in the subarray is sufficiently strong, the transmission / reception weight of each antenna element is the frequency. A “time-axis beamforming technique” has been proposed in which weights can be multiplied in units of sampling data on the time axis, which can be handled as constants having no dependency.

これは、素子間隔が狭くアンテナ素子の相関が強い場合、アンテナ素子毎の相対的なチャネル情報(ある基準となるアンテナ素子でのチャネル情報に対するチャネル情報の相対値であり、具体的には基準アンテナ素子の第k周波数成分のチャネル情報の複素位相をψref (k)とした場合に、各アンテナ素子にExp{−jψref (k)}を乗算して得られる情報)の複素位相の周波数依存性は、概ね一定となっていることに起因した方式である。例えば受信時においては、これらの各アンテナ素子の受信信号を複素位相が同位相になる様に信号合成するための受信ウエイトの複素位相は、全周波数帯域において概ね一定となっており、全周波数帯で同一の定数の受信ウエイトを用いることが可能となる。一般に、周波数軸上で定数となる関数をフーリエ変換するとδ関数になるため、周波数軸の受信ウエイトをIFFTにより時間軸上に変換したウエイトは、t=0の成分のみを考慮すればよいことになる。つまり、遅延波成分を考慮した信号処理が不要であることから、アナログ・ベースバンドの受信信号をA/D変換器でサンプリングしたサンプリングデータに、直接、アンテナ素子毎の所定の係数である時間軸受信ウエイトを乗算すれば、受信信号をFFT処理などにより一度も周波数軸上の信号に変換することなく、完全に時間軸の信号処理だけで指向性形成を実現することが可能になる。 This is the relative channel information for each antenna element when the element spacing is narrow and the correlation between the antenna elements is strong (the relative value of the channel information with respect to the channel information at a certain antenna element, specifically the reference antenna When the complex phase of the channel information of the k-th frequency component of the element is ψ ref (k) , the frequency dependence of the complex phase of Exp {−jψ ref (k) } multiplied by each antenna element) The nature is due to being almost constant. For example, at the time of reception, the complex phase of the reception weight for synthesizing the reception signals of these antenna elements so that the complex phase is the same phase is generally constant in the entire frequency band. Thus, the same constant reception weight can be used. In general, when a function that is constant on the frequency axis is Fourier transformed to a δ function, the weight obtained by converting the reception weight on the frequency axis onto the time axis by IFFT only needs to consider the component at t = 0. Become. In other words, since signal processing in consideration of the delayed wave component is unnecessary, the time axis that is a predetermined coefficient for each antenna element is directly added to the sampling data obtained by sampling the analog baseband received signal by the A / D converter. By multiplying the reception weight, it is possible to realize directivity formation with only time-axis signal processing without converting the received signal into a signal on the frequency axis by FFT processing or the like.

時間軸ウエイトとして乗算する複素位相の回転のための係数は以下の式(1)〜式(3)により求められる。   A coefficient for rotating the complex phase multiplied as a time axis weight is obtained by the following equations (1) to (3).

Figure 2018019380
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上記の式において、S(n)は、受信したトレーニング信号の中で、第iアンテナの第nサンプルのサンプリングデータを表し、S(n)は、S(n)の複素共役を表す。NFFTは所定の周期性を想定し、例えばOFDMのFFTポイント数の様な相関検出において意味を持つ周期性の値を示す。ψは時間軸ビームフォーミングで実施する(受信側の)複素位相の回転量である。関数angle(x)は複素数xの複素位相を表す関数であり、xの実数部とxの虚数部の比及び実部と虚部の符号により定まる値である。また、式(1)における相関演算においては所定の周期性としてOFDM信号の場合にはFFTポイント数であるNFFTサンプルに渡り相関演算を行うとしたが、例えばNFFTの整数倍であっても周期性は維持される様に、その他のサンプル数に渡る相関演算を行っても構わない。 In the above equation, S i (n) represents the sampling data of the n th sample of the i th antenna in the received training signal, and S i (n) * represents the complex conjugate of S i (n). Represent. N FFT assumes a predetermined periodicity, and indicates a periodicity value that is meaningful in correlation detection, such as the number of FFT points of OFDM. ψ j is the amount of rotation of the complex phase (on the receiving side) performed by time axis beamforming. The function angle (x) is a function representing the complex phase of the complex number x, and is a value determined by the ratio of the real part of x to the imaginary part of x and the sign of the real part and imaginary part. Although the in the correlation calculation in the formula (1) performs a correlation operation over N FFT samples is the number of FFT points in the case of the OFDM signal as a predetermined periodicity, it is an integer multiple of example N FFT Correlation calculation over other sample numbers may be performed so that the periodicity is maintained.

ここで式(2)より明らかな様に、上記式(1)で与えられる複素係数cの複素位相と、上記式(2)で与えられる時間軸ウエイトwの複素位相は符号が反転したものとなっている。この意味で、後述する本発明の実施形態において、相対的なチャネル情報に対応する式(1)で与えられる複素係数cの複素位相を求めることと、時間軸ウエイトwの複素位相を求めることは等価である。 Here, as is clear from the equation (2), the sign of the complex phase of the complex coefficient c j given by the above equation (1) and the complex phase of the time axis weight w j given by the above equation (2) are inverted. It has become a thing. In this sense, in the embodiment of the present invention described later, the complex phase of the complex coefficient c j given by the expression (1) corresponding to the relative channel information is obtained, and the complex phase of the time axis weight w j is obtained. That is equivalent.

図12は、非特許文献3に記載の従来技術における時間軸ビームフォーミングを用いた無線局装置の構成例(サブアレー分離型)を示す機能ブロック図である。同図に示す無線局装置は、ベースバンド信号処理回路140と、送受信信号処理回路929−1〜929−Nとを備える。ベースバンド信号処理回路140は、変調器120−1〜120−N(MOD#1〜MOD#N)と、信号分離回路141と、復調器130−1〜130−N(DEM#1〜DEM#N)とを備える。送受信信号処理回路929−n(n=1,…,N)は、時間軸送信ウエイト乗算回路921−nと、D/A変換器922−n−1〜922−n−Mと、アップコンバータ923−n−1〜923−n−Mと、ダウンコンバータ(DC)924−n−1〜924−n−Mと、A/D変換器925−n−1〜925−n−Mと、時間軸受信ウエイト乗算回路926−nと、TDDスイッチ(TDD−SW)927−nとを備える。TDDスイッチ927−nは、アンテナ素子928−n−1〜928−n−Mと接続される。ここでNは空間多重を行う際の多重数(ストリーム数)に相当し、送受信信号処理回路929−1〜929−Nは全体でN系統分だけ実装されている。またMは、各送受信信号処理回路929−1〜929−Nに実装されるサブアレーのアンテナ素子数を表している。図11の説明では全アンテナ素子数をMとしていたが、ここではアンテナ全体をサブアレー構成としているので個々のサブアレーのアンテナ素子数は異なる値Mと標記した。 FIG. 12 is a functional block diagram showing a configuration example (subarray separation type) of a radio station apparatus using time-axis beamforming in the prior art described in Non-Patent Document 3. The radio station apparatus shown in the figure includes a baseband signal processing circuit 140 and transmission / reception signal processing circuits 929-1 to 929 -N. The baseband signal processing circuit 140 includes modulators 120-1 to 120-N (MOD # 1 to MOD # N), a signal separation circuit 141, and demodulators 130-1 to 130-N (DEM # 1 to DEM #). N). The transmission / reception signal processing circuit 929-n (n = 1,..., N) includes a time-axis transmission weight multiplication circuit 921-n, D / A converters 922-n-1 to 922-n-M, and an up converter 923. -N-1 to 923-nM, down converter (DC) 924-n-1 to 924-nM, A / D converters 925-n-1 to 925-nM, time axis A reception weight multiplication circuit 926-n and a TDD switch (TDD-SW) 927-n are provided. The TDD switch 927-n is connected to the antenna elements 928-n-1 to 928-n-M. Here, N corresponds to the number of multiplexing (the number of streams) when performing spatial multiplexing, and the transmission / reception signal processing circuits 929-1 to 929 -N are mounted for N systems as a whole. M represents the number of antenna elements of the subarray mounted on each of the transmission / reception signal processing circuits 929-1 to 929 -N. In the description of FIG. 11, the total number of antenna elements is M 0 , but here the whole antenna has a subarray configuration, so the number of antenna elements in each subarray is indicated as a different value M.

ここで送受信信号処理回路929−1〜929−N(送受信信号処理回路929−nにはサブアレーのアンテナ素子928−n−1〜928−n−Mが付随している)は、非特許文献2の様に空間的に離して設置することが想定されている。また、ベースバンド信号処理回路140は、送受信信号処理回路929−1〜929−Nそれぞれと有線接続され、この有線上でデジタル・ベースバンド信号が転送されている。また、図11の場合と同様に、ここには図示していない全体の制御回路がベースバンド信号処理回路140上に実装され、フレーム周期や送受信タイミングを管理し、ここでTDDスイッチ927−1〜927−Nの切り替えもここで管理される。   Here, the transmission / reception signal processing circuits 929-1 to 929 -N (the transmission / reception signal processing circuit 929 -n is accompanied by subarray antenna elements 928 -n-1 to 928 -n-M) are described in Non-Patent Document 2. It is assumed that they will be installed spatially apart like The baseband signal processing circuit 140 is connected to each of the transmission / reception signal processing circuits 929-1 to 929 -N by wire, and a digital baseband signal is transferred over this wire. Similarly to the case of FIG. 11, an overall control circuit (not shown) is mounted on the baseband signal processing circuit 140 to manage the frame period and transmission / reception timing. Here, the TDD switches 927-1 to 927-1 are used. The switching of 927-N is also managed here.

さらに時間軸ビームフォーミング技術では、基本的に時間軸での信号処理を前提とするが、OFDM変調方式の様に周波数軸上の信号を形成する場合でもFFT処理及びIFFT処理により周波数軸上の信号は時間軸上の信号に変換可能であり、この時間軸信号への信号処理の実施により、シングルキャリア伝送と共にOFDM変調方式でも同様に時間軸ビームフォーミング技術を適用可能である。ただし、図11では周波数軸上の信号処理を想定し、IFFT処理のためのIFFT&GI付与回路903−1〜903−NとFFT処理のためのGI除去&FFT回路908−1〜908−Nとを、変調器901−1〜901−N及び復調器910−1〜910−Nとは分離して表記していたが、ここでは周波数軸上の信号処理を前提としないため、図12では仮にOFDM変調方式などを用いる場合であっても、変調器120−1〜120−N及び復調器130−1〜130−N(または信号分離回路141)内部にFFT処理及びIFFT処理の機能が含まれているものと見做し、これらの表記は省略することとした。したがって、OFDM変調方式やシングルキャリア伝送の如何にかかわらず、変調器120−1〜120−N及び復調器130−1〜130−Nからの入出力信号は時間軸上の信号であるものとする。また、信号分離回路141では各信号系列間の信号分離を行うが、ここでは時間軸での信号分離を行うことも可能であるし、一旦、FFTにより周波数軸の信号に変換し、周波数軸で周波数依存性のある信号分離を実施しても構わない。この意味で、復調器130−1〜130−Nへの入力は、時間軸の信号である場合と周波数軸の信号である場合が想定されるが、ここでは簡単のために時間軸での信号を入力するものとして説明する。 Furthermore, the time-axis beamforming technique basically assumes signal processing on the time axis, but even when signals on the frequency axis are formed as in the OFDM modulation method, signals on the frequency axis are processed by FFT processing and IFFT processing. Can be converted into a signal on the time axis, and by performing signal processing on this time axis signal, the time axis beam forming technique can be similarly applied to the OFDM modulation method as well as the single carrier transmission. However, in FIG. 11, signal processing on the frequency axis is assumed, and IFFT & GI adding circuits 903-1 to 903-N 0 for IFFT processing and GI removal & FFT circuits 908-1 to 908-N 0 for FFT processing Is shown separately from the modulators 901-1 to 901 -N and the demodulators 910-1 to 910 -N, but here, since signal processing on the frequency axis is not assumed, FIG. Even when the OFDM modulation method or the like is used, the functions of FFT processing and IFFT processing are included in the modulators 120-1 to 120-N and the demodulators 130-1 to 130-N (or the signal separation circuit 141). These notations are omitted. Therefore, the input / output signals from the modulators 120-1 to 120-N and the demodulators 130-1 to 130-N are signals on the time axis regardless of the OFDM modulation scheme or single carrier transmission. . Further, the signal separation circuit 141 performs signal separation between each signal series, but here it is also possible to perform signal separation on the time axis, and once convert it to a frequency axis signal by FFT, Frequency-dependent signal separation may be performed. In this sense, the input to the demodulators 130-1 to 130-N is assumed to be a time-axis signal or a frequency-axis signal. Will be described as input.

具体的な信号の流れは以下の通りである。まず信号の送信について説明する。変調器120−1〜120−Nは、それぞれで空間多重を行う各ストリームの時間軸デジタル・ベースバンドの送信信号を生成し、それぞれを時間軸送信ウエイト乗算回路921−1〜921−Nに入力する。時間軸送信ウエイト乗算回路921−n(n=1,…,N)は、変調器120−nから入力されたデジタル信号を、送受信信号処理回路929−nで指向性形成するためのサブアレーの各アンテナ素子928−n−1〜928−n−Mに対応した送信ウエイトを乗算したデジタル信号に変換する。D/A変換器922−n−1〜922−n−Mは、送信ウエイトが乗算されたデジタル信号をアナログ・ベースバンド信号に変換し、アップコンバータ923−n−1〜923−n−Mは、アナログ・ベースバンド信号を無線周波数帯の信号に変換する。送信時において、TDDスイッチ927−nは、アップコンバータ923−n−m(mは1以上M以下の整数)をアンテナ素子928−n−mに接続する。各アンテナ素子928−n−1〜928−n−Mからは、アップコンバータ923−n−1〜923−n−Mから入力されたそれぞれの信号が送信され、送受信信号処理回路929−1〜929−N毎に指向性ビームが形成される。   The specific signal flow is as follows. First, signal transmission will be described. Modulators 120-1 to 120 -N generate time base digital baseband transmission signals of the respective streams to be spatially multiplexed, and input them to time base transmission weight multiplication circuits 921-1 to 921 -N, respectively. To do. The time-axis transmission weight multiplication circuit 921-n (n = 1,..., N) each of the subarrays for forming the directivity of the digital signal input from the modulator 120-n by the transmission / reception signal processing circuit 929-n. The signal is converted into a digital signal multiplied by a transmission weight corresponding to the antenna elements 928-n-1 to 928-n-M. The D / A converters 922-n-1 to 922-n-M convert the digital signal multiplied by the transmission weight into an analog baseband signal, and the up-converters 923-n-1 to 923-n-M The analog baseband signal is converted into a radio frequency band signal. At the time of transmission, the TDD switch 927-n connects the up-converter 923-nm (m is an integer of 1 to M) to the antenna element 928-nm. Each antenna element 928-n-1 to 928-n-M transmits the respective signals input from the up-converters 923-n-1 to 923-n-M, and the transmission / reception signal processing circuits 929-1 to 929 are transmitted. A directional beam is formed every -N.

次に信号の受信について説明する。アンテナ素子928−n−1〜928−n−M(n=1,…,N)が受信した信号はTDDスイッチ927−nを介してダウンコンバータ924−n−1〜924−n−Mに入力される。ダウンコンバータ924−n−1〜924−n−Mは、無線周波数の信号をアナログ・ベースバンド信号に変換する。A/D変換器925−n−1〜925−n−Mは、アナログ・ベースバンド信号を、デジタル・ベースバンド信号に変換する。このデジタル・ベースバンド信号は時間軸受信ウエイト乗算回路926−nに入力される。時間軸受信ウエイト乗算回路926−nは、入力された信号それぞれに、各アンテナ素子928−n−1〜928−n−Mに対応した受信ウエイトを乗算し、受信ウエイト乗算後の信号を加算合成してそれぞれ1系統の信号系列に変換する。すなわち、時間軸受信ウエイト乗算回路926−1〜926−Nにより、合計でN系統の信号系列(ストリーム)に変換され、これらの信号は信号分離回路141に入力される。信号分離回路141は、各ストリーム間のクロストーク成分を抑圧して信号分離を行い、この分離された信号を対応する復調器130−1〜130−Nに入力する。復調器130−1〜130−Nは、所定の信号検出処理により、データを再生して出力する。   Next, signal reception will be described. Signals received by the antenna elements 928-n-1 to 928-n-M (n = 1,..., N) are input to the down converters 924-n-1 to 924-n-M via the TDD switch 927-n. Is done. The down converters 924-n-1 to 924-n-M convert radio frequency signals into analog baseband signals. The A / D converters 925-n-1 to 925-n-M convert analog baseband signals into digital baseband signals. This digital baseband signal is input to the time axis reception weight multiplication circuit 926-n. The time axis reception weight multiplication circuit 926-n multiplies each input signal by a reception weight corresponding to each antenna element 928-n-1 to 928-n-M, and adds and combines the signals after reception weight multiplication. Thus, each is converted into one signal series. That is, a total of N signal series (streams) are converted by the time axis reception weight multiplication circuits 926-1 to 926 -N, and these signals are input to the signal separation circuit 141. The signal separation circuit 141 performs signal separation by suppressing crosstalk components between the streams, and inputs the separated signals to the corresponding demodulators 130-1 to 130-N. Demodulators 130-1 to 130-N reproduce and output data by a predetermined signal detection process.

信号分離回路141で行うクロストーク成分の抑圧は、時間軸上で実施することも可能であるし、一旦、FFT処理により周波数軸信号に変換して周波数軸上で実施することも可能である。ないしは、送受信信号処理回路929−1〜929−Nで行う信号処理のみで済ませ、信号分離回路141では特に何も処理を行わなくてもよい。ただしいずれにしても、ここでの信号分離の方法の詳細は本願に直接関係ないために省略する。   The suppression of the crosstalk component performed by the signal separation circuit 141 can be performed on the time axis, or can be performed once on the frequency axis after being converted into a frequency axis signal by FFT processing. Alternatively, only the signal processing performed by the transmission / reception signal processing circuits 929-1 to 929 -N is required, and the signal separation circuit 141 does not need to perform any processing. However, in any case, details of the signal separation method here are omitted because they are not directly related to the present application.

また、時間軸送信ウエイト乗算回路921−1〜921−Nで用いる時間軸送信ウエイト及び時間軸受信ウエイト乗算回路926−1〜926−Nで用いる時間軸受信ウエイトのそれぞれは、ここでは図示していない時間軸送受信ウエイト取得手段において取得する。そして、同様にここでは図示していない制御回路が、そこで用いる時間軸送受信ウエイトの値を管理する。例えば、通信相手となる無線局が送信したトレーニング信号に対し、A/D変換器925−n−1〜925−n−Mで取得したサンプリングデータを基に、所定のサンプル数に渡り基準アンテナ素子(例えば928−n−1)とのアンテナ素子間の相関値を求め、この複素位相を基に定めてもよい。時間軸受信ウエイトと時間軸送信ウエイトの複素位相の値は、ここでは図示していないパワーアンプとローノイズアンプなどの複素位相の回転量が個々のアンプで異なるため一般には一致しないが、従来技術のインプリシットフィードバックのキャリブレーション手法を用いることで、時間軸受信ウエイトから時間軸送信ウエイトへの変換は可能である。この様にして取得した送受信ウエイトを対応する無線局装置毎にメモリに記憶しておく。そして、送信時及び受信時にはこれらの送受信ウエイトの値を基に時間軸送信ウエイト乗算回路921−1〜921−N、時間軸受信ウエイト乗算回路926−1〜926−Nにてウエイトの乗算を行うことになる。   The time axis transmission weights used in the time axis transmission weight multiplication circuits 921-1 to 921-N and the time axis reception weights used in the time axis reception weight multiplication circuits 926-1 to 926-N are shown here. No time axis transmission / reception weight acquisition means acquires. Similarly, a control circuit not shown here manages the value of the time axis transmission / reception weight used there. For example, a reference antenna element over a predetermined number of samples based on sampling data acquired by the A / D converters 925-n-1 to 925-n-M with respect to a training signal transmitted by a wireless station as a communication partner A correlation value between antenna elements (for example, 928-n-1) may be obtained and determined based on this complex phase. The values of the complex phase of the time axis reception weight and the time axis transmission weight generally do not match because the rotation amount of the complex phase such as a power amplifier and a low noise amplifier not shown here is different for each amplifier. By using the implicit feedback calibration method, conversion from the time axis reception weight to the time axis transmission weight is possible. The transmission / reception weight acquired in this way is stored in the memory for each corresponding radio station apparatus. At the time of transmission and reception, the time-axis transmission weight multiplication circuits 921-1 to 921-N and the time-axis reception weight multiplication circuits 926-1 to 926-N perform weight multiplication based on these transmission / reception weight values. It will be.

図13は、非特許文献3に記載の従来技術における時間軸ビームフォーミングを用いた無線局装置の構成例(サブアレー共用型)を示す機能ブロック図である。同図において、図12と共通の機能には同一の図番号を付与している。同図において、無線局装置942は、ベースバンド信号処理回路140と、送受信信号処理回路929−1〜929−Nと、分配結合器(HYB)941−1〜941−Mと、アンテナ素子928−1〜928−Mとを備える。図12では、送受信信号処理回路929−1〜929−Nは、サブアレー毎に空間的に分離した場所に設置することを想定して異なる筐体に収容され、別筐体のベースバンド信号処理回路140との間で有線接続されている構成を示した。一方、図13では、全ての送受信信号処理回路929−1〜929−Nとベースバンド信号処理回路140を同一筐体の無線局装置942として構成し、アンテナ素子928−1〜928−Mを全体で共用している。このため、例えば送信時においては各送受信信号処理回路929−1〜929−NのTDDスイッチ927−1〜927−Nからの信号を分配結合器941−1〜941−Mで合成し、合成された信号をアンテナ素子928−1〜928−Mから送信する。同様に受信時には、アンテナ素子928−1〜928−Mのそれぞれが受信した信号を分配結合器941−1〜941−Mにより分配する。つまり、分配結合器941−m(m=1,…,M)は、アンテナ素子928−mが受信した信号を、TDDスイッチ927−1〜927−Nに分配して入力する。これ以外の信号処理は全て図12と図13で共通である。   FIG. 13 is a functional block diagram showing a configuration example (subarray shared type) of a radio station apparatus using time-axis beamforming in the conventional technique described in Non-Patent Document 3. In the figure, the same figure number is given to the function common to FIG. In the figure, a radio station apparatus 942 includes a baseband signal processing circuit 140, transmission / reception signal processing circuits 929-1 to 929-N, distribution couplers (HYB) 941-1 to 941-M, and an antenna element 928-. 1-928-M. In FIG. 12, the transmission / reception signal processing circuits 929-1 to 929 -N are accommodated in different housings assuming that they are installed in spatially separated locations for each sub-array, and baseband signal processing circuits in separate housings. A configuration in which a wired connection is made with the network 140 is shown. On the other hand, in FIG. 13, all the transmission / reception signal processing circuits 929-1 to 929 -N and the baseband signal processing circuit 140 are configured as a radio station device 942 in the same casing, and the antenna elements 928-1 to 928 -M are entirely configured. Shared by. For this reason, for example, at the time of transmission, signals from the TDD switches 927-1 to 927 -N of the transmission / reception signal processing circuits 929-1 to 929 -N are synthesized by the distribution couplers 941-1 to 941 -M and synthesized. The transmitted signals are transmitted from the antenna elements 928-1 to 928-M. Similarly, at the time of reception, the signals received by the antenna elements 928-1 to 928-M are distributed by the distribution couplers 941-1 to 941-M. That is, the distribution coupler 941-m (m = 1,..., M) distributes and inputs the signal received by the antenna element 928-m to the TDD switches 927-1 to 927-N. All other signal processing is the same in FIGS.

同様に、図14は、非特許文献3に記載の従来技術における時間軸ビームフォーミングを用いた無線局装置の別の構成例(サブアレー共用型)の機能ブロック図である。同図において、図13に示す無線局装置と同一の部分には同一の符号を付し、その説明を省略する。同図に示す無線局装置945は、ベースバンド信号処理回路140と、時間軸送信ウエイト乗算回路921−1〜921−Nと、加算合成器943−1〜943−Mと、D/A変換器922−1〜922−Mと、アップコンバータ923−1〜923−Mと、ダウンコンバータ924−1〜924−Mと、A/D変換器925−1〜925−Mと、複製器944−1〜944−Mと、時間軸受信ウエイト乗算回路926−1〜926−Nと、TDDスイッチ927と、アンテナ素子928−1〜928−Mとを備える。   Similarly, FIG. 14 is a functional block diagram of another configuration example (subarray shared type) of a radio station apparatus using time-axis beamforming in the prior art described in Non-Patent Document 3. In this figure, the same parts as those in the radio station apparatus shown in FIG. The radio station apparatus 945 shown in the figure includes a baseband signal processing circuit 140, time axis transmission weight multiplication circuits 921-1 to 921-N, addition synthesizers 943-1 to 943-M, and a D / A converter. 922-1 to 922-M, up-converters 923-1 to 923-M, down-converters 924-1 to 924-M, A / D converters 925-1 to 925-M, and duplicator 944-1 944-M, time axis reception weight multiplication circuits 926-1 to 926-N, a TDD switch 927, and antenna elements 928-1 to 928-M.

図13では、送受信信号処理回路929−1〜929−Nをサブアレー毎に個別に実装したが、D/A変換器922−n−1〜922−n−M、アップコンバータ923−n−1〜923−n−M、ダウンコンバータ924−n−1〜924−n−M、A/D変換器925−n−1〜925−n−M、TDDスイッチ927−1〜927−Nはそれぞれ共通化可能である(n=1,…,N)。そこで、図14では時間軸送信ウエイト乗算回路921−1〜921−N(全体でN面が実装されている)で生成したN系統のデジタル・ベースバンド信号をサンプリングデータ単位で加算合成器943−1〜943−Mで加算合成し、それぞれを1系統に集約したものをD/A変換器922−1〜922−Mにてデジタル信号からアナログ信号に変換する。同様に受信側では、複製器944−1〜944−Mは、A/D変換器925−1〜925−Mで生成したデジタル・ベースバンド信号をサンプリングデータ単位でN系統の信号に複製し、複製された信号を時間軸受信ウエイト乗算回路926−1〜926−N(全体でN面が実装されている)に入力する。時間軸受信ウエイト乗算回路926−1〜926−Nのそれぞれは、入力された信号に受信ウエイトを乗算し、その結果を加算合成することでそれぞれ1系統の信号に変換する。すなわち、時間軸受信ウエイト乗算回路926−1〜926−Nにより、合計N系統の信号に変換され、これらの信号は信号分離回路941に入力される。   In FIG. 13, the transmission / reception signal processing circuits 929-1 to 929 -N are individually mounted for each subarray, but the D / A converters 922-n-1 to 922 -n-M, the up-converters 923-n-1 to 923-nM, down converters 924-n-1 to 924-nM, A / D converters 925-n-1 to 925-nM, and TDD switches 927-1 to 927-N are shared. Possible (n = 1,..., N). Therefore, in FIG. 14, N digital baseband signals generated by the time-axis transmission weight multiplication circuits 921-1 to 921-N (where N planes are mounted as a whole) are added and synthesizer 943- 1 to 943-M are added and synthesized, and each of them is integrated into one system, and converted from a digital signal to an analog signal by a D / A converter 922-1 to 922-M. Similarly, on the receiving side, the duplicators 944-1 to 944-M duplicate the digital baseband signals generated by the A / D converters 925-1 to 925 -M into N signals in units of sampling data, The duplicated signal is input to time axis reception weight multiplication circuits 926-1 to 926 -N (where N planes are mounted as a whole). Each of the time axis reception weight multiplication circuits 926-1 to 926 -N multiplies the input signal by the reception weight, and adds and synthesizes the result to convert each signal into one system signal. That is, a total of N signals are converted by the time axis reception weight multiplication circuits 926-1 to 926 -N, and these signals are input to the signal separation circuit 941.

これにより、D/A変換器922−n−1〜922−n−Mの重複実装、アップコンバータ923−n−1〜923−n−Mの重複実装、ダウンコンバータ924−n−1〜924−n−Mの重複実装、A/D変換器925−n−1〜925−n−Mの重複実装、TDDスイッチ927−1〜927−Nの重複実装を避け、回路規模の縮小と消費電力等の削減につなげている。   As a result, the D / A converters 922-n-1 to 922-n-M are duplicated, the up converters 923-n-1 to 923-n-M are duplicated, and the down converters 924-n-1 to 924- n-M overlap mounting, A / D converters 925-n-1 to 925-n-M, TDD switches 927-1 to 927-N are avoided, circuit scale reduction, power consumption, etc. This has led to a reduction in energy consumption.

ここで実際の運用においては、図12に示す無線局装置と、図13又は図14に示す無線局装置とが対向して通信を行う。例えば、基地局装置については、ビル屋上の様に設置自由度があり、複数個所にサブアレーを設置可能である。一方で、端末局装置側は、ビル壁面などの設置に関する制約が大きい場合、図12を基地局装置、図13又は図14を端末局装置とする構成により、端末局装置はサブアレーをひとつのアレーアンテナで共用する形で設置自由度を高めることが可能である。あるいは、例えば端末局装置当たりの伝送容量が空間多重を必要としない程度であれば、図13又は図14を基地局装置、図12を送受信信号処理回路929−1〜929−Nのうち1系統のみ(例えば、図12の送受信信号処理回路929−1のみ)を実装した端末局装置とすることを想定し、複数の端末局装置と一つの基地局装置とによりマルチユーザMIMO伝送を行う構成とすることも可能である。   Here, in actual operation, the radio station apparatus shown in FIG. 12 and the radio station apparatus shown in FIG. 13 or FIG. For example, the base station apparatus has a degree of freedom of installation like a building roof, and subarrays can be installed at a plurality of locations. On the other hand, the terminal station device side has a configuration in which the base station device is shown in FIG. 12 and the terminal station device is shown in FIG. 13 or FIG. It is possible to increase the degree of freedom of installation by sharing the antenna. Alternatively, for example, if the transmission capacity per terminal station apparatus is such that spatial multiplexing is not required, FIG. 13 or FIG. 14 shows the base station apparatus, and FIG. 12 shows one system among the transmission / reception signal processing circuits 929-1 to 929 -N. And a configuration in which multi-user MIMO transmission is performed by a plurality of terminal station apparatuses and one base station apparatus, assuming that the terminal station apparatus is implemented only with (for example, only the transmission / reception signal processing circuit 929-1 in FIG. 12). It is also possible to do.

なお、図11と図12、図13及び図14との対応に関しては、例えば図11の移相器913−1−1〜913−N−Mで行う複素位相の回転量をψα(αは移相器913−1−1〜913−N−Mに対する識別番号に相当)とするならば、時間軸送信ウエイト乗算回路921−1〜921−N、時間軸受信ウエイト乗算回路926−1〜926−Nが、対応するアンテナ素子の信号系列に対しExp{jψα}を乗算することに相当する。つまり、図11では各アンテナ素子から送受信する信号をアナログ回路(すなわち移相器913−1−1〜913−N−M)で変換処理していたのに対し、図12、図13及び図14では各アンテナ素子から送受信する信号をデジタル回路(すなわち時間軸送信ウエイト乗算回路921−1〜921−N、時間軸受信ウエイト乗算回路926−1〜926−N)で変換処理することに相当する。これにより、図11ではA/D変換器907−1〜907−N及びD/A変換器904−1〜904−Nの数を抑えることが可能であるという利点を備える一方、図12、図13及び図14では、非特許文献3に記載の通り、指向性形成の分解能を高めると共に、簡易で効率的なチャネル情報のフィードバックが可能であるという利点を備えている。 Incidentally, 11 and 12, with regard to the correspondence between FIGS. 13 and 14, for example a phase shifter 913-1-1~913-N 0 rotation amount of complex phase carried out by -M 0 in FIG. 11 [psi alpha ( α is equivalent to an identification number for phase shifters 913-1-1 to 913 -N 0 -M 0 ), time axis transmission weight multiplication circuits 921-1 to 921 -N, time axis reception weight multiplication circuit 926 −1 to 926-N corresponds to multiplying the signal sequence of the corresponding antenna element by Exp {jψ α }. In other words, in FIG. 11, signals transmitted and received from each antenna element are converted by analog circuits (that is, phase shifters 913-1-1 to 913 -N 0 -M 0 ), whereas FIGS. In FIG. 14, the signal transmitted / received from each antenna element is converted by a digital circuit (that is, time-axis transmission weight multiplication circuits 921-1 to 921-N, time-axis reception weight multiplication circuits 926-1 to 926-N). To do. Accordingly, FIG. 11 has an advantage that the number of A / D converters 907-1 to 907 -N 0 and D / A converters 904-1 to 904 -N 0 can be suppressed, while FIG. 13 and 14, as described in Non-Patent Document 3, there are advantages that the resolution of directivity formation is increased and that simple and efficient channel information feedback is possible.

なお、移相器による位相回転は、通常はデバイス上で位相回転量に相当する遅延線を選択的に経由させることで位相回転を与える。そのため、絶対値としてxの位相回転を与えると、信号としては位相xに相当する遅延に伴い複素位相回転量はマイナスの位相回転(遅延)が行われることになり、符号の整合性が取れない。しかし、以降の説明では便宜上、信号として係数Exp{jψα}の乗算に相当する位相回転を移相器で与える場合に「移相器で行う複素位相の回転量をψα」と呼ぶことにする。 Note that the phase rotation by the phase shifter is usually performed by selectively passing a delay line corresponding to the amount of phase rotation on the device. For this reason, when phase rotation of x is given as an absolute value, the phase rotation (delay) of the complex phase rotation amount is negative with respect to the delay corresponding to the phase x as a signal, and the sign consistency cannot be obtained. . However, in the following description, for convenience, when the phase shift corresponding to the multiplication of the coefficient Exp {jψ α } is given as a signal by the phase shifter, the amount of rotation of the complex phase performed by the phase shifter is referred to as ψ α. To do.

[チャネル情報フィードバックにおけるキャリブレーション技術]
一般に、送信側において複数アンテナ素子を用いて指向性形成を行う場合には、上述の非特許文献1から非特許文献3までの技術も含めてMIMOチャネルのチャネル情報のフィードバックが必要である。この際、アンテナ素子数が膨大になるとフィードバックすべきチャネル情報の情報量が膨大となるために、様々な工夫が必要となる。上述の様なMassive MIMOシステムにおいては、送信方向のフォワードリンクのチャネル情報を取得するために、受信方向のリバースリンクのチャネル情報を用い、受信時に用いるローノイズアンプ等の回路によって生じる受信信号の複素位相の回転量と、送信時に用いるハイパワーアンプ等の回路によって生じる送信信号の複素位相の回転量との関係を換算し、リバースリンクのチャネル情報に所定のキャリブレーション係数を乗算することでフォワードリンクのチャネル情報を取得することが可能である。一般に、これらの技術は、インプリシットフィードバック技術として知られている(例えば、非特許文献4参照)。以下にキャリブレーション処理の詳細を示す。
[Calibration technology in channel information feedback]
In general, when performing directivity formation using a plurality of antenna elements on the transmission side, it is necessary to feed back channel information of the MIMO channel, including the techniques from Non-Patent Document 1 to Non-Patent Document 3 described above. At this time, if the number of antenna elements becomes enormous, the amount of channel information to be fed back becomes enormous, and various ideas are required. In the Massive MIMO system as described above, in order to obtain the forward link channel information in the transmission direction, the reverse link channel information in the reception direction is used, and the complex phase of the received signal generated by a circuit such as a low noise amplifier used during reception Is converted to the amount of rotation of the complex phase of the transmission signal generated by a circuit such as a high power amplifier used at the time of transmission, and the channel information of the reverse link is multiplied by a predetermined calibration coefficient to convert the forward link Channel information can be acquired. In general, these techniques are known as implicit feedback techniques (see, for example, Non-Patent Document 4). Details of the calibration process are shown below.

実際の無線通信装置では、送信側の信号処理において、送信の直前にハイパワーアンプにて信号増幅を行うことが多い。この場合、ハイパワーアンプの個体差により増幅率に誤差があるとともに、ハイパワーアンプ内で複素位相がハイパワーアンプごとに異なる値で回転する場合がある。同様に、受信側の信号処理において、受信の直後にローノイズアンプにて信号増幅を行うことが多い。この場合、ローノイズアンプの個体差により増幅率に誤差があるとともに、ローノイズアンプ内で複素位相がローノイズアンプごとに異なる値で回転する場合がある。場合によっては、この増幅率及び位相回転量には周波数依存性が伴うこともある。増幅率及び複素位相の回転量の個体差が無視できないほどに大きい場合には、アップリンクのチャネル情報からダウンリンクのチャネル情報を推定する際に、キャリブレーション処理を施す必要がある。この増幅率及び位相回転量の誤差は時間的にはほぼ安定しているため、増幅率及び位相回転量の誤差を事前に測定しておき、誤差の影響をキャンセルするための係数を用いてアップリンクのチャネル情報からダウンリンクのチャネル情報に換算する。以下の説明では、複数のアンテナ素子を備える基地局装置側で行うキャリブレーション処理を中心に説明を行うが、同様のことは端末局装置側においても可能であり、一般的な無線局装置共通の説明である。   In an actual wireless communication apparatus, in signal processing on the transmission side, signal amplification is often performed by a high power amplifier immediately before transmission. In this case, there is an error in the amplification factor due to the individual difference of the high power amplifier, and the complex phase may rotate at a different value for each high power amplifier in the high power amplifier. Similarly, in signal processing on the reception side, signal amplification is often performed by a low noise amplifier immediately after reception. In this case, there is an error in the amplification factor due to individual differences of the low noise amplifiers, and the complex phase may rotate with a different value for each low noise amplifier in the low noise amplifier. In some cases, the amplification factor and the amount of phase rotation may have frequency dependency. When the individual difference between the amplification factor and the amount of rotation of the complex phase is so large that it cannot be ignored, it is necessary to perform a calibration process when estimating the downlink channel information from the uplink channel information. Since the error of the amplification factor and the amount of phase rotation is almost stable in time, measure the error of the amplification factor and the amount of phase rotation in advance, and use a coefficient to cancel the influence of the error. Converts link channel information to downlink channel information. In the following description, the description will focus on calibration processing performed on the base station apparatus side having a plurality of antenna elements, but the same can be done on the terminal station apparatus side, and is common to general radio station apparatuses. It is an explanation.

先の説明において、ハイパワーアンプやローノイズアンプ(厳密にはその他のフィルタ等の回路を含めた送信系及び受信系の回路等)により、振幅や複素位相が変化する場合がある。この場合、振幅や複素位相の変化に応じた補正をするためのキャリブレーション係数を事前に取得しておき、これを補正に用いると説明した。キャリブレーション処理は、公知の技術を用いても構わないが、以下にキャリブレーション処理の一例を説明する。   In the above description, the amplitude and the complex phase may be changed by a high power amplifier or a low noise amplifier (strictly speaking, a transmission system and a reception system circuit including other circuits such as a filter). In this case, it has been described that a calibration coefficient for correcting in accordance with a change in amplitude or complex phase is acquired in advance and used for correction. Although a known technique may be used for the calibration process, an example of the calibration process will be described below.

図15は、アップリンクとダウンリンクとのチャネル情報の非対称性を示す図である。同図において、符号955−1〜955−3は無線モジュールを示し、符号951−1〜951−3はハイパワーアンプ(HPA)を示し、符号952−1〜952−3はローノイズアンプ(LNA)を示し、符号953−1〜符号953−3はTDDスイッチを示し、符号954−1〜954−3はアンテナ素子を示している。   FIG. 15 is a diagram illustrating asymmetry of channel information between the uplink and the downlink. In the figure, reference numerals 955-1 to 955-3 denote wireless modules, reference numerals 951-1 to 951-3 denote high power amplifiers (HPA), and reference numerals 952-1 to 952-3 denote low noise amplifiers (LNA). Reference numerals 953-1 to 953-3 denote TDD switches, and reference numerals 954-1 to 954-3 denote antenna elements.

ここでは、キャリブレーション技術の説明のために、無線局装置内でチャネル情報に影響を与える機能のみを抽出したため、図示した以外の構成は省略した。そのため、無線モジュール955−1〜955−3の構成については、便宜上、ハイパワーアンプ951−1〜951−3、ローノイズアンプ952−1〜952−3、TDDスイッチ953−1〜953−3、アンテナ素子954−1〜954−3のみを示したが、これらの後段(前段)にはアップコンバータやダウンコンバータなどの機能が実装されている。また、例えば複数アンテナを備えた無線局装置が無線モジュール955−1〜955−2をひとつの筐体の中に複数実装している場合を想定し、無線モジュール955−3はこれと対抗して通信する無線局装置のひとつのアンテナ素子に対応した無線モジュール955−3を抽出して説明する図に相当する。また、信号がハイパワーアンプ951−1〜951−3それぞれを通過する際に、振幅及び複素位相がZHPA#1(f)、ZHPA#2(f)、ZHPA#3(f)変化するものとする。また、信号がローノイズアンプ952−1〜952−3それぞれを通過する際に、振幅及び複素位相がZLNA#1(f)、ZLNA#2(f)、ZLNA#3(f)変化するものとする。ここでは一般的な条件として周波数依存性があるものとし、第k周波数成分に対する周波数「(f)」の表記を行っている。 Here, in order to explain the calibration technique, only the functions that affect the channel information in the radio station apparatus are extracted, and thus configurations other than those illustrated are omitted. Therefore, for the convenience of the configuration of the wireless modules 955-1 to 955-3, the high power amplifiers 951-1 to 951-3, the low noise amplifiers 952-1 to 952-3, the TDD switches 953-1 to 953-3, the antenna Although only the elements 954-1 to 954-3 are shown, functions such as an up-converter and a down-converter are mounted in the subsequent stage (previous stage). Further, for example, assuming that a radio station apparatus having a plurality of antennas has a plurality of radio modules 955-1 to 955-2 mounted in one housing, the radio module 955-3 counters this. This corresponds to a diagram in which the radio module 955-3 corresponding to one antenna element of the radio station apparatus that communicates is extracted and described. Further, when the signal passes through each of the high power amplifiers 951-1 to 951-3, the amplitude and the complex phase are Z HPA # 1 (f k ), Z HPA # 2 (f k ), Z HPA # 3 (f k ) It shall change. Further, when the signal passes through the low noise amplifiers 952-1 to 952-3, the amplitude and the complex phase are Z LNA # 1 (f k ), Z LNA # 2 (f k ), and Z LNA # 3 (f k). ) Change. Here, it is assumed that there is a frequency dependency as a general condition, and the frequency “(f k )” for the k-th frequency component is described.

ここで、例えば、無線モジュール955−1及び無線モジュール955−2から試験用の無線モジュール955−3に信号を送信する場合のチャネル情報について説明する。ここでは、無線モジュール955−1のアンテナ素子954−1と、無線モジュール955−3のアンテナ素子954−3との間の空間上のチャネル情報がh(f)で表され、無線モジュール955−2のアンテナ素子954−2と無線モジュール955−3のアンテナ素子954−3との間の空間上のチャネル情報がh(f)で表されている。 Here, for example, channel information when signals are transmitted from the wireless module 955-1 and the wireless module 955-2 to the test wireless module 955-3 will be described. Here, the channel information on the space between the antenna element 954-1 of the wireless module 955-1 and the antenna element 954-3 of the wireless module 955-3 is represented by h 1 (f k ), and the wireless module 955 -2 channel element information in the space between the antenna element 954-2 of -2 and the antenna element 954-3 of the wireless module 955-3 is represented by h 2 (f k ).

このとき、実際に無線モジュール955−1から無線モジュール955−3に信号を送信する際のチャネル情報は、空間上のh(f)にハイパワーアンプ951−1の通過に伴う変化を示す係数ZHPA#1(f)、及びローノイズアンプ952−3の通過に伴う変化を示す係数ZLNA#3(f)が乗算された値として観測される。同様に、無線モジュール955−2から無線モジュール955−3に信号を送信する際のチャネル情報は、空間上のh(f)にハイパワーアンプ951−2の通過に伴う変化を示す係数ZHPA#2(f)、及びローノイズアンプ952−3の通過に伴う変化を示す係数ZLNA#3(f)が乗算された値として観測される。したがって、無線モジュール955−1から無線モジュール955−3へのチャネルは、ZHPA#1(f)・h(f)・ZLNA#3(f)で表される。また、無線モジュール955−2から無線モジュール955−3へのチャネルは、ZHPA#2(f)・h(f)・ZLNA#3(f)で表される。このため、無線モジュール955−1と無線モジュール955−2との間では、チャネル情報h(f)とh(f)の差に加えて、相対的にZHPA#2(f)/ZHPA#1(f)の差が発生する。 At this time, the channel information when the signal is actually transmitted from the wireless module 955-1 to the wireless module 955-3 indicates a change associated with the passage of the high power amplifier 951-1 in h 1 (f k ) in space. A coefficient Z HPA # 1 (f k ) and a coefficient Z LNA # 3 (f k ) indicating a change accompanying the passage of the low noise amplifier 952-3 are observed as multiplied values. Similarly, the channel information when transmitting a signal from the wireless module 955-2 to the wireless module 955-3 is a coefficient Z indicating a change associated with the passage of the high power amplifier 951-2 at h 2 (f k ) in space. HPA # 2 (f k ) and a coefficient Z LNA # 3 (f k ) indicating a change accompanying the passage through the low noise amplifier 952-3 are observed as multiplied values. Therefore, the channel from the wireless module 955-1 to the wireless module 955-3 is represented by Z HPA # 1 (f k ) · h 1 (f k ) · Z LNA # 3 (f k ). A channel from the wireless module 955-2 to the wireless module 955-3 is represented by Z HPA # 2 (f k ) · h 2 (f k ) · Z LNA # 3 (f k ). For this reason, in addition to the difference between the channel information h 1 (f k ) and h 2 (f k ), the wireless module 955-1 and the wireless module 955-2 have a relative Z HPA # 2 (f k ) / Z HPA # 1 (f k ) difference occurs.

この状況は受信側においても同様であり、無線モジュール955−3から送信された信号を無線モジュール955−1にて受信する場合、チャネル情報は空間上のh(f)にハイパワーアンプ951−3の通過に伴う変化を示す係数ZHPA#3(f)と、ローノイズアンプ952−1の通過にともなる変化を示す係数ZLNA#1(f)とが乗算された値として観測される。同様に、無線モジュール955−3から送信された信号を無線モジュール955−2にて受信する場合、チャネル情報は空間上のh(f)にハイパワーアンプ951−3の通過に伴う変化を示す係数ZHPA#3(f)と、ローノイズアンプ952−2の通過に伴う変化を示す係数ZLNA#2(f)とが乗算された値として観測される。したがって、無線モジュール955−3から無線モジュール955−1へのチャネルは、ZHPA#3(f)・h(f)・ZLNA#1(f)で表される。また、無線モジュール955−3から無線モジュール955−2へのチャネルは、ZHPA#3(f)・h(f)・ZLNA#2(f)で表される。このため、無線モジュール955−1と無線モジュール955−2との間では、チャネル情報h(f)とh(f)の差に加えて、相対的にZLNA#2(f)/ZLNA#1(f)の差が発生する。 This situation is the same on the receiving side, and when the signal transmitted from the wireless module 955-3 is received by the wireless module 955-1, the channel information is stored in the high power amplifier 951 at h 1 (f k ) in space. Observed as a value obtained by multiplying a coefficient Z HPA # 3 (f k ) indicating a change accompanying the passage of −3 and a coefficient Z LNA # 1 (f k ) indicating a change accompanying the passing of the low noise amplifier 952-1 Is done. Similarly, when the signal transmitted from the wireless module 955-3 is received by the wireless module 955-2, the channel information changes in the space h 2 (f k ) with the passage of the high power amplifier 951-3. The coefficient Z HPA # 3 (f k ) shown is multiplied by the coefficient Z LNA # 2 (f k ) showing the change accompanying the passage of the low noise amplifier 952-2. Therefore, the channel from the wireless module 955-3 to the wireless module 955-1 is represented by Z HPA # 3 (f k ) · h 1 (f k ) · Z LNA # 1 (f k ). A channel from the wireless module 955-3 to the wireless module 955-2 is represented by Z HPA # 3 (f k ) · h 2 (f k ) · Z LNA # 2 (f k ). For this reason, in addition to the difference between the channel information h 1 (f k ) and h 2 (f k ), the wireless module 955-1 and the wireless module 955-2 have relatively Z LNA # 2 (f k ) / Z LNA # 1 (f k ) difference occurs.

ここで再度整理すると、左側の無線局装置におけるリバースリンクに対応する無線モジュール955−3から送信された信号を無線モジュール955−1にて受信する場合のチャネル情報はh(f)・ZHPA#3(f)・ZLNA#1(f)となる。また、フォワードリンクに対応する無線モジュール955−1から送信された信号を無線モジュール955−3にて受信する場合のチャネル情報はh(f)・ZHPA#1(f)・ZLNA#3(f)である。無線モジュール955−1のキャリブレーション係数は以下の式(4)で与えられる。 Here again, the channel information when the radio module 955-1 receives a signal transmitted from the radio module 955-3 corresponding to the reverse link in the left radio station apparatus is h 1 (f k ) · Z. HPA # 3 (f k ) · Z LNA # 1 (f k ). The channel information when the signal transmitted from the wireless module 955-1 corresponding to the forward link is received by the wireless module 955-3 is h 1 (f k ) · Z HPA # 1 (f k ) · Z LNA. # 3 (f k ). The calibration coefficient of the wireless module 955-1 is given by the following equation (4).

Figure 2018019380
Figure 2018019380

同様に、左側の無線局装置におけるリバースリンクに対応する無線モジュール955−3から送信された信号を無線モジュール955−2にて受信する場合のチャネル情報はh(f)・ZHPA#3(f)・ZLNA#2(f)となる。また、フォワードリンクに対応する無線モジュール955−2から送信された信号を無線モジュール955−3にて受信する場合のチャネル情報はh(f)・ZHPA#2(f)・ZLNA#3(f)である。無線モジュール955−2のキャリブレーション係数は以下の式(5)で与えられる。 Similarly, channel information when the radio module 955-2 receives a signal transmitted from the radio module 955-3 corresponding to the reverse link in the left radio station apparatus is h 1 (f k ) · Z HPA # 3. (F k ) · Z LNA # 2 (f k ). The channel information when the signal transmitted from the wireless module 955-2 corresponding to the forward link is received by the wireless module 955-3 is h 1 (f k ) · Z HPA # 2 (f k ) · Z LNA. # 3 (f k ). The calibration coefficient of the wireless module 955-2 is given by the following equation (5).

Figure 2018019380
Figure 2018019380

ここで、例えば無線モジュール955−1〜955−2で取得されるリバースリンクにおけるチャネル情報はそれぞれh(f)・ZHPA#3(f)・ZLNA#1(f)及びh(f)・ZHPA#3(f)・ZLNA#2(f)であるが、これにキャリブレーション係数C(f)及びC(f)を乗算すると、h(f)・ZHPA#1(f)・ZLNA#3(f)及びh(f)・ZHPA#2(f)・ZLNA#3(f)となる。 Here, for example, the channel information in the reverse link acquired by the wireless modules 955-1 to 955-2 is h 1 (f k ) · Z HPA # 3 (f k ) · Z LNA # 1 (f k ) and h, respectively. 1 (f k ) · Z HPA # 3 (f k ) · Z LNA # 2 (f k ), which is multiplied by calibration coefficients C 1 (f k ) and C 2 (f k ), h 1 (f k ) · Z HPA # 1 (f k ) · Z LNA # 3 (f k ) and h 1 (f k ) · Z HPA # 2 (f k ) · Z LNA # 3 (f k ) .

実運用時において、実際の通信相手の無線モジュールが無線モジュール955−3とは異なる場合には、厳密にはこのキャリブレーション係数を乗算して得られるフォワードリンクのチャネル情報の推定値は、フォワードリンクのチャネル情報そのものとは異なる値を示すことになる。しかし、その場合でも無線モジュール955−1と無線モジュール955−2に関する真のフォワードリンクのチャネル情報に対し、共通の係数が乗算された値と上述の推定値が一致することになり、指向性形成においては全アンテナ素子に共通の定数が乗算されていても影響ないことを考慮すれば、チャネル情報のフィードバックとしては問題ない。   In actual operation, when the wireless module of the actual communication partner is different from the wireless module 955-3, strictly speaking, the estimated value of the forward link channel information obtained by multiplying the calibration coefficient is the forward link. The channel information itself indicates a different value. However, even in that case, the value obtained by multiplying the true forward link channel information regarding the wireless module 955-1 and the wireless module 955-2 by the common coefficient coincides with the above estimated value, and the directivity formation is performed. Considering that there is no effect even if a common constant is multiplied for all antenna elements, there is no problem as feedback of channel information.

また、上記の説明では着目する無線局装置が送信する側をフォワードリンク、受信する側をリバースリンクとして説明したが、着目する無線局装置が基地局装置の場合には、通常、フォワードリンクのことをダウンリンク、リバースリンクのことをアップリンクと呼ぶ。同様に、着目する無線局装置が端末局装置ないしは中継局装置の場合には、通常、フォワードリンクのことをアップリンク、リバースリンクのことをダウンリンクと呼ぶ。   In the above description, the transmitting side of the focused radio station apparatus is described as the forward link, and the receiving side is defined as the reverse link. Is called the downlink and the reverse link is called the uplink. Similarly, when the focused radio station apparatus is a terminal station apparatus or a relay station apparatus, the forward link is usually called an uplink and the reverse link is called a downlink.

須山 聡、小原 辰徳、シン キユン、奥村 幸彦,「高周波数帯ハイブリッドビームフォーミングを用いたMassive MIMOにおけるアナログビームフォーミング構成の影響」,信学技報,一般社団法人 電子情報通信学会,2015年3月,vol.114,no.490,RCS2014-337,p.213-218Atsushi Suyama, Atsunori Ohara, Shin Yoon, Yukihiko Okumura, “Effects of Analog Beamforming Configuration in Massive MIMO Using High Frequency Band Hybrid Beamforming”, IEICE Technical Report, The Institute of Electronics, Information and Communication Engineers, March 2015 , Vol.114, no.490, RCS2014-337, p.213-218 太田 厚、新井 拓人、白戸 裕史、丸田 一輝、岩國 辰彦、飯塚 正孝,「第1固有モードの並列伝送を用いた見通し環境ミリ波帯空間多重伝送技術〜方式提案と基本特性評価結果〜」,信学技報,一般社団法人 電子情報通信学会,2015年8月,vol.115,no.181,RCS2015-144,p.73-78Atsushi Ohta, Takuto Arai, Hiroshi Shirato, Kazuki Maruta, Yasuhiko Iwakuni, Masataka Iizuka, “Line-of-sight Millimeter-Wave Spatial Multiplexing Technology Using Parallel Transmission in the First Eigenmode: System Proposal and Basic Characteristics Evaluation Results”, IEICE Technical Report, IEICE, August 2015, vol.115, no.181, RCS2015-144, p.73-78 太田 厚、白戸 裕史、丸田 一輝、新井 拓人、岩國 辰彦、飯塚 正孝,「見通し環境Massive MIMOにおける第1固有モード伝送の有効利用」,信学技報,一般社団法人 電子情報通信学会,2015年11月,vol.115,no.288,RCS2015-239,p.293-298Atsushi Ohta, Hiroshi Shirato, Kazuki Maruta, Takuto Arai, Yasuhiko Iwakuni, Masataka Iizuka, “Efficient use of first eigenmode transmission in Massive MIMO for line-of-sight”, IEICE Technical Report, IEICE, 2015 November, vol.115, no.288, RCS2015-239, p.293-298 福園 隼人、村上 友規、工藤 理一、鷹取 泰司、溝口 匡人,「下りマルチユーザMIMO-OFDMシステムにおけるインプリシットフィードバックの実験評価」,信学技報,一般社団法人 電子情報通信学会,2013年11月,vol.113,no.301,RCS2013-187,p.79-84Hayato Fukuzono, Tomonori Murakami, Riichi Kudo, Yasushi Takatori, Hayato Mizoguchi, “Experimental evaluation of implicit feedback in downlink multi-user MIMO-OFDM system”, IEICE Technical Report, IEICE, November 2013 , Vol.113, no.301, RCS2013-187, p.79-84

以上説明してきたミリ波帯などの高周波数帯を用いた無線伝送システムにおいては、以下に示すように、A/D変換器及びD/A変換器、ならびに、アップコンバータ及びダウンコンバータに関する課題が存在する。   In the wireless transmission system using the high frequency band such as the millimeter wave band described above, there are problems related to the A / D converter and the D / A converter, as well as the up converter and the down converter, as shown below. To do.

上述の「見通し波が支配的な場合のMassive MIMO技術の拡張」において説明した時間軸ビームフォーミング技術では、A/D変換器、D/A変換器、アップコンバータ、ダウンコンバータがアンテナ素子数分だけ必要になる。また、図13に示した構成例では、これらがアンテナ素子数×ストリーム数分だけ必要になる。一般に、広帯域故に非常にクロック速度の高い環境で利用されるA/D変換器及びD/A変換器は消費電力が大きくなる傾向があり、その結果、発熱量も無視できないレベルになる。発熱量が大きな装置の場合、その熱を放熱するための放熱板などが必要になり、これらは発熱量に比例した大きさが物理的に必要になる。また、回路そのものの設計上の要請に加えて運用時に見込まれる発熱量に対する放熱処理の必要性から、定常的に電力を消費するA/D変換器及びD/A変換器自体も小型化は困難になり、大型化する。   In the time-axis beamforming technology described in “Expansion of Massive MIMO Technology when Line-of-Sight Wave is Dominant”, the A / D converter, D / A converter, up-converter, and down-converter are the same as the number of antenna elements. I need it. Further, in the configuration example shown in FIG. 13, these are required by the number of antenna elements × the number of streams. In general, A / D converters and D / A converters that are used in an environment where the clock speed is very high due to the wide band tend to increase power consumption. In the case of a device having a large calorific value, a heat radiating plate or the like for radiating the heat is required, and these are physically required to be proportional to the calorific value. In addition to the design requirements of the circuit itself, it is difficult to reduce the size of the A / D converter and the D / A converter itself that regularly consume power because of the necessity of heat dissipation processing for the amount of heat generated during operation. Become larger.

もともと、ミリ波帯の利用を想定したシステムにおいては、アンテナ素子自体は周波数が高まるに従い波長が短くなり、この波長に比例する形でアンテナ素子単体のサイズも小さくすることが可能である。例えば、アンテナ素子のサイズを波長に対して十分に小さく設計可能であり、そのアンテナ素子を1/2波長程度で並べる場合、アンテナ素子数が大きくても全体のアレーアンテナのサイズを小さく設計することが可能になる。例えば、Eバンドを想定して中心周波数が80GHzであるとすると、1波長は3.75mmになる。仮に1波長間隔、且つ、正方アレー構造で16×16=256素子のアレーアンテナを構成すると、アレーアンテナ全体のサイズは6cm×6cm程度の大きさに収まることになる。しかし、このサイズでの実装を実現するためには、A/D変換器及びD/A変換器自体も1波長である3.75mm角以下に収まる構成とし、且つ、運用時に見込まれる発熱量に対する放熱のためのヒートシンクもこの中に納めなければならない。これが出来なければ、実際のアレーアンテナのサイズはA/D変換器及びD/A変換器のサイズ、及びその放熱のヒートシンクのサイズなどに依存することになる。例えば、帯域幅が1GHzもの広帯域信号を扱うのであれば、ベースバンドで行うサンプリング処理も最低でも1GHz以上の超速度で実施する必要がある。速度が速くなれば消費電力が高まり、発熱量も大きくなり、結局のところは小型化を実現することが出来ない。この様に、高周波数帯故に小型化が可能なMassive MIMO技術にもかかわらず、消費電力の大きさに起因して小型化が図れない事態になる。この様な理由から、A/D変換器及びD/A変換器で消費される電力の低減は大きな課題である。   Originally, in a system that assumes use of the millimeter wave band, the wavelength of the antenna element itself decreases as the frequency increases, and the size of the antenna element itself can be reduced in proportion to the wavelength. For example, the size of the antenna element can be designed to be sufficiently small with respect to the wavelength, and when the antenna elements are arranged at about ½ wavelength, the size of the entire array antenna should be designed to be small even if the number of antenna elements is large. Is possible. For example, assuming the E band and assuming that the center frequency is 80 GHz, one wavelength is 3.75 mm. If a 16 × 16 = 256 element array antenna is formed with a one-wavelength interval and a square array structure, the size of the entire array antenna will be about 6 cm × 6 cm. However, in order to realize mounting at this size, the A / D converter and the D / A converter itself are configured to be within a wavelength of 3.75 mm square or less, and the amount of heat generated during operation is expected. A heat sink for heat dissipation must also be stored in this space. If this is not possible, the actual array antenna size will depend on the size of the A / D converter and D / A converter, the size of the heat sink for heat dissipation, and the like. For example, if a wideband signal having a bandwidth of 1 GHz is handled, the sampling process performed in the baseband must be performed at a super speed of at least 1 GHz. The higher the speed, the higher the power consumption and the greater the amount of heat generated. In the end, miniaturization cannot be realized. As described above, despite the Massive MIMO technology that can be downsized due to the high frequency band, the size cannot be reduced due to the power consumption. For these reasons, reducing the power consumed by the A / D converter and the D / A converter is a major issue.

さらには、消費電力の課題に加えて、高速に動作するA/D変換器及びD/A変換器は高価であるため、アンテナ素子数が100本単位となれば、なおさらコスト低減のためにA/D変換器及びD/A変換器の総数を減らすことが求められる。これは、アップコンバータ及びダウンコンバータに関しても同様で、アンテナ素子数分のアップコンバータ及びダウンコンバータの実装はコストの増大に繋がる。また、アップコンバータ及びダウンコンバータに入力するローカル発振器は指向性形成のために複素位相の不確定性を排除する必要があるため、ローカル信号の共用化が求められる。これらの高周波信号をアンテナ素子毎に膨大な数を分配することによる損失や、これらの多数の信号線から各系統の信号線への相互予被干渉などの影響も無視できない。特に、各系統間の相互予被干渉を回避するためには、それぞれの系統の信号を物理的な距離を隔離することが理想的だが、そのためには更にアレーアンテナの物理的なサイズの大規模化に繋がる。   Furthermore, in addition to the problem of power consumption, A / D converters and D / A converters that operate at high speed are expensive. Therefore, if the number of antenna elements is in units of 100, it is possible to reduce the cost even further. It is required to reduce the total number of / D converters and D / A converters. The same applies to up-converters and down-converters, and mounting up-converters and down-converters for the number of antenna elements leads to an increase in cost. In addition, the local oscillator input to the up-converter and the down-converter needs to eliminate the uncertainty of the complex phase in order to form directivity, so that it is required to share the local signal. Effects such as loss due to distribution of a huge number of these high-frequency signals for each antenna element and mutual pre-interference from these many signal lines to the signal lines of each system cannot be ignored. In particular, in order to avoid mutual pre-interference between systems, it is ideal to isolate the physical distance of the signals of each system. Leads to

したがって、各無線局装置のアレーアンテナをより小型に構成するためには、時間軸ビームフォーミングを活用する場合においても、可能な限り実装するA/D変換器及びD/A変換器で消費される電力を低減する必要がある。   Therefore, in order to make the array antenna of each radio station apparatus more compact, even when using time-axis beamforming, it is consumed by the A / D converter and D / A converter to be mounted as much as possible. There is a need to reduce power.

上記事情に鑑み、本発明は、小型化及び低コスト化を図ることができる無線通信装置及び無線通信方法を提供することを目的としている。   In view of the above circumstances, an object of the present invention is to provide a wireless communication apparatus and a wireless communication method that can be reduced in size and cost.

本発明の一態様は、複数のアンテナ素子を含んで構成されるひとつまたは複数のアレーアンテナを用いて指向性を形成し、他の無線通信装置と無線通信する無線通信装置であって、前記他の無線通信装置が送信した信号を、信号受信に用いる前記アンテナ素子それぞれを介して受信する信号受信部と、少なくとも信号受信に用いる前記アレーアンテナ毎に設けられ、前記信号受信部が受信した信号のうち、対応する前記アレーアンテナを構成する前記アンテナ素子を介して受信した受信信号それぞれに対し、アナログ信号上で複素位相を回転させて出力する第1の位相回転部と、少なくとも信号受信に用いる前記アレーアンテナ毎に設けられ、対応する前記第1の位相回転部から出力された前記受信信号を通過させるか否かをアンテナ素子の系統毎に切替え可能な切替部と、前記受信信号が再生対象である場合は、対応する前記第1の位相回転部から出力された前記受信信号の全てまたは一部を通過させ、前記受信信号が複素位相の回転量算出のためのトレーニング信号であるときに、対応する前記第1の位相回転部から出力された前記受信信号をアンテナ素子の系統毎に一つずつ通過させるよう前記切替部における切替を制御する切替制御部と、少なくとも信号受信に用いる前記アレーアンテナ毎に設けられ、対応する前記切替部が通過させた前記受信信号を合成する信号合成部と、少なくとも信号受信に用いる前記アレーアンテナ毎に設けられ、対応する前記信号合成部により合成された前記受信信号を、アナログ信号からベースバンドのデジタル信号に変換する信号変換部と、前記信号変換部により変換された再生対象の前記受信信号に基づいて前記他の無線通信装置が送信した信号を再生する信号再生部と、前記切替部がアンテナ素子の系統毎に一つずつ通過させた前記トレーニング信号を用いて前記トレーニング信号の前記アンテナ素子の中の基準アンテナ素子と他のアンテナ素子との組合せ毎の相関を算出する相関算出部と、前記相関算出部による相関の算出結果に基づいて、前記第1の位相回転部において与えるべき複素位相の回転量を算出する第1の回転量算出部と、を備える。   One aspect of the present invention is a wireless communication apparatus that forms directivity using one or a plurality of array antennas including a plurality of antenna elements and wirelessly communicates with another wireless communication apparatus. A signal receiving unit that receives a signal transmitted by the wireless communication device via each of the antenna elements used for signal reception, and at least for each of the array antennas used for signal reception, and the signal received by the signal receiving unit Among these, for each received signal received via the antenna elements constituting the corresponding array antenna, a first phase rotation unit that outputs a rotated complex phase on an analog signal, and at least used for signal reception It is provided for each array antenna, and determines whether or not to pass the received signal output from the corresponding first phase rotation unit. When the switching unit that can be switched for each series and the received signal is a reproduction target, all or part of the received signal output from the corresponding first phase rotation unit is passed, and the received signal is Switching in the switching unit so as to pass the received signal output from the corresponding first phase rotation unit one by one for each system of antenna elements when it is a training signal for calculating the rotation amount of the complex phase A switching control unit that controls at least each of the array antennas used for signal reception, a signal synthesis unit that synthesizes the received signals passed by the corresponding switching unit, and at least each of the array antennas used for signal reception A signal converter that converts the received signal synthesized by the corresponding signal synthesizer from an analog signal to a baseband digital signal; A signal reproduction unit that reproduces a signal transmitted by the other wireless communication device based on the reception signal to be reproduced, which is converted by the signal conversion unit, and the switching unit that passes one for each antenna element system. A correlation calculation unit that calculates a correlation for each combination of a reference antenna element in the antenna elements of the training signal and another antenna element using the training signal, and a correlation calculation result by the correlation calculation unit And a first rotation amount calculation unit for calculating a rotation amount of the complex phase to be given in the first phase rotation unit.

本発明の一態様は、上述の無線通信装置であって、前記アレーアンテナを用いて他の無線通信装置宛てに送信するアナログの送信信号を生成する送信信号生成部と、少なくとも信号送信に用いる前記アレーアンテナ毎に設けられ、対応する前記アレーアンテナを用いて送信するアナログの前記送信信号を、前記アレーアンテナを構成する前記アンテナ素子それぞれに対応させて分岐する信号分配部と、少なくとも信号送信に用いる前記アレーアンテナ毎に設けられ、対応する前記信号分配部が分岐させた前記送信信号それぞれに対して、アナログ信号上で複素位相を回転させる第2の位相回転部と、前記第2の位相回転部が位相を回転させた前記送信信号を、前記第2の位相回転部に対応した前記アレーアンテナを構成する前記アンテナ素子を介して送信する信号送信部と、前記相関算出部が算出した相関の算出結果、前記第1の回転量算出部が算出した複素位相の回転量の算出結果、又は、前記算出結果にキャリブレーション処理を実施して得られた複素位相の回転量に関する情報のいずれかに基づいて、前記第2の位相回転部において与えるべき複素位相の回転量を算出する第2の回転量算出部とをさらに備える。   One aspect of the present invention is the above-described wireless communication apparatus, wherein the array antenna is used to generate an analog transmission signal to be transmitted to another wireless communication apparatus, and at least used for signal transmission. A signal distribution unit provided for each array antenna and for branching the analog transmission signal transmitted using the corresponding array antenna in correspondence with each of the antenna elements constituting the array antenna, and at least used for signal transmission A second phase rotation unit provided for each array antenna and rotating a complex phase on an analog signal for each of the transmission signals branched by the corresponding signal distribution unit; and the second phase rotation unit The antenna element that constitutes the array antenna corresponding to the second phase rotation unit, the transmission signal whose phase is rotated by A calculation result of the correlation calculated by the signal calculation unit and the correlation calculation unit, a calculation result of the rotation amount of the complex phase calculated by the first rotation amount calculation unit, or a calibration process on the calculation result And a second rotation amount calculation unit for calculating a rotation amount of the complex phase to be given in the second phase rotation unit based on any of the information on the rotation amount of the complex phase obtained by performing .

本発明の一態様は、上述の無線通信装置であって、前記第1の位相回転部と前記第2の位相回転部に代えて、前記第1の位相回転部の処理と前記第2の位相回転部の処理とを行う位相回転部を前記アレーアンテナ毎に備える。   One aspect of the present invention is the above-described wireless communication device, in which the first phase rotation unit and the second phase are replaced with the first phase rotation unit and the second phase rotation unit. A phase rotation unit that performs processing of the rotation unit is provided for each array antenna.

本発明の一態様は、上述の無線通信装置であって、前記信号合成部及び前記信号分配部に代えて、前記信号合成部の処理と前記信号分配部の処理とを行う信号合成分配部を前記アレーアンテナ毎に備え、前記信号合成分配部における前記信号合成部の処理と前記信号分配部の処理とを時間的に切り替える切り替え部を前記アレーアンテナ毎にさらに備える。   One aspect of the present invention is the above-described wireless communication device, in which a signal combining / distributing unit that performs processing of the signal combining unit and processing of the signal distributing unit is provided instead of the signal combining unit and the signal distributing unit. A switching unit that is provided for each array antenna and that temporally switches between processing of the signal combining unit and processing of the signal distributing unit in the signal combining and distributing unit is provided for each array antenna.

本発明の一態様は、上述の無線通信装置であって、前記信号合成部と前記信号分配部とは個別独立であり、且つ、前記第1の位相回転部と前記第2の位相回転部とは個別独立である。   One aspect of the present invention is the above-described wireless communication device, wherein the signal synthesis unit and the signal distribution unit are individually independent, and the first phase rotation unit and the second phase rotation unit Are independent.

本発明の一態様は、複数のアンテナ素子を含んで構成されるひとつまたは複数のアレーアンテナを用いて指向性を形成し、他の無線通信装置と無線通信する無線通信装置が実行する無線通信方法であって、信号受信部が、前記他の無線通信装置が送信した信号を、信号受信に用いる前記アンテナ素子それぞれを介して受信する信号受信過程と、少なくとも信号受信に用いる前記アレーアンテナ毎に設けられる位相回転部が、信号受信過程において受信した信号のうち、対応する前記アレーアンテナを構成する前記アンテナ素子を介して受信した受信信号それぞれに対し、アンテナ素子の系統毎にアナログ信号上で複素位相を回転させる位相回転過程と、少なくとも信号受信に用いる前記アレーアンテナ毎に設けられる切替部が、前記受信信号が再生対象である場合は、対応する前記位相回転部により前記位相回転過程において複素位相を回転させた前記受信信号の全てまたは一部を通過させ、前記受信信号が複素位相の回転量算出のためのトレーニング信号であるときに、対応する前記位相回転部により前記位相回転過程において複素位相を回転させた前記受信信号をアンテナ素子の系統毎に一つずつ通過させる切替過程と、少なくとも信号受信に用いる前記アレーアンテナ毎に設けられる信号合成部が、対応する前記切替部により前記切替過程において通過させた前記受信信号を合成する信号合成過程と、少なくとも信号受信に用いる前記アレーアンテナ毎に設けられる信号変換部が、対応する前記信号合成部により前記信号合成過程において合成された前記受信信号を、アナログ信号からベースバンドのデジタル信号に変換する信号変換過程と、信号再生部が、前記信号変換過程においてデジタル信号に変換された再生対象の前記受信信号に基づいて前記他の無線通信装置が送信した信号を再生する信号再生過程と、相関算出部が、前記切替過程においてアンテナ素子の系統毎に一つずつ通過させた前記トレーニング信号を用いて前記トレーニング信号の前記アンテナ素子の中の基準アンテナ素子と他のアンテナ素子との組合せ毎の相関を算出する相関算出過程と、回転量算出部が、前記相関算出過程における相関の算出結果に基づいて、前記位相回転部において与えるべき複素位相の回転量を算出する回転量算出過程と、を有する。   One embodiment of the present invention is a wireless communication method performed by a wireless communication device that forms directivity using one or a plurality of array antennas including a plurality of antenna elements and wirelessly communicates with another wireless communication device. A signal receiving unit is provided for each of the array antennas used for signal reception, and at least for each of the array antennas used for signal reception, for receiving signals transmitted by the other wireless communication devices via the antenna elements used for signal reception. For each received signal received through the antenna elements constituting the corresponding array antenna among the signals received in the signal reception process, the phase rotation unit is configured to have a complex phase on the analog signal for each antenna element system. A phase rotation process for rotating the signal, and at least a switching unit provided for each array antenna used for signal reception includes the received signal. When it is a reproduction target, all or part of the reception signal whose complex phase is rotated in the phase rotation process by the corresponding phase rotation unit is passed, and the reception signal is used for calculating the rotation amount of the complex phase. When it is a training signal, a switching process for passing the received signal, which is obtained by rotating the complex phase in the phase rotation process by the corresponding phase rotation unit one by one for each antenna element system, and at least used for signal reception A signal combining unit provided for each array antenna, a signal combining unit configured to combine the received signals passed in the switching step by the corresponding switching unit, and a signal conversion unit provided for each of the array antennas used at least for signal reception The received signal synthesized in the signal synthesis process by the corresponding signal synthesis unit A signal conversion process for converting a signal to a baseband digital signal, and a signal transmitted by the other wireless communication device based on the reception signal to be reproduced, which is converted into a digital signal by the signal reproduction unit in the signal conversion process A signal reproduction process for reproducing the reference signal, and a correlation calculation unit using the training signal that has been passed one by one for each antenna element system in the switching process, and a reference antenna element in the antenna element of the training signal and the like. The correlation calculation process for calculating the correlation for each combination with the antenna element and the rotation amount calculation unit calculate the rotation amount of the complex phase to be given by the phase rotation unit based on the correlation calculation result in the correlation calculation process A rotation amount calculating process.

本発明により、無線通信装置の小型化及び低コスト化を図ることが可能となる。   According to the present invention, it is possible to reduce the size and cost of a wireless communication device.

本発明の第1の実施形態における無線局装置の構成例を示す機能ブロック図である。It is a functional block diagram which shows the structural example of the radio station apparatus in the 1st Embodiment of this invention. 同実施形態における無線局装置の構成例を示す機能ブロック図である。It is a functional block diagram which shows the structural example of the radio station apparatus in the embodiment. 同実施形態における通信システムの構成例を示す図である。It is a figure which shows the structural example of the communication system in the embodiment. 同実施形態における送受信信号処理回路の構成例を示す機能ブロック図である。It is a functional block diagram which shows the structural example of the transmission / reception signal processing circuit in the embodiment. 第2の実施形態における無線局装置の構成例を示す機能ブロック図である。It is a functional block diagram which shows the structural example of the radio station apparatus in 2nd Embodiment. 同実施形態における無線局装置の構成例を示す機能ブロック図である。It is a functional block diagram which shows the structural example of the radio station apparatus in the embodiment. 同実施形態における送受信信号処理回路の構成例を示す機能ブロック図である。It is a functional block diagram which shows the structural example of the transmission / reception signal processing circuit in the embodiment. 同実施形態における送受信信号処理回路の構成例を示す機能ブロック図である。It is a functional block diagram which shows the structural example of the transmission / reception signal processing circuit in the embodiment. 同実施形態における送受信信号処理回路の構成例を示す機能ブロック図である。It is a functional block diagram which shows the structural example of the transmission / reception signal processing circuit in the embodiment. 同実施形態における送受信信号処理回路の構成例を示す機能ブロック図である。It is a functional block diagram which shows the structural example of the transmission / reception signal processing circuit in the embodiment. 従来技術における無線局装置の構成例を示す機能ブロック図である。It is a functional block diagram which shows the structural example of the radio station apparatus in a prior art. 従来技術における無線局装置の構成例を示す機能ブロック図である。It is a functional block diagram which shows the structural example of the radio station apparatus in a prior art. 従来技術における無線局装置の構成例を示す機能ブロック図である。It is a functional block diagram which shows the structural example of the radio station apparatus in a prior art. 従来技術における無線局装置の構成例を示す機能ブロック図である。It is a functional block diagram which shows the structural example of the radio station apparatus in a prior art. 従来技術におけるキャリブレーション処理を示す図である。It is a figure which shows the calibration process in a prior art.

本発明の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。まず最初に、本発明の実施形態の基本原理について説明する。本明細書にて用いる「時間軸」「周波数軸」と言う用語は、「時間領域」「周波数領域」と表現されることもあるが、ここでは「時間軸」「周波数軸」に統一して説明を行う。   Embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. First, the basic principle of the embodiment of the present invention will be described. The terms “time axis” and “frequency axis” used in this specification are sometimes expressed as “time domain” and “frequency domain”, but here they are unified as “time domain” and “frequency domain”. Give an explanation.

[基本原理の概要]
時間軸ビームフォーミング技術では、例えば受信時においては送受信局間の到来波のメインパスを抽出し、その方向にアンテナ素子群の指向性利得を向けるための信号処理を行う。その際に用いる送受信ウエイトは周波数依存性を持たない定数となり、その結果、様々な点で信号処理を軽減する。ただし、デジタル的な信号処理を基本としているために、アンテナ素子毎に個別のデジタル信号処理上において送受信ウエイトを乗算し、それに付随してアンテナ系統毎に個別のA/D(アナログ/デジタル)変換器及びD/A(デジタル/アナログ)変換器を必要としていた。
[Overview of basic principles]
In the time-axis beamforming technique, for example, at the time of reception, a main path of an incoming wave between transmitting and receiving stations is extracted, and signal processing for directing the directivity gain of the antenna element group in that direction is performed. The transmission / reception weight used at that time is a constant having no frequency dependence, and as a result, signal processing is reduced in various respects. However, since it is based on digital signal processing, each antenna element is multiplied by a transmission / reception weight on the individual digital signal processing, and accompanying this, individual A / D (analog / digital) conversion is performed for each antenna system. And a D / A (digital / analog) converter.

しかし、周波数依存性を持たない係数の乗算処理は、例えば振幅の変化を伴わない複素位相の回転処理だけに限定すれば、必ずしもデジタル的な信号処理を必要としない。具体的には、アナログ回路である移相器を用い、アナログ信号を所定の複素位相回転に設定されたこの移相器を経由させることで、実質的にウエイトの乗算処理と等価な信号処理を実現することができる。非特許文献1では、移相器を用いて指向性制御を実現しているが、これは例えば水平/垂直方向に5度刻みで設定する所定の方向毎に、アンテナ素子毎の位相回転量の組み合わせセットを事前に定めておき、何らかの制御手順で得られたビームを向けるべき方向に合わせて、各移相器の位相回転量を設定していた。しかし、この位相回転量の組み合わせセットは事前に設定されたメニューから選択することになり、この方向毎に個別にトレーニング信号を送信しながら、最も受信レベルが高くなる方向を検索する必要があった。しかし、時間軸ビームフォーミングでは、端末局装置側から送信されるトレーニング信号を基に各アンテナ素子の位相回転量を最適化するため、指向性形成に用いる位相回転量の算出などを簡易にフィードバックすることが可能であると共に、複素位相の回転量の組み合わせセットは、事前のメニューなどを必要とせず格段に高い自由度で設定可能であった。   However, if the multiplication processing of the coefficient having no frequency dependency is limited to, for example, the complex phase rotation processing without amplitude change, digital signal processing is not necessarily required. Specifically, by using a phase shifter that is an analog circuit and passing the analog signal through this phase shifter set to a predetermined complex phase rotation, signal processing substantially equivalent to weight multiplication processing is performed. Can be realized. In Non-Patent Document 1, directivity control is realized using a phase shifter. For example, the phase rotation amount of each antenna element is set for each predetermined direction set in increments of 5 degrees in the horizontal / vertical direction. A combination set was determined in advance, and the phase rotation amount of each phase shifter was set according to the direction in which the beam obtained by some control procedure should be directed. However, this phase rotation amount combination set is selected from a pre-set menu, and it is necessary to search for a direction with the highest reception level while transmitting a training signal individually for each direction. . However, in time-axis beamforming, the phase rotation amount of each antenna element is optimized based on the training signal transmitted from the terminal station apparatus side, so the calculation of the phase rotation amount used for directivity formation is simply fed back. In addition, the combination set of complex phase rotation amounts can be set with a much higher degree of freedom without requiring a prior menu or the like.

そこで、本発明の実施形態における無線局装置(無線通信装置)は、デジタルアシスト型のアナログビームフォーミングを採用する。すなわち、無線局装置は、各移相器で行う複素位相の回転量の算出処理をデジタル信号処理で実施し、そのデジタル信号処理的に得られた複素位相の値を用いて移相器を制御することにより、所望の複素位相を回転させてアナログ信号上で指向性形成を行う。   Therefore, the wireless station device (wireless communication device) in the embodiment of the present invention employs digital assist type analog beam forming. That is, the radio station apparatus performs the calculation process of the complex phase rotation amount performed by each phase shifter by digital signal processing, and controls the phase shifter using the complex phase value obtained by the digital signal processing. By doing so, the desired complex phase is rotated to form directivity on the analog signal.

ここで、デジタル的な信号処理で行う時間軸ビームフォーミングの送受信ウエイトの複素位相を算出する処理は、必ずしも各アンテナ素子で同時に行う必要はない。ないしは、時間軸ビームフォーミングの送受信ウエイトの複素位相を算出する際にはデジタル的な信号処理を行ったとしても、この為の信号処理を行う時間率は、ユーザデータの送受信を行う通常の通信の時間率に比べて圧倒的に少なくなることが予想される。そこで、本実施形態の無線局装置は、これらのデジタル回路の動作を時間的に限定的に実施する。
以下、基本原理を適用した詳細な実施形態について図を用いて説明する。
Here, the process of calculating the complex phase of the transmission / reception weight of the time-axis beamforming performed by digital signal processing does not necessarily have to be performed simultaneously by each antenna element. Or, even when digital signal processing is performed when calculating the complex phase of the transmission / reception weight of time-axis beamforming, the time rate for performing signal processing for this is the same as that of normal communication for transmitting / receiving user data. It is expected to be overwhelmingly less than the time rate. Therefore, the radio station apparatus according to the present embodiment performs the operations of these digital circuits in a limited time.
Hereinafter, a detailed embodiment to which the basic principle is applied will be described with reference to the drawings.

[第1の実施形態]
図1は、本実施形態における無線局装置450の構成例(サブアレー分離型)を示す機能ブロック図である。同図において、図12〜図14に示す従来技術による無線局装置と同一の部分には同一の符号を付している。本実施形態では、従来技術の図12及び図13に対応するように、指向性ビームを複数のサブアレーに分離して形成する「サブアレー分離型」による構成と、ひとつのアレーで複数の指向性ビームを実現する「サブアレー共用型」(厳密には、サブアレーに分離していないので、「一体型アレー」と理解してもよい)による構成のバリエーションが存在するが、ここでは「サブアレー分離型」について説明を行う。
[First Embodiment]
FIG. 1 is a functional block diagram showing a configuration example (subarray separation type) of a radio station apparatus 450 in the present embodiment. In this figure, the same parts as those of the conventional radio station apparatus shown in FIGS. 12 to 14 are denoted by the same reference numerals. In the present embodiment, as corresponding to FIGS. 12 and 13 of the prior art, a “sub-array separation type” configuration in which a directional beam is formed by being separated into a plurality of sub-arrays, and a plurality of directional beams in one array. There is a variation of the configuration by “sub-array shared type” (which may be understood as “integrated array” because it is not separated into sub-arrays strictly), but here “sub-array separated type” Give an explanation.

同図に示す無線局装置450は、ベースバンド信号処理回路140と、送受信信号処理回路451−1〜451−N(Nは1以上の整数)と、制御回路460とを備える。ベースバンド信号処理回路140は、変調器120−1〜120−N(MOD#1〜MOD#N)と、信号分離回路141と、復調器130−1〜130−N(DEM#1〜DEM#N)とを備える。送受信信号処理回路451−n(n=1,…,N)は、D/A変換器122−nと、アップコンバータ(UC)123−nと、ダウンコンバータ(DC)124−nと、A/D変換器125−nと、TDD(Time Division Duplex:時分割複信)スイッチ(TDD−SW)127−nと、移相器402−n−1〜402−n−M(Mは2以上の整数)と、スイッチ403−n−1〜403−n−Mと、分配結合器(HYB)404−nと、相関算出回路405−nと、位相シフト制御回路406−nと、ダウンコンバータ424−n−1〜424−n−Mと、A/D変換器425−n−1〜425−n−Mとを備える。移相器402−n−1〜402−n−Mはそれぞれ、アンテナ素子401−n−1〜401−n−Mと接続される。D/A変換器122−1〜122−N、アップコンバータ123−1〜123−N、ダウンコンバータ124−1〜124−N、A/D変換器125−1〜125−Nにはそれぞれ、図12及び図13に示すD/A変換器922−1−1〜922−N−M、アップコンバータ923−1−1〜923−N−M、ダウンコンバータ924−1−1〜924−N−M、A/D変換器925−1−1〜925−N−Mと同様のものを用いることができる。   The radio station apparatus 450 shown in the figure includes a baseband signal processing circuit 140, transmission / reception signal processing circuits 451-1 to 451-N (N is an integer of 1 or more), and a control circuit 460. The baseband signal processing circuit 140 includes modulators 120-1 to 120-N (MOD # 1 to MOD # N), a signal separation circuit 141, and demodulators 130-1 to 130-N (DEM # 1 to DEM #). N). The transmission / reception signal processing circuit 451-n (n = 1,..., N) includes a D / A converter 122-n, an up converter (UC) 123-n, a down converter (DC) 124-n, an A / D converter 125-n, TDD (Time Division Duplex) switch (TDD-SW) 127-n, phase shifters 402-n-1 to 402-n-M (M is 2 or more) Integer), switches 403-n-1 to 403-n-M, distribution coupler (HYB) 404-n, correlation calculation circuit 405-n, phase shift control circuit 406-n, down converter 424- n-1 to 424-n-M and A / D converters 425-n-1 to 425-n-M. The phase shifters 402-n-1 to 402-n-M are connected to the antenna elements 401-n-1 to 401-n-M, respectively. The D / A converters 122-1 to 122-N, the up converters 123-1 to 123-N, the down converters 124-1 to 124-N, and the A / D converters 125-1 to 125-N are respectively shown in FIG. 12 and the D / A converters 922-1-1 to 922-NM, the up converters 923-1-1 to 923-NM, and the down converters 924-1-1 to 924-NM. The same A / D converters 925-1-1 to 925 -N-M can be used.

ここで、ダウンコンバータ424−1−1〜424−N−Mでは、無線周波数の信号とベースバンドの信号の間の周波数変換を行うために、ローカル発振器からの信号の入力が必要となる。つまり、同じ送受信信号処理回路451−n(n=1,…,N)におけるダウンコンバータ424−n−1〜424−n−Mの組み合わせには共通のローカル信号を利用し、各ダウンコンバータ424−n−1〜424−n−Mにおける複素位相の相対的関係の時間変化を抑える必要がある。この意味では、実質的にはダウンコンバータ424−1−1〜424−N−Mの外部にローカル発振器が存在する構成を取るが、記述が煩雑になるためにここでは簡易な記述として外部のローカル発振器の明記は省略する。なお、同一のnのダウンコンバータ424−n−1〜424−n−Mの間では用いるローカル発振器は共用化する必要があるが、nの値が異なるダウンコンバータ424−n’−1〜424−n’−Mとの組み合わせにおいては用いるローカル発振器は共用化する必要はない。また、これらのローカル発振器は、アップコンバータ123−1〜123−Nとダウンコンバータ124−1〜124−Nとの間で共用化する必要もない。あくまでも、指向性形成を協調して実施する信号系列間でのローカル信号の共通化のみが重要である。   Here, in the down converters 424-1-1 to 424 -N-M, in order to perform frequency conversion between a radio frequency signal and a baseband signal, it is necessary to input a signal from a local oscillator. That is, a common local signal is used for the combination of the down converters 424-n-1 to 424-n-M in the same transmission / reception signal processing circuit 451-n (n = 1,..., N), and each down converter 424- It is necessary to suppress temporal changes in the relative relationship of the complex phases in n-1 to 424-n-M. In this sense, a configuration in which a local oscillator exists substantially outside the down converters 424-1-1 to 424-NM is taken. However, since the description is complicated, an external local is used here as a simple description. Oscillator specification is omitted. It is necessary to share the local oscillator used between the same n down-converters 424-n-1 to 424-n-M, but down-converters 424-n'-1 to 424-having different values of n. In combination with n′-M, the local oscillator to be used need not be shared. Further, these local oscillators do not need to be shared between the up converters 123-1 to 123-N and the down converters 124-1 to 124-N. The only important thing is to make the local signal common between the signal sequences that implement the directivity formation in a coordinated manner.

ここでNは空間多重を行う際の多重数(ストリーム数)に相当し、無線局装置450は、送受信信号処理回路451−1〜451−Nを全体でN系統分だけ実装している。またMは、各送受信信号処理回路451−1〜451−Nのそれぞれに実装されるサブアレーのアンテナ素子数を表している。図11の説明では全アンテナ素子数をMとしていたが、図12の場合と同様にここではアンテナ全体をサブアレー構成としているので個々のサブアレーのアンテナ素子数は異なる値Mと標記した。送受信信号処理回路451−nのそれぞれにはサブアレーのアンテナ素子401−n−1〜401−n−Mが付随しており、送受信信号処理回路451−1〜451−Nは、非特許文献2の様に空間的に離して設置することが想定される。また、ベースバンド信号処理回路140は、それぞれの送受信信号処理回路451−1〜451−Nに有線接続され、この有線上でデジタル・ベースバンド信号が転送される。また、図11では図示を省略していたが、無線局装置450は、全体の制御回路460を備える。同図では、無線局装置450が、制御回路460をベースバンド信号処理回路140上に実装する例を示している。この制御回路460は、フレーム周期や送受信タイミングを管理し、TDDスイッチ127−1〜127−Nの切り替えも管理する。制御回路460は、TDDスイッチ127−n(n=1,…,N)により、分配結合器404−nを、アップコンバータ123−nと接続するか、ダウンコンバータ124−nと接続するかを時分割で切り替える。 Here, N corresponds to the number of multiplexing (the number of streams) when performing spatial multiplexing, and the radio station apparatus 450 has a total of N transmission / reception signal processing circuits 451-1 to 451-N mounted therein. M represents the number of antenna elements of the subarray mounted on each of the transmission / reception signal processing circuits 451-1 to 451-N. In the description of FIG. 11, the total number of antenna elements is M 0 , but here the whole antenna has a subarray configuration as in FIG. 12, and therefore the number of antenna elements in each subarray is indicated as a different value M. Each of the transmission / reception signal processing circuits 451-n is associated with sub-array antenna elements 401-n-1 to 401-n-M, and the transmission / reception signal processing circuits 451-1 to 451-N are described in Non-Patent Document 2. It is assumed that they are installed spatially apart. The baseband signal processing circuit 140 is connected to the transmission / reception signal processing circuits 451-1 to 451-N by wire, and a digital baseband signal is transferred over the wire. Although not shown in FIG. 11, the wireless station device 450 includes an overall control circuit 460. In the figure, an example is shown in which the radio station device 450 mounts the control circuit 460 on the baseband signal processing circuit 140. The control circuit 460 manages the frame period and transmission / reception timing, and also manages the switching of the TDD switches 127-1 to 127 -N. The control circuit 460 determines whether to connect the distribution coupler 404-n to the up-converter 123-n or to the down-converter 124-n by the TDD switch 127-n (n = 1,..., N). Switch by dividing.

さらに本実施形態では、基本的に送受信ウエイトに相当する可変移相器で行う複素位相回転量の推定処理をデジタル信号処理にて行い、実際の複素位相の回転処理はアナログ信号処理にて実現する。このため、変調器120−1〜120−N及び復調器130−1〜130−NではOFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing:直交周波数分割多重)変調方式の様に周波数軸上の信号処理を前提とする場合でも、SC−FDE(Single-Carrier Frequency Domain Equalization)の様に時間軸上での信号処理を前提とする場合でも、どちらの方式に対しても対応可能である。ただし、信号分離回路141では各信号系列間の信号分離を行うが、ここでは時間軸での信号分離を行うことも可能であるし、一旦、FFTにより周波数軸の信号に変換し、周波数軸で周波数依存性のある信号分離を実施しても構わない。この意味で、復調器130−1〜130−Nへの入力は、時間軸の信号である場合と周波数軸の信号である場合が想定されるが、ここでは簡単のために時間軸での信号を入力するものとして説明する。この様に、OFDM変調方式やSC−FDEなどの通信方式のバリエーションに関する考え方は、以降の説明でも同様である。   Furthermore, in this embodiment, the estimation process of the complex phase rotation amount basically performed by the variable phase shifter corresponding to the transmission / reception weight is performed by digital signal processing, and the actual complex phase rotation processing is realized by analog signal processing. . For this reason, the modulators 120-1 to 120-N and the demodulators 130-1 to 130-N are premised on signal processing on the frequency axis like the OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) modulation method. Even in such a case, even when signal processing on the time axis is assumed as in SC-FDE (Single-Carrier Frequency Domain Equalization), it is possible to cope with either method. However, the signal separation circuit 141 performs signal separation between each signal series, but here it is also possible to perform signal separation on the time axis, and once convert it to a frequency axis signal by FFT, Frequency-dependent signal separation may be performed. In this sense, the input to the demodulators 130-1 to 130-N is assumed to be a time-axis signal or a frequency-axis signal. Will be described as input. In this way, the concept regarding variations of communication systems such as the OFDM modulation system and SC-FDE is the same in the following description.

具体的な信号の流れは以下の通りである。
まず信号の送信について説明する。無線局装置450は、スイッチ403−n−1〜403−n−Mが分配結合器404−nと移相器402−n−1〜402−n−Mとを接続し、TDDスイッチ127−nがアップコンバータ123−nと分配結合器404−nとを接続した状態で信号の送信を行う(n=1,…,N)。
The specific signal flow is as follows.
First, signal transmission will be described. In the wireless station device 450, the switches 403-n-1 to 403-n-M connect the distribution coupler 404-n and the phase shifters 402-n-1 to 402-n-M, and the TDD switch 127-n. Transmits the signal with the up-converter 123-n and the distribution coupler 404-n connected (n = 1,..., N).

変調器120−1〜120−Nはそれぞれ、空間多重を行う各ストリームの時間軸デジタル・ベースバンドの送信信号を生成し、送受信信号処理回路451−1〜451−Nに入力する。送受信信号処理回路451−n(n=1,…,N)には、変調器120−nが生成した時間軸デジタル・ベースバンドの送信信号が入力される。送受信信号処理回路451−n(n=1,…,N)のD/A変換器122−nは、変調器120−nから入力された送信信号を、アナログ・ベースバンド信号に変換し、アップコンバータ123−nに入力する。アップコンバータ123−nは、D/A変換器122−nから入力された信号を、ベースバンド信号から無線周波数帯の信号に変換し、TDDスイッチ127−nに入力する。TDDスイッチ127−nは、アップコンバータ123−nから入力された信号を、分配結合器404−nに入力する。   Each of the modulators 120-1 to 120-N generates a time-axis digital baseband transmission signal of each stream to be spatially multiplexed and inputs the transmission signals to the transmission / reception signal processing circuits 451-1 to 451-N. The transmission / reception signal processing circuit 451-n (n = 1,..., N) receives the time base digital baseband transmission signal generated by the modulator 120-n. The D / A converter 122-n of the transmission / reception signal processing circuit 451-n (n = 1,..., N) converts the transmission signal input from the modulator 120-n into an analog baseband signal, and improves it. Input to converter 123-n. The up-converter 123-n converts the signal input from the D / A converter 122-n from a baseband signal to a radio frequency band signal and inputs the signal to the TDD switch 127-n. The TDD switch 127-n inputs the signal input from the up-converter 123-n to the distribution coupler 404-n.

分配結合器404−nは、TDDスイッチ127−nから入力されたアナログ信号をM系統のアナログ信号に分岐する。分岐されたアナログ信号は、スイッチ403−n−1〜403−n−Mを介して移相器402−n−1〜402−n−Mに入力される。移相器402−n−1〜402−n−Mは、アナログ信号上で所定の複素位相回転を加える。移相器402−n−1〜402−n−Mにより複素位相回転が加えられたアナログ信号はそれぞれ、アンテナ素子401−n−1〜401−n−Mを介して送信される。送信信号は、移相器402−n−1〜402−n−Mにおける複素位相回転により、所定の指向性形成がなされている。例えば、アンテナ素子401−1−1〜401−1−Mとアンテナ素子401−N−1〜401−N−Mでは個別の指向性形成がなされており、その指向性方向にある無線局装置と通信を行う。   The distribution coupler 404-n branches the analog signal input from the TDD switch 127-n into M analog signals. The branched analog signals are input to the phase shifters 402-n-1 to 402-n-M via the switches 403-n-1 to 403-n-M. The phase shifters 402-n-1 to 402-n-M apply a predetermined complex phase rotation on the analog signal. The analog signals to which complex phase rotation has been applied by the phase shifters 402-n-1 to 402-n-M are transmitted via the antenna elements 401-n-1 to 401-n-M, respectively. The transmission signal has a predetermined directivity formed by complex phase rotation in the phase shifters 402-n-1 to 402-n -M. For example, the antenna elements 401-1-1 to 401-1 -M and the antenna elements 401-N-1 to 401 -N-M are individually formed with directivity, and the radio station apparatus in the directivity direction Communicate.

次に信号の受信について説明する。無線局装置450は、スイッチ403−n−1〜403−n−Mが移相器402−n−1〜402−n−Mと分配結合器404−nとを接続し、TDDスイッチ127−nが分配結合器404−nとダウンコンバータ124−nとを接続した状態で信号の受信を行う(n=1,…,N)。   Next, signal reception will be described. In the wireless station device 450, the switches 403-n-1 to 403-n-M connect the phase shifters 402-n-1 to 402-n-M and the distribution coupler 404-n, and the TDD switch 127-n. Receives a signal in a state where the distribution coupler 404-n and the down converter 124-n are connected (n = 1,..., N).

アンテナ素子401−n−1〜401−n−M(n=1,…,N)が受信した信号はそれぞれ、移相器402−n−1〜402−n−Mに入力される。移相器402−n−1〜402−n−Mはそれぞれ、入力された信号に対し、アナログ信号上で所定の複素位相回転を加え、スイッチ403−n−1〜403−n−Mを介して分配結合器404−nに入力する。分配結合器404−nは、スイッチ403−n−1〜403−n−Mを介して入力された各アンテナ系統の信号をアナログ信号上で合成し、合成した信号をTDDスイッチ127−nを介してダウンコンバータ124−nに入力する。ダウンコンバータ124−nは、TDDスイッチ127−nを介して入力された無線周波数の信号をアナログ・ベースバンド信号に変換し、A/D変換器125−nに入力する。A/D変換器125−nは、ダウンコンバータ124−nから入力された信号を、アナログ・ベースバンド信号からデジタル・ベースバンド信号に変換し、信号分離回路141に入力する。   Signals received by the antenna elements 401-n-1 to 401-n-M (n = 1,..., N) are input to the phase shifters 402-n-1 to 402-n-M, respectively. Each of the phase shifters 402-n-1 to 402-n-M applies a predetermined complex phase rotation to the input signal on the analog signal, and passes through the switches 403-n-1 to 403-n-M. To the distribution coupler 404-n. The distribution coupler 404-n synthesizes the signals of the respective antenna systems input via the switches 403-n-1 to 403-n-M on analog signals, and the synthesized signal via the TDD switch 127-n. To the down converter 124-n. The down converter 124-n converts a radio frequency signal input via the TDD switch 127-n into an analog baseband signal and inputs the analog baseband signal to the A / D converter 125-n. The A / D converter 125-n converts the signal input from the down converter 124-n from an analog baseband signal to a digital baseband signal and inputs the signal to the signal separation circuit 141.

信号分離回路141は、各ストリーム間のクロストーク成分を抑圧して信号分離を行い、この分離された信号を対応する復調器130−1〜130−Nに入力する。信号分離回路141が行うクロストーク成分の抑圧は、時間軸上で実施することも可能であるし、一旦、FFT処理により周波数軸信号に変換して周波数軸上で実施することも可能である。クロストーク成分の抑圧を時間軸上で実施する場合には、まず、信号分離回路141に入力される信号系列間の相関を、受信したトレーニング信号に対応するデジタル・ベースバンド信号を基に算出する。そして、算出された相関により与えられるMIMO(Multiple Input Multiple Output)チャネル行列を基に、そのZF(Zero Forcing)型やMMSE(Maximum Mean Square Error)型の信号分離などの一般的なMIMO信号分離処理と同様の行列を算出し、この行列を信号分離回路141に入力される信号系列をベクトルと見なしてサンプリングデータ単位で乗算すればよい。これは、一般的な周波数軸上のZF型やMMSE型の信号分離などの一般的なMIMO信号分離処理では周波数成分毎に異なる行列を用いていたのに対し、周波数軸上でほぼ同一の行列を用いる場合には、サンプリングデータ単位で時間軸上で信号分離処理が可能であることに対応する。ないしは、送受信信号処理回路451−1〜451−Nで行う信号処理のみで済ませ、信号分離回路141では特に何も処理を行わなくてもよい。ただしいずれにしても、ここでの信号分離の方法の詳細は本実施形態の特徴に直接関係ないために省略する。復調器130−1〜130−Nは、信号分離回路141においてクロストーク成分が抑圧された信号を復調処理する。   The signal separation circuit 141 performs signal separation by suppressing crosstalk components between the streams, and inputs the separated signals to the corresponding demodulators 130-1 to 130-N. The suppression of the crosstalk component performed by the signal separation circuit 141 can be performed on the time axis, or can be temporarily converted into a frequency axis signal by FFT processing and performed on the frequency axis. When the crosstalk component is suppressed on the time axis, first, the correlation between signal sequences input to the signal separation circuit 141 is calculated based on the digital baseband signal corresponding to the received training signal. . Then, based on a MIMO (Multiple Input Multiple Output) channel matrix given by the calculated correlation, a general MIMO signal separation process such as ZF (Zero Forcing) type or MMSE (Maximum Mean Square Error) type signal separation is performed. A matrix similar to the above may be calculated, and this matrix may be multiplied by the sampling data unit by regarding the signal sequence input to the signal separation circuit 141 as a vector. In general MIMO signal separation processing such as ZF type and MMSE type signal separation on the general frequency axis, a different matrix is used for each frequency component, whereas almost the same matrix on the frequency axis. Is used, signal separation processing can be performed on the time axis in units of sampling data. Alternatively, only signal processing performed by the transmission / reception signal processing circuits 451-1 to 451-N is sufficient, and the signal separation circuit 141 does not need to perform any processing. However, in any case, details of the signal separation method here are omitted because they are not directly related to the features of the present embodiment. Demodulators 130-1 to 130-N demodulate the signal in which the crosstalk component is suppressed in signal separation circuit 141.

次に、移相器402−1−1〜402−N−Mにおける複素位相の回転量を算出する際の信号処理を説明する。この信号処理は、スイッチ403−n−1〜403−n−M(n=1,…,N)が移相器402−n−1〜402−n−Mとダウンコンバータ424−n−1〜424−n−Mとを接続した状態で行われる。これらのスイッチ切替は、制御回路460の指示のもと、相関算出回路405−1〜405−Nが管理する。なお、複素位相の回転量を算出するとき以外は、移相器402−n−1〜402−n−M(n=1,…,N)は、分配結合器404−nに接続される。また、複素位相の回転量の算出処理を行う際には、移相器402−1−1〜402−N−Mの位相回転量を所定の値に設定しておく。その後の処理で得られる複素位相の回転量は、当初の所定の値に対する差分として設定する。例えば、もっとも分かり易い例では、移相器402−1−1〜402−N−Mを全てゼロ(又はすべて同一の値)に設定してもよく、この場合は得られた複素位相の回転量の値をそのまま、その後の通信時の移相器402−1−1〜402−N−Mの位相回転量とすればよい。ないしは、移相器402−1−1〜402−N−Mの当初の所定の値が+10度、+20度、+30度、・・・であり、複素位相の回転量の算出値が+α度、+β度、+γ度、・・・であったとすれば、その後の通信時の移相器402−1−1〜402−N−Mの位相回転量を+(α+10)度、+(β+20)度、+(γ+30)度、・・・とすればよい。   Next, signal processing when calculating the amount of rotation of the complex phase in the phase shifters 402-1-1 to 402 -N-M will be described. In this signal processing, the switches 403-n-1 to 403-n-M (n = 1,..., N) are shifted by the phase shifters 402-n-1 to 402-n-M and the down converters 424-n-1 to 424-n-1. 424-n-M is connected. These switch switchings are managed by the correlation calculation circuits 405-1 to 405-N under the instruction of the control circuit 460. The phase shifters 402-n-1 to 402-n -M (n = 1,..., N) are connected to the distribution coupler 404-n except when calculating the rotation amount of the complex phase. Further, when performing the calculation process of the rotation amount of the complex phase, the phase rotation amounts of the phase shifters 402-1-1 to 402 -NM are set to a predetermined value. The amount of rotation of the complex phase obtained in the subsequent processing is set as a difference with respect to the initial predetermined value. For example, in the most obvious example, the phase shifters 402-1-1 to 402-N-M may be set to all zero (or all the same value), and in this case, the rotation amount of the obtained complex phase May be used as the phase rotation amount of the phase shifters 402-1-1 to 402 -NM at the time of subsequent communication. Or, the initial predetermined values of the phase shifters 402-1-1-1 to 402-NM are +10 degrees, +20 degrees, +30 degrees,..., And the calculated value of the complex phase rotation amount is + α degrees. If it is + β degrees, + γ degrees,..., The phase rotation amounts of the phase shifters 402-1-1-402-NM during the subsequent communication are + (α + 10) degrees, + (β + 20) degrees. , + (Γ + 30) degrees, and so on.

実際の処理としては、まず、複素位相の回転量を取得すべき通信相手の無線局装置がチャネル推定用のトレーニング信号を送信し、無線局装置450はこのトレーニング信号を受信する。アンテナ素子401−n−1〜401−n−M(n=1,…,N)が受信した信号はそれぞれ、移相器402−n−1〜402−n−Mに入力される。移相器402−n−1〜402−n−Mはそれぞれ、入力された信号に対し、アナログ信号上で所定の複素位相回転を加え、スイッチ403−n−1〜403−n−Mを介してダウンコンバータ424−n−1〜424−n−Mに入力する。ダウンコンバータ424−n−1〜424−n−Mはそれぞれ、入力された無線周波数の信号をアナログ・ベースバンド信号に変換し、A/D変換器425−n−1〜425−n−Mに入力する。A/D変換器425−n−1〜425−n−Mはそれぞれ、入力された信号を、アナログ信号からデジタル・ベースバンド信号に変換し、相関算出回路405−nに出力する。   As an actual process, first, a radio station apparatus of a communication partner that should acquire the rotation amount of the complex phase transmits a training signal for channel estimation, and the radio station apparatus 450 receives this training signal. Signals received by the antenna elements 401-n-1 to 401-n-M (n = 1,..., N) are input to the phase shifters 402-n-1 to 402-n-M, respectively. Each of the phase shifters 402-n-1 to 402-n-M applies a predetermined complex phase rotation to the input signal on the analog signal, and passes through the switches 403-n-1 to 403-n-M. To the down converters 424-n-1 to 424-n-M. Each of the down converters 424-n-1 to 424-n-M converts the input radio frequency signal into an analog baseband signal and supplies the analog baseband signal to the A / D converters 425-n-1 to 425-n-M. input. Each of the A / D converters 425-n-1 to 425-n-M converts the input signal from an analog signal to a digital baseband signal, and outputs it to the correlation calculation circuit 405-n.

相関算出回路405−1〜405−Nはそれぞれ、式(1)〜式(3)を用いて複素位相の回転量を算出する。また、相関算出回路405−1〜405−Nは必要に応じてキャリブレーション処理が必要な場合には、式(1)〜式(3)にキャリブレーション係数を考慮した値として送信側の複素位相の回転量を定める。相関算出回路405−n(n=1,…,N)が求めたこの複素位相の回転量は、通信する相手となる無線局装置の識別番号(複数の無線局装置と通信を行う場合。単一の無線局装置とP−P(ポイント・ツー・ポイント)型で通信を行う場合には識別番号は不要。)と共に、位相シフト制御回路406−n(n=1,…,N)に入力される。位相シフト制御回路406−nは、移相器402−n−1〜402−n−Mそれぞれに設定すべき複素位相の回転量を、通信相手の無線局装置の識別番号と対応付けてメモリに記憶するなどして管理する。   Correlation calculation circuits 405-1 to 405-N calculate the rotation amount of the complex phase using equations (1) to (3), respectively. In addition, when the calibration calculation circuits 405-1 to 405-N require calibration processing as necessary, the complex phase on the transmission side is set as a value in consideration of the calibration coefficient in the equations (1) to (3). Determine the amount of rotation. The amount of rotation of the complex phase obtained by the correlation calculation circuit 405-n (n = 1,..., N) is the identification number of the wireless station device with which it communicates (when communicating with a plurality of wireless station devices. Together with a single wireless station apparatus in the P-P (point-to-point) type, the identification number is not necessary.) And input to the phase shift control circuit 406-n (n = 1,..., N) Is done. The phase shift control circuit 406-n stores the complex phase rotation amount to be set in each of the phase shifters 402-n-1 to 402-n-M in the memory in association with the identification number of the radio station apparatus of the communication partner. Manage it by memorizing it.

なお、実際のデータ通信を行う際、すなわち送信処理ないし受信処理を行う際には、制御回路460が通信相手となる無線局装置を把握し、位相シフト制御回路406−n(n=1,…,N)に対して、通信を行う無線局装置に対応した複素位相の回転量を移相器402−n−1〜402−n−Mに設定するよう指示する。位相シフト制御回路406−nは、通信を行う無線局装置に対応した複素位相の回転量をメモリから読み出すなどして取得し、この複素位相の回転量を移相器402−n−1〜402−n−Mに設定してアナログ上のビームフォーミングを実現する。   When actual data communication is performed, that is, when transmission processing or reception processing is performed, the control circuit 460 grasps a wireless station device as a communication partner, and the phase shift control circuit 406-n (n = 1,... , N) to instruct the phase shifters 402-n-1 to 402-n-M to set the rotation amount of the complex phase corresponding to the wireless station apparatus that performs communication. The phase shift control circuit 406-n acquires the rotation amount of the complex phase corresponding to the wireless station apparatus that performs communication by reading from the memory or the like, and acquires the rotation amount of the complex phase by the phase shifters 402-n-1 to 402. Set to -n-M to realize beamforming on analog.

なお、同図においては明記していないが、例えば送信側のハイパワーアンプ(HPA)等を配置するとすれば、図中の「A」と記述された点に配置し、受信側のローノイズアンプ(LNA)等を配置するとすれば、図中の「B」及び「C1−1」〜「CN−M」と記述された点に配置する。「A」及び「B」と記述された点に関しては、同一の送受信信号処理回路451−1〜451−N内では共通化されているので個別のハイパワーアンプ及びローノイズアンプの複素位相の不確定性を除去するキャリブレーション処理は不要である。 Although not clearly shown in the figure, for example, if a high-power amplifier (HPA) on the transmission side is arranged, it is arranged at a point described as “A” in the figure, and a low-noise amplifier on the reception side ( LNA) and the like are arranged at points described as “B” and “C 1-1 ” to “C N-M ” in the drawing. Since the points described as “A” and “B” are common within the same transmission / reception signal processing circuits 451-1 to 451-N, the complex phases of the individual high power amplifier and low noise amplifier are uncertain. The calibration process for removing the property is unnecessary.

一方、「C1−1」〜「CN−M」と記述された点のローノイズアンプに関しては、複素位相の回転量が時間的に変動し得る場合には、同一の送受信信号処理回路451−1〜451−N内の各アンテナ素子401−1−1〜401−N−M間での複素位相の不確定性の原因となり得るために、従来技術のインプリシットフィードバックのキャリブレーション手法と同様に、各系統のローノイズアンプの複素位相の不確定性は除去する必要がある。なお、本実施形態は任意の手法に対して適用可能であり、キャリブレーション処理の具体的な方法は問わない。このキャリブレーション結果を考慮し、例えば「C1−1」、「C1−2」、「C1−3」それぞれでの複素位相の回転量が+10度、+20度、+30度であったとすると、式(1)〜式(3)で得られた複素位相の回転量に対し、−10度、−20度、−30度の補正をそれぞれ行い、位相回転量を調整する。なお、このキャリブレーション結果の情報はここでは図示していないキャリブレーション回路にて収集し、位相シフト制御回路406−1〜406−Nないしは相関算出回路405−1〜405−Nにてこの情報を用いて補正を実施する。 On the other hand, regarding the low-noise amplifiers described as “C 1-1 ” to “C N-M ”, when the amount of rotation of the complex phase can fluctuate with time, the same transmission / reception signal processing circuit 451-1. 1 to 451 -N can cause complex phase uncertainty between the antenna elements 401-1-1 to 401 -N-M, and therefore, as in the case of the conventional implicit feedback calibration method. Therefore, it is necessary to remove the uncertainty of the complex phase of the low-noise amplifier of each system. Note that this embodiment can be applied to an arbitrary method, and a specific method of calibration processing is not limited. Considering this calibration result, for example, if the amount of rotation of the complex phase in each of “C 1-1 ”, “C 1-2 ”, and “C 1-3 ” is +10 degrees, +20 degrees, and +30 degrees, The phase rotation amount is adjusted by performing corrections of −10 degrees, −20 degrees, and −30 degrees for the complex phase rotation amounts obtained by the equations (1) to (3), respectively. The calibration result information is collected by a calibration circuit (not shown), and the phase shift control circuits 406-1 to 406-N or correlation calculation circuits 405-1 to 405-N store this information. To make corrections.

また、サブアレー構成とした送受信信号処理回路451−1〜451−Nは、物理的に離して設置することで、アナログ上で形成される指向性ビームの相関を低減可能であるため、一般的には所定以上の距離だけ離して設置する。   In addition, since the transmission / reception signal processing circuits 451-1 to 451-N having a subarray configuration can be physically separated to reduce the correlation of directional beams formed on analog, generally, Install at a distance greater than a predetermined distance.

さらに、以下の全ての説明(その他の実施形態も含む)においても同様であるが、図1では、ベースバンド信号処理回路140と送受信信号処理回路451−1〜451−Nの間が有線接続され、この有線上でデジタル・ベースバンド信号を送受信する構成としているが、D/A変換器122−1〜122−N及びA/D変換器125−1〜125−Nをベースバンド信号処理回路140が実装する場合は、ベースバンド信号処理回路140と送受信信号処理回路451−1〜451−Nとの間の有線接続上で流れる信号を、アナログ・ベースバンド信号とすることも可能である。   Further, the same applies to all the following descriptions (including other embodiments). In FIG. 1, the baseband signal processing circuit 140 and the transmission / reception signal processing circuits 451-1 to 451-N are connected by wire. In this configuration, digital baseband signals are transmitted and received over the wire. The D / A converters 122-1 to 122-N and the A / D converters 125-1 to 125-N are connected to the baseband signal processing circuit 140. In the case of mounting, a signal flowing on a wired connection between the baseband signal processing circuit 140 and the transmission / reception signal processing circuits 451-1 to 451-N can be an analog baseband signal.

次に、従来技術における図12に対する図13と同様に、本実施形態の無線局装置を、複数の指向性ビーム形成をひとつのアレーアンテナで実現する「サブアレー共用型」により構成することも可能である。この構成を図2に示す。   Next, similarly to FIG. 13 for FIG. 12 in the prior art, the radio station apparatus of this embodiment can also be configured by a “subarray shared type” that realizes a plurality of directional beam formations with a single array antenna. is there. This configuration is shown in FIG.

図2は、本実施形態における無線局装置452の構成例(サブアレー共用型)を示す機能ブロック図である。同図において、前述の図と同一の機能ブロックについては、同一の番号を付与し、その説明を省略する。   FIG. 2 is a functional block diagram showing a configuration example (subarray shared type) of the radio station apparatus 452 in the present embodiment. In the figure, the same functional blocks as those in the above-mentioned figure are given the same numbers, and the description thereof is omitted.

同図に示す無線局装置452は、ベースバンド信号処理回路140と、送受信信号処理回路451−1〜451−Nと、分配結合器(HYB)407−1〜407−Mと、アンテナ素子401−1〜401−Mと、制御回路460とを備える。分配結合器(HYB)407−m(m=1,…,M)は、送受信信号処理回路451−1、451−2、…、451−Nそれぞれの移相器402−1−m、402−2−m、…、402−N−m、及び、アンテナ素子401−m(m=1,…,M)と接続される。   The radio station apparatus 452 shown in the figure includes a baseband signal processing circuit 140, transmission / reception signal processing circuits 451-1 to 451-N, distribution couplers (HYB) 407-1 to 407-M, and an antenna element 401-. 1-401-M and a control circuit 460. The distribution coupler (HYB) 407-m (m = 1,..., M) is a transmission / reception signal processing circuit 451-1, 451-2,. 2-m,..., 402-Nm, and antenna elements 401-m (m = 1,..., M).

無線局装置452においても、図1に示す無線局装置450と同様に、ダウンコンバータ424−1−1〜424−N−Mが、無線周波数の信号とベースバンドの信号の間の周波数変換を行うために、ローカル発振器からの信号の入力が必要となる。各送受信信号処理回路451−1〜451−Nそれぞれにおけるダウンコンバータ424−n−1〜424−n−M(n=1,…,N)の各組み合わせには共通のローカル信号を利用し、各ダウンコンバータでの複素位相の相対的関係の時間変化を抑える必要がある。この意味では、実質的には送受信信号処理回路451−1〜451−Nの外部にローカル発振器が存在する構成を取るが、記述が煩雑になるためにここでは簡易な記述として外部のローカル発振器の明記は省略する。なお、各送受信信号処理回路451−1〜451−Nにおいて用いるローカル発振器を共用化する必要はない。また、これらのローカル発振器とアップコンバータ123−1〜123−N及びダウンコンバータ124−1〜124−Nとを共用化する必要もない。あくまでも、指向性形成を協調して実施する信号系列間でのローカル信号の共通化のみが重要である。ただし、図1の場合とは異なり、ダウンコンバータ424−1−1〜424−N−Mは全て同一の筐体に収まっているため、全てのローカル信号を共用化することも図2の場合には可能ではある。   In radio station apparatus 452, as with radio station apparatus 450 shown in FIG. 1, down converters 424-1-1 to 424-NM perform frequency conversion between radio frequency signals and baseband signals. Therefore, input of a signal from the local oscillator is required. A common local signal is used for each combination of down converters 424-n-1 to 424-n-M (n = 1,..., N) in each of the transmission / reception signal processing circuits 451-1 to 451-N. It is necessary to suppress the time change of the relative relationship of the complex phase in the down converter. In this sense, a configuration in which a local oscillator exists substantially outside the transmission / reception signal processing circuits 451-1 to 451-N is taken. However, since the description is complicated, the description of the external local oscillator is used here as a simple description. The description is omitted. It is not necessary to share the local oscillator used in each of the transmission / reception signal processing circuits 451-1 to 451-N. Further, it is not necessary to share these local oscillators with the up converters 123-1 to 123-N and the down converters 124-1 to 124-N. The only important thing is to make the local signal common between the signal sequences that implement the directivity formation in a coordinated manner. However, unlike the case of FIG. 1, the down converters 424-1-1 to 424-NM are all housed in the same housing, so that all local signals can be shared in the case of FIG. Is possible.

先の説明と同様に、Nは空間多重を行う際の多重数(ストリーム数)に相当し、Mは、共通化されているアレーアンテナのアンテナ素子数を表している。図1に示す無線局装置450では、送受信信号処理回路451−1〜451−Nが系統ごとに物理的に異なる筐体に実装されている。これに対し、図2に示す無線局装置452では、送受信信号処理回路451−1〜451−NのN系統が全てひとつの筐体に実装されている。さらに、無線局装置452では、送受信信号処理回路451−1〜451−Nが、分配結合器407−1〜407−Mを介してアンテナ素子401−1〜401−Mを共用している。ここで、図1に示す無線局装置450と図2に示す無線局装置452とでは、送受信信号処理回路451−1〜451−Nにおける内部処理は同一である。また、図2では、制御回路460がベースバンド信号処理回路140に実装されている場合を示しているが、無線局装置452内の任意の場所に実装され得る。制御回路460は、フレーム周期、送受信タイミング、TDDスイッチ127−1〜127−Nの切り替えを管理する。   Similar to the above description, N corresponds to the number of multiplexing (the number of streams) when performing spatial multiplexing, and M represents the number of antenna elements of a common array antenna. In radio station apparatus 450 shown in FIG. 1, transmission / reception signal processing circuits 451-1 to 451-N are mounted in physically different housings for each system. On the other hand, in the radio station apparatus 452 shown in FIG. 2, all the N systems of the transmission / reception signal processing circuits 451-1 to 451-N are mounted in one casing. Further, in the radio station apparatus 452, the transmission / reception signal processing circuits 451-1 to 451-N share the antenna elements 401-1 to 401-M via the distribution couplers 407-1 to 407-M. Here, in the radio station apparatus 450 shown in FIG. 1 and the radio station apparatus 452 shown in FIG. 2, the internal processing in the transmission / reception signal processing circuits 451-1 to 451-N is the same. Further, FIG. 2 shows a case where the control circuit 460 is mounted on the baseband signal processing circuit 140, but the control circuit 460 may be mounted at an arbitrary location in the wireless station device 452. The control circuit 460 manages the frame period, transmission / reception timing, and switching of the TDD switches 127-1 to 127 -N.

以下は、図1に示す無線局装置450との差分に着目した、無線局装置452における具体的な信号の流れを示す。
まず信号の送信について説明する。無線局装置452は、スイッチ403−n−1〜403−n−Mが分配結合器404−nと移相器402−n−1〜402−n−Mとを接続し、TDDスイッチ127−nがアップコンバータ123−nと分配結合器404−nとを接続した状態で信号の送信を行う(n=1,…,N)。この点は、図1に示す無線局装置450と共通である。
The following shows a specific signal flow in the radio station apparatus 452, focusing on the difference from the radio station apparatus 450 shown in FIG.
First, signal transmission will be described. In the wireless station device 452, the switches 403-n-1 to 403-n-M connect the distribution coupler 404-n and the phase shifters 402-n-1 to 402-n-M, and the TDD switch 127-n. Transmits the signal with the up-converter 123-n and the distribution coupler 404-n connected (n = 1,..., N). This point is common to the radio station apparatus 450 shown in FIG.

変調器120−1〜120−Nはそれぞれで空間多重を行う各ストリームの時間軸デジタル・ベースバンドの送信信号を生成し、それぞれを送受信信号処理回路451−1〜451−Nに入力する。図1に示す無線局装置450と同様の処理により、指向性形成のための処理がなされた無線周波数のアナログ信号が、移相器402−1−1〜402−N−Mから出力される。移相器402−1−1〜402−N−Mは、これらの各系統の信号を、対応するアンテナ素子401−1〜401−Mに接続された分配結合器407−1〜407−Mに入力する。すなわち、移相器402−1−m、402−2−m、…、402−N−m(m=1,…,M)は、分配結合器407−mに信号を入力する。分配結合器407−1〜407−Mはそれぞれ、入力された信号を合成し、合成された信号がアンテナ素子401−1〜401−Mを介して送信される。   Each of the modulators 120-1 to 120-N generates a time-base digital baseband transmission signal of each stream for spatial multiplexing, and inputs the generated signals to the transmission / reception signal processing circuits 451-1 to 451-N. Radio frequency analog signals that have undergone processing for directivity formation are output from phase shifters 402-1-1 to 402 -N-M by processing similar to that of radio station apparatus 450 shown in FIG. 1. The phase shifters 402-1-1 through 402 -N-M send the signals of these systems to the distribution couplers 407-1 through 407 -M connected to the corresponding antenna elements 401-1 through 401 -M. input. That is, the phase shifters 402-1-m, 402-2-m,..., 402-Nm (m = 1,..., M) input signals to the distribution coupler 407-m. Distribution couplers 407-1 to 407 -M synthesize the input signals, and the combined signals are transmitted via antenna elements 401-1 to 401 -M.

次に信号の受信について説明する。無線局装置452は、スイッチ403−n−1〜403−n−Mが移相器402−n−1〜402−n−Mと分配結合器404−nとを接続し、TDDスイッチ127−nが分配結合器404−nとダウンコンバータ124−nとを接続した状態で信号の受信を行う(n=1,…,N)。この点は、図1に示す無線局装置450と共通である。   Next, signal reception will be described. In the radio station apparatus 452, the switches 403-n-1 to 403-n-M connect the phase shifters 402-n-1 to 402-n-M and the distribution coupler 404-n, and the TDD switch 127-n. Receives a signal in a state where the distribution coupler 404-n and the down converter 124-n are connected (n = 1,..., N). This point is common to the radio station apparatus 450 shown in FIG.

アンテナ素子401−1〜401−Mが受信した信号はそれぞれ、分配結合器407−1〜407−Mに入力される。分配結合器407−m(m=1,…,M)は、入力された信号をN系統に分配し、移相器402−1−m、402−2−m、…、402−N−mに入力する。送受信信号処理回路451−1〜451−Nは、この様に移相器402−1−1〜402−N−Mに入力された信号に対し、図1に示す無線局装置450における信号処理と同様の信号処理を行い、信号分離回路141にデジタル・ベースバンド信号を入力する。信号分離回路141は、クロストーク成分を抑圧して信号分離を行い、復調器130−1〜130−Nは、分離された信号を復調処理する。   Signals received by the antenna elements 401-1 to 401-M are input to the distribution couplers 407-1 to 407-M, respectively. Distribution coupler 407-m (m = 1,..., M) distributes the input signal to N systems, and phase shifters 402-1-m, 402-2-m,..., 402-N-m. To enter. The transmission / reception signal processing circuits 451-1 to 451-N perform signal processing in the radio station device 450 shown in FIG. 1 on the signals input to the phase shifters 402-1-1-1 to 402-NM as described above. Similar signal processing is performed, and a digital baseband signal is input to the signal separation circuit 141. The signal separation circuit 141 performs signal separation by suppressing the crosstalk component, and the demodulators 130-1 to 130-N demodulate the separated signals.

移相器402−1−1〜402−N−Mにおける複素位相の回転量を算出する際の信号処理については、図1と図2とでは送受信信号処理回路451−1〜451−Nが実装される単位に相違はあるが、図1の送受信信号処理回路451−1〜451−Nにおける信号処理と図2の送受信信号処理回路451−1〜451−Nにおける信号処理は同一であるため、ここではその説明を省略する。   For signal processing when calculating the amount of rotation of the complex phase in the phase shifters 402-1-1 to 402 -N-M, the transmission / reception signal processing circuits 451-1 to 451-N are implemented in FIGS. The signal processing in the transmission / reception signal processing circuits 451-1 to 451-N in FIG. 1 is the same as the signal processing in the transmission / reception signal processing circuits 451-1 to 451-N in FIG. The description is omitted here.

図3は、本実施形態における通信システムの構成例を示す図である。同図に示す通信システムは、図2に示す無線局装置452と、図1に示す無線局装置450とを有する。無線局装置450では、複数の送受信信号処理回路451−1〜451−Nのそれぞれがサブアレーとしてひとつのビームを形成する。これに対し、無線局装置452では(サブ)アレーが共通化されており、ひとつのアレーアンテナが複数のビームを形成する構成である。実際の運用では、図3に示す様に、無線局装置450が無線局装置452と対向することで、N系統の信号を空間多重することが可能になる。   FIG. 3 is a diagram illustrating a configuration example of a communication system in the present embodiment. The communication system shown in the figure includes a radio station apparatus 452 shown in FIG. 2 and a radio station apparatus 450 shown in FIG. In radio station apparatus 450, each of a plurality of transmission / reception signal processing circuits 451-1 to 451-N forms one beam as a subarray. On the other hand, in the radio station apparatus 452, the (sub) array is shared, and one array antenna forms a plurality of beams. In actual operation, as shown in FIG. 3, the wireless station device 450 faces the wireless station device 452, so that N systems of signals can be spatially multiplexed.

次に、図4を用いて本実施形態の送受信信号処理回路の他の構成例を説明する。図4に示す送受信信号処理回路は、図1に示す無線局装置450又は図2に示す無線局装置452が備える送受信信号処理回路451−1〜451−Nと置き換えることができる。以下では、無線局装置450が備える送受信信号処理回路451−1〜451−Nと置き換える場合を例に説明する。なお、無線局装置452が備える送受信信号処理回路451−1〜451−Nと置き換える場合、図4におけるアンテナ素子401−n−1〜401−n−Mは、アンテナ素子401−1〜401−Mとなる。   Next, another configuration example of the transmission / reception signal processing circuit of this embodiment will be described with reference to FIG. The transmission / reception signal processing circuit illustrated in FIG. 4 can be replaced with the transmission / reception signal processing circuits 451-1 to 451-N included in the wireless station device 450 illustrated in FIG. 1 or the wireless station device 452 illustrated in FIG. Below, the case where it replaces with the transmission-and-reception signal processing circuits 451-1 to 451-N with which the radio station apparatus 450 is provided is demonstrated to an example. Note that when the transmission / reception signal processing circuits 451-1 to 451-N included in the wireless station device 452 are replaced, the antenna elements 401-n-1 to 401-n-M in FIG. It becomes.

図4は、本実施形態における送受信信号処理回路453−n(n=1,…,N)の構成例を示す機能ブロック図である。同図において、前述の図と同一の機能ブロックについては、同一の番号を付与し、その説明を省略する。   FIG. 4 is a functional block diagram showing a configuration example of the transmission / reception signal processing circuit 453-n (n = 1,..., N) in the present embodiment. In the figure, the same functional blocks as those in the above-mentioned figure are given the same numbers, and the description thereof is omitted.

同図に示す送受信信号処理回路453−nは、D/A変換器122−nと、アップコンバータ(UC)123−nと、分配結合器414−nと、移相器409−n−1〜409−n−Mと、TDDスイッチ408−n−1〜408−n−Mと、移相器402−n−1〜402−n−M と、スイッチ403−n−1〜403−n−Mと、分配結合器415−nと、ダウンコンバータ(DC)124−nと、A/D変換器125−nと、ダウンコンバータ(DC)424−n−1〜424−n−Mと、A/D変換器425−n−1〜425−n−Mと、相関算出回路405−nと、位相シフト制御回路406−nとを備える。TDDスイッチ408−n−1〜408−n−Mはそれぞれ、アンテナ素子401−n−1〜401−n−Mに接続される。なお、ここでも図1と同様に、外部のローカル発振器の明記は省略する。   The transmission / reception signal processing circuit 453-n shown in the figure includes a D / A converter 122-n, an up converter (UC) 123-n, a distribution coupler 414-n, and a phase shifter 409-n-1. 409-n-M, TDD switches 408-n-1 to 408-n-M, phase shifters 402-n-1 to 402-n-M, and switches 403-n-1 to 403-n-M Distribution coupler 415-n, down converter (DC) 124-n, A / D converter 125-n, down converter (DC) 424-n-1 to 424-n-M, A / D D converters 425-n-1 to 425-n-M, a correlation calculation circuit 405-n, and a phase shift control circuit 406-n are provided. The TDD switches 408-n-1 to 408-n-M are connected to the antenna elements 401-n-1 to 401-n-M, respectively. Here, as in FIG. 1, the specification of the external local oscillator is omitted.

送受信信号処理回路453−nと、図1または図2で示した送受信信号処理回路451−1〜451−Nとの差分は、TDDスイッチ408−n−1〜408−n−Mがアンテナ素子401−n−1〜401−n−Mの直近に配置され、その結果として送信系におけるアップコンバータ123−nからアンテナ素子401−n−1〜401−n−Mまでの経路と、受信系におけるアンテナ素子401−n−1〜401−n−Mからダウンコンバータ124−nまでの経路が物理的に分離されている点である。   The difference between the transmission / reception signal processing circuit 453-n and the transmission / reception signal processing circuits 451-1 to 451-N shown in FIG. 1 or 2 is that the TDD switches 408-n-1 to 408-n-M are the antenna elements 401. -N-1 to 401-n-M are arranged in the immediate vicinity, and as a result, the path from the up-converter 123-n to the antenna elements 401-n-1 to 401-n-M in the transmission system and the antenna in the reception system The path from the elements 401-n-1 to 401-n-M to the down converter 124-n is physically separated.

図1又は図2に示す送受信信号処理回路451−nの場合には、例えば送信系のハイパワーアンプ(ないしはパワーアンプ)はアップコンバータ123−nの後段の「A」と記述された場所に配置され、受信系のローノイズアンプはダウンコンバータ124−nの前段の「B」と記述された場所(さらにはダウンコンバータ424−n−1〜424−n−Mの前段の「Cn−1」、「Cn−2」、…、「Cn−M」と記述された場所)に配置され、TDDスイッチ127−nからアンテナ端までの回路を送受で共用可能としている。この点が送受信信号処理回路453−nとは大きく異なっている。図4の様な構成を取るメリットは、ハイパワーアンプやローノイズアンプをアンテナ素子数分だけ実装することが可能になり、この結果としての総送信電力が向上し、図1や図2におけるTDDスイッチ127−nからアンテナ素子401−n−1〜401−n−Mまでの間における様々な回路の挿入損失並びに分配及び結合損失の影響を抑えることが可能になる点である。このため、ここでは図示していないが、送受信信号処理回路453−nにおいては、「D」、「D」、…、「D」と記載された場所にハイパワーアンプが、「E」、「E」、…、「E」と記載された場所にローノイズアンプが配置されることが好ましい。この場合には、それぞれのハイパワーアンプ、ローノイズアンプの複素位相の不確定性を除去するためのキャリブレーション処理が必要となる。しかし、「A」と記載された場所にハイパワーアンプが、「B」と記載された点の場所にローノイズアンプが配置されれば、必ずしも「D」、「D」、…、「D」と記載された場所及び「E」、「E」、…、「E」と記載された場所のそれぞれにハイパワーアンプ、ローノイズアンプが配置される必然性はない。 In the case of the transmission / reception signal processing circuit 451-n shown in FIG. 1 or FIG. 2, for example, the high-power amplifier (or power amplifier) of the transmission system is arranged at the location described as “A” after the up-converter 123-n. The low-noise amplifier of the reception system is a place described as “B” in the previous stage of the down converter 124-n (in addition, “C n-1 ” in the previous stage of the down converters 424-n-1 to 424-n-M, "C n-2", ..., which is arranged in "C n-M" and described location), thereby enabling shared by transmission and reception circuits from the TDD switch 127-n to the antenna terminal. This point is greatly different from the transmission / reception signal processing circuit 453-n. The merit of adopting the configuration as shown in FIG. 4 is that high power amplifiers and low noise amplifiers can be mounted as many as the number of antenna elements, and as a result, the total transmission power is improved, and the TDD switch in FIGS. It is possible to suppress the effects of insertion loss and distribution and coupling loss of various circuits between 127-n and antenna elements 401-n-1 to 401-n-M. Therefore, although not shown here, in the transmission and reception signal processing circuit 453-n, "D 1", "D 2", ..., high-power amplifier location as "D M" is "E It is preferable that a low noise amplifier is disposed at a place where “ 1 ”, “E 2 ”,..., “E M ” is described. In this case, a calibration process for removing the uncertainty of the complex phase of each high power amplifier and low noise amplifier is required. However, if a high-power amplifier is placed at a location marked “A” and a low-noise amplifier is placed at a location marked “B”, then “D 1 ”, “D 2 ”,. M "location and" E 1 described as "," E 2 ", ..., high-power amplifier in each location described as" E M ", not necessarily lead to a low-noise amplifier is disposed.

以下は、上記の差分に着目した送受信信号処理回路453−nにおける具体的な信号の流れを示す。
まず信号の送信について説明する。送受信信号処理回路453−nは、TDDスイッチ408−n−1〜408−n−Mがアンテナ素子401−n−1〜401−n−Mと移相器409−n−1〜409−n−Mとをそれぞれ接続した状態で信号の送信を行う。
The following shows a specific signal flow in the transmission / reception signal processing circuit 453-n focusing on the difference.
First, signal transmission will be described. In the transmission / reception signal processing circuit 453-n, the TDD switches 408-n-1 to 408-n-M include antenna elements 401-n-1 to 401-n-M and phase shifters 409-n-1 to 409-n-. Signals are transmitted with M connected to each other.

送受信信号処理回路453−nには、ここには図示されていない変調器120−nからひとつのストリームの時間軸デジタル・ベースバンドの送信信号が入力される。D/A変換器122−nは、入力された送信信号をアナログ・ベースバンド信号に変換し、アップコンバータ123−nに入力する。アップコンバータ123−nは、D/A変換器122−nから入力されたアナログ・ベースバンド信号を無線周波数帯の信号に変換し、分配結合器414−nに入力する。   The transmission / reception signal processing circuit 453-n receives a time base digital baseband transmission signal of one stream from a modulator 120-n not shown here. The D / A converter 122-n converts the input transmission signal into an analog baseband signal and inputs the analog baseband signal to the upconverter 123-n. The up-converter 123-n converts the analog baseband signal input from the D / A converter 122-n into a radio frequency band signal and inputs the signal to the distribution coupler 414-n.

分配結合器414−nは、アップコンバータ123−nから入力された無線周波数帯のアナログ信号をM系統のアナログ信号に分岐し、移相器409−n−1〜409−n−Mに入力する。移相器409−n−1〜409−n−Mはそれぞれ、分配結合器414−nから入力された信号に対し、アナログ信号上で所定の複素位相回転を加え、TDDスイッチ408−n−1〜408−n−Mを介してアンテナ素子401−n−1〜401−n−Mに入力する。アンテナ素子401−n−1〜401−n−Mは、入力された送信信号を送信する。送信信号は、移相器409−n−1〜409−n−Mにおける複素位相回転により、所定の指向性形成がなされている。   Distribution coupler 414-n branches the analog signal in the radio frequency band input from up-converter 123-n into M-system analog signals and inputs them to phase shifters 409-n-1 to 409-n-M. . Each of the phase shifters 409-n-1 to 409-n-M applies a predetermined complex phase rotation on the analog signal to the signal input from the distributor / coupler 414-n, to thereby generate a TDD switch 408-n-1. Are input to the antenna elements 401-n-1 to 401-n-M through .about.408-n-M. The antenna elements 401-n-1 to 401-n-M transmit the input transmission signal. The transmission signal has a predetermined directivity formed by complex phase rotation in the phase shifters 409-n-1 to 409-n-M.

次に信号の受信について説明する。送受信信号処理回路453−nは、TDDスイッチ408−n−1〜408−n−Mがアンテナ素子401−n−1〜401−n−Mと移相器402−n−1〜402−n−Mとを接続し、スイッチ403−n−1〜403−n−Mが移相器402−n−1〜402−n−Mと分配結合器415−nとを接続した状態で信号の受信を行う。   Next, signal reception will be described. In the transmission / reception signal processing circuit 453-n, the TDD switches 408-n-1 to 408-n-M are connected to the antenna elements 401-n-1 to 401-n-M and the phase shifters 402-n-1 to 402-n-. M is connected, and the switches 403-n-1 to 403-n-M receive signals in a state where the phase shifters 402-n-1 to 402-n-M and the distribution coupler 415-n are connected. Do.

アンテナ素子401−n−1〜401−n−Mが受信した信号はそれぞれ、TDDスイッチ408−n−1〜408−n−Mを介して移相器402−n−1〜402−n−Mに入力される。移相器402−n−1〜402−n−Mのそれぞれは、入力された信号に対して、アナログ信号上で所定の複素位相回転を加え、スイッチ403−n−1〜403−n−Mを介して分配結合器415−nに入力する。分配結合器415−nは、各アンテナ系統の信号をアナログ信号上で合成し、ダウンコンバータ124−nに入力する。ダウンコンバータ124−nは、無線周波数の信号をアナログ・ベースバンド信号に変換し、A/D変換器125−nに入力する。A/D変換器125−nは、入力されたアナログ・ベースバンド信号をデジタル・ベースバンド信号に変換する。A/D変換器125−nは、変換されたデジタル・ベースバンド信号を、ここには図示されていないベースバンド信号処理回路140内の信号分離回路141に入力する。ベースバンド信号処理回路140は、後続する信号処理を行う。   The signals received by the antenna elements 401-n-1 to 401-n-M are respectively phase shifters 402-n-1 to 402-n-M via the TDD switches 408-n-1 to 408-n-M. Is input. Each of the phase shifters 402-n-1 to 402-n-M applies a predetermined complex phase rotation on the analog signal to the input signal, and switches 403-n-1 to 403-n-M To the distribution coupler 415-n. Distribution coupler 415-n synthesizes the signals of each antenna system on an analog signal and inputs the resultant signal to down converter 124-n. The down converter 124-n converts a radio frequency signal into an analog baseband signal and inputs the analog baseband signal to the A / D converter 125-n. The A / D converter 125-n converts the input analog baseband signal into a digital baseband signal. The A / D converter 125-n inputs the converted digital baseband signal to the signal separation circuit 141 in the baseband signal processing circuit 140 not shown here. The baseband signal processing circuit 140 performs subsequent signal processing.

次に、移相器402−1−1〜402−N−Mにおける複素位相の回転量を算出する際の信号処理を説明する。送受信信号処理回路453−nは、この信号処理を、スイッチ403−n−1〜403−n−Mが移相器402−n−1〜402−n−Mとダウンコンバータ424−n−1〜424−n−Mとをそれぞれ接続した状態で行う。これらのスイッチ切替は、制御回路460の指示のもと、相関算出回路405−1〜405−Nが管理する。なお、複素位相の回転量を算出するとき以外は、移相器402−n−1〜402−n−Mは、分配結合器415−nに接続される。また、複素位相の回転量の算出処理を行う際には、移相器402−1−1〜402−N−Mの位相回転量を所定の値に設定しておく。その後の処理で得られる複素位相の回転量は、上述の説明と同様に、当初の所定の値に対する差分として設定する。送受信信号処理回路453−1〜453−Nは、制御回路460の管理の基、一斉に同様の処理を行う。   Next, signal processing when calculating the amount of rotation of the complex phase in the phase shifters 402-1-1 to 402 -N-M will be described. The transmission / reception signal processing circuit 453-n performs this signal processing with the switches 403-n-1 to 403-n-M and the phase shifters 402-n-1 to 402-nM and the down converters 424-n-1 to 403-n-1. 424-n-M is connected. These switch switchings are managed by the correlation calculation circuits 405-1 to 405-N under the instruction of the control circuit 460. The phase shifters 402-n-1 to 402-n -M are connected to the distribution coupler 415-n except when calculating the rotation amount of the complex phase. Further, when performing the calculation process of the rotation amount of the complex phase, the phase rotation amounts of the phase shifters 402-1-1 to 402 -NM are set to a predetermined value. The amount of rotation of the complex phase obtained in the subsequent processing is set as a difference with respect to the initial predetermined value, as described above. The transmission / reception signal processing circuits 453-1 to 453 -N perform the same processing all at once under the management of the control circuit 460.

実際の処理としては、まず、複素位相の回転量を取得すべき通信相手の無線局装置がチャネル推定用のトレーニング信号を送信し、送受信信号処理回路453−1〜453−Nを備える無線局装置は、このトレーニング信号を受信する。アンテナ素子401−n−1〜401−n−Mが受信した信号はそれぞれ、TDDスイッチ408−n−1〜408−n−Mを介して移相器402−n−1〜402−n−Mに入力される。移相器402−n−1〜402−n−Mはそれぞれ、入力された信号に対し、アナログ信号上で所定の複素位相回転を加え、スイッチ403−n−1〜403−n−Mを介してダウンコンバータ424−n−1〜424−n−Mに入力する。ダウンコンバータ424−n−1〜424−n−Mはそれぞれ、入力された無線周波数の信号をアナログ・ベースバンド信号に変換し、A/D変換器425−n−1〜425−n−Mに入力する。A/D変換器425−n−1〜425−n−Mはそれぞれ、入力された信号を、アナログ信号からデジタル・ベースバンド信号に変換し、相関算出回路405−nに出力する。   As an actual process, first, a radio station apparatus of a communication partner that should acquire the rotation amount of the complex phase transmits a training signal for channel estimation, and includes radio signal processing circuits 453-1 to 453-N. Receives this training signal. The signals received by the antenna elements 401-n-1 to 401-n-M are respectively phase shifters 402-n-1 to 402-n-M via the TDD switches 408-n-1 to 408-n-M. Is input. Each of the phase shifters 402-n-1 to 402-n-M applies a predetermined complex phase rotation to the input signal on the analog signal, and passes through the switches 403-n-1 to 403-n-M. To the down converters 424-n-1 to 424-n-M. Each of the down converters 424-n-1 to 424-n-M converts the input radio frequency signal into an analog baseband signal and supplies the analog baseband signal to the A / D converters 425-n-1 to 425-n-M. input. Each of the A / D converters 425-n-1 to 425-n-M converts the input signal from an analog signal to a digital baseband signal, and outputs it to the correlation calculation circuit 405-n.

相関算出回路405−nは、図1における説明と同様に、複素位相の回転量を算出する。相関算出回路405−nが求めた複素位相の回転量は、通信する相手となる無線局装置の識別番号と共に、位相シフト制御回路406−nに入力される。位相シフト制御回路406−nは、移相器402−n−1〜402−n−Mそれぞれに設定すべき複素位相の回転量を、通信相手の無線局装置の識別番号と対応付けてメモリに記憶するなどして管理する。   The correlation calculation circuit 405-n calculates the amount of rotation of the complex phase as described in FIG. The rotation amount of the complex phase obtained by the correlation calculation circuit 405-n is input to the phase shift control circuit 406-n together with the identification number of the radio station apparatus with which communication is performed. The phase shift control circuit 406-n stores the complex phase rotation amount to be set in each of the phase shifters 402-n-1 to 402-n-M in the memory in association with the identification number of the radio station apparatus of the communication partner. Manage it by memorizing it.

また、上記の複素位相の回転量は受信系における移相器402−n−1〜402−n−Mの位相回転量に関するものであるが、ローノイズアンプ及びハイパワーアンプなどにおける複素位相回転量の個体差をキャンセルするため、相関算出回路405−nは、従来技術のインプリシットフィードバックにおけるキャリブレーション処理を施し、受信系における複素位相の回転量を基にキャリブレーション処理に相当する補正により送信系における複素位相の回転量を換算し、移相器409−n−1〜409−n−Mに設定する値とする。ただし、「E」、「E」、…、「E」と記載された場所にローノイズアンプを配置する場合には、十分な受信レベルが得られるので「C」、「C」、…、「C」と記載された場所にはローノイズアンプは不要であるため、受信系の各ローノイズアンプにおける複素位相の回転は空間上での複素位相の回転と区別する必要はなく、受信系の移相器402−n−1〜402−n−Mに設定する複素位相の回転量は、相関算出回路405−nが算出した複素位相の回転量をそのまま用いることが可能である。なお、位相シフト制御回路406−nは、移相器402−n−1〜402−n−M及び移相器409−n−1〜409−n−Mのそれぞれに設定すべき送信系における複素位相の回転量を、通信相手の無線局装置の識別番号と対応付けて同様にメモリに記憶するなどして管理する。 The amount of rotation of the complex phase described above relates to the amount of phase rotation of the phase shifters 402-n-1 to 402-n-M in the reception system, but the amount of complex phase rotation in a low noise amplifier, a high power amplifier, and the like. In order to cancel the individual difference, the correlation calculation circuit 405-n performs calibration processing in the implicit feedback of the prior art, and performs correction in the transmission system by correction corresponding to the calibration processing based on the amount of complex phase rotation in the reception system. The amount of rotation of the complex phase is converted to a value set in the phase shifters 409-n-1 to 409-n-M. However, when a low noise amplifier is arranged at a location described as “E 1 ”, “E 2 ”,..., “E M ”, a sufficient reception level can be obtained, so “C 1 ”, “C 2 ”. ,..., “C M ” does not require a low-noise amplifier. Therefore, the rotation of the complex phase in each low-noise amplifier of the reception system does not need to be distinguished from the rotation of the complex phase in space. The complex phase rotation amount calculated by the correlation calculation circuit 405-n can be used as it is as the complex phase rotation amount set in the phase shifters 402-n-1 to 402-n-M of the system. The phase shift control circuit 406-n is a complex in the transmission system to be set in each of the phase shifters 402-n-1 to 402-n-M and the phase shifters 409-n-1 to 409-n-M. The amount of phase rotation is managed by associating it with the identification number of the radio station apparatus of the communication partner and storing it in the memory in the same manner.

なお、実際のデータ通信を行う際、すなわち送信処理ないし受信処理を行う際には、制御回路460が通信相手となる無線局装置を把握し、位相シフト制御回路406−nに対して、通信を行う無線局装置に対応する複素位相の回転量を、移相器402−n−1〜402−n−M及び移相器409−n−1〜409−n−Mに設定するよう指示する。位相シフト制御回路406−nは、通信を行う無線局装置に対応した受信系及び送信系のそれぞれにおける複素位相の回転量をメモリから読み出すなどして取得する。位相シフト制御回路406−nは、この受信系の複素位相の回転量を移相器402−n−1〜402−n−Mに設定し、送信系の複素位相の回転量を移相器409−n−1〜409−n−Mに設定してアナログ上のビームフォーミングを実現する。   When actual data communication is performed, that is, when transmission processing or reception processing is performed, the control circuit 460 grasps a wireless station device that is a communication partner and communicates with the phase shift control circuit 406-n. Instructing the phase shifters 402-n-1 to 402-n -M and the phase shifters 409-n-1 to 409-n-M to set the rotation amount of the complex phase corresponding to the radio station apparatus to be performed. The phase shift control circuit 406-n acquires the rotation amount of the complex phase in each of the reception system and the transmission system corresponding to the wireless station apparatus that performs communication by reading from the memory. The phase shift control circuit 406-n sets the amount of rotation of the complex phase of the reception system to the phase shifters 402-n-1 to 402-n-M, and sets the amount of rotation of the complex phase of the transmission system to the phase shifter 409. -N-1 to 409-n-M is set to realize analog beamforming.

Massive MIMOにおいてデジタルビームフォーミングを行う場合、従来の無線局装置では、信号系列数に対応した多数のA/D変換器及びD/A変換器を必要とするため、消費電力が増大するという問題を有していた。一方、上述した本実施形態の無線局装置は、指向性制御を行うための複素位相の回転量を算出する際にのみ信号系列に対応したアンテナ素子毎のA/D変換器を利用し、データ送信時には移相器を用いたアナログビームフォーミングを行う。そのため、本実施形態の無線局装置は、スイッチを用い、複素位相の回転量の算出に用いるトレーニング信号の受信時には受信信号の出力先をA/D変換器に、データ受信時には受信信号の出力先を受信回路に切り替える。その結果、データ送受信時には、複素位相の回転量の算出時に必要とするアンテナ素子毎のA/D変換器及びD/A変換器の動作を停止させることが可能となり、消費電力を低減することが可能となる。   When performing digital beam forming in Massive MIMO, the conventional radio station apparatus requires a large number of A / D converters and D / A converters corresponding to the number of signal sequences, which increases power consumption. Had. On the other hand, the above-described radio station apparatus of the present embodiment uses an A / D converter for each antenna element corresponding to a signal sequence only when calculating the amount of rotation of a complex phase for performing directivity control, and data At the time of transmission, analog beam forming using a phase shifter is performed. Therefore, the radio station apparatus according to the present embodiment uses a switch, when receiving a training signal used for calculating the amount of rotation of the complex phase, the output destination of the received signal to the A / D converter, and when receiving data, the output destination of the received signal To the receiving circuit. As a result, at the time of data transmission / reception, it becomes possible to stop the operation of the A / D converter and the D / A converter for each antenna element required for calculating the amount of rotation of the complex phase, thereby reducing power consumption. It becomes possible.

以上説明したように、本実施形態によれば、無線局装置は、指向性制御を行うための複素位相の回転量を算出する際にのみアンテナ素子毎のA/D変換器を利用する。そして、無線局装置は、実際の信号送信時には、デジタルビームフォーミングの代わりに移相器を用いたアナログビームフォーミングで代用する。一方、信号受信時には、無線局装置は、スイッチを用いて、受信アンテナからの信号の出力先を、トレーニング信号の受信時にはA/D変換器に、信号合成して復調処理を行うときには受信回路に切り替える。これにより、Massive MIMOにおいて、デジタルビームフォーミングを行うときに従来では定常的に必要としていたA/D変換器及びD/A変換器の数を大幅に低減することができる。よって、通信時において定常的に多数のA/D変換器及びD/A変換器が動作し続ける状況を回避し、特に広帯域の通信時にかかっていた膨大なA/D変換器及びD/A変換器の消費電力を低減するとともに発熱量も低減することが可能となる。さらには、A/D変換器及びD/A変換器に、発熱のために必要としていた大がかりな放熱板が不要となるため、低消費電力化だけでなく、無線局装置の小型化を図ることが可能となり、コストの低減も可能となる。   As described above, according to the present embodiment, the radio station apparatus uses the A / D converter for each antenna element only when calculating the rotation amount of the complex phase for performing directivity control. The radio station apparatus substitutes analog beam forming using a phase shifter instead of digital beam forming at the time of actual signal transmission. On the other hand, when receiving a signal, the radio station device uses a switch to set the output destination of the signal from the receiving antenna to the A / D converter when receiving the training signal, and to the receiving circuit when performing signal synthesis and demodulation processing. Switch. As a result, in Massive MIMO, the number of A / D converters and D / A converters, which are conventionally required constantly when performing digital beam forming, can be greatly reduced. Therefore, a situation in which a large number of A / D converters and D / A converters continue to operate constantly during communication is avoided, and a huge amount of A / D converters and D / A conversions that have been required particularly during broadband communication are avoided. It is possible to reduce the power consumption and reduce the amount of heat generated. Furthermore, since the A / D converter and the D / A converter do not require a large heat sink that is necessary for heat generation, not only low power consumption but also miniaturization of the radio station apparatus is achieved. It is possible to reduce the cost.

[第2の実施形態]
第1の実施形態では、全ての(送)受信アンテナに対して個別のダウンコンバータとA/D変換器を実装していたが、これらの回路はチャネル推定の際にしか利用しない。これが全体の消費電力を低減し、発熱量を抑えるために有効に働くが、装置の小型経済化的な観点からは、一時的にしか利用しない回路を膨大な数のアンテナ素子数だけ実装するのは非効率である。特に、広帯域故に超高速な動作となるA/D変換器は一つ当たりの価格も高価になりがちで、装置全体の価格の高騰に繋がりかねない。第2の実施形態では、これらのダウンコンバータ、A/D変換器等を1系統に集約するための構成を示す。
[Second Embodiment]
In the first embodiment, separate down converters and A / D converters are mounted on all (transmitting) and receiving antennas, but these circuits are used only for channel estimation. This works effectively to reduce overall power consumption and suppress the amount of heat generated, but from the viewpoint of miniaturization of the device, a circuit that is only temporarily used is mounted by a huge number of antenna elements. Is inefficient. In particular, A / D converters that operate at a very high speed due to the wide bandwidth tend to be expensive in price per unit, which may lead to an increase in the price of the entire apparatus. In the second embodiment, a configuration for consolidating these down converters, A / D converters, and the like into one system is shown.

図5は、本実施形態における無線局装置550の構成例(サブアレー分離型)を示す機能ブロック図である。第1の実施形態と同様に第2の実施形態においても、第1の実施形態における図1と図2に対応するように、指向性ビームを複数のサブアレーに分離して形成する「サブアレー分離型」による構成と、ひとつのアレーで複数の指向性ビームを実現する「サブアレー共用型」(厳密には、サブアレーに分離していないので、「一体型アレー」と理解してもよい)による構成のバリエーションが存在する。図5では、「サブアレー分離型」について説明を行う。同図において、前述の図と同一の機能ブロックについては、同一の番号を付与し、その説明を省略する。   FIG. 5 is a functional block diagram showing a configuration example (subarray separation type) of the wireless station device 550 in the present embodiment. Similarly to the first embodiment, the second embodiment also forms a directional beam into a plurality of subarrays so as to correspond to FIGS. 1 and 2 in the first embodiment. ”And a“ sub-array shared type ”that realizes multiple directional beams in one array (strictly speaking, it is not separated into sub-arrays and may be understood as“ integrated array ”). There are variations. In FIG. 5, the “sub-array separation type” will be described. In the figure, the same functional blocks as those in the above-mentioned figure are given the same numbers, and the description thereof is omitted.

同図に示す無線局装置550は、ベースバンド信号処理回路140と、送受信信号処理回路551−1〜551−N(Nは1以上の整数)と、制御回路560とを備える。送受信信号処理回路551−n(n=1,…,N)は、D/A変換器122−nと、アップコンバータ123−nと、ダウンコンバータ124−nと、A/D変換器125−nと、TDDスイッチ127−nと、移相器502−n−1〜502−n−Mと、スイッチ503−n−1〜503−n−Mと、分配結合器504−nと、相関算出回路505−nと、位相シフト制御回路506−nとを備える。移相器502−n−1〜502−n−Mはそれぞれ、アンテナ素子501−n−1〜501−n−Mと接続される。   The radio station apparatus 550 shown in the figure includes a baseband signal processing circuit 140, transmission / reception signal processing circuits 551-1 to 551-N (N is an integer of 1 or more), and a control circuit 560. The transmission / reception signal processing circuit 551-n (n = 1,..., N) includes a D / A converter 122-n, an up converter 123-n, a down converter 124-n, and an A / D converter 125-n. A TDD switch 127-n, phase shifters 502-n-1 to 502-nM, switches 503-n-1 to 503-nM, a distribution coupler 504-n, and a correlation calculation circuit. 505-n and a phase shift control circuit 506-n. Phase shifters 502-n-1 to 502-n-M are connected to antenna elements 501-n-1 to 501-n-M, respectively.

図1に示す無線局装置450と同様に、Nは空間多重を行う際の多重数(ストリーム数)に相当し、無線局装置550は、送受信信号処理回路551−1〜551−Nを全体でN系統分だけ実装している。また、無線局装置450と同様に、Mは、各送受信信号処理回路551−1〜551−Nのそれぞれに実装されるサブアレーのアンテナ素子数を表している。送受信信号処理回路551−nのそれぞれにサブアレーのアンテナ素子501−n−1〜501−n−Mが付随しており、送受信信号処理回路551−1〜551−Nは、非特許文献2の様に空間的に離して設置することが想定されている。また、ベースバンド信号処理回路140は、それぞれの送受信信号処理回路551−1〜551−Nに有線接続され、この有線上でデジタル・ベースバンド信号が転送される。また、図11では図示を省略していたが、無線局装置550が全体の制御回路560をベースバンド信号処理回路140上に実装する例を示している。制御回路560は、フレーム周期や送受信タイミングを管理し、TDDスイッチ127−1〜127−Nの切り替えも管理する。制御回路560は、TDDスイッチ127−n(n=1,…,N)により、分配結合器504−nを、アップコンバータ123−nと接続するか、ダウンコンバータ124−nと接続するかを時分割で切り替える。また、制御回路560は、相関算出回路505−n(n=1,…,N)にスイッチ503−n−1〜503−n−Mの制御を指示する。   As with the radio station apparatus 450 shown in FIG. 1, N corresponds to the number of multiplexed streams (number of streams) when performing spatial multiplexing, and the radio station apparatus 550 includes transmission / reception signal processing circuits 551-1 to 551 -N as a whole. Only N systems are installed. Similarly to the radio station apparatus 450, M represents the number of antenna elements of the subarray mounted on each of the transmission / reception signal processing circuits 551-1 to 551 -N. Each of the transmission / reception signal processing circuits 551-n is accompanied by sub-array antenna elements 501-n-1 to 501-n-M, and the transmission / reception signal processing circuits 551-1 to 551-N are as shown in Non-Patent Document 2. It is assumed that they will be installed spatially apart from each other. The baseband signal processing circuit 140 is connected to the transmission / reception signal processing circuits 551-1 to 551 -N by wire, and a digital baseband signal is transferred over the wire. Although not shown in FIG. 11, an example is shown in which the radio station device 550 mounts the entire control circuit 560 on the baseband signal processing circuit 140. The control circuit 560 manages the frame period and transmission / reception timing, and also manages switching of the TDD switches 127-1 to 127 -N. The control circuit 560 determines whether to connect the distribution coupler 504-n to the up-converter 123-n or to the down-converter 124-n by the TDD switch 127-n (n = 1,..., N). Switch by dividing. In addition, the control circuit 560 instructs the correlation calculation circuit 505-n (n = 1,..., N) to control the switches 503-n-1 to 503-n-M.

さらに本実施形態では、基本的に送受信ウエイトに相当する移相器で行う複素位相回転量算出処理をデジタル信号処理的に行い、実際の複素位相の回転処理はアナログ信号処理にて実現する。このため、変調器120−1〜120−N及び復調器130−1〜130−NではOFDM変調方式の様に周波数軸上の信号処理を前提とする場合でも、SC−FDEの様に時間軸上での信号処理を前提とする場合でも、どちらの方式に対しても対応可能であり、OFDM変調方式やSC−FDEなどの通信方式のバリエーションに関する考え方は、上述の第1の実施形態の説明と同様である。   Furthermore, in the present embodiment, the complex phase rotation amount calculation processing basically performed by the phase shifter corresponding to the transmission / reception weight is performed in the form of digital signal processing, and the actual complex phase rotation processing is realized by analog signal processing. For this reason, even if the modulators 120-1 to 120-N and the demodulator 130-1 to 130-N assume signal processing on the frequency axis as in the OFDM modulation scheme, the time axis as in SC-FDE. Even when the above signal processing is premised, it is possible to cope with either system, and the concept regarding variations of the communication system such as the OFDM modulation system and SC-FDE is explained in the first embodiment. It is the same.

また、アップコンバータ123−1〜123−N及びダウンコンバータ124−1〜124−Nでは、無線周波数の信号とベースバンドの信号の間の周波数変換を行うために、ローカル発振器からの信号の入力が必要となるが、各送受信信号処理回路551−1〜551−N間では協調した信号処理は想定していないので、必ずしも共通のローカル発振器を利用する必要はない。なお、記述が煩雑になるためにここでは簡易な記述として外部のローカル発振器の明記は省略する。また以降の説明では省略するが、付加的機能として各送受信信号処理回路551−1〜551−N間で協調した信号処理を行うことも当然可能であるが、この場合にはローカル発振器の共通化を行っても構わない。   In addition, in the up converters 123-1 to 123-N and the down converters 124-1 to 124-N, in order to perform frequency conversion between a radio frequency signal and a baseband signal, a signal input from a local oscillator is input. Although necessary, coordinated signal processing is not assumed between the transmission / reception signal processing circuits 551-1 to 551 -N, and therefore it is not always necessary to use a common local oscillator. Since the description is complicated, the description of the external local oscillator is omitted here as a simple description. Although omitted in the following description, it is of course possible to perform cooperative signal processing between the transmission / reception signal processing circuits 551-1 to 551 -N as an additional function. You may do.

無線局装置550における具体的な信号の流れは以下の通りである。
まず信号の送信について説明する。無線局装置550は、スイッチ503−n−1〜503−n−Mを全てON(分配結合器504−nとの接続状態)とし、TDDスイッチ127−nがアップコンバータ123−n−1〜123−n−Nと分配結合器504−nとを接続した状態で信号の送信を行う(n=1,…,N)。全ての送受信信号処理回路551−1〜551−Nでこれらの条件は同じである。
A specific signal flow in radio station apparatus 550 is as follows.
First, signal transmission will be described. Radio station apparatus 550 sets all switches 503-n-1 to 503-n-M to ON (connected state to distribution coupler 504-n), and TDD switch 127-n is up-converter 123-n-1 to 123. Signal transmission is performed with n-N and distribution coupler 504-n connected (n = 1,..., N). These conditions are the same in all the transmission / reception signal processing circuits 551-1 to 551 -N.

変調器120−1〜120−Nがそれぞれ、空間多重を行う各ストリームの時間軸デジタル・ベースバンドの送信信号を生成し、送受信信号処理回路551−1〜551−Nに入力してから、送受信信号処理回路551−n(n=1,…,N)のアップコンバータ123−nが、無線周波数帯の信号を後段に入力するまでの処理は、図1に示す無線局装置450と同様である。アップコンバータ123−nは、TDDスイッチ127−nを介して信号を分配結合器504−nに入力する。   Each of the modulators 120-1 to 120-N generates a time base digital baseband transmission signal of each stream to be spatially multiplexed, and inputs the transmission signal to the transmission / reception signal processing circuits 551-1 to 551-N, and then transmits and receives Processing until the up-converter 123-n of the signal processing circuit 551-n (n = 1,..., N) inputs a radio frequency band signal to the subsequent stage is the same as that of the radio station device 450 shown in FIG. . The up-converter 123-n inputs a signal to the distribution coupler 504-n via the TDD switch 127-n.

分配結合器504−nは、TDDスイッチ127−nから入力したアナログ信号を、M系統のアナログ信号に分岐し、スイッチ503−n−1〜503−n−Mを介して移相器502−n−1〜502−n−Mに入力する。移相器502−n−1〜502−n−Mのそれぞれは、入力された信号に対して、アナログ信号上で所定の複素位相回転を加える。移相器502−n−1〜502−n−Mにより複素位相回転が加えられたアナログ信号はそれぞれ、アンテナ素子501−n−1〜501−n−Mを介して送信される。送信信号は、移相器502−n−1〜502−n−Mにおける複素位相回転により、所定の指向性形成がなされており、その指向性の先の無線局装置と通信を行う。   The distribution coupler 504-n branches the analog signal input from the TDD switch 127-n into M-system analog signals, and the phase shifter 502-n via the switches 503-n-1 to 503-n-M. Input to -1 to 502-n-M. Each of the phase shifters 502-n-1 to 502-n-M applies a predetermined complex phase rotation on the analog signal to the input signal. Analog signals to which complex phase rotation has been applied by the phase shifters 502-n-1 to 502-n-M are transmitted via the antenna elements 501-n-1 to 501-n-M, respectively. The transmission signal has a predetermined directivity formed by complex phase rotation in the phase shifters 502-n-1 to 502-n-M, and communicates with the radio station apparatus ahead of the directivity.

以上の説明はN系統実装される送受信信号処理回路551−1〜551−Nに共通の信号処理であり、共通のクロックで動作する等概ね同期関係を維持しながら、並列的に同様の処理を実施する。   The above description is signal processing common to the transmission / reception signal processing circuits 551-1 to 551 -N mounted in N systems, and the same processing is performed in parallel while maintaining a substantially synchronous relationship such as operating with a common clock. carry out.

次に受信に関する信号の流れを説明する。無線局装置550は、スイッチ503−n−1〜503−n−Mを全てON(分配結合器504−nとの接続状態)とし、TDDスイッチ127−nが分配結合器504−nとダウンコンバータ124−nとを接続した状態で信号の受信を行う(n=1,…,N)。全ての送受信信号処理回路551−1〜551−Nでこれらの条件は同じである。   Next, the flow of signals related to reception will be described. In the radio station apparatus 550, all the switches 503-n-1 to 503-n-M are turned ON (connected state with the distribution coupler 504-n), and the TDD switch 127-n is connected to the distribution coupler 504-n and the down converter. A signal is received in a state in which 124-n is connected (n = 1,..., N). These conditions are the same in all the transmission / reception signal processing circuits 551-1 to 551 -N.

アンテナ素子501−n−1〜501−n−M(n=1,…,N)が受信した信号はそれぞれ、移相器502−n−1〜502−n−Mに入力される。移相器502−n−1〜502−n−Mはそれぞれ、入力された信号に対し、アナログ信号上で所定の複素位相回転を加え、スイッチ503−n−1〜503−n−Mを介して分配結合器504−nに入力する。分配結合器504−nは、スイッチ503−n−1〜503−n−Mを介して入力された各アンテナ系統の信号をアナログ信号上で合成し、合成した信号をTDDスイッチ127−nを介してダウンコンバータ124−nに入力する。以降の処理は、図1に示す無線局装置450と同様である。   Signals received by the antenna elements 501-n-1 to 501-n-M (n = 1,..., N) are input to the phase shifters 502-n-1 to 502-n-M, respectively. The phase shifters 502-n-1 to 502-n-M respectively apply a predetermined complex phase rotation on the analog signals to the input signals, and pass through the switches 503-n-1 to 503-n-M. And input to the distribution coupler 504-n. The distribution coupler 504-n combines the signals of the respective antenna systems input via the switches 503-n-1 to 503-n-M on the analog signal, and combines the combined signals via the TDD switch 127-n. To the down converter 124-n. The subsequent processing is the same as that of the radio station apparatus 450 shown in FIG.

移相器502−n−1〜502−n−Mのそれぞれが、アンテナ素子501−n−1〜501−n−Mを介して受信した信号に対して、アナログ信号上で所定の複素位相回転を加え、それらが合成されることで所定の指向性形成がなされており、その指向性の先の無線局装置と通信を行う。以上の説明はN系統実装される送受信信号処理回路551−1〜551−Nに共通の信号処理であり、共通のクロックで動作する等概ね同期関係を維持しながら、並列的に同様の処理を実施する。   Each of the phase shifters 502-n-1 to 502-n-M performs a predetermined complex phase rotation on the analog signal with respect to the signals received via the antenna elements 501-n-1 to 501-n-M. Are added to form a predetermined directivity, and communication is performed with a radio station apparatus ahead of the directivity. The above description is signal processing common to the transmission / reception signal processing circuits 551-1 to 551 -N mounted in N systems, and the same processing is performed in parallel while maintaining a substantially synchronous relationship such as operating with a common clock. carry out.

なお、信号分離回路141は、各送受信信号処理回路551−1〜551−Nから入力された信号に対し、図1に示す無線局装置450と同様の処理を行い、上述の指向性形成では除去しきれない無線局装置間のクロストーク成分の抑圧処理を行う。信号分離回路141が行うクロストーク成分の抑圧は、時間軸上で実施することも可能であるし、一旦、FFT処理により周波数軸信号に変換して周波数軸上で実施することも可能である。ないしは、送受信信号処理回路551−1〜551−Nで行う指向性形成の信号処理のみで済ませ、信号分離回路141では特に何も処理を行わなくてもよい(この場合には、信号分離回路141は省略可能である)。ただしいずれにしても、ここでの信号分離の方法の詳細は本実施形態には直接関係なく、従来のMIMO信号処理の技術を用いて実施することが可能であるため、ここでは説明を省略する。   The signal separation circuit 141 performs the same processing as the radio station device 450 shown in FIG. 1 on the signals input from the transmission / reception signal processing circuits 551-1 to 551 -N, and removes them in the above-described directivity formation. A process of suppressing crosstalk components between radio station apparatuses that cannot be fully processed is performed. The suppression of the crosstalk component performed by the signal separation circuit 141 can be performed on the time axis, or can be temporarily converted into a frequency axis signal by FFT processing and performed on the frequency axis. Alternatively, only signal processing for directivity formation performed by the transmission / reception signal processing circuits 551-1 to 551 -N is required, and the signal separation circuit 141 does not need to perform any particular processing (in this case, the signal separation circuit 141 Is optional). However, in any case, the details of the signal separation method here are not directly related to the present embodiment, and can be implemented using the conventional MIMO signal processing technique, and thus the description thereof is omitted here. .

次に、移相器502−1−1〜502−N−Mにおける複素位相の回転量を算出する際の信号処理を説明する。この信号処理は、スイッチ503−n−1〜503−n−M(n=1,…,N)のいずれかひとつが移相器502−n−1〜502−n−Mとダウンコンバータ124−nとを接続(ON)する一方、残りのスイッチはダウンコンバータ124−nとの接続を切った状態(OFF)状態で行われる。スイッチ503−n−1〜503−n−M(n=1,…,N)のうちダウンコンバータ124−nに接続する(ONにする)対象は順に切り替える。これらのスイッチ切替は、制御回路560の指示のもと、相関算出回路505−1〜505−Nが管理する。なお、ここで説明している複素位相の回転量を算出するとき以外の通常運用時は、上述のように移相器502−n−1〜502−n−M(n=1,…,N)は全て、分配結合器504−nに接続される。また、複素位相の回転量の算出処理を行う際には移相器502−1−1〜502−N−Mの位相回転量を所定の値に設定しておく。その後の処理で得られる複素位相の回転量は、当初の所定の値に対する差分として設定する。例えば、もっとも分かり易い例では、移相器502−1−1〜502−N−Mを全てゼロ(又はすべて同一の値)に設定してもよく、この場合は得られた複素位相の回転量の値をそのまま、その後の通信時の移相器502−1−1〜502−N−Mの位相回転量とすればよい。ないしは、移相器502−1−1〜502−N−Mの当初の所定の値が+10度、+20度、+30度、・・・であり、複素位相の回転量の算出値が+α度、+β度、+γ度、・・・であったとすれば、その後の通信時の移相器502−1−1〜502−N−Mの位相回転量を+(α+10)度、+(β+20)度、+(γ+30)度、・・・とすればよい。   Next, signal processing when calculating the amount of rotation of the complex phase in the phase shifters 502-1-1-1 to 502-NM will be described. In this signal processing, any one of the switches 503-n-1 to 503-n-M (n = 1,..., N) is operated by the phase shifters 502-n-1 to 502-n-M and the down converter 124-. n is connected (ON) while the remaining switches are in a state (OFF) in which the connection with the down converter 124-n is disconnected. Of the switches 503-n-1 to 503-n-M (n = 1,..., N), the targets to be connected (turned on) to the down converter 124-n are sequentially switched. These switch switchings are managed by the correlation calculation circuits 505-1 to 505-N under the instruction of the control circuit 560. Note that during normal operation other than when calculating the amount of rotation of the complex phase described here, the phase shifters 502-n-1 to 502-n-M (n = 1,..., N) as described above. ) Are all connected to distribution coupler 504-n. Further, when performing the calculation process of the rotation amount of the complex phase, the phase rotation amount of the phase shifters 502-1-1-1 to 502-NM is set to a predetermined value. The amount of rotation of the complex phase obtained in the subsequent processing is set as a difference with respect to the initial predetermined value. For example, in the most obvious example, the phase shifters 502-1-1-1 to 502-NM may be set to all zero (or all the same value), and in this case, the rotation amount of the obtained complex phase May be used as the phase rotation amount of the phase shifters 502-1-1-1 to 502-NM during subsequent communication. Or, the initial predetermined values of the phase shifters 502-1-1-1 to 502-NM are +10 degrees, +20 degrees, +30 degrees,..., And the calculated value of the rotation amount of the complex phase is + α degrees. If it is + β degrees, + γ degrees,..., The phase rotation amounts of the phase shifters 502-1-1-1 to 502-NM during the subsequent communication are + (α + 10) degrees and + (β + 20) degrees. , + (Γ + 30) degrees,.

実際の処理としては、まず、複素位相の回転量を取得すべき通信相手の無線局装置がチャネル推定用のトレーニング信号を送信し、無線局装置550はこのトレーニング信号を受信する。アンテナ素子501−n−1〜501−n−M(n=1,…,N)が受信した信号はそれぞれ、移相器502−n−1〜502−n−Mに入力される。移相器502−n−1〜502−n−Mはそれぞれ、入力された信号に対し、アナログ信号上で所定の複素位相回転を加え、スイッチ503−n−1〜503−n−Mを介して分配結合器504−nに入力する。ここで、スイッチ503−n−1〜503−n−Mでは、ひとつを除いてすべてがOFFとなっているため、実効的には分配結合器504−nにおいて合成された信号は、スイッチ503−n−1〜503−n−Mの中で唯一、スイッチが接続(ON)されている系統のアンテナで受信された信号のみが出力されたことになる。すなわち、スイッチ503−n−1〜503−n−Mと分配結合器504−nでは、これ全体で、アンテナ素子501−n−1〜501−n−Mのアンテナ群の中から、ひとつのアンテナ素子501−n−k(kは1以上M以下の整数のいずれか)を抽出する処理を実施することになる。なお、kが1からMまでのいずれかの値をとるように所定の周期で切り変わる。この様にして選択されたアンテナ素子501−n−kの受信信号は、TDDスイッチ127−nを介してダウンコンバータ124−nに入力される。ダウンコンバータ124−nは、入力された無線周波数の信号をアナログ・ベースバンド信号に変換し、A/D変換器125−nに入力する。A/D変換器125−nは、入力されたアナログ・ベースバンド信号をデジタル・ベースバンド信号に変換し、相関算出回路505−nに入力する。   As an actual process, first, a radio station apparatus as a communication partner to acquire the rotation amount of the complex phase transmits a training signal for channel estimation, and the radio station apparatus 550 receives this training signal. Signals received by the antenna elements 501-n-1 to 501-n-M (n = 1,..., N) are input to the phase shifters 502-n-1 to 502-n-M, respectively. The phase shifters 502-n-1 to 502-n-M respectively apply a predetermined complex phase rotation on the analog signals to the input signals, and pass through the switches 503-n-1 to 503-n-M. And input to the distribution coupler 504-n. Here, since all of the switches 503-n-1 to 503-n-M are OFF, the signal synthesized in the distribution coupler 504-n is effectively converted to the switch 503-n. Only the signals received by the antennas of the systems to which the switches are connected (ON) among n-1 to 503-n-M are output. That is, in the switches 503-n-1 to 503-n-M and the distribution coupler 504-n, as a whole, one antenna is selected from the antenna group of the antenna elements 501-n-1 to 501-n-M. A process of extracting the element 501 -n-k (k is an integer from 1 to M) is performed. In addition, it switches with a predetermined period so that k may take any value from 1 to M. The reception signal of the antenna element 501-nk selected in this manner is input to the down converter 124-n via the TDD switch 127-n. The down converter 124-n converts the input radio frequency signal into an analog baseband signal and inputs the analog baseband signal to the A / D converter 125-n. The A / D converter 125-n converts the input analog baseband signal into a digital baseband signal and inputs the digital baseband signal to the correlation calculation circuit 505-n.

相関算出回路505−1〜505−Nはそれぞれ、切り替えながら全てのスイッチからの信号を受信し終わるまで、連続的にデジタル・ベースバンド信号を記録する。つまり、相関算出回路505−nは、スイッチ503−n−1〜503−n−Mを切り替えながら、スイッチ503−n−1〜503−n−Mの全てのスイッチからデジタル・ベースバンド信号を受信し、記録する。相関算出回路505−nは、この記録されたデジタル・ベースバンド信号に対し、トレーニング信号の周期性(例えば、2048サンプル周期で同一内容のトレーニング信号が繰り返されるなどの周期性)を考慮し、当該周期におけるサンプリングタイミングが対応するように、各アンテナ素子501−n−kのサンプリングデータを抽出し、第1の実施形態の相関算出回路405−1〜405−Nと同様に、式(1)〜式(3)を用いて、移相器502−n−1〜502−n−Mそれぞれに設定すべき複素位相の回転量を算出する。なおこれは、無線局装置が高所に固定設置され且つ見通し環境であれば、チャネルの時変動は無視可能であることを利用している。さらに、必要に応じてキャリブレーション処理が必要な場合には、相関算出回路505−1〜505−Nは、第1の実施形態の相関算出回路405−1〜405−Nと同様に、式(1)〜式(3)にキャリブレーション係数を考慮した値として送信側の複素位相の回転量を定める。   Each of the correlation calculation circuits 505-1 to 505-N continuously records the digital baseband signal until the signals from all the switches are received while switching. That is, the correlation calculation circuit 505-n receives digital baseband signals from all the switches 503-n-1 to 503-n-M while switching the switches 503-n-1 to 503-n-M. And record. The correlation calculation circuit 505-n considers the periodicity of the training signal (for example, the periodicity such that the training signal having the same content is repeated in a 2048 sample period) with respect to the recorded digital baseband signal, and Sampling data of each antenna element 501-n-k is extracted so that the sampling timing in the period corresponds, and in the same manner as the correlation calculation circuits 405-1 to 405-N of the first embodiment, Using equation (3), the amount of rotation of the complex phase to be set for each of the phase shifters 502-n-1 to 502-n-M is calculated. Note that this utilizes the fact that the channel fluctuation can be ignored if the radio station apparatus is fixedly installed at a high place and is in a line-of-sight environment. Further, when calibration processing is necessary as necessary, the correlation calculation circuits 505-1 to 505-N are similar to the correlation calculation circuits 405-1 to 405-N of the first embodiment. The amount of rotation of the complex phase on the transmission side is determined as a value in consideration of the calibration coefficient in 1) to Equation (3).

第1の実施形態では、同時に各アンテナ素子401−n−kのサンプリングデータを取得できたが、第2の実施形態では、時間的に異なるタイミングでサンプリングを行っているので、トレーニング信号の周期性から等価的に同一時刻にサンプリングしたものと見なせるように工夫している。この際、送信側と受信側で周波数誤差が無視できない場合には、トレーニング信号の周期性だけでは等価的に同一時刻にサンプリングと見なせない場合があり、この様な場合には周波数誤差の補正を行っても構わない。例えば、ひとつのスイッチ503−n−kが継続的にONとなっている間のトレーニング信号のサンプリングデータS(n)に対し、トレーニング信号がNFFTサンプルの周期性をもつとし、NTest周期分のサンプリングデータが確保できたとする。仮に周波数誤差がΔfであるとすると、様々なΔf’に対し以下の式(6)のQ値を最大とするΔf’を求めることで、Δfを推定することが可能である。 In the first embodiment, the sampling data of each antenna element 401-n-k can be acquired at the same time. However, in the second embodiment, since sampling is performed at different timings, the periodicity of the training signal Therefore, it has been devised so that it can be regarded as equivalently sampled at the same time. At this time, if the frequency error cannot be ignored on the transmission side and the reception side, sampling may not be considered equivalently at the same time just by the periodicity of the training signal. In such a case, the frequency error is corrected. You may do. For example, assuming that the training signal has a periodicity of N FFT samples with respect to the sampling data S k (n) of the training signal while one switch 503-nk is continuously ON, the N Test cycle Suppose that sampling data can be secured. If the frequency error is Δf, Δf can be estimated by obtaining Δf ′ that maximizes the Q value of the following equation (6) for various Δf ′.

Figure 2018019380
Figure 2018019380

ここではスイッチ503−n−kの情報だけに着目したが、各スイッチ503−n−kのサンプリングデータに対してΔfを求め、それを平均化して扱っても構わない。この様にしてΔfを推定したら、サンプリングデータS(n’)に対し、以下の式(7)に示す補正を行うことで周波数誤差の影響を除去することが可能となる。 Here, attention is focused only on the information of the switches 503-nk, but Δf may be obtained for the sampling data of each of the switches 503-nk and averaged. If Δf is estimated in this way, the influence of the frequency error can be eliminated by performing the correction shown in the following equation (7) on the sampling data S k (n ′).

Figure 2018019380
Figure 2018019380

なお、ここでのn’はスイッチ切り替えに関係なく、スイッチ503−n−1からスイッチ503−n−1へと切り替える間で連続した通し番号を意味している。サンプリング周期×n’の時間の間に2πjΔfn’だけの位相が回転するので、その回転を逆補正していることになる。   Here, n 'means a serial number that is continuous between switching from the switch 503-n-1 to the switch 503-n-1, regardless of switch switching. Since the phase of 2πjΔfn ′ rotates during the time of sampling period × n ′, the rotation is reversely corrected.

この様にして相関算出回路505−n(n=1,…,N)が求めた複素位相の回転量は、通信する相手となる無線局装置の識別番号(複数の無線局装置と通信を行う場合。第1の実施形態と同様に、単一の無線局装置とP−P型で通信を行う場合には識別番号は不要。)と共に、位相シフト制御回路506−nに入力される。位相シフト制御回路506−nは、移相器502−n−1〜502−n−Mそれぞれに設定すべき複素位相の回転量を、通信相手の無線局装置の識別番号と対応付けてメモリに記憶するなどして管理する。   Thus, the rotation amount of the complex phase obtained by the correlation calculation circuit 505-n (n = 1,..., N) is the identification number of the radio station apparatus with which it communicates (communication with a plurality of radio station apparatuses). In the same manner as in the first embodiment, an identification number is not necessary when communication is performed with a single radio station apparatus in the P-P type.) And is input to the phase shift control circuit 506-n. The phase shift control circuit 506-n associates the amount of rotation of the complex phase to be set to each of the phase shifters 502-n-1 to 502-nM with the identification number of the communication partner radio station apparatus in the memory. Manage it by memorizing it.

なお、実際のデータ通信を行う際、すなわち送信処理ないし受信処理を行う際には、制御回路560が通信相手となる無線局装置を把握し、位相シフト制御回路506−n(n=1,…,N)に対して、通信を行う無線局装置に対応した複素位相の回転量を移相器502−n−1〜502−n−Mに設定するよう指示する。位相シフト制御回路506−nは、通信を行う無線局装置に対応した複素位相の回転量をメモリから読み出すなどして取得し、この複素位相の回転量を移相器502−n−1〜502−n−Mに設定してアナログ上のビームフォーミングを実現する。   When actual data communication is performed, that is, when transmission processing or reception processing is performed, the control circuit 560 grasps the wireless station device that is a communication partner, and the phase shift control circuit 506-n (n = 1,... , N), the phase shifters 502-n-1 to 502-n-M are instructed to set the rotation amount of the complex phase corresponding to the wireless station apparatus that performs communication. The phase shift control circuit 506-n acquires the rotation amount of the complex phase corresponding to the wireless station apparatus that performs communication by reading it from the memory, and acquires the rotation amount of the complex phase by the phase shifters 502-n-1 to 502. Set to -n-M to realize beamforming on analog.

なお、同図においては明記していないが、例えば送信側のハイパワーアンプ(HPA)等を配置するとすれば、図中の「A」と記述された点に配置し、受信側のローノイズアンプ(LNA)等を配置するとすれば、図中の「B」と記述された点に配置する。「A」及び「B」と記述された点に関しては、同一の送受信信号処理回路551−1〜551−N内では、同一のnに対してアンテナ素子501−n−1〜501−n−Mに対し共通化されているので、各送受信信号処理回路551−1〜551−N間で協調した伝送を基本的には想定していない本実施形態においては、個別のハイパワーアンプ及びローノイズアンプの複素位相の不確定性を除去するキャリブレーション処理は不要である。   Although not clearly shown in the figure, for example, if a high-power amplifier (HPA) on the transmission side is arranged, it is arranged at a point described as “A” in the figure, and a low-noise amplifier on the reception side ( LNA) or the like is arranged at a point described as “B” in the drawing. Regarding the points described as “A” and “B”, in the same transmission / reception signal processing circuits 551-1 to 551 -N, the antenna elements 501 -n- 1 to 501 -n-M with respect to the same n. In this embodiment, which basically does not assume cooperative transmission between the transmission / reception signal processing circuits 551-1 to 551 -N, the individual high power amplifiers and low noise amplifiers are used. A calibration process for removing the uncertainty of the complex phase is unnecessary.

また、サブアレー構成とした送受信信号処理回路551−1〜551−Nは、物理的に離して設置することで、アナログ上で形成される指向性ビームの相関を低減可能であるため、一般的には所定以上の距離だけ離して設置する。   Further, since the transmission / reception signal processing circuits 551-1 to 551 -N having a subarray configuration can be physically separated to reduce the correlation of directional beams formed on analog, generally, Install at a distance greater than a predetermined distance.

次に、第1の実施形態における図1に対する図2と同様に、本実施形態の無線局装置を、複数の指向性ビーム形成をひとつのアレーアンテナで実現する「サブアレー共用型」により構成することも可能である。この構成を図6に示す。   Next, as in FIG. 2 with respect to FIG. 1 in the first embodiment, the radio station apparatus of this embodiment is configured by a “sub-array shared type” that realizes a plurality of directional beam formations with one array antenna. Is also possible. This configuration is shown in FIG.

図6は、本実施形態における無線局装置552の構成例(サブアレー共用型)を示す機能ブロック図である。同図において、前述の図と同一の機能ブロックについては、同一の番号を付与し、その説明を省略する。   FIG. 6 is a functional block diagram showing a configuration example (subarray shared type) of the wireless station device 552 in the present embodiment. In the figure, the same functional blocks as those in the above-mentioned figure are given the same numbers, and the description thereof is omitted.

同図に示す無線局装置552は、ベースバンド信号処理回路140と、送受信信号処理回路551−1〜551−Nと、分配結合器(HYB)507−1〜507−Mと、アンテナ素子501−1〜501−Mと、制御回路560とを備える。分配結合器(HYB)507−m(m=1,…,M)は、送受信信号処理回路551−1、551−2、…、551−Nそれぞれの移相器502−1−m、502−2−m、…、502−N−m、及び、アンテナ素子501−mと接続される。   The radio station apparatus 552 shown in the figure includes a baseband signal processing circuit 140, transmission / reception signal processing circuits 551-1 to 551-N, distribution couplers (HYB) 507-1 to 507-M, and an antenna element 501-. 1-501-M and a control circuit 560. Distribution couplers (HYB) 507-m (m = 1,..., M) are the phase shifters 502-1-m, 502- of the transmission / reception signal processing circuits 551-1, 551-2,. 2-m,..., 502-Nm, and the antenna element 501-m.

無線局装置552においても、図5に示す無線局装置550と同様に、Nは空間多重を行う際の多重数(ストリーム数)に相当し、送受信信号処理回路551−1〜551−Nは全体でN系統分だけ実装されている。またMは、無線局装置552に実装されるサブアレーのアンテナ素子数を表している。図5に示す無線局装置550では各サブアレーのアンテナ素子数をMとしていたのでアンテナ総数はN×Mであるが、図5の場合と同様に共用化した本図面においても便宜上アンテナ素子数を同様の値Mと標記した。実際の運用では、図5に示す無線局装置550と図6に示す無線局装置552で同一のアンテナ素子数にする必然性はない。   In the radio station apparatus 552 as well, as in the radio station apparatus 550 shown in FIG. This is implemented for N systems. M represents the number of antenna elements of the subarray mounted on the wireless station device 552. In the radio station apparatus 550 shown in FIG. 5, since the number of antenna elements of each sub-array is M, the total number of antennas is N × M. Of the value M. In actual operation, the radio station device 550 shown in FIG. 5 and the radio station device 552 shown in FIG. 6 do not necessarily have the same number of antenna elements.

ベースバンド信号処理回路140は、送受信信号処理回路551−1〜551−Nのそれぞれに有線接続され、この有線上でデジタル・ベースバンド信号が転送されている。また、図1の場合と同様に、図6では、全体の制御回路560がベースバンド信号処理回路140上に実装されている場合を例に示している。   The baseband signal processing circuit 140 is connected by wire to each of the transmission / reception signal processing circuits 551-1 to 551 -N, and a digital baseband signal is transferred over this wire. Similarly to the case of FIG. 1, FIG. 6 shows an example in which the entire control circuit 560 is mounted on the baseband signal processing circuit 140.

無線局装置550と同様に、無線局装置552は、基本的に送受信ウエイトに相当する移相器で行う複素位相回転量はデジタル信号処理的に行い、実際の複素位相の回転処理はアナログ信号処理にて実現する。このため、無線局装置550と同様に無線局装置552の変調器120−1〜120−N及び復調器130−1〜130−Nでは、周波数軸上の信号処理を前提とする場合、時間軸上での信号処理を前提とする場合のどちらの方式にも対応可能である。   Similar to the wireless station device 550, the wireless station device 552 basically performs digital phase processing for the complex phase rotation amount performed by the phase shifter corresponding to the transmission / reception weight, and the actual complex phase rotation processing is analog signal processing. To achieve. Therefore, similarly to the radio station device 550, the modulators 120-1 to 120-N and the demodulators 130-1 to 130-N of the radio station device 552 have a time axis when assuming signal processing on the frequency axis. Both methods can be used when the above signal processing is assumed.

また、アップコンバータ123−1〜123−N及びダウンコンバータ124−1〜124−Nでは、無線周波数の信号とベースバンドの信号の間の周波数変換を行うために、ローカル発振器からの信号の入力が必要となる。しかし、各送受信信号処理回路551−1〜551−N間では協調した信号処理は想定していないので、必ずしも共通のローカル発振器を利用する必要はない。図5に示す無線局装置550の場合とは異なり、無線局装置552では、アップコンバータ123−1〜123−N及びダウンコンバータ124−1〜124−Nは全て同一の筐体に収まっている。そのため、アップコンバータ123−1〜123−N及びダウンコンバータ124−1〜124−Nに、個別のローカル発振器を用意するとコストがかさむので、実質的には外部に共通化されたローカル発振器が存在する構成が一般的である。ただし、記述が煩雑になるためにここでは簡易な記述として外部のローカル発振器の明記は省略する。   Further, in the up converters 123-1 to 123-N and the down converters 124-1 to 124-N, in order to perform frequency conversion between a radio frequency signal and a baseband signal, a signal input from a local oscillator is input. Necessary. However, cooperative signal processing is not assumed between the transmission / reception signal processing circuits 551-1 to 551 -N, and it is not always necessary to use a common local oscillator. Unlike the case of the radio station apparatus 550 shown in FIG. 5, in the radio station apparatus 552, the up converters 123-1 to 123-N and the down converters 124-1 to 124-N are all contained in the same casing. For this reason, it is expensive to prepare individual local oscillators for the up converters 123-1 to 123-N and the down converters 124-1 to 124-N. Therefore, there is substantially a local oscillator shared externally. The configuration is common. However, since the description is complicated, the description of the external local oscillator is omitted here as a simple description.

上記のように、無線局装置552では、N系統分の送受信信号処理回路551−1〜551−Nはひとつの筐体内に実装されており、分配結合器507−1〜507−Mを介してアンテナ素子501−1〜501−Mを共用している。また、図6では、制御回路560がベースバンド信号処理回路140に実装される場合を例に示しているが、無線局装置552内の任意の場所に実装され得る。制御回路560は、フレーム周期や送受信タイミングを管理し、TDDスイッチ127−1〜127−Nの切り替えも管理する。   As described above, in the wireless station device 552, the transmission / reception signal processing circuits 551-1 to 551-N for N systems are mounted in one housing, and are connected via the distribution couplers 507-1 to 507-M. The antenna elements 501-1 to 501-M are shared. 6 shows an example in which the control circuit 560 is mounted on the baseband signal processing circuit 140, but the control circuit 560 may be mounted at any location in the wireless station device 552. The control circuit 560 manages the frame period and transmission / reception timing, and also manages switching of the TDD switches 127-1 to 127 -N.

図5に示す無線局装置550と、図6に示す無線局装置552との差分は、送受信信号処理回路551−1〜551−Nがひとつの無線局装置552の筐体内に集約され、共用化されたサブアレーのアンテナ素子501−1〜501−Mのそれぞれを、分配結合器507−1〜507−Mで分配して送受信信号処理回路551−1〜551−Nと接続した構成である点である。そのため、送受信信号処理回路551−1〜551−N内部での処理は、図5に示す無線局装置550も図6に示す無線局装置552も同一である。   The difference between the radio station apparatus 550 shown in FIG. 5 and the radio station apparatus 552 shown in FIG. 6 is that the transmission / reception signal processing circuits 551-1 to 551 -N are aggregated in the housing of one radio station apparatus 552 and shared. Each of the sub-array antenna elements 501-1 to 501-M is distributed by distribution couplers 507-1 to 507-M and connected to transmission / reception signal processing circuits 551-1 to 551-N. is there. Therefore, the processing in the transmission / reception signal processing circuits 551-1 to 551 -N is the same for both the radio station apparatus 550 shown in FIG. 5 and the radio station apparatus 552 shown in FIG. 6.

以下では、図5に示す無線局装置550との差分に着目し、無線局装置552における差分となる具体的な信号の流れを示す。
まず信号の送信について説明する。無線局装置552において、送受信信号処理回路551−nの移相器502−n−1〜502−n−M(n=1,…,N)のそれぞれから指向性形成のための処理がなされた無線周波数のアナログ信号が出力される。これらの各M系統の信号はそれぞれ、対応するアンテナ素子501−1〜501−Mに接続された分配結合器507−1〜507−Mに入力される。つまり、移相器502−1−m、502−2−m、…、502−N−m(m=1,…,M)は、分配結合器507−mに信号を入力する。分配結合器507−1〜507−Mはそれぞれ、N個の送受信信号処理回路551−1〜551−Nから入力された信号を合成し、合成された信号がアンテナ素子501−1〜501−Mを介して送信される。
In the following, focusing on the difference from radio station apparatus 550 shown in FIG. 5, a specific signal flow that is the difference in radio station apparatus 552 is shown.
First, signal transmission will be described. In radio station apparatus 552, processing for directivity formation is performed from each of phase shifters 502-n-1 to 502-n-M (n = 1,..., N) of transmission / reception signal processing circuit 551-n. A radio frequency analog signal is output. Each of these M signals is input to distribution couplers 507-1 to 507-M connected to the corresponding antenna elements 501-1 to 501-M. That is, the phase shifters 502-1-m, 502-2-m,..., 502-Nm (m = 1,..., M) input signals to the distribution coupler 507-m. Distribution couplers 507-1 to 507 -M synthesize signals input from N transmission / reception signal processing circuits 551-1 to 551 -N, and the combined signals are antenna elements 501-1 to 501 -M. Sent through.

次に信号の受信について説明する。無線局装置552のアンテナ素子501−1〜501−Mが受信した信号はそれぞれ、分配結合器507−1〜507−MにおいてN系統に分配され、それぞれが送受信信号処理回路551−1〜551−Nに入力される。例えば、アンテナ素子501−m(m=1,…,M)が受信した信号は、分配結合器507−mでN系統に分配され、移相器502−1−m、502−2−m、…、502−N−mに入力される。無線局装置552は、この様に移相器502−1−1〜502−N−Mに入力された信号に、図5に示す無線局装置550における信号の受信と同様の信号処理を行う。   Next, signal reception will be described. Signals received by antenna elements 501-1 to 501-M of radio station apparatus 552 are distributed to N systems in distribution couplers 507-1 to 507-M, respectively, and transmission / reception signal processing circuits 551-1 to 551- are respectively received. N is input. For example, a signal received by the antenna element 501-m (m = 1,..., M) is distributed to N systems by a distribution coupler 507-m, and phase shifters 502-1-m, 502-2-m, ..., input to 502-Nm. The radio station apparatus 552 performs signal processing similar to reception of signals in the radio station apparatus 550 shown in FIG. 5 on the signals input to the phase shifters 502-1-1 to 502 -N-M in this way.

移相器502−1−1〜502−N−Mにおける複素位相の回転量を算出する際の信号処理においても受信処理と同様に、アンテナ素子501−1〜501−Mが受信した信号はそれぞれ、分配結合器507−1〜507−MにおいてN系統に分配され、それぞれが送受信信号処理回路551−1〜551−Nに入力される。無線局装置552は、この様に移相器502−1−1〜502−N−Mに入力された信号に、図5に示す無線局装置550における複素位相の回転量の算出と同様の信号処理を行う。   In the signal processing when calculating the amount of rotation of the complex phase in the phase shifters 502-1-1-1 to 502-NM, the signals received by the antenna elements 501-1 to 501-M are respectively similar to the reception processing. In the distribution couplers 507-1 to 507 -M, the signals are distributed to the N systems and are respectively input to the transmission / reception signal processing circuits 551-1 to 551 -N. The radio station device 552 uses the same signal as the calculation of the amount of rotation of the complex phase in the radio station device 550 shown in FIG. 5 as the signal input to the phase shifters 502-1-1-1 to 502-NM in this way. Process.

その他の動作に関しては、基本的に図5に示す無線局装置550と同様に行う。また、送信側のHPAや受信側のLNAに関する説明も、図5に示す無線局装置550と同様である。   Other operations are basically performed in the same manner as the radio station apparatus 550 shown in FIG. Further, the explanation regarding the HPA on the transmitting side and the LNA on the receiving side is the same as that of the radio station apparatus 550 shown in FIG.

なお、本実施形態における通信システムは、図3に示す無線局装置450に代えて無線局装置550を備え、無線局装置452に代えて無線局装置552を備えた構成である。なお、無線局装置450と無線局装置552が対向してもよく、無線局装置550と無線局装置452が対向してもよい。   Note that the communication system according to the present embodiment includes a wireless station device 550 instead of the wireless station device 450 illustrated in FIG. 3 and a wireless station device 552 instead of the wireless station device 452. Note that the radio station device 450 and the radio station device 552 may face each other, or the radio station device 550 and the radio station device 452 may face each other.

次に、図7〜図10を用いて本実施形態の送受信信号処理回路の他の構成例を説明する。図7〜図10のそれぞれに示す送受信信号処理回路は、図5に示す無線局装置550又は図6に示す無線局装置552が備える送受信信号処理回路551−1〜551−Nと置き換えることができる。以下では、無線局装置550が備える送受信信号処理回路551−1〜551−Nと置き換える場合を例に説明する。なお、無線局装置552が備える送受信信号処理回路551−1〜551−Nと置き換える場合、図7〜図10におけるアンテナ素子501−n−1〜501−n−M及びアンテナ素子541−n−1〜501−n−Mは、アンテナ素子501−1〜501−M及びアンテナ素子541−1〜541−M、及びアンテナ素子501−1〜501−M、アンテナ素子541−1〜541−Mに対応した分配結合器(HYB)で構成される。   Next, another configuration example of the transmission / reception signal processing circuit according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. The transmission / reception signal processing circuits shown in FIGS. 7 to 10 can be replaced with the transmission / reception signal processing circuits 551-1 to 551 -N included in the wireless station device 550 shown in FIG. 5 or the wireless station device 552 shown in FIG. 6. . Below, the case where it replaces with the transmission-and-reception signal processing circuits 551-1 to 551-N with which the radio station apparatus 550 is provided is demonstrated to an example. Note that when the transmission / reception signal processing circuits 551-1 to 551-N included in the wireless station device 552 are replaced, the antenna elements 501-n-1 to 501-n-M and the antenna elements 541-n-1 in FIGS. ˜501-n-M correspond to the antenna elements 501-1 to 501-M and the antenna elements 541-1 to 541-M, the antenna elements 501-1 to 501-M, and the antenna elements 541-1 to 541-M. The distribution coupler (HYB).

図7は、本実施形態における送受信信号処理回路553−n(n=1,…,N)の構成例を示す機能ブロック図である。同図において、前述の図と同一の機能ブロックについては、同一の番号を付与し、その説明を省略する。   FIG. 7 is a functional block diagram showing a configuration example of the transmission / reception signal processing circuit 553-n (n = 1,..., N) in the present embodiment. In the figure, the same functional blocks as those in the above-mentioned figure are given the same numbers, and the description thereof is omitted.

同図に示す送受信信号処理回路553−nは、D/A変換器122−nと、アップコンバータ123−nと、ダウンコンバータ124−nと、A/D変換器125−nと、サーキュレータ521−nと、移相器502−n−1〜502−n−Mと、スイッチ503−n−1〜503−n−Mと、分配結合器504−nと、相関算出回路505−nと、位相シフト制御回路506−nとを備える。移相器502−n−1〜502−n−Mはそれぞれ、アンテナ素子501−n−1〜501−n−Mに接続される。   The transmission / reception signal processing circuit 553-n shown in the figure includes a D / A converter 122-n, an up converter 123-n, a down converter 124-n, an A / D converter 125-n, and a circulator 521-. n, phase shifters 502-n-1 to 502-n-M, switches 503-n-1 to 503-n-M, distribution couplers 504-n, correlation calculation circuit 505-n, phase Shift control circuit 506-n. Phase shifters 502-n-1 to 502-n-M are connected to antenna elements 501-n-1 to 501-n-M, respectively.

同図では、図5との対比を分かりやすくするためアンテナ素子501−n−1〜501−n−Mを図中に記載したが、送受信信号処理回路553−nは実線の枠内に相当し、この枠内に関しては図6の送受信信号処理回路551−nにも対応する部分である。   In this figure, the antenna elements 501-n-1 to 501-n-M are shown in the figure for easy understanding of the comparison with FIG. 5, but the transmission / reception signal processing circuit 553-n corresponds to the inside of the solid line. In this frame, it corresponds to the transmission / reception signal processing circuit 551-n in FIG.

図5及び図6に示す送受信信号処理回路551−nと同図に示す送受信信号処理回路553−nとの差分は、図5及び図6に示す送受信信号処理回路551−nではTDDスイッチ127−nにより送信信号と受信信号の入出力の流れの制御を行っていたが、図7に示す送受信信号処理回路553−nではサーキュレータ521−nを用いてこの入出力の流れの制御を行う。すなわち、サーキュレータ521−nは、アップコンバータ123−nからの入力信号を分配結合器504−nへ通過させ、分配結合器504−nからの入力信号をダウンコンバータ124−nに通過させる。サーキュレータ521−nは、これ以外の信号の流れを抑制する。よって、図5及び図6に示す送受信信号処理回路551−nの様にTDDスイッチ127−1〜127−Nを用いずとも同様の信号処理を実施することが可能になる。この点を除けば、他の全ての信号処理は図5及び図6に示す送受信信号処理回路551−nの信号処理と同等である。また送信側のHPAや受信側のLNAに関する説明も図5及び図6に示す送受信信号処理回路551−nと同様である。   The difference between the transmission / reception signal processing circuit 551-n shown in FIGS. 5 and 6 and the transmission / reception signal processing circuit 553-n shown in FIG. 5 is the same as that of the transmission / reception signal processing circuit 551-n shown in FIGS. Although the input / output flow of the transmission signal and the reception signal is controlled by n, the transmission / reception signal processing circuit 553-n shown in FIG. 7 controls the input / output flow using the circulator 521-n. That is, circulator 521-n passes the input signal from up-converter 123-n to distribution coupler 504-n, and passes the input signal from distribution coupler 504-n to down-converter 124-n. The circulator 521-n suppresses other signal flows. Therefore, similar signal processing can be performed without using the TDD switches 127-1 to 127 -N as in the transmission / reception signal processing circuit 551-n shown in FIGS. 5 and 6. Except for this point, all other signal processing is equivalent to the signal processing of the transmission / reception signal processing circuit 551-n shown in FIGS. The explanation regarding the HPA on the transmission side and the LNA on the reception side is the same as that of the transmission / reception signal processing circuit 551-n shown in FIGS.

図8は、本実施形態における送受信信号処理回路554−nの構成例を示す機能ブロック図である。同図において、前述の図と同一の機能ブロックについては、同一の番号を付与し、その説明を省略する。   FIG. 8 is a functional block diagram showing a configuration example of the transmission / reception signal processing circuit 554-n in the present embodiment. In the figure, the same functional blocks as those in the above-mentioned figure are given the same numbers, and the description thereof is omitted.

同図に示す送受信信号処理回路554−nは、D/A変換器122−nと、アップコンバータ123−nと、分配結合器514−nと、移相器509−n−1〜509−n−Mと、TDDスイッチ508−n−1〜508−n−Mと、移相器502−n−1〜502−n−Mと、スイッチ503−n−1〜503−n−Mと、分配結合器515−nと、ダウンコンバータ124−nと、A/D変換器125−nと、相関算出回路505−nと、位相シフト制御回路506−nとを備える。TDDスイッチ508−n−1〜508−n−Mはそれぞれ、アンテナ素子501−n−1〜501−n−Mに接続される。   The transmission / reception signal processing circuit 554-n shown in the figure includes a D / A converter 122-n, an up converter 123-n, a distribution coupler 514-n, and phase shifters 509-n-1 to 509-n. -M, TDD switches 508-n-1 to 508-nM, phase shifters 502-n-1 to 502-nM, switches 503-n-1 to 503-nM, and distribution A coupler 515-n, a down converter 124-n, an A / D converter 125-n, a correlation calculation circuit 505-n, and a phase shift control circuit 506-n are provided. TDD switches 508-n-1 to 508-n-M are connected to antenna elements 501-n-1 to 501-n-M, respectively.

ここでも図5に示す送受信信号処理回路551−1〜551−Nと同様に、アップコンバータ123−n及びダウンコンバータ124−nでは、無線周波数の信号とベースバンドの信号の間の周波数変換を行うために、ローカル発振器からの信号の入力が必要となる。しかし、各送受信信号処理回路554−1〜554−N間では協調した信号処理を想定していないので、必ずしも共通のローカル発振器を利用する必要はない。なお、記述が煩雑になるためにここでは簡易な記述として外部のローカル発振器の明記は省略する。   Here, similarly to the transmission / reception signal processing circuits 551-1 to 551 -N shown in FIG. 5, the up converter 123-n and the down converter 124-n perform frequency conversion between a radio frequency signal and a baseband signal. Therefore, input of a signal from the local oscillator is required. However, since no cooperative signal processing is assumed between the transmission / reception signal processing circuits 554-1 to 554 -N, it is not always necessary to use a common local oscillator. Since the description is complicated, the description of the external local oscillator is omitted here as a simple description.

また、全体の制御回路560が無線局装置550又は無線局装置552のベースバンド信号処理回路140内、あるいは、無線局装置552内に実装される。制御回路560は、送受信タイミングを管理する。また、複数の送受信信号処理回路554−1〜554−Nはそれぞれ連動して動作するため、制御回路560が制御を行う際には、複数の送受信信号処理回路554−1〜554−Nはタイミングを揃えて動作する。   Further, the entire control circuit 560 is mounted in the baseband signal processing circuit 140 of the radio station apparatus 550 or the radio station apparatus 552 or in the radio station apparatus 552. The control circuit 560 manages transmission / reception timing. Further, since the plurality of transmission / reception signal processing circuits 554-1 to 554 -N operate in conjunction with each other, when the control circuit 560 performs control, the plurality of transmission / reception signal processing circuits 554-1 to 554 -N are timed. Works together.

送受信信号処理回路554−nと、図5または図6で示した送受信信号処理回路551−1〜551−Nとの差分は、TDDスイッチ508−n−1〜508−n−Mがアンテナ素子501−n−1〜501−n−M(又はアンテナ素子501−1〜501−M)の直近に配置され、その結果として送信系におけるD/A変換器122−nからアンテナ素子501−n−1〜501−n−Mまでの経路と、受信系におけるアンテナ素子501−n−1〜501−n−MからA/D変換器125−nまでの経路が物理的に分離されている点である。   The difference between the transmission / reception signal processing circuit 554-n and the transmission / reception signal processing circuits 551-1 to 551-N shown in FIG. 5 or 6 is that the TDD switches 508-n-1 to 508-n-M are the antenna elements 501. -N-1 to 501-n-M (or antenna elements 501-1 to 501-M) are arranged in the immediate vicinity, and as a result, from the D / A converter 122-n in the transmission system to the antenna element 501-n-1 The path from .about.501-n-M and the path from the antenna elements 501-n-1 to 501-n-M to the A / D converter 125-n in the receiving system are physically separated. .

図5又は図6に示す送受信信号処理回路551−nの場合には、例えば送信系のハイパワーアンプ(ないしはパワーアンプ)がアップコンバータ123−nの後段の「A」と記述された場所に配置され、受信系のローノイズアンプはダウンコンバータ124−nの前段の「B」と記述された場所に配置され、TDDスイッチ127−nからアンテナ端までの回路を送受で共用可能としている。この点が送受信信号処理回路554−nとは大きく異なっている。図8のような構成を取るメリットは、ハイパワーアンプやローノイズアンプをアンテナ素子数分だけ実装することが可能になり、この結果としての総送信電力が向上し、図5や図6におけるTDDスイッチ127−nからアンテナ素子501−1〜501−Mまでの間における様々な回路の挿入損失並びに分配及び結合損失の影響を抑えることが可能になる点である。このため、ここでは図示していないが、「D」、「D」、…、「D」と記載された場所にハイパワーアンプが、「E」、「E」、…、「E」と記載された場所にローノイズアンプが配置されることが好ましい。この場合には、それぞれのハイパワーアンプ、ローノイズアンプの複素位相の不確定性を除去するためのキャリブレーション処理が必要となる。しかし、「A」と記載された場所にハイパワーアンプが、「B」と記載された場所にローノイズアンプが配置されれば、必ずしも「D」、「D」、…、「D」と記載された点の場所及び「E」、「E」、…、「E」と記載された点の場所のそれぞれに、ハイパワーアンプ、ローノイズアンプが配置される必然性はない。 In the case of the transmission / reception signal processing circuit 551-n shown in FIG. 5 or FIG. 6, for example, the high power amplifier (or power amplifier) of the transmission system is arranged at the place described as “A” after the up converter 123-n. The low-noise amplifier of the receiving system is arranged at a location described as “B” in the previous stage of the down converter 124-n, and the circuit from the TDD switch 127-n to the antenna end can be shared by transmission and reception. This point is greatly different from the transmission / reception signal processing circuit 554-n. The advantage of adopting the configuration as shown in FIG. 8 is that high power amplifiers and low noise amplifiers can be mounted as many as the number of antenna elements. As a result, the total transmission power is improved, and the TDD switch in FIGS. It is a point that it becomes possible to suppress the influence of insertion loss and distribution and coupling loss of various circuits between 127-n and antenna elements 501-1 to 501-M. For this reason, although not shown here, high power amplifiers are provided at locations where “D 1 ”, “D 2 ”,..., “D M ” are described, “E 1 ”, “E 2 ”,. It is preferable that a low-noise amplifier is arranged at a place described as “E M ”. In this case, a calibration process for removing the uncertainty of the complex phase of each high power amplifier and low noise amplifier is required. However, if a high-power amplifier is disposed at a location described as “A” and a low-noise amplifier is disposed at a location described as “B”, “D 1 ”, “D 2,. There is no necessity that a high power amplifier and a low noise amplifier are arranged at each of the point locations described as “E 1 ”, “E 2 ”,..., “E M ”.

以上の変更点は、第1の実施形態における図1及び図2における送受信信号処理回路451−nを、図4に示す送受信信号処理回路453−nに変更したのに対応している。第2の実施形態における図5及び図6における送受信信号処理回路551−nを、図8に示す送受信信号処理回路554−nに変更したときの細かな信号処理の変更点も、送受信信号処理回路453−nへの変更に対応したものである。   The above changes correspond to the transmission / reception signal processing circuit 451-n in FIG. 1 and FIG. 2 in the first embodiment being changed to the transmission / reception signal processing circuit 453-n shown in FIG. The transmission / reception signal processing circuit 551-n in FIG. 5 and FIG. 6 in the second embodiment is changed to the transmission / reception signal processing circuit 554-n shown in FIG. This corresponds to the change to 453-n.

以下は、本実施形態に特徴的な部分に着目して、送受信信号処理回路551−nとの差分となる、送受信信号処理回路554−nにおける具体的な信号の流れを示す。
まず信号の送信について説明する。送受信信号処理回路554−nは、TDDスイッチ508−n−1〜508−n−Mがアンテナ素子501−n−1〜501−n−Mと移相器509−n−1〜509−n−Mとをそれぞれ接続した状態で信号の送信を行う。
The following shows a specific signal flow in the transmission / reception signal processing circuit 554-n, which is a difference from the transmission / reception signal processing circuit 551-n, focusing on the characteristic part of the present embodiment.
First, signal transmission will be described. In the transmission / reception signal processing circuit 554-n, the TDD switches 508-n-1 to 508-n-M have antenna elements 501-n-1 to 501-n-M and phase shifters 509-n-1 to 509-n-. Signals are transmitted with M connected to each other.

送受信信号処理回路554−nには、ここには図示されていない変調器120−nからひとつのストリームの時間軸デジタル・ベースバンドの送信信号が入力される。D/A変換器122−nは、入力された送信信号をアナログ・ベースバンド信号に変換し、アップコンバータ123−nに出力する。アップコンバータ123−nは、D/A変換器122−nから入力されたアナログ・ベースバンド信号を無線周波数帯の信号に変換し、分配結合器514−nに入力する。   The transmission / reception signal processing circuit 554-n receives a time-base digital baseband transmission signal of one stream from a modulator 120-n not shown here. The D / A converter 122-n converts the input transmission signal into an analog baseband signal and outputs the analog baseband signal to the upconverter 123-n. The up-converter 123-n converts the analog baseband signal input from the D / A converter 122-n into a radio frequency band signal and inputs the signal to the distribution coupler 514-n.

分配結合器514−nは、アップコンバータ123−nから入力された無線周波数帯のアナログ信号をM系統のアナログ信号に分岐し、移相器509−n−1〜509−n−Mに入力する。移相器509−n−1〜509−n−Mはそれぞれ、分配結合器514−nから入力された信号に対し、アナログ信号上で所定の複素位相回転を加え、TDDスイッチ508−n−1〜508−n−Mを介してアンテナ素子501−n−1〜501−n−Mに入力する。アンテナ素子501−n−1〜501−n−Mは、入力された送信信号を送信する。送信信号は、移相器509−n−1〜509−n−Mにおける複素位相回転により、所定の指向性形成がなされている。   Distribution coupler 514-n branches the analog signal in the radio frequency band input from up-converter 123-n into M-system analog signals and inputs them to phase shifters 509-n-1 to 509-n-M. . Each of the phase shifters 509-n-1 to 509-n-M applies a predetermined complex phase rotation on the analog signal to the signal input from the distribution / combining device 514-n, so that the TDD switch 508-n-1 is applied. Are input to the antenna elements 501-n-1 to 501-nM through .about.508-nM. The antenna elements 501-n-1 to 501-n-M transmit the input transmission signals. The transmission signal has a predetermined directivity formed by complex phase rotation in the phase shifters 509-n-1 to 509-n-M.

次に信号の受信について説明する。送受信信号処理回路554−nは、TDDスイッチ508−n−1〜508−n−Mがアンテナ素子501−n−1〜501−n−Mと移相器502−n−1〜502−n−Mとを接続し、スイッチ503−n−1〜503−n−Mが分配結合器515−nと移相器502−n−1〜502−n−Mとをそれぞれ接続した状態で信号の受信を行う。   Next, signal reception will be described. In the transmission / reception signal processing circuit 554-n, the TDD switches 508-n-1 to 508-n-M are connected to the antenna elements 501-n-1 to 501-nM and the phase shifters 502-n-1 to 502-n-. M is connected, and the switches 503-n-1 to 503-n-M receive signals in a state where the distribution couplers 515-n and the phase shifters 502-n-1 to 502-n-M are respectively connected. I do.

アンテナ素子501−n−1〜501−n−Mが受信した信号はそれぞれ、TDDスイッチ508−n−1〜508−n−Mを介して移相器502−n−1〜502−n−Mに入力される。移相器502−n−1〜502−n−Mのそれぞれは、入力された信号に対し、アナログ信号上で所定の複素位相回転を加え、スイッチ503−n−1〜503−n−Mを介して分配結合器515−nに入力する。分配結合器515−nは、スイッチ503−n−1〜503−n−Mを介して入力された各アンテナ系統の信号をアナログ信号上で合成し、ダウンコンバータ124−nに入力する。ダウンコンバータ124−nは、無線周波数の信号をアナログ・ベースバンド信号に変換し、A/D変換器125−nに入力する。A/D変換器125−nは、ダウンコンバータ124−nから入力されたアナログ・ベースバンド信号をデジタル・ベースバンド信号に変換し、ここには図示されていないベースバンド信号処理回路140内の信号分離回路141に入力する。ベースバンド信号処理回路140は、後続する信号処理を行う。   Signals received by the antenna elements 501-n-1 to 501-n-M are respectively phase shifters 502-n-1 to 502-n-M via TDD switches 508-n-1 to 508-n-M. Is input. Each of the phase shifters 502-n-1 to 502-n-M applies a predetermined complex phase rotation to the input signal on the analog signal, and switches 503-n-1 to 503-n-M. To the distribution coupler 515-n. Distribution coupler 515-n combines the signals of the respective antenna systems input via switches 503-n-1 to 503-n-M on an analog signal and inputs the combined signal to down converter 124-n. The down converter 124-n converts a radio frequency signal into an analog baseband signal and inputs the analog baseband signal to the A / D converter 125-n. The A / D converter 125-n converts the analog baseband signal input from the down converter 124-n into a digital baseband signal, and a signal in the baseband signal processing circuit 140 not shown here. This is input to the separation circuit 141. The baseband signal processing circuit 140 performs subsequent signal processing.

次に、移相器502−1−1〜502−N−Mにおける複素位相の回転量を算出する際の信号処理を説明する。この信号処理は、スイッチ503−n−1〜503−n−Mのいずれかひとつが分配結合器515−nと移相器502−n−1〜502−n−Mとを接続(ON)する一方、残りのスイッチは分配結合器515−nとの接続を切った状態(OFF)状態で行われる。これらのスイッチ切替は、制御回路560の指示のもと、相関算出回路505−1〜505−Nが管理する。なお、ここで説明している複素位相の回転量を算出するとき以外の通常運用時は、上述のように移相器502−n−1〜502−n−Mは全て分配結合器515−nに、移相器509−n−1〜509−n−Mは全て分配結合器514−nに接続される。また、図5又は図6に示す送受信信号処理回路551−nと同様に、複素位相の回転量の算出処理を行う際には移相器502−1−1〜502−1−Mの位相回転量は所定の値に設定しておき、その後の処理で得られる複素位相の回転量は、当初の所定の値に対する差分として設定する。   Next, signal processing when calculating the amount of rotation of the complex phase in the phase shifters 502-1-1-1 to 502-NM will be described. In this signal processing, any one of the switches 503-n-1 to 503-n-M connects (ON) the distribution coupler 515-n and the phase shifters 502-n-1 to 502-n-M. On the other hand, the remaining switches are performed in a state where the connection with the distribution coupler 515-n is disconnected (OFF). These switch switchings are managed by the correlation calculation circuits 505-1 to 505-N under the instruction of the control circuit 560. During normal operation other than when calculating the amount of rotation of the complex phase described here, all of the phase shifters 502-n-1 to 502-n-M are distributed couplers 515-n as described above. In addition, the phase shifters 509-n-1 to 509-n-M are all connected to the distribution coupler 514-n. Similarly to the transmission / reception signal processing circuit 551-n shown in FIG. 5 or FIG. 6, the phase rotation of the phase shifters 502-1-1 to 502-1-M is performed when the complex phase rotation amount calculation processing is performed. The amount is set to a predetermined value, and the rotation amount of the complex phase obtained by the subsequent processing is set as a difference with respect to the initial predetermined value.

実際の処理としては、まず、複素位相の回転量を取得すべき通信相手の無線局装置がチャネル推定用のトレーニング信号を送信し、送受信信号処理回路554−1〜554−Nを有する無線局装置はこの信号を受信する。アンテナ素子501−n−1〜501−n−Mが受信した信号はそれぞれ、移相器502−n−1〜502−n−Mに入力される。移相器502−n−1〜502−n−Mはそれぞれ、入力された信号に対し、アナログ信号上で所定の複素位相回転を加え、スイッチ503−n−1〜503−n−Mを介して分配結合器515−nに入力する。ここで、スイッチ503−n−1〜503−n−Mでは、ひとつを除いてすべてがOFFとなっているため、実効的には分配結合器515−nにおいて合成された信号は、スイッチ503−n−1〜503−n−Mの中の唯一、スイッチが接続(ON)されている系統のアンテナで受信された信号のみが出力されたことになる。すなわち、スイッチ503−n−1〜503−n−Mと分配結合器515−nでは、これ全体で、アンテナ素子501−n−1〜501−n−Mの中からひとつのアンテナ素子501−n−k(kは1以上M以下の整数のいずれか)を抽出する処理を実施することになる。なお、kが1からMまでのいずれかの値をとるように切り変わる。この様にして選択されたアンテナ素子501−n−kの受信信号は、ダウンコンバータ124−nに入力される。ダウンコンバータ124−nは、入力された無線周波数の信号をアナログ・ベースバンド信号に変換し、A/D変換器125−nに入力する。A/D変換器125−nは、アナログ・ベースバンド信号をデジタル・ベースバンド信号に変換し、相関算出回路505−nに入力する。   As an actual process, first, a radio station apparatus of a communication partner that should acquire the rotation amount of the complex phase transmits a training signal for channel estimation, and has radio signal processing circuits 554-1 to 554 -N. Receives this signal. Signals received by antenna elements 501-n-1 to 501-n-M are input to phase shifters 502-n-1 to 502-n-M, respectively. The phase shifters 502-n-1 to 502-n-M respectively apply a predetermined complex phase rotation on the analog signals to the input signals, and pass through the switches 503-n-1 to 503-n-M. To the distribution coupler 515-n. Here, since all of the switches 503-n-1 to 503-n-M are OFF, the signal synthesized in the distribution coupler 515-n is effectively converted to the switch 503-n. Only the signal received by the antenna of the system to which the switch is connected (ON) among n-1 to 503-n-M is output. That is, in the switches 503-n-1 to 503-n-M and the distribution coupler 515-n as a whole, one antenna element 501-n from the antenna elements 501-n-1 to 501-n-M is obtained. The process of extracting -k (k is an integer from 1 to M) is performed. Note that k is changed to take any value from 1 to M. The reception signal of the antenna element 501-nk selected in this way is input to the down converter 124-n. The down converter 124-n converts the input radio frequency signal into an analog baseband signal and inputs the analog baseband signal to the A / D converter 125-n. The A / D converter 125-n converts the analog baseband signal into a digital baseband signal and inputs the digital baseband signal to the correlation calculation circuit 505-n.

送受信信号処理回路554−nの相関算出回路505−n及び位相シフト制御回路506−nは、図5に示す送受信信号処理回路551−nの相関算出回路505−n及び位相シフト制御回路506−nと同様の処理を行う。つまり、相関算出回路505−nは、移相器502−n−1〜502−n−Mそれぞれに設定すべき送信側の複素位相の回転量を算出する。位相シフト制御回路506−nは、移相器502−n−1〜502−n−Mそれぞれに設定すべき複素位相の回転量を、通信相手の無線局装置の識別番号と対応付けてメモリに記憶するなどして管理する。   The correlation calculation circuit 505-n and the phase shift control circuit 506-n of the transmission / reception signal processing circuit 554-n are the correlation calculation circuit 505-n and the phase shift control circuit 506-n of the transmission / reception signal processing circuit 551-n shown in FIG. The same processing is performed. That is, the correlation calculation circuit 505-n calculates the amount of rotation of the complex phase on the transmission side to be set in each of the phase shifters 502-n-1 to 502-n-M. The phase shift control circuit 506-n associates the amount of rotation of the complex phase to be set to each of the phase shifters 502-n-1 to 502-nM with the identification number of the communication partner radio station apparatus in the memory. Manage it by memorizing it.

また、相関算出回路505−nは、「D」、「D」、…、「D」と記載された場所にハイパワーアンプが、「E」、「E」、…、「E」と記載された場所にローノイズアンプが配置される場合には、図4の送受信信号処理回路453−nの相関算出回路405−nと同様に、上記で算出した受信系の複素位相の回転量に、従来技術のインプリシットフィードバックにおけるキャリブレーション処理を施し、受信系における複素位相の回転量を基にキャリブレーション処理に相当する補正により送信系における複素位相の回転量に換算してもよい。位相シフト制御回路506−nは、移相器509−n−1〜509−n−Mそれぞれに設定すべき送信系における複素位相の回転量を、通信相手の無線局装置の識別番号と対応付けて同様にメモリに記憶するなどして管理する。 In addition, the correlation calculation circuit 505-n has a high power amplifier in the place described as “D 1 ”, “D 2 ”,..., “D M ”, and “E 1 ”, “E 2 ”,. In the case where the low noise amplifier is arranged at a place described as “E M ”, similarly to the correlation calculation circuit 405-n of the transmission / reception signal processing circuit 453-n in FIG. The rotation amount may be subjected to a calibration process in the implicit feedback of the prior art, and converted to the complex phase rotation amount in the transmission system by correction corresponding to the calibration process based on the rotation amount of the complex phase in the reception system. . The phase shift control circuit 506-n associates the rotation amount of the complex phase in the transmission system to be set to each of the phase shifters 509-n-1 to 509-n-M with the identification number of the radio station apparatus of the communication counterpart. Similarly, it is managed by storing it in a memory.

なお、実際のデータ通信を行う際、すなわち送信処理ないし受信処理を行う際には、制御回路560が通信相手となる無線局装置を把握し、位相シフト制御回路506−nに対して、通信を行う無線局装置に対応する複素位相の回転量を移相器502−n−1〜502−n−M及び移相器509−n−1〜509−n−Mを設定するよう指示する。位相シフト制御回路506−nは、通信を行う無線局装置に対応した複素位相の回転量をメモリから読み出すなどして取得し、この複素位相の回転量を移相器502−n−1〜502−n−M及び移相器509−n−1〜509−n−Mに設定してアナログ上のビームフォーミングを実現する。これらの処理は、送受信信号処理回路554−1〜554−Nにおいて同様に実施される。   When actual data communication is performed, that is, when transmission processing or reception processing is performed, the control circuit 560 grasps a wireless station device that is a communication partner and communicates with the phase shift control circuit 506-n. It instructs the phase shifters 502-n-1 to 502-n-M and the phase shifters 509-n-1 to 509-n-M to set the complex phase rotation amount corresponding to the radio station apparatus to be performed. The phase shift control circuit 506-n acquires the rotation amount of the complex phase corresponding to the wireless station apparatus that performs communication by reading it from the memory, and acquires the rotation amount of the complex phase by the phase shifters 502-n-1 to 502. -N-M and phase shifters 509-n-1 to 509-n-M are set to realize analog beamforming. These processes are similarly performed in the transmission / reception signal processing circuits 554-1 to 554-N.

図9は、本実施形態における送受信信号処理回路555−n(n=1,…,N)の構成例を示す機能ブロック図である。同図において、前述の図と同一の機能ブロックについては、同一の番号を付与し、その説明を省略する。   FIG. 9 is a functional block diagram showing a configuration example of the transmission / reception signal processing circuit 555-n (n = 1,..., N) in the present embodiment. In the figure, the same functional blocks as those in the above-mentioned figure are given the same numbers, and the description thereof is omitted.

同図に示す送受信信号処理回路555−nと、図8に示す送受信信号処理回路554−nとの差分は以下の点である。すなわち、図8に示す送受信信号処理回路554−nはアンテナ素子501−n−1〜501−n−Mを送受信で共用していた。一方、図9に示す送受信信号処理回路555−nは、これらを送信と受信で分離した上で、送受信でペアを組み、近接した場所に送受信アンテナをセットで配置する構成としている。したがって、無線局装置550の送受信信号処理回路554−nを送受信信号処理回路555−nに置き換える場合は、アンテナ素子541−n−1〜541−n−Mが追加され、TDDスイッチ508−n−1〜508−n−Mは省略される。なお、無線局装置552の送受信信号処理回路551−nを送受信信号処理回路555−nに置き換える場合は、アンテナ素子501−n−1〜501−n−M及びアンテナ素子541−n−1〜541−n−Mに代えて、送受信信号処理回路555−1〜555−Nで共用するアンテナ素子501−1〜501−M及びアンテナ素子541−1〜541−M(及びアンテナ素子501−1〜501−M、アンテナ素子541−1〜541−Mに対応した分配結合器)で構成される。   Differences between the transmission / reception signal processing circuit 555-n shown in the figure and the transmission / reception signal processing circuit 554-n shown in FIG. 8 are as follows. That is, the transmission / reception signal processing circuit 554-n shown in FIG. 8 shares the antenna elements 501-n-1 to 501-n-M for transmission / reception. On the other hand, the transmission / reception signal processing circuit 555-n shown in FIG. 9 has a configuration in which these are separated by transmission and reception, a pair is formed by transmission / reception, and a transmission / reception antenna is placed as a set in close proximity. Therefore, when the transmission / reception signal processing circuit 554-n of the wireless station device 550 is replaced with the transmission / reception signal processing circuit 555-n, antenna elements 541-n-1 to 541-n-M are added, and the TDD switch 508-n- 1-508-n-M is omitted. When the transmission / reception signal processing circuit 551-n of the wireless station device 552 is replaced with the transmission / reception signal processing circuit 555-n, the antenna elements 501-n-1 to 501-n-M and the antenna elements 541-n-1 to 541 are used. In place of −n−M, the antenna elements 501-1 to 501-M and the antenna elements 541-1 to 541-M (and the antenna elements 501-1 to 501) shared by the transmission / reception signal processing circuits 555-1 to 555-N are used. -M, a distribution coupler corresponding to the antenna elements 541-1 to 541-M).

図8の説明では便宜上、アンテナ素子の直近までを送受信信号処理回路554−nと見なして説明をしていたが、TDDスイッチ508−n−1〜508−n−Mをアンテナ素子側の機能と見なせば、図8と図9は全く等価な図である。信号処理の詳細においても、受信系においては図8に示す送受信信号処理回路554−nは、アンテナ素子501−n−1〜501−n−Mが信号を受信していたのに対し、図9に示す送受信信号処理回路555−nではアンテナ素子541−n−1〜541−n−Mを用いて受信する点、及び、送受信においてTDDスイッチ508−n−1〜508−n−Mを経由しない点を除けば、図8に示す送受信信号処理回路554−nと、図9に示す送受信信号処理回路555−nとにおける全ての信号処理は共通である。   In the description of FIG. 8, for the sake of convenience, the description up to the immediate vicinity of the antenna element has been described as the transmission / reception signal processing circuit 554-n, but the TDD switches 508-n-1 to 508-n-M are assumed to be functions on the antenna element side. If considered, FIG. 8 and FIG. 9 are completely equivalent diagrams. Also in the details of the signal processing, in the receiving system, the transmission / reception signal processing circuit 554-n shown in FIG. 8 receives signals from the antenna elements 501-n-1 to 501-n-M, whereas FIG. The transmission / reception signal processing circuit 555-n shown in FIG. 5 receives data using the antenna elements 541-n-1 to 541-n-M, and does not pass through the TDD switches 508-n-1 to 508-n-M in transmission / reception. Except for this point, all signal processing in the transmission / reception signal processing circuit 554-n shown in FIG. 8 and the transmission / reception signal processing circuit 555-n shown in FIG. 9 is common.

ただし、送受信アンテナが物理的に異なる点を考慮し、単なるキャリブレーション処理に加えて、物理的にアンテナ素子の座標が異なることを考慮した補正を加えることも可能である。   However, in consideration of the physically different transmission / reception antennas, in addition to simple calibration processing, it is also possible to perform correction in consideration of physically different antenna element coordinates.

なお、上述の説明では近接した場所に送受信アンテナをセットで配置する構成として説明したが、この物理的にアンテナ素子の座標が異なることを考慮した補正を行う限りにおいては、必ずしも送受信アンテナをセットで配置する必要はない。図10は、本実施形態における送受信信号処理回路556−n(n=1,…,N)の構成例を示す機能ブロック図である。同図において、前述の図と同一の機能ブロックについては、同一の番号を付与し、その説明を省略する。   In the above description, the transmission / reception antennas are arranged as a set in close proximity. However, as long as correction is performed in consideration of the physical differences in the coordinates of the antenna elements, the transmission / reception antennas are not necessarily set. There is no need to place them. FIG. 10 is a functional block diagram showing a configuration example of the transmission / reception signal processing circuit 556-n (n = 1,..., N) in the present embodiment. In the figure, the same functional blocks as those in the above-mentioned figure are given the same numbers, and the description thereof is omitted.

図10に示す送受信信号処理回路556−nにおいても、図9に示す送受信信号処理回路555−nにと同様に、TDDスイッチ508−n−1〜508−n−Mをアンテナ素子側の機能と見なせば、図8も図10と全く等価な図である。この意味で図10に示す送受信信号処理回路556−nにおいても、図9に示す送受信信号処理回路555−nと同様に、送信用のアンテナ素子501−n−1〜501−n−Mと受信用のアンテナ素子541−n−1〜541−n−Mを分離した構成となっている。ただし、図9に示す送受信信号処理回路555−nでは、個別の送受信アンテナ素子のペア(例えばアンテナ素子501−n−1とアンテナ素子541−n−1のペア等)が一体として近傍に配置される構成に対し、図10に示す送受信信号処理回路556−nでは、送信用のアンテナ素子501−n−1〜501−n−Mはそれらでひとつの送信アンテナアレーを構成し、受信用のアンテナ素子541−n−1〜541−n−Mはそれらでひとつの受信アンテナアレーを構成する構成を想定している。従って、物理的なアンテナ素子の配置以外には、信号処理は図9と図10では差がない。
なお、図10に示す様に送受信アンテナを分離して運用する場合に、送信アンテナから受信アンテナへの信号の漏れ込を避けるために、壁状の障害物を配置しても良い。
Also in the transmission / reception signal processing circuit 556-n shown in FIG. 10, the TDD switches 508-n-1 to 508-n-M have the functions on the antenna element side as in the transmission / reception signal processing circuit 555-n shown in FIG. Considering this, FIG. 8 is also completely equivalent to FIG. In this sense, also in the transmission / reception signal processing circuit 556-n shown in FIG. 10, the transmitting antenna elements 501-n-1 to 501-n-M and the reception are received in the same manner as the transmission / reception signal processing circuit 555-n shown in FIG. The antenna elements 541-n-1 to 541-n-M are separated. However, in the transmission / reception signal processing circuit 555-n shown in FIG. 9, a pair of individual transmission / reception antenna elements (for example, a pair of the antenna element 501-n-1 and the antenna element 541-n-1) is integrally disposed in the vicinity. On the other hand, in the transmission / reception signal processing circuit 556-n shown in FIG. 10, the transmitting antenna elements 501-n-1 to 501-n-M constitute one transmitting antenna array, and receive antennas. The elements 541-n-1 to 541-n-M are assumed to constitute a single receiving antenna array. Therefore, there is no difference in signal processing between FIG. 9 and FIG. 10 except for the physical antenna element arrangement.
In the case where the transmission / reception antennas are separated and operated as shown in FIG. 10, a wall-like obstacle may be arranged in order to avoid signal leakage from the transmission antenna to the reception antenna.

Massive MIMOにおいてデジタルビームフォーミングを行う場合、従来の無線局装置には、高価なA/D変換器及びD/A変換器を、信号系列数に対応した個数分必要とするため、装置が高額になるとともに、消費電力が増大するという問題を有していた。そこで、本実施形態の無線局装置は、指向性制御を行う際のウエイト情報を取得する際にのみ対象とする信号系列のみがA/D変換器と接続状態となるようスイッチを切替える。また、無線局装置は、データ送信時には、アンテナ素子毎に分離する前の信号をD/A変換器でアナログ信号に変換し、変換したアナログ信号をアンテナ素子毎に分離した後に移相器を用いてアナログビームフォーミングを行う。その結果、データ送受信時にウエイト情報を取得するために必要とするA/D変換器及びD/A変換器の数を削減することが可能になるとともに、消費電力を低減することが可能となる。   When performing digital beam forming in Massive MIMO, the conventional radio station apparatus requires expensive A / D converters and D / A converters corresponding to the number of signal sequences, so the apparatus is expensive. In addition, there is a problem that power consumption increases. Therefore, the radio station apparatus according to the present embodiment switches the switches so that only the target signal sequence is connected to the A / D converter only when weight information for performing directivity control is acquired. In addition, when transmitting data, the radio station apparatus converts a signal before separation for each antenna element into an analog signal by a D / A converter, and uses the phase shifter after separating the converted analog signal for each antenna element. To perform analog beam forming. As a result, it is possible to reduce the number of A / D converters and D / A converters necessary for acquiring weight information during data transmission / reception, and to reduce power consumption.

このように、本実施形態の無線局装置によれば、アンテナ素子毎にスイッチを具備し、受信アンテナ素子毎の受信信号の状態からウエイト情報となる複素位相の回転量を算出する際には、全受信アンテナ素子のうちのひとつだけをONにしてA/D変換器に接続し、このA/D変換器に接続するアンテナ素子を周期的に切り替えるよう、スイッチの切り替えを工夫する。これにより、無線局装置は、ひとつのRF系(ダウンコンバータからA/D変換器まで含む)により全アンテナ素子の受信信号の状態を個別に把握可能とし、その情報を基に複素位相の回転量を算出する。Massive MIMOにおいては、少なくともアンテナ素子毎の受信信号の状態からウエイト情報を算出する必要がある。従来は、特に広帯域においてはA/D変換器及びD/A変換器のデバイスの価格が非常に高価になると共に、発熱対策などの意味も含めてデバイスのサイズも小型化が困難であったが、本実施形態によれば、実装するA/D及びD/Aの数を最小限に抑え、無線局装置の小型化、低消費電力化及び経済化を図ることが可能となる。   Thus, according to the radio station apparatus of the present embodiment, each antenna element has a switch, and when calculating the amount of rotation of the complex phase that becomes weight information from the state of the reception signal for each reception antenna element, Only one of all receiving antenna elements is turned on and connected to the A / D converter, and switching of the switch is devised so as to periodically switch the antenna element connected to the A / D converter. As a result, the radio station apparatus can individually grasp the received signal states of all the antenna elements by one RF system (including from the down converter to the A / D converter), and the amount of rotation of the complex phase based on the information. Is calculated. In Massive MIMO, it is necessary to calculate weight information from at least the state of the received signal for each antenna element. Conventionally, the A / D converter and the device of the D / A converter have become very expensive especially in a wide band, and it has been difficult to reduce the size of the device including the countermeasures against heat generation. According to this embodiment, it is possible to minimize the number of A / Ds and D / As to be mounted, and to reduce the size, power consumption, and economy of the radio station device.

以上説明したように、本実施形態によれば、無線局装置は、指向性制御を行うための複素位相の回転量を算出する際には、全受信アンテナ素子のうちのひとつだけがONになる様にスイッチを切り替えながら、ダウンコンバータ及びA/D変換器を利用する。そして、無線局装置は、実際の信号送信時には、デジタルビームフォーミングの代わりに移相器を用いたアナログビームフォーミングで代用する。一方、信号受信時には、無線局装置は、全てのスイッチをONにして、移相器を用いたアナログビームフォーミングを行った信号を合成して復調処理を行う。これにより、Massive MIMOにおいて、デジタルビームフォーミングを行うときに従来では必要としていたA/D変換器及びD/A変換器の数を大幅に低減することができる。よって、通信時において定常的に多数のA/D変換器及びD/A変換器が動作し続ける状況を回避し、特に広帯域の通信時にかかっていた膨大なA/D変換器及びD/A変換器の消費電力を低減するとともに発熱量も低減することが可能となる。さらには、必要となるA/D変換器及びD/A変換器の数を大幅に低減し、膨大な消費電力に伴う発熱のために必要としていた大がかりな放熱板が不要となるため、低消費電力化だけでなく、無線局装置の小型化を図ることが可能となる。   As described above, according to the present embodiment, when the radio station apparatus calculates the rotation amount of the complex phase for performing directivity control, only one of all the receiving antenna elements is turned on. In this way, a down converter and an A / D converter are used while switching the switches. The radio station apparatus substitutes analog beam forming using a phase shifter instead of digital beam forming at the time of actual signal transmission. On the other hand, at the time of signal reception, the radio station apparatus turns on all the switches, synthesizes a signal subjected to analog beam forming using a phase shifter, and performs demodulation processing. Thereby, in Massive MIMO, the number of A / D converters and D / A converters conventionally required when performing digital beam forming can be significantly reduced. Therefore, a situation in which a large number of A / D converters and D / A converters continue to operate constantly during communication is avoided, and a huge amount of A / D converters and D / A conversions that have been required particularly during broadband communication are avoided. It is possible to reduce the power consumption and reduce the amount of heat generated. In addition, the number of A / D converters and D / A converters required is greatly reduced, eliminating the need for large heat sinks required for heat generation associated with enormous power consumption. It is possible to reduce not only the power but also the size of the radio station device.

なお、上述した実施形態においては無線周波数のアナログ信号上で複素位相の回転を行っていたが、アップコンバータ及びダウンコンバータの位置を変更し、ベースバンドまたは中間周波数のアナログ信号に対して複素位相の回転を与え、その後段または前段で無線周波数との周波数変換を行う構成としてもよい。   In the above-described embodiment, the complex phase is rotated on the radio frequency analog signal. However, the position of the up-converter and the down-converter is changed, and the complex phase of the base-band or intermediate frequency analog signal is changed. A configuration may be adopted in which rotation is applied and frequency conversion with a radio frequency is performed at the subsequent stage or the preceding stage.

本実施形態によれば、無線局装置550、552などの無線通信装置は、複数のアンテナ素子を含んで構成されるひとつまたは複数のサブアレーを用いて指向性を形成し、他の無線通信装置と無線通信する。ただし、本明細書では「サブアレー」との表現を用いているが、本発明の信号処理的な特徴は必ずしも複数の「サブアレー」を実装する構成とされている必要はなく、無線通信装置が備える全てのアンテナ素子により構成される単一のアレーアンテナでもよく、無線装置が備える全てのアンテナ素子のうち一部により構成されるアレーアンテナでもよい。無線通信装置は、複数のアンテナ素子と、信号受信部と、第1の位相回転部と、切替部と、切替制御部と、信号合成部と、信号変換部と、信号再生部と、相関算出部と、第1の回転量算出部と、第1の位相回転量制御部とを備える。なお、無線通信装置は、少なくとも信号受信に用いるサブアレー毎に、第1の位相回転部と、切替部と、信号合成部と、信号変換部とを備える。さらに、無線通信装置は、送信信号生成部と、信号分配部と、第2の位相回転部と、信号送信部と、第2の回転量算出部と、第2の位相回転量制御部とを備える。なお、無線通信装置は、少なくとも信号送信に用いるサブアレー毎に、信号分配部と、第2の位相回転部とを備える。ここで、位相回転量制御部は、P−P(ポイント・ツー・ポイント)型であれば、回転量算出部で算出した複素位相の回転量を直接、位相回転部に設定することで対処可能であるが、この場合には回転量算出部ないしは位相回転部の何れかに、暗に位相回転量制御部的な機能が含まれているものと理解することができる。   According to the present embodiment, wireless communication devices such as the wireless station devices 550 and 552 form directivity using one or a plurality of subarrays configured to include a plurality of antenna elements, and with other wireless communication devices. Wireless communication. However, although the expression “sub-array” is used in this specification, the signal processing feature of the present invention does not necessarily have to be configured to mount a plurality of “sub-arrays”, and the wireless communication apparatus is provided. A single array antenna constituted by all antenna elements may be used, or an array antenna constituted by a part of all antenna elements provided in the radio apparatus may be used. The wireless communication device includes a plurality of antenna elements, a signal receiving unit, a first phase rotating unit, a switching unit, a switching control unit, a signal combining unit, a signal converting unit, a signal reproducing unit, and a correlation calculation. A first rotation amount calculation unit, and a first phase rotation amount control unit. Note that the wireless communication device includes a first phase rotation unit, a switching unit, a signal synthesis unit, and a signal conversion unit at least for each subarray used for signal reception. Further, the wireless communication device includes a transmission signal generation unit, a signal distribution unit, a second phase rotation unit, a signal transmission unit, a second rotation amount calculation unit, and a second phase rotation amount control unit. Prepare. The wireless communication apparatus includes a signal distribution unit and a second phase rotation unit at least for each subarray used for signal transmission. Here, if the phase rotation amount control unit is a P-P (point-to-point) type, it can be dealt with by directly setting the rotation amount of the complex phase calculated by the rotation amount calculation unit in the phase rotation unit. However, in this case, it can be understood that either the rotation amount calculation unit or the phase rotation unit implicitly includes the function of the phase rotation amount control unit.

再生対象の信号受信時又はトレーニング信号の受信時、信号受信部は、無線通信による通信相手の他の無線通信装置が送信した信号を、信号受信に用いるサブアレーを構成する複数のアンテナ素子それぞれを介して受信する。第1の位相回転部は、信号受信部が受信した信号のうち、自機能部に対応するサブアレーを構成するアンテナ素子を介して受信した受信信号それぞれに対し、アンテナ素子の系統毎にアナログ信号上で複素位相を所定の値だけ回転させて出力する。なお、トレーニング信号の受信時などに第1の位相回転部を単純に経由する場合には、ゼロ度の複素位相を回転させたものと理解する。   When receiving a signal to be played back or receiving a training signal, the signal receiving unit transmits a signal transmitted by another wireless communication device with a wireless communication partner via each of a plurality of antenna elements constituting a subarray used for signal reception. Receive. The first phase rotation unit outputs an analog signal for each antenna element system for each received signal received via an antenna element constituting a sub-array corresponding to the self-function part among signals received by the signal receiving unit. The complex phase is rotated by a predetermined value and output. In the case of simply passing through the first phase rotation unit at the time of receiving a training signal, it is understood that the complex phase of zero degrees has been rotated.

切替部は、自機能部と同じサブアレーに対応した第1の位相回転部から出力された受信信号を通過させるか否かをアンテナ素子の系統毎に切替える。切替制御部は、各切替部における切替を、受信信号が再生対象である場合は、切替部に対応する第1の位相回転部から出力された受信信号の全てまたは一部を通過させ、受信信号がトレーニング信号である場合は、切替部に対応する第1の位相回転部から出力された受信信号をアンテナ素子の系統毎に一つずつ通過させるよう制御する。信号合成部は、自機能部と同じサブアレーに対応した切替部がアンテナ素子の系統毎に通過させた受信信号を合成する。信号変換部は、自機能部と同じサブアレーに対応した信号合成部により合成された受信信号を、無線周波数のアナログ信号からベースバンドのデジタル信号に変換する。   The switching unit switches for each antenna element system whether or not to pass the reception signal output from the first phase rotation unit corresponding to the same sub-array as the self-function unit. The switching control unit allows the switching in each switching unit to pass all or part of the reception signal output from the first phase rotation unit corresponding to the switching unit when the reception signal is a reproduction target, and receives the received signal. Is a training signal, the reception signal output from the first phase rotation unit corresponding to the switching unit is controlled to pass one by one for each antenna element system. The signal synthesizer synthesizes the received signal that has been passed for each system of antenna elements by the switching unit corresponding to the same sub-array as the self-function unit. The signal conversion unit converts the reception signal synthesized by the signal synthesis unit corresponding to the same sub-array as the self-function unit from a radio frequency analog signal to a baseband digital signal.

トレーニング信号の受信時、相関算出部は、入力されたデジタル信号の信号列を連続して記録し、記録されたデジタル信号列からトレーニング信号の周期性を考慮し、当該周期におけるサンプリングタイミングが対応するように、各アンテナ素子のデジタル信号列を抽出する。さらに、相関算出部は、自機能部に対応するアンテナ素子間におけるトレーニング信号に対するデジタル信号列の相関を算出する。具体的には、相関算出部は、複数のアンテナ素子の中から基準となるアンテナ素子を定め、切替部が一つずつ通過させたトレーニング信号を用いて、基準となるアンテナ素子と他のアンテナ素子との組合せ毎に同一のサンプリングタイミングとなるトレーニング信号に対するデジタル信号列の相関を算出する。第1の回転量算出部は、相関算出部による相関の算出結果に基づいて、第1の位相回転部において与えるべき複素位相の回転量を算出する。第1の位相回転量制御部は、第1の回転量算出部による複素位相の回転量の算出結果に基づいて、第1の位相回転部が与える複素位相の回転量を制御する。   When receiving the training signal, the correlation calculation unit continuously records the signal sequence of the input digital signal, and considers the periodicity of the training signal from the recorded digital signal sequence, and the sampling timing in the cycle corresponds. Thus, the digital signal sequence of each antenna element is extracted. Further, the correlation calculation unit calculates the correlation of the digital signal sequence with respect to the training signal between the antenna elements corresponding to the self-function unit. Specifically, the correlation calculation unit determines a reference antenna element from among a plurality of antenna elements, and uses the training signal passed by the switching unit one by one, and the reference antenna element and other antenna elements The correlation of the digital signal sequence with respect to the training signal having the same sampling timing is calculated for each combination. The first rotation amount calculation unit calculates the rotation amount of the complex phase to be given by the first phase rotation unit, based on the correlation calculation result by the correlation calculation unit. The first phase rotation amount control unit controls the rotation amount of the complex phase provided by the first phase rotation unit based on the calculation result of the rotation amount of the complex phase by the first rotation amount calculation unit.

さらに、第2の回転量算出部は、相関算出部が算出した相関の算出結果、第1の回転量算出部が算出した複素位相の回転量の算出結果、又は、それら算出結果にキャリブレーション処理を実施して得られた複素位相の回転量に関する情報のいずれかに基づいて、第2の位相回転部において与えるべき複素位相の回転量を算出する。第2の位相回転量制御部は、第2の回転量算出部による複素位相の回転量の算出結果に基づいて、第2の位相回転部が与える複素位相の回転量を制御する。   Further, the second rotation amount calculation unit may perform a calibration process on the calculation result of the correlation calculated by the correlation calculation unit, the calculation result of the rotation amount of the complex phase calculated by the first rotation amount calculation unit, or the calculation result. The amount of rotation of the complex phase to be given by the second phase rotation unit is calculated based on any of the information on the amount of rotation of the complex phase obtained by performing the above. The second phase rotation amount control unit controls the rotation amount of the complex phase provided by the second phase rotation unit based on the calculation result of the rotation amount of the complex phase by the second rotation amount calculation unit.

再生対象の信号の受信時、信号再生部は、信号合成部により合成された受信信号に基づいて、通信相手の他の無線通信装置が送信した信号を再生する。一方、信号送信時、送信信号生成部は、サブアレーを用いて通信相手の他の無線通信装置宛てに送信するアナログの送信信号を生成する。信号分配部は、送信信号生成部が生成したアナログの送信信号のうち、自機能部に対応したサブアレーを用いて送信する送信信号を、そのサブアレーを構成するアンテナ素子それぞれに対応させて分岐する。第2の位相回転部は、自機能部と同じサブアレーに対応した信号分配部がアンテナ素子毎に分岐した送信信号それぞれに対して、アナログ信号上で複素位相を所定の値だけ回転させる。信号送信部は、第2の位相回転部により位相を回転させた送信信号を、その第2の位相回転部に対応したサブアレーを構成するアンテナ素子を介して送信する。   When receiving the signal to be reproduced, the signal reproduction unit reproduces the signal transmitted by the other wireless communication device of the communication partner based on the reception signal synthesized by the signal synthesis unit. On the other hand, at the time of signal transmission, the transmission signal generation unit generates an analog transmission signal to be transmitted to another wireless communication device of the communication partner using the subarray. A signal distribution part branches the transmission signal transmitted using the subarray corresponding to a self-function part among the analog transmission signals which the transmission signal generation part produced | generated corresponding to each antenna element which comprises the subarray. The second phase rotation unit rotates the complex phase by a predetermined value on the analog signal for each transmission signal branched for each antenna element by the signal distribution unit corresponding to the same sub-array as the self-function unit. The signal transmission unit transmits a transmission signal whose phase has been rotated by the second phase rotation unit via an antenna element that constitutes a subarray corresponding to the second phase rotation unit.

なお、無線通信装置は、相関算出回路505−1〜505−Nのように、相関算出部と、第1の回転量算出部と、第2の回転量算出部とを統合した機能部をサブアレー毎に備えてもよく、相関算出部と、第1の回転量算出部と、第2の回転量算出部とを個別に備えてもよい。
また、無線通信装置は、位相シフト制御回路506−1〜506−Nのように、第1の位相回転量制御部と第2の位相回転量制御部とを統合した機能部をサブアレー毎に備えてもよく、第1の位相回転量制御部と第2の位相回転量制御部とを個別に備えてもよい。
Note that the wireless communication apparatus includes a functional unit in which a correlation calculation unit, a first rotation amount calculation unit, and a second rotation amount calculation unit are integrated, such as correlation calculation circuits 505-1 to 505-N. You may provide for every, and you may provide a correlation calculation part, a 1st rotation amount calculation part, and a 2nd rotation amount calculation part separately.
In addition, the wireless communication apparatus includes a functional unit that integrates the first phase rotation amount control unit and the second phase rotation amount control unit for each subarray, such as phase shift control circuits 506-1 to 506-N. Alternatively, the first phase rotation amount control unit and the second phase rotation amount control unit may be provided separately.

また、無線通信装置は、送受信信号処理回路551−1〜551−N又は送受信信号処理回路553−nが備える移相器502−n−1〜502−n−M(n=1,…,N)のように、第1の位相回転部と第2の位相回転部とを統合した位相回転部をサブアレー毎に備えてもよく、送受信信号処理回路554−n、555−n、556−nが備える移相器502−n−1〜502−n−M、509−n−1〜509−n−Mのように、第1の位相回転部と第2の位相回転部とを個別に備えてもよい。   Further, the wireless communication device includes phase shifters 502-n-1 to 502-nM (n = 1,..., N) included in the transmission / reception signal processing circuits 551-1 to 551-N or the transmission / reception signal processing circuit 553-n. ), A phase rotation unit that integrates the first phase rotation unit and the second phase rotation unit may be provided for each sub-array, and transmission / reception signal processing circuits 554-n, 555-n, and 556-n are provided. The phase shifters 502-n-1 to 502-nM and 509-n-1 to 509-n-M provided with the first phase rotation unit and the second phase rotation unit individually Also good.

また、無線通信装置は、送受信信号処理回路551−1〜551−Nが備える分配結合器504−1〜504−Nや、送受信信号処理回路553−nが備える分配結合器504−nのように、信号合成部と信号分配部とを統合した機能部をサブアレー毎に備えてもよい。この場合、無線通信装置は、TDDスイッチ127−1〜127−Nのように信号合成分配部における信号合成部の処理と信号分配部の処理とを時間的に切り替える切り替え部、ないしはサーキュレータ521−nのように、入力ポートごとに出力ポートが異なり、流れる信号の方向を切り替える切り替え部をさらにサブアレー毎に備えてもよい。また、無線通信装置は、送受信信号処理回路554−n、555−n、556−nが備える分配結合器514−n、515−nのように、信号合成部と信号分配部とを個別独立に備えてもよい。   In addition, the wireless communication device includes distribution couplers 504-1 to 504-N included in the transmission / reception signal processing circuits 551-1 to 551-N and a distribution coupler 504-n included in the transmission / reception signal processing circuit 553-n. A function unit in which the signal synthesis unit and the signal distribution unit are integrated may be provided for each subarray. In this case, the wireless communication device is a switching unit or a circulator 521-n that temporally switches between the processing of the signal combining unit and the processing of the signal distributing unit in the signal combining / distributing unit such as the TDD switches 127-1 to 127-N. As described above, the output port may be different for each input port, and a switching unit that switches the direction of the flowing signal may be further provided for each subarray. In addition, the wireless communication apparatus separately sets the signal synthesis unit and the signal distribution unit, like the distribution couplers 514-n and 515-n included in the transmission / reception signal processing circuits 554-n, 555-n, and 556-n. You may prepare.

[実施形態に関する補足事項]
以上説明した本発明の実施形態に関する補足事項を以下に示す。
前述した実施形態における無線局装置をコンピュータで実現する様にしてもよい。その場合、この機能を実現するためのプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することによって実現してもよい。なお、ここでいう「コンピュータシステム」とは、OSや周辺機器等のハードウェアを含むものとする。また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ROM、CD−ROM等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。更に「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムを送信する場合の通信線の様に、短時間の間、動的にプログラムを保持するもの、その場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリの様に、一定時間プログラムを保持しているものも含んでもよい。また上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであってもよく、更に前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるものであってもよく、PLD(Programmable Logic Device)やFPGA(Field Programmable Gate Array)等のハードウェアを用いて実現されるものであってもよい。
[Additional matters regarding the embodiment]
Supplementary matters regarding the embodiment of the present invention described above will be described below.
You may make it implement | achieve the radio station apparatus in embodiment mentioned above with a computer. In that case, a program for realizing this function may be recorded on a computer-readable recording medium, and the program recorded on this recording medium may be read into a computer system and executed. Here, the “computer system” includes an OS and hardware such as peripheral devices. The “computer-readable recording medium” refers to a storage device such as a flexible medium, a magneto-optical disk, a portable medium such as a ROM and a CD-ROM, and a hard disk incorporated in a computer system. Furthermore, a “computer-readable recording medium” dynamically holds a program for a short time, like a communication line when transmitting a program via a network such as the Internet or a communication line such as a telephone line. In this case, a volatile memory in a computer system serving as a server or a client in that case may be included and a program that holds a program for a certain period of time. Further, the program may be for realizing a part of the functions described above, and may be a program capable of realizing the functions described above in combination with a program already recorded in the computer system. It may be realized using hardware such as PLD (Programmable Logic Device) or FPGA (Field Programmable Gate Array).

以上、図面を参照して本発明の実施の形態を説明してきたが、上記実施の形態は本発明の例示に過ぎず、本発明が上記実施の形態に限定されるものではないことは明らかである。したがって、本発明の技術思想及び範囲を逸脱しない範囲で構成要素の追加、省略、置換、その他の変更を行ってもよい。   As mentioned above, although embodiment of this invention has been described with reference to drawings, the said embodiment is only the illustration of this invention, and it is clear that this invention is not limited to the said embodiment. is there. Therefore, additions, omissions, substitutions, and other modifications of the components may be made without departing from the technical idea and scope of the present invention.

複数アンテナにより無線信号を送受信する無線通信装置に適用可能である。   The present invention can be applied to a wireless communication device that transmits and receives wireless signals using a plurality of antennas.

120−1〜120−N…変調器
122−1〜122−N、122−n…D/A変換器
123−1〜123−N、123−n…アップコンバータ
124−1〜124−N、124−n…ダウンコンバータ
125−1〜125−N、125−n…A/D変換器
127−1〜127−N…TDDスイッチ
130−1〜130−N…復調器
140…ベースバンド信号処理回路
141…信号分離回路
401−1〜401−M…アンテナ素子
401−1−1〜401−N−M、401−n−1〜401−n−M…アンテナ素子
402−1−1〜402−N−M、402−n−1〜402−n−M…移相器
403−1−1〜403−N−M、403−n−1〜403−n−M…スイッチ
404−1〜404−N…分配結合器
405−1〜405−N、405−n…相関算出回路
406−1〜406−N、406−n…位相シフト制御回路
407−1〜407−M…分配結合器
408−n−1〜408−n−M…TDDスイッチ
409−n−1〜409−n−M…移相器
414−n…分配結合器
415−n…分配結合器
424−1−1〜424−N−M、424−n−1〜424−n−M…ダウンコンバータ
425−1−1〜425−N−M、425−n−1〜425−n−M…A/D変換器
450…無線局装置
451−1〜451−N…送受信信号処理回路
452…無線局装置
453−n…送受信信号処理回路
460…制御回路
501−1〜501−M…アンテナ素子
501−1−1〜501−N−M、501−n−1〜501−n−N…アンテナ素子
502−1−1〜502−N−M、502−n−1〜502−n−N…移相器
503−1−1〜503−N−M、503−n−1〜503−n−N…スイッチ
504−1〜504−N、504−n…分配結合器
505−1〜505−N、505−n…相関算出回路
506−1〜506−N、506−n…位相シフト制御回路
507−1〜507−M…分配結合器
508−n−1〜508−n−M…TDDスイッチ
509−n−1〜509−n−M、509−n−1〜509−n−N…移相器
514−n…分配結合器
515−n…分配結合器
521−n…サーキュレータ
541−1〜541−M…アンテナ素子
541−n−1〜541−n−M…アンテナ素子
550…無線局装置
551−1〜551−N…送受信信号処理回路
552…無線局装置
553−n…送受信信号処理回路
554−n…送受信信号処理回路
555−n…送受信信号処理回路
556−n…送受信信号処理回路
560…制御回路
901−1〜901−N…変調器
902…プリコーダ
903−1〜903−N…IFFT&GI付与回路
904−1〜904−N…D/A変換器
905−1〜905−N…アップコンバータ
906−1〜906−N…ダウンコンバータ
907−1〜907−N…A/D変換器
908−1〜908−N…GI除去&FFT回路
909…ポストコーダ
910−1〜910−N…復調器
911…TDDスイッチ
912−1〜912−N…分配結合器
913−1−1〜913−N−M…移相器
915−1〜915−M…分配結合器
916−1〜916−M…アンテナ素子
921−1〜921−N…時間軸送信ウエイト乗算回路
922−1〜922−M…D/A変換器
922−1−1〜922−N−M…D/A変換器
923−1〜923−M…アップコンバータ
923−1−1〜923−N−M…アップコンバータ
924−1〜924−M…ダウンコンバータ
924−1−1〜924−N−M…ダウンコンバータ
925−1〜925−M…A/D変換器
925−1−1〜925−N−M…A/D変換器
926−1〜926−N…時間軸受信ウエイト乗算回路
927−1〜927−N…TDDスイッチ
928−1〜928−M…アンテナ素子
928−1−1〜928−N−M…アンテナ素子
929−1〜929−N…送受信信号処理回路
941−1〜941−M…分配結合器
942…無線局装置
943−1〜943−M…加算合成器
944−1〜944−M…複製器
945…無線局装置
951−1〜951−3…ハイパワーアンプ
952−1〜952−3…ローノイズアンプ
953−1〜953−3…TDDスイッチ
954−1〜954−3…アンテナ素子
955−1〜955−3…無線モジュール
120-1 to 120-N ... modulators 122-1 to 122-N, 122-n ... D / A converters 123-1 to 123-N, 123-n ... up-converters 124-1 to 124-N, 124 -N ... down converters 125-1 to 125-N, 125-n ... A / D converters 127-1 to 127-N ... TDD switches 130-1 to 130-N ... demodulator 140 ... baseband signal processing circuit 141 ... Signal separation circuits 401-1 to 401 -M ... antenna elements 401-1-1 to 401 -NM, 401 -n-1 to 401 -nM ... antenna elements 402-1-1 to 402 -N- M, 402-n-1 to 402-nM ... Phase shifters 403-1-1 to 403-NM, 403-n-1 to 403-nM ... Switches 404-1 to 404-N ... Distribution couplers 405-1 to 405-N, 40 -N ... correlation calculation circuits 406-1 to 406-N, 406-n ... phase shift control circuits 407-1 to 407-M ... distribution couplers 408-n-1 to 408-n-M ... TDD switch 409-n -1 to 409-nM ... phase shifter 414-n ... distribution coupler 415-n ... distribution coupler 424-1-1 to 424-NM, 424-n-1 to 424-nM ... Down converters 425-1-1 to 425-NM, 425-n-1 to 425-nM ... A / D converter 450 ... wireless station devices 451-1 to 451-N ... transmission / reception signal processing circuit 452 ... Radio station apparatus 453-n ... transmission / reception signal processing circuit 460 ... control circuits 501-1 to 501-M ... antenna elements 501-1-1 to 501-NM, 501-n-1 to 501-nN ... antennas Elements 502-1-1-1 to 502-NM, 502 n-1 to 502-nN phase shifters 503-1-1 to 503-NM, 503-n-1 to 503-nN, switches 504-1 to 504-N, 504-n,. Distribution couplers 505-1 to 505-N, 505-n ... correlation calculation circuits 506-1 to 506-N, 506-n ... phase shift control circuits 507-1 to 507-M ... distribution couplers 508-n-1 508-n-M TDD switches 509-n-1 to 509-nM, 509-n-1 to 509-n-N phase shifter 514-n, distribution coupler 515-n, distribution coupler. 521-n ... circulators 541-1 to 541-M ... antenna element 541-n-1 to 541-n-M ... antenna element 550 ... radio station apparatus 551-1 to 551-N ... transmission / reception signal processing circuit 552 ... radio station Device 553-n. Transmission / reception signal processing circuit 554- n ... transmission / reception signal processing circuit 555-n ... transmission / reception signal processing circuit 556-n ... transmission / reception signal processing circuit 560 ... control circuit 901-1 to 901-N ... modulator 902 ... precoder 903-1 to 903-N 0 ... IFFT & GI assignment Circuits 904-1 to 904-N 0 ... D / A converters 905-1 to 905-N 0 ... Up converters 906-1 to 906-N 0 ... Down converters 907-1 to 907-N 0 ... A / D conversion 908-1 to 908-N 0 GI removal & FFT circuit 909 Post coder 910-1 to 910-N Demodulator 911 TDD switch 912-1 to 912-N 0 Distribution coupler 913-1-1 913-N 0 -M 0 ... phase shifters 915-1 to 915-M 0 ... distribution couplers 916-1 to 916-M 0 ... antenna elements 921-1 to 921-N ... time Axis transmission weight multiplication circuit 922-1 to 922-M... D / A converters 922-1-1 to 922-NM ... D / A converters 923-1 to 923-M ... Upconverter 923-1-1 923-NM ... Up converters 924-1 to 924-M ... Down converters 924-1-1 to 924-NM ... Down converters 925-1 to 925-M ... A / D converter 925-1 1 to 925-NM ... A / D converters 926-1 to 926-N ... time-axis reception weight multiplication circuits 927-1 to 927-N ... TDD switches 928-1 to 928-M ... antenna elements 928-1 -1 to 928-NM ... Antenna elements 929-1 to 929-N ... Transmission / reception signal processing circuits 941-1 to 941-M ... Distribution coupler 942 ... Radio station apparatuses 943-1 to 943-M ... Adder / synthesizer 944-1 44-M, replicator 945, radio station apparatuses 951-1 to 951-3, high power amplifiers 952-1 to 952-3, low noise amplifiers 953-1 to 953-3, and TDD switches 954-1 to 954-3. Antenna elements 955-1 to 955-3 ... wireless module

Claims (6)

複数のアンテナ素子を含んで構成されるひとつまたは複数のアレーアンテナを用いて指向性を形成し、他の無線通信装置と無線通信する無線通信装置であって、
前記他の無線通信装置が送信した信号を、信号受信に用いる前記アンテナ素子それぞれを介して受信する信号受信部と、
少なくとも信号受信に用いる前記アレーアンテナ毎に設けられ、前記信号受信部が受信した信号のうち、対応する前記アレーアンテナを構成する前記アンテナ素子を介して受信した受信信号それぞれに対し、アンテナ素子の系統毎にアナログ信号上で複素位相を回転させて出力する第1の位相回転部と、
少なくとも信号受信に用いる前記アレーアンテナ毎に設けられ、対応する前記第1の位相回転部から出力された前記受信信号を通過させるか否かをアンテナ素子の系統毎に切替え可能な切替部と、
前記受信信号が再生対象である場合は、対応する前記第1の位相回転部から出力された前記受信信号の全てまたは一部を通過させ、前記受信信号が複素位相の回転量算出のためのトレーニング信号であるときに、対応する前記第1の位相回転部から出力された前記受信信号をアンテナ素子の系統毎に一つずつ通過させるよう前記切替部における切替を制御する切替制御部と、
少なくとも信号受信に用いる前記アレーアンテナ毎に設けられ、対応する前記切替部が通過させた前記受信信号を合成する信号合成部と、
少なくとも信号受信に用いる前記アレーアンテナ毎に設けられ、対応する前記信号合成部により合成された前記受信信号を、アナログ信号からベースバンドのデジタル信号に変換する信号変換部と、
前記信号変換部により変換された再生対象の前記受信信号に基づいて前記他の無線通信装置が送信した信号を再生する信号再生部と、
前記切替部がアンテナ素子の系統毎に一つずつ通過させた前記トレーニング信号を用いて前記トレーニング信号の前記アンテナ素子の中の基準アンテナ素子と他のアンテナ素子との組合せ毎の相関を算出する相関算出部と、
前記相関算出部による相関の算出結果に基づいて、前記第1の位相回転部において与えるべき複素位相の回転量を算出する第1の回転量算出部と、
を備えることを特徴とする無線通信装置。
A wireless communication device that forms directivity using one or a plurality of array antennas including a plurality of antenna elements and wirelessly communicates with other wireless communication devices,
A signal receiving unit that receives a signal transmitted by the other wireless communication device via each of the antenna elements used for signal reception;
At least for each array antenna used for signal reception, among the signals received by the signal receiving unit, a system of antenna elements for each received signal received via the antenna element constituting the corresponding array antenna A first phase rotation unit that rotates and outputs a complex phase on an analog signal each time;
A switching unit that is provided at least for each of the array antennas used for signal reception and can switch for each system of antenna elements whether or not to pass the received signal output from the corresponding first phase rotation unit;
When the received signal is to be reproduced, all or part of the received signal output from the corresponding first phase rotation unit is passed, and the received signal is subjected to training for calculating the rotation amount of the complex phase. A switching control unit that controls switching in the switching unit so that the received signal output from the corresponding first phase rotation unit is passed one by one for each system of antenna elements when it is a signal,
A signal synthesizing unit that is provided for at least each of the array antennas used for signal reception and synthesizes the received signal that has been passed by the corresponding switching unit;
A signal conversion unit that is provided for at least each of the array antennas used for signal reception and converts the reception signal synthesized by the corresponding signal synthesis unit from an analog signal to a baseband digital signal;
A signal reproduction unit that reproduces a signal transmitted by the other wireless communication device based on the reception signal to be reproduced converted by the signal conversion unit;
Correlation for calculating a correlation for each combination of a reference antenna element and another antenna element in the antenna element of the training signal using the training signal that the switching unit passes one for each antenna element system A calculation unit;
A first rotation amount calculation unit that calculates a rotation amount of a complex phase to be given in the first phase rotation unit based on a correlation calculation result by the correlation calculation unit;
A wireless communication apparatus comprising:
前記アレーアンテナを用いて他の無線通信装置宛てに送信するアナログの送信信号を生成する送信信号生成部と、
少なくとも信号送信に用いる前記アレーアンテナ毎に設けられ、対応する前記アレーアンテナを用いて送信するアナログの前記送信信号を、前記アレーアンテナを構成する前記アンテナ素子それぞれに対応させて分岐する信号分配部と、
少なくとも信号送信に用いる前記アレーアンテナ毎に設けられ、対応する前記信号分配部が分岐させた前記送信信号それぞれに対して、アナログ信号上で複素位相を回転させる第2の位相回転部と、
前記第2の位相回転部が位相を回転させた前記送信信号を、前記第2の位相回転部に対応した前記アレーアンテナを構成する前記アンテナ素子を介して送信する信号送信部と、
前記相関算出部が算出した相関の算出結果、前記第1の回転量算出部が算出した複素位相の回転量の算出結果、又は、前記算出結果にキャリブレーション処理を実施して得られた複素位相の回転量に関する情報のいずれかに基づいて、前記第2の位相回転部において与えるべき複素位相の回転量を算出する第2の回転量算出部とをさらに備える、
ことを特徴とする請求項1に記載の無線通信装置。
A transmission signal generating unit that generates an analog transmission signal to be transmitted to another wireless communication device using the array antenna;
A signal distribution unit provided at least for each of the array antennas used for signal transmission and branching the analog transmission signal transmitted using the corresponding array antenna in correspondence with each of the antenna elements constituting the array antenna; ,
A second phase rotation unit that is provided for at least each of the array antennas used for signal transmission and rotates a complex phase on an analog signal for each of the transmission signals branched by the corresponding signal distribution unit;
A signal transmission unit configured to transmit the transmission signal whose phase is rotated by the second phase rotation unit via the antenna element constituting the array antenna corresponding to the second phase rotation unit;
The calculation result of the correlation calculated by the correlation calculation unit, the calculation result of the rotation amount of the complex phase calculated by the first rotation amount calculation unit, or the complex phase obtained by performing calibration processing on the calculation result A second rotation amount calculation unit that calculates a rotation amount of a complex phase to be given in the second phase rotation unit based on any of the information on the rotation amount of
The wireless communication apparatus according to claim 1.
前記第1の位相回転部と前記第2の位相回転部に代えて、前記第1の位相回転部の処理と前記第2の位相回転部の処理とを行う位相回転部を前記アレーアンテナ毎に備える、
ことを特徴とする請求項2に記載の無線通信装置。
Instead of the first phase rotation unit and the second phase rotation unit, a phase rotation unit that performs processing of the first phase rotation unit and processing of the second phase rotation unit is provided for each array antenna. Prepare
The wireless communication apparatus according to claim 2.
前記信号合成部及び前記信号分配部に代えて、前記信号合成部の処理と前記信号分配部の処理とを行う信号合成分配部を前記アレーアンテナ毎に備え、
前記信号合成分配部における前記信号合成部の処理と前記信号分配部の処理とを切り替える切り替え部を前記アレーアンテナ毎にさらに備える、
ことを特徴とする請求項2又は請求項3に記載の無線通信装置。
Instead of the signal synthesis unit and the signal distribution unit, each array antenna includes a signal synthesis distribution unit that performs the processing of the signal synthesis unit and the processing of the signal distribution unit,
A switching unit that switches between the processing of the signal combining unit and the processing of the signal distributing unit in the signal combining / distributing unit is further provided for each array antenna.
The wireless communication apparatus according to claim 2 or claim 3, wherein
前記信号合成部と前記信号分配部とは個別独立であり、且つ、前記第1の位相回転部と前記第2の位相回転部とは個別独立である、
ことを特徴とする請求項2又は請求項3に記載の無線通信装置。
The signal synthesis unit and the signal distribution unit are individually independent, and the first phase rotation unit and the second phase rotation unit are individually independent.
The wireless communication apparatus according to claim 2 or claim 3, wherein
複数のアンテナ素子を含んで構成されるひとつまたは複数のアレーアンテナを用いて指向性を形成し、他の無線通信装置と無線通信する無線通信装置が実行する無線通信方法であって、
信号受信部が、前記他の無線通信装置が送信した信号を、信号受信に用いる前記アンテナ素子それぞれを介して受信する信号受信過程と、
少なくとも信号受信に用いる前記アレーアンテナ毎に設けられる位相回転部が、信号受信過程において受信した信号のうち、対応する前記アレーアンテナを構成する前記アンテナ素子を介して受信した受信信号それぞれに対し、アンテナ素子の系統毎にアナログ信号上で複素位相を回転させる位相回転過程と、
少なくとも信号受信に用いる前記アレーアンテナ毎に設けられる切替部が、前記受信信号が再生対象である場合は、対応する前記位相回転部により前記位相回転過程において複素位相を回転させた前記受信信号の全てまたは一部を通過させ、前記受信信号が複素位相の回転量算出のためのトレーニング信号であるときに、対応する前記位相回転部により前記位相回転過程において複素位相を回転させた前記受信信号をアンテナ素子の系統毎に一つずつ通過させる切替過程と、
少なくとも信号受信に用いる前記アレーアンテナ毎に設けられる信号合成部が、対応する前記切替部により前記切替過程において通過させた前記受信信号を合成する信号合成過程と、
少なくとも信号受信に用いる前記アレーアンテナ毎に設けられる信号変換部が、対応する前記信号合成部により前記信号合成過程において合成された前記受信信号を、アナログ信号からベースバンドのデジタル信号に変換する信号変換過程と、
信号再生部が、前記信号変換過程においてデジタル信号に変換された再生対象の前記受信信号に基づいて前記他の無線通信装置が送信した信号を再生する信号再生過程と、
相関算出部が、前記切替過程においてアンテナ素子の系統毎に一つずつ通過させた前記トレーニング信号を用いて前記トレーニング信号の前記アンテナ素子の中の基準アンテナ素子と他のアンテナ素子との組合せ毎の相関を算出する相関算出過程と、
回転量算出部が、前記相関算出過程における相関の算出結果に基づいて、前記位相回転過程において与えるべき複素位相の回転量を算出する回転量算出過程と、
を有することを特徴とする無線通信方法。
A wireless communication method executed by a wireless communication device that forms directivity using one or a plurality of array antennas including a plurality of antenna elements and wirelessly communicates with other wireless communication devices,
A signal receiving process in which the signal receiving unit receives the signal transmitted by the other wireless communication device via each of the antenna elements used for signal reception;
At least a phase rotation unit provided for each array antenna used for signal reception receives an antenna for each received signal received through the antenna element constituting the corresponding array antenna among signals received in the signal receiving process. A phase rotation process for rotating a complex phase on an analog signal for each element system;
At least a switching unit provided for each array antenna used for signal reception, when the received signal is a reproduction target, all of the received signals whose complex phases have been rotated in the phase rotation process by the corresponding phase rotation unit. Alternatively, when the received signal is a training signal for calculating the amount of rotation of the complex phase through a part of the received signal, the received signal obtained by rotating the complex phase in the phase rotation process by the corresponding phase rotating unit is an antenna. A switching process of passing one by one for each element system;
A signal combining unit that combines at least a signal combining unit provided for each array antenna used for signal reception to combine the received signals passed in the switching step by the corresponding switching unit;
A signal conversion unit provided at least for each array antenna used for signal reception converts the received signal synthesized in the signal synthesis process by the corresponding signal synthesis unit from an analog signal to a baseband digital signal. Process,
A signal reproduction process in which a signal reproduction unit reproduces a signal transmitted by the other wireless communication device based on the reception signal to be reproduced, which is converted into a digital signal in the signal conversion process;
The correlation calculation unit uses the training signal that has been passed one by one for each antenna element system in the switching process, for each combination of the reference antenna element in the antenna element of the training signal and another antenna element. A correlation calculation process for calculating the correlation;
A rotation amount calculation step in which a rotation amount calculation unit calculates a rotation amount of a complex phase to be given in the phase rotation process, based on a correlation calculation result in the correlation calculation process;
A wireless communication method comprising:
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