JP2019009665A - 無線通信装置及びキャリブレーション方法 - Google Patents

Abstract

【課題】キャリブレーションにおける処理負荷を低減することができる。【解決手段】１つの側面では、アンテナを複数有し、前記複数のアンテナそれぞれから通信相手装置の方向にデータを送信し、前記通信相手装置と無線通信を行う無線通信装置であって、前記複数のアンテナそれぞれにおける入力信号と出力信号の位相差を示すアンテナ内伝達関数と、前記複数のアンテナ間の入力信号と出力信号の位相差を示すアンテナ間伝達関数を算出する算出部と、前記算出したアンテナ内伝達関数及び前記アンテナ間伝達関数に基づき、前記複数のアンテナそれぞれが送受信する信号の位相を補正する補正部とを有し、前記算出部は、前記アンテナ内伝達関数の算出を第１頻度で実行し、前記アンテナ間伝達関数の算出を前記第１頻度より高い第２頻度で実行する。【選択図】図１０

Description

本発明は、無線通信装置及びキャリブレーション方法に関する。

無線通信における高速伝送の実現や、無線リソースの効率的な利用に関する技術として、ＭＩＭＯ（Multiple Input Multiple Output）による協調送信技術が挙げられる。ＭＩＭＯは、例えば、基地局装置が有する複数のアンテナが協調し、端末装置にデータを送信する技術である。基地局装置は、例えば、複数のアンテナを有し、それぞれのアンテナの位相を調整し、端末装置の方向へビームを向けるビームフォーミングを行うことで、端末装置における受信電力を大きくする。

しかし、アンテナのＲＦ（Radio Frequency）部に位相差があると、アンテナ端で誤差が生じ、正確なビームフォーミングを行うことができない。そのため、基地局装置は、アンテナのＲＦ部の位相差を補正（キャリブレーション）する。基地局装置は、キャリブレーションにおいて、各アンテナのＲＦ部の入出力信号の電力や位相を測定する。そして、基地局装置は、測定値から各アンテナのＲＦ部の入力信号と出力信号の位相差の関係を示す伝達関数を算出し、伝達関数に基づいて補正（キャリブレーション）を行う。

キャリブレーションに関する技術は、以下の特許文献１に記載されている。

特開2013-207782号公報

しかし、基地局装置が行うキャリブレーションは、ＲＦ部の入出力信号の測定や、伝達関数の算出、及び伝達関数に基づく補正などを行うため、処理量が大きい。基地局装置の処理量が増大すると、例えば、端末装置との通信が遅延し、通信システム全体のスループットが低下する場合がある。

そこで、一開示は、キャリブレーションにおける処理負荷を低減する無線通信装置及びキャリブレーション方法を提供する。

１つの側面では、アンテナを複数有し、前記複数のアンテナそれぞれから通信相手装置の方向にデータを送信し、前記通信相手装置と無線通信を行う無線通信装置であって、前記複数のアンテナそれぞれにおける入力信号と出力信号の位相差を示すアンテナ内伝達関数と、前記複数のアンテナ間の入力信号と出力信号の位相差を示すアンテナ間伝達関数を算出する算出部と、前記算出したアンテナ内伝達関数及び前記アンテナ間伝達関数に基づき、前記複数のアンテナそれぞれが送受信する信号の位相を補正する補正部とを有し、前記算出部は、前記アンテナ内伝達関数の算出を第１頻度で実行し、前記アンテナ間伝達関数の算出を前記第１頻度より高い第２頻度で実行する。

一開示は、キャリブレーションにおける処理負荷を低減することができる。

図１は、無線通信システム１０の構成例を示す図である。 図２は、基地局装置２００の構成例を示す図である。 図３は、ＲＦ回路２５０の構成例を示す図である。 図４は、キャリブレーション処理の処理フローチャートの例を示す図である。 図５は、送信部におけるアンテナ内伝達関数の測定Ｍ１及び測定Ｍ２の例を示す図である。 図６は、アンテナ間伝達関数の測定Ｍ３の例を示す図である。 図７は、受信部におけるアンテナ内伝達関数の測定Ｍ４及び測定Ｍ５の例を示す図である。 図８は、アンテナ間伝達関数の測定Ｍ６の例を示す図である。 図９は、測定Ｍ１〜Ｍ３における位相差の例を示す図である。 図１０は、測定Ｍ１〜Ｍ６の実施タイミングの例を示す図である。 図１１は、測定Ｍ１〜Ｍ６の実施タイミングの例を示す図である。 図１２は、無線通信システム１０の運用前に測定した測定Ｍ３の結果の例を示す図である。 図１３は、測定Ｍ１〜Ｍ６の実施タイミングの例を示す図である。 図１４は、測定Ｍ３の結果の例を示す図である。 図１５は、測定Ｍ３の実施タイミングの例を示す図である。

[第１の実施の形態]
第１の実施の形態について説明する。

＜無線通信システムの構成例＞
図１は、無線通信システム１０の構成例を示す図である。無線通信システム１０は、端末装置１００、基地局装置２００、ＭＭＥ（Mobility Management Entity）３００、及び外部ネットワーク４００を有する。

無線通信システム１０は、例えば、ワイファイ（Wi-Fi：Wireless Fidelity）などのローカルエリアネットワークや、ＬＴＥ（Long Term Evolution）などの無線通信ネットワークである。

また、無線通信システム１０は、基地局装置２００が、端末装置１００に対して協調伝送を行う通信システムである。協調伝送は、例えば、シングルユーザに対応したＭＩＭＯや（multiple-input and multiple-output）や、複数の端末装置１００にデータを送信することが可能なＭＵ−ＭＩＭＯ（Multi User MIMO）である。

基地局装置２００は、電波（信号）を使用して端末装置１００とデータを送受信する無線通信装置である。基地局装置２００は、例えば、ＬＴＥにおけるｅＮｏｄｅＢ（evolved Node B）や、ワイファイにおけるアクセスポイントである。基地局装置２００は、アンテナ２５１−１，２を有する。なお、基地局装置２００は、３つ以上のアンテナを有してもよい。基地局装置２００は、アンテナ２５１−１及び２から、例えば、同一の周波数帯域を使用して、端末装置１００に信号を送信する。基地局装置２００は、端末装置１００への信号の送信において、アンテナ２５１−１及び２から送信する信号の送信方向を調整し、端末装置１００が良好な受信品質で信号を受信できるようにする。

ＭＭＥ３００は、基地局装置２００を収容し、端末装置１００の移動管理を行う装置であり、例えば、サーバマシンである。端末装置１００は、例えば、基地局装置２００、ＭＭＥ３００を介して、外部ネットワーク４００の通信相手装置と通信を行う。

＜基地局装置２００の構成例＞
図２は、基地局装置２００の構成例を示す図である。基地局装置２００は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）２１０、ストレージ２２０、ＤＲＡＭ（Dynamic Random Access Memory）などのメモリ２３０、ＮＩＣ（Network Interface Card）２４０、及びＲＦ（Radio Frequency）回路２５０−１，２を有する。

ストレージ２２０は、プログラムやデータを記憶する、フラッシュメモリ、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）、又はＳＳＤ（Solid State Drive）などの補助記憶装置である。ストレージ２２０は、無線通信プログラム２２１及びキャリブレーションプログラム２２２を記憶する。

メモリ２３０は、ストレージ２２０に記憶されているプログラムをロードする領域である。また、メモリ２３０は、プログラムがデータを記憶する領域としても使用される。

ＮＩＣ２４０は、例えば、ＭＭＥ３００と接続するネットワークインターフェースである。基地局装置２００は、ＮＩＣ２４０を介して、ＭＭＥ３００とデータや制御用信号を送受信する。

ＲＦ回路２５０−１，２（以下、ＲＦ回路２５０と呼ぶ場合がある）は、端末装置１００と無線接続し、通信する装置である。ＲＦ回路２５０−１，２は、それぞれアンテナ２５１−１，２を有する。なお、アンテナ２５１−１をアンテナ＃０、アンテナ２５１−２をアンテナ＃１と呼ぶ場合がある。

図３は、ＲＦ回路２５０の構成例を示す図である。ＲＦ回路２５０−１は、アンテナ２５１−１を有する。ＲＦ回路２５０−１は、端末装置１００に信号を送信する送信部（Ｔｘ＃０）と、端末装置１００から信号を受信する受信部（Ｒｘ＃０）を有する。ＲＦ回路２５０−１は、キャリブレーション処理における測定用の信号を送信するキャリブレーション用送信部（ＴｘＣ＃０）と、測定用の信号の受信部（ＲｘＣ＃０）を有する。また、ＲＦ回路２５０−１は、発振器（DCO：Digital Controlled Oscillator）２５２−１を有し、発振器２５２−１はＴｘ＃０、Ｒｘ＃０、ＴｘＣ＃０、及びＲｘＣ＃０と接続されている。ＲＦ回路２５０−２は、ＲＦ回路２５０−１と同様の構成である。また、ＲＦ回路２５０−１とＲＦ回路２５０−２は、互いに接続されており、ＲＦ回路間での信号の送受信が可能である。

発振器２５２−１は、信号を所定の周波数又は位相に変換する装置である。発振器２５２−１は、Ｔｘ＃０及びＴｘＣ＃０から送信される信号に、以下の式（１）で示す信号を乗算する。

ωは、所定周波数に変更するための係数又は関数である。θ₀は、アンテナ＃０側の発振器２５２−１で発生する位相雑音の係数又は関数である。τは、時間を示し、乗算される信号は時間によって変化する。

また、発振器２５２−１は、Ｒｘ＃０及びＲｘＣ＃０で受信する信号に、以下の式（２）で示す信号を乗算する。

発振器２５２−２も発振器２５２−１と同様である。発振器２５２−２の場合は、θ₀に代えて、発振器２５２−２の位相雑音の係数又は関数であるはθ₁を使用する。

ＲＦ回路２５０−１，２の送信部、受信部、及び発振器２５２は、例えば、サーキュレータやスイッチで接続され、信号の経路を切り替えることが可能である。

図２に戻り、ＣＰＵ２１０は、無線通信プログラム２２１を実行することで、無線通信処理を行う。無線通信処理は、端末装置１００と無線接続し、端末装置１００と通信する、又は端末装置１００が外部ネットワーク４００や他の端末装置と行う通信を中継する処理である。

また、ＣＰＵ２１０は、無線通信プログラム２２１が有するＭＩＭＯ通信モジュール２２１１を実行することで、ＭＩＭＯ通信処理を行う。ＭＩＭＯ通信処理は、基地局装置２００が有する複数のアンテナから、端末装置１００にデータを協調送信する処理である。基地局装置２００は、ＭＩＭＯ通信処理において、ＭＩＭＯやＭＵ−ＭＩＭＯを実現する。

ＣＰＵ２１０は、キャリブレーションプログラム２２２を実行することで、算出部及び補正部を構築し、キャリブレーション処理を行う。キャリブレーション処理は、アンテナ２５１−１とアンテナ２５１−２が送受信する信号の位相を補正する処理である。基地局装置２００は、キャリブレーション処理において、例えば、アンテナ間の位相差を０にする補正を行う。また、基地局装置２００は、キャリブレーション処理において、例えば、入力信号の位相と出力信号の位相との関係（位相差）を示す伝達関数を算出する。基地局装置２００は、アンテナ２５１−１又は２の、単独のアンテナ内の伝達関数を示すアンテナ内伝達関数と、アンテナ２５１−１とアンテナ２５１−２との間を送受信する信号の伝達関数を示すアンテナ間伝達関数を算出する。基地局装置２００は、キャリブレーション処理において、例えば、実際にアンテナ内及びアンテナ間に信号を入力及び出力し、入力信号及び出力信号の位相や電力を測定し、測定結果に基づき、それぞれの伝達関数を算出する。

また、ＣＰＵ２１０は、キャリブレーションプログラム２２２が有するアンテナ内測定モジュール２２２１を実行することで、算出部を構築し、アンテナ内測定処理を行う。アンテナ内測定処理は、アンテナ内伝達関数を算出するための測定を行う処理である。基地局装置２００は、アンテナ内測定処理において、アンテナ内送信測定サブモジュール２２２１１を実行し、送信部の位相差を測定する。また、基地局装置２００は、アンテナ内測定処理において、アンテナ内受信測定サブモジュール２２２１２を実行し、受信部の位相差を測定する。

また、ＣＰＵ２１０は、キャリブレーションプログラム２２２が有するアンテナ間測定モジュール２２２２を実行することで、算出部を構築し、アンテナ間測定処理を行う。アンテナ間測定処理は、アンテナ間伝達関数を算出するための測定を行う処理である。基地局装置２００は、アンテナ間測定処理において、マスタアンテナ側受信測定サブモジュール２２２２１を実行し、マスタアンテナの受信部とスレーブアンテナの送信部との位相差を測定する。また、基地局装置２００は、アンテナ間測定処理において、マスタアンテナ側送信測定サブモジュール２２２２２を実行し、マスタアンテナの送信部とスレーブアンテナの受信部との位相差を測定する。なお、マスタアンテナは、位相の補正の基準となるアンテナであり、例えば、アンテナ２５１−１である。スレーブアンテナは、マスタアンテナの位相を基準として位相が補正されるアンテナであり、例えば、アンテナ２５１−２である。

また、ＣＰＵ２１０は、伝達関数算出プログラム２２３を実行することで、算出部を構築し、伝達関数算出処理を行う。伝達関数算出処理は、アンテナ内及びアンテナ間伝達関数を算出する処理である。基地局装置２００は、伝達関数算出処理において、測定した位相差に基づき、伝達関数を算出する。

＜キャリブレーション処理＞
図４は、キャリブレーション処理の処理フローチャートの例を示す図である。基地局装置２００は、初期設定として、測定回数に０を設定する（Ｓ１０１）。そして、基地局装置２００は、キャリブレーション契機を検出するのを待ち受ける（Ｓ１０２のＮｏ）。

基地局装置２００は、例えば、ＴＤＤ（Time Division Duplex）方式で端末装置１００と無線通信を行う。キャリブレーション契機は、例えば、基地局装置２００における送信タイミングと受信タイミングの切り替わりタイミングであり、例えば、ＴＤＤにおけるＴＴＰ（Transmitter transient period）期間への遷移である。基地局装置２００は、ＴＴＰ期間は端末装置１００と信号の送受信を行わないため、キャリブレーション処理を行うことによる通信遅延は発生しない。

基地局装置２００は、キャリブレーション契機を検出すると（Ｓ１０２のＹｅｓ）、測定回数を確認する（Ｓ１０３）。測定回数は、次に行う測定種別を識別するためのカウンタである。測定回数は、０から５までが設定され、基地局装置２００は、測定回数により測定種別を決定する。第１の実施の形態においては、全ての測定種別がＴＰＰのタイミングで実行される。そのため、基地局装置２００は、実際の端末装置１００と送受信する信号ではなく、キャリブレーションのために生成した測定用信号を用いて、位相変化（位相差）を測定する。以下、図５〜図８にて、測定の種別について説明する。

図５は、送信部におけるアンテナ内伝達関数の測定Ｍ１及び測定Ｍ２の例を示す図である。基地局装置２００は、測定Ｍ１において、ＲＦ回路２５０−１のＴｘ＃０における位相変化を測定する。位相変化に基づき算出されるＴｘ＃０におけるアンテナ内伝達関数は、以下の式（３）となる。

Tx₀は、Ｔｘ＃０の特性である。また、RxC₀は、ＲｘＣ＃０の特性である。τ₁は、測定Ｍ１において伝達関数を算出する時間、又は測定Ｍ１の測定時間である。

式（３）では、θ₀(τ_１)成分が、Ｔｘ＃０による送信とＲｘＣ＃０による受信で相殺される。すなわち、アンテナ内伝達関数は、アンテナ内で発生する送信信号と受信信号の位相差（位相変化）を示す。

同様に、基地局装置２００は、測定Ｍ２において、ＲＦ回路２５０−２のＴｘ＃１における位相変化を測定する。位相変化に基づき算出されるＴｘ＃１におけるアンテナ内伝達関数は、以下の式（４）となる。

Tx₁は、Ｔｘ＃１の特性である。また、RxC₁は、ＲｘＣ＃１の特性である。τ₂は、測定Ｍ２において伝達関数を算出する時間、又は測定Ｍ２の測定時間である。

図６は、アンテナ間伝達関数の測定Ｍ３の例を示す図である。基地局装置２００は、測定Ｍ３において、マスタアンテナを有するＲＦ回路２５０−１のＴｘ＃０から送信された信号を、スレーブアンテナを有するＲＦ回路２５０−２のＲｘＣ＃１で受信したときの位相変化を測定する。位相変化に基づき算出される、Ｔｘ＃０におけるアンテナ間伝達関数は、以下の式（５）となる。

τ₃は、測定Ｍ３において伝達関数を算出する時間、又は測定Ｍ３の測定時間である。式（５）では、位相雑音の値が異なるため、位相雑音による成分が相殺されず、θ₀(τ_３)-θ₁(τ₃)がアンテナ間の位相差として反映された式となる。

図７は、受信部におけるアンテナ内伝達関数の測定Ｍ４及び測定Ｍ５の例を示す図である。基地局装置２００は、測定Ｍ４において、ＲＦ回路２５０−１のＲｘ＃０における位相変化を測定する。位相変化に基づき算出されるＲｘ＃０におけるアンテナ内伝達関数は、以下の式（６）となる。

TxC₀は、ＴｘＣ＃０の特性である。また、Rx₀は、Ｒｘ＃０の特性である。τ₄は、測定Ｍ４において伝達関数を算出する時間、又は測定Ｍ４の測定時間である。

式（６）では、θ₀(τ₄)成分が、ＴｘＣ＃０による送信とＲｘ＃０による受信で相殺される。

同様に、基地局装置２００は、測定Ｍ５において、ＲＦ回路２５０−２のＲｘ＃１における位相変化を測定する。位相変化に基づき算出されるＲｘ＃１におけるアンテナ内伝達関数は、以下の式（７）となる。

TxC₁は、ＴｘＣ＃１の特性である。また、Rx₁は、Ｒｘ＃１の特性である。τ₅は、測定Ｍ５において伝達関数を算出する時間、又は測定Ｍ５の測定時間である。

図８は、アンテナ間伝達関数の測定Ｍ６の例を示す図である。基地局装置２００は、測定Ｍ６において、スレーブアンテナを有するＲＦ回路２５０−２のＴｘＣ＃１から送信された信号を、マスタアンテナを有するＲＦ回路２５０−１のＲｘ＃０で受信したときの位相変化を測定する。位相変化に基づき算出される、Ｒｘ＃０におけるアンテナ間伝達関数は、以下の式（８）となる。

τ₆は、測定Ｍ６において伝達関数を算出する時間、又は測定Ｍ６の測定時間である。式（８）では、位相雑音の値が異なるため、位相雑音による成分が相殺されず、θ₀(τ₆)-θ₁(τ₆)がアンテナ間の位相差として反映された式となる。

式（３）、（４）、（６）及び（７）で示すように、アンテナ内伝達関数は、発振器２５２−１、２で発生する位相雑音による影響を受けない。各ＲＦ回路２５０における送信部、受信部、キャリブレーション送信部、及びキャリブレーション受信部は、外気の温度変化や周辺装置の発熱や冷却による温度変化などにより、自身の特性が変化する場合がある。しかし、これらの変化は、後述する位相雑音の時間経過による変化よりも変化量が小さい。そのため、アンテナ内伝達関数は、どのタイミングで測定、算出しても、近似した関数となる。

一方、式（５）及び（８）で示すように、アンテナ間伝達関数は、発振器２５２−１、２で発生する位相雑音による影響を受ける。位相雑音は、例えば、発振器２５２内で使用されている回路の電力が、所定周波数以外の周辺の周波数に分散されることで発生する。よって、位相雑音は、前述した各部の特性の変化よりも、時間経過による変化が大きい。そのため、アンテナ間伝達関数は、測定タイミングによって、大きく変化する。

図９は、測定Ｍ１〜Ｍ３における位相差の例を示す図である。図９に示すように、測定Ｍ１及びＭ２における位相差は、時間経過によらず、近似した位相差を示す。しかし、測定Ｍ３における位相差は、時間経過に連動し、位相差は上昇する。なお、図９は一例であり、測定Ｍ３における位相差は、例えば、ある時間を経過した以降は、近似した数値となってもよい。また、測定Ｍ３における位相差は、上昇、下降をランダムに繰り返してもよい。

図４の処理フローチャートに戻り、基地局装置２００は、測定回数が０の場合、測定Ｍ１及びＭ３を実施する（Ｓ１０４）。そして、測定回数をインクリメントし（Ｓ１１０）、キャリブレーション契機の検出を待ち受ける（Ｓ２０１−１）。

基地局装置２００は、測定回数が１の場合、測定Ｍ２を実施する（Ｓ１０５）。また、基地局装置２００は、測定回数が２の場合、測定Ｍ４を実施する（Ｓ１０６）。さらに、基地局装置２００は、測定回数が３の場合、測定Ｍ５及び測定Ｍ６を実施する（Ｓ１０７）。

そして、基地局装置２００は、測定回数が４の場合、測定Ｍ３を実施する（Ｓ１０８）。基地局装置２００は、測定回数が０の場合に実施する測定Ｍ１を、測定回数が４の場合は実施しない。基地局装置２００は、アンテナ内伝達関数の算出に用いる測定Ｍ１は、時間経過による位相差の変化が小さいため、測定回数が４の場合は測定Ｍ１を行わない。これにより、基地局装置２００は、時間による変化が大きい測定Ｍ３を実施しつつ、測定Ｍ１に使用する処理負荷を減少させることができる。

そして、基地局装置２００は、測定回数が５の場合、測定Ｍ６を実施し（Ｓ１０９）、測定回数を０に設定し（Ｓ１０１）、キャリブレーション契機の検出を待ち受ける（Ｓ１０２）。基地局装置２００は、測定回数が４の場合と同様に、時間による変化が大きい測定Ｍ６を実施しつつ、測定Ｍ５を行わないことで、処理負荷を減少させることができる。

上述したように、基地局装置２００は、キャリブレーション契機ごとに、測定回数０〜５までを繰り返す。すなわち、測定回数０〜５に対応する測定の実施が、キャリブレーションサイクルとなる。

図１０は、測定Ｍ１〜Ｍ６の実施タイミングの例を示す図である。図１０において、ＵＬ（Up Link）は、基地局装置２００が信号を受信する期間であり、ＤＬ（Down Link）は、基地局装置２００が信号を送信する期間である。また、図１０において、ＣＡＬ信号は、測定用信号であり、矢印はＣＡＬ信号の送信タイミングを示す。また、図１０において、キャリブレーションサイクルは、測定回数が０〜５における一連の測定Ｍ１〜Ｍ６のサイクルを示す。さらに、図１０において、Ｍ１〜Ｍ６は、測定Ｍ１〜Ｍ６を示す。

図１０に示すように、基地局装置２００は、キャリブレーションサイクルＣ１において、測定Ｍ１、Ｍ２、Ｍ４、及びＭ５を１回実施する。そして、基地局装置２００は、キャリブレーションサイクルＣ１において、測定Ｍ３及びＭ６を２回実施する。すなわち、基地局装置２００は、時間経過による影響が大きいアンテナ間伝達関数の算出頻度（第２頻度）を、時間経過による影響が小さいアンテナ内伝達関数の算出頻度（第１頻度）より多く（高く）する。これにより、基地局装置２００は、時間経過による位相差の変化が大きい伝達関数の算出頻度を高くすることにより、キャリブレーションの品質を一定以上に維持しつつ、時間経過による位相差の変化が少ない伝達関数の算出頻度を低くすることにより、処理負荷を軽減する。

なお、基地局装置２００は、算出した最新の伝達関数を使用して、送受信する信号の位相を補正する。基地局装置２００は、例えば、アンテナ内伝達関数に基づき、キャリブレーション係数（例えば、伝達関数の逆数）を算出し、入力信号にキャリブレーション係数を乗算し、出力信号を算出する。そして、基地局装置２００は、算出したスレーブアンテナの出力信号に対して、アンテナ間伝達関数に基づき算出したキャリブレーション係数（例えば、アンテナ間関数の逆数）を乗算し、スレーブアンテナの出力信号を算出する。さらに、基地局装置２００は、算出したスレーブアンテナの送信信号の位相と、算出したマスタアンテナの送信信号の位相が等しくなるように、スレーブアンテナ側の位相を補正する。

[第２の実施の形態]
第２の実施の形態について説明する。第２の実施の形態において、基地局装置２００は、ＴＴＰ期間以外の、端末装置１００と信号を送受信するタイミングにおいて、測定Ｍ１〜測定Ｍ６を実施する。基地局装置２００は、端末装置１００から受信した受信信号や、端末装置１００に送信する送信信号を用いて測定を行う。

＜キャリブレーション処理＞
図１１は、測定Ｍ１〜Ｍ６の実施タイミングの例を示す図である。図１０において、ＵＬ信号は、基地局装置２００が受信する受信信号である。また、図１０において、ＤＬ信号は、基地局装置２００が送信する送信信号である。第２の実施の形態において、キャリブレーションサイクルは、ＣＡＬ信号による測定タイミングを４回、ＵＬ信号による測定タイミングを２回、及びＤＬ信号による測定タイミングを２回有する。

図１１に示すように、基地局装置２００は、ＣＡＬ信号による測定タイミングにおいて、測定Ｍ１〜Ｍ６を１回実施する。そして、基地局装置２００は、ＵＬ信号の受信タイミングにおいて、測定Ｍ６を実施し、ＤＬ信号の送信タイミングにおいて、測定Ｍ３を実施する。

第２の実施の形態において、基地局装置２００は、測定用信号で全測定種別を１回ずつ実施する。そして、基地局装置２００は、測定用信号での測定に加え、実際に端末装置１００に送受信する信号を使用して、アンテナ間伝達関数の測定（測定Ｍ３及びＭ６）を行う。これにより、アンテナ間伝達関数の算出頻度がアンテナ内伝達関数の算出頻度より高くなり、キャリブレーションの品質を一定以上に維持しつつ、処理負荷の軽減を実現できる。

また、第２の実施の形態では、ＴＴＰ期間以外でも伝達関数の算出をすることができ、単位時間あたりの伝達関数の算出回数を増加させることができ、補正の精度が向上する。

なお、ＤＬ信号及びＵＬ信号は、例えば、端末装置１００と送受信するユーザデータを有する信号である。また、データ信号は、ＤＬ信号及びＵＬ信号は、例えば、無線区間における信号の減衰量を測定するために送受信するリファレンス信号やパイロット信号であってもよい。

[第３の実施の形態]
第３の実施の形態について説明する。第３の実施の形態において、基地局装置２００は、例えば、無線通信システム１０の運用前に測定した結果に基づき、経過時間閾値を決定する。無線通信システム１０の運用前の測定結果は、例えば、経過時間と位相差との対応関係（例えば、図１２に示す）である。そして、基地局装置２００は、例えば、アンテナ間伝達関数を前回算出したときから、経過時間閾値が経過していない場合、アンテナ間伝達関数を算出するキャリブレーション契機であっても、測定処理を行わない。なお、無線通信システム１０の運用前に測定した結果は、例えば、基地局装置２００の記憶部が記憶する。記憶部は、例えば、ＣＰＵ２１０が所定のプログラムを実行することで構築され、メモリ２３０に無線通信システム１０の運用前に測定した結果を記憶する。また、記憶部は、決定された更新閾値を記憶してもよい。

＜キャリブレーション処理＞
図１２は、無線通信システム１０の運用前に測定した測定Ｍ３の結果の例を示す図である。図１２における時刻Ｔ１〜Ｔ４は、それぞれキャリブレーション契機であり、測定Ｍ３を実行する測定タイミングである。

図１２によると、例えば、時刻Ｔ１と時刻Ｔ２における位相差の変化量は、変化量Ｄ１である。同様に、図１２によると、例えば、時刻Ｔ１と時刻Ｔに３おける位相差の変化量は、変化量Ｄ２であり、時刻Ｔ１と時刻Ｔに４おける位相差の変化量は、変化量Ｄ３である。

基地局装置２００は、各測定タイミングでの位相差の変化量を、変化量閾値と比較する。変化量閾値は、例えば、信号の送受信において、複数のアンテナ間で位相誤差が発生しても、通信の品質が基準値以下とならない位相誤差の範囲である。すなわち、変化量閾値は、例えば、前回補正を行っている状態からの位相誤差で、通信品質への影響が小さい位相誤差の範囲である。

例えば、変化量Ｄ１及びＤ２は変化量閾値未満であり、変化量Ｄ３は変化量閾値値以上であるとする。この場合、基地局装置２００は、変化量が変化量閾値を超えない時間（経過時間）のうち、最大の時間間隔である時刻Ｔ３から時刻Ｔ１を減じた時間を、更新閾値と決定する。また、基地局装置２００は、変化量が変化量閾値以上となる時間（経過時間）のうち、最小の時間間隔である時刻Ｔ４から時刻Ｔ１を減じた時間を、更新閾値と決定してもよい。

図１３は、測定Ｍ１〜Ｍ６の実施タイミングの例を示す図である。基地局装置２００は、例えば、２回目の測定Ｍ３の測定タイミングにおいて、測定Ｍ３の更新閾値と、前回（１回目）測定Ｍ３を実施したタイミングからの経過時間（経過時間Ｉｎ１）を比較する。図１３によると、基地局装置２００は、前回測定Ｍ３を実施してから更新閾値が経過していないと判定し、２回目の測定タイミングでの測定Ｍ３を実行しない（図１２における（Ｍ３）及び点線で示されるＣＡＬ信号）。

そして、基地局装置２００は、３回目の測定Ｍ３の測定タイミングにおいて、測定Ｍ３の更新閾値と、前回（１回目）測定Ｍ３を実施したタイミングからの経過時間（経過時間Ｉｎ２）を比較する。図１３によると、基地局装置２００は、前回測定Ｍ３を実施してから更新閾値が経過していると判定し、３回目の測定タイミングでの測定Ｍ３を実行する。

第３の実施の形態では、アンテナ内伝達関数の測定タイミング（算出するタイミングと同じ）において、更新閾値以上の時間が経過していない場合、位相差の変化は少ないと判定し、測定及び伝達関数の算出を行わない。これにより、位相差が位相差閾値以上に変化すると想定される時間が経過したときだけ伝達関数の算出を行うため、伝達関数の精度を維持しつつ、測定及び伝達関数の算出における処理負荷を軽減することができる。

[第４の実施の形態]
第４の実施の形態について説明する。第４の実施の形態において、基地局装置２００は、例えば、前回測定した位相差と今回測定した位相差との変化量（差異）を算出し、変化量が位相変化閾値以下の場合、伝達関数の算出を行わない。

＜キャリブレーション処理＞
図１４は、測定Ｍ３の結果の例を示す図である。図１４における時刻Ｔ１１〜Ｔ１４は、それぞれキャリブレーション契機であり、以下に説明する図１５の時刻Ｔ１１〜Ｔ１４に対応する。

図１５は、測定Ｍ３の実施タイミングの例を示す図である。基地局装置２００は、時刻Ｔ１１において、測定Ｍ３を実施し、伝達関数を算出する。

基地局装置２００は、時刻Ｔ１２において、測定Ｍ３を実施し、変化量を算出する。図１４によれば、時刻Ｔ１１から時刻Ｔ１２における位相差の変化量は、変化量Ｄ１１である。基地局装置２００は、変化量Ｄ１１が位相変化閾値より大きいと判定し、伝達関数の算出を行う。

基地局装置２００は、時刻Ｔ１３において、測定Ｍ３を実施し変化量を算出する。図１４によれば、時刻Ｔ１２から時刻Ｔ１３における位相差の変化量は、変化量Ｄ１２である。基地局装置２００は、変化量Ｄ１２が位相変化閾値以下であると判定し、伝達関数の算出を行わない。

基地局装置２００は、時刻Ｔ１４において、測定Ｍ３を実施し、変化量を算出する。図１４によれば、時刻Ｔ１２（前回伝達関数を算出したタイミング）から時刻Ｔ１４における位相差の変化量は、変化量Ｄ１３である。基地局装置２００は、変化量Ｄ１３が位相変化閾値より大きいと判定し、伝達関数の算出を行う。

第４の実施の形態では、基地局装置２００は、前回伝達関数を算出したときに測定した位相差と、今回測定した位相差との差異（変化量）が所定値以下である場合、伝達関数の算出を行わない。基地局装置２００は、変化量が小さい場合は伝達関数の変化も小さいとみなし、伝達関数の算出回数を減少させ、処理負荷を軽減する。

以上の第１から第４の実施の形態を含む実施形態に関し、更に以下の付記を開示する。

（付記１）
アンテナを複数有し、前記複数のアンテナそれぞれから通信相手装置の方向にデータを送信し、前記通信相手装置と無線通信を行う無線通信装置であって、
前記複数のアンテナそれぞれにおける入力信号と出力信号の位相差を示すアンテナ内伝達関数と、前記複数のアンテナ間の入力信号と出力信号の位相差を示すアンテナ間伝達関数を算出する算出部と、
前記算出したアンテナ内伝達関数及び前記アンテナ間伝達関数に基づき、前記複数のアンテナそれぞれが送受信する信号の位相を補正する補正部とを有し、
前記算出部は、前記アンテナ内伝達関数の算出を第１頻度で実行し、前記アンテナ間伝達関数の算出を前記第１頻度より高い第２頻度で実行する
無線通信装置。

（付記２）
前記算出部は、第１アンテナに入力した第１信号と、前記第１アンテナから出力された前記第１信号との位相差を測定し、前記測定した前記第１アンテナ内の位相差に基づき、前記アンテナ内伝達関数を算出する
付記１記載の無線通信装置。

（付記３）
前記算出部は、第２アンテナに入力した第２信号と、前記第２アンテナ以外の第３アンテナから出力された前記第２信号との位相差を測定し、前記測定した前記第２及び第３アンテナ間の位相差に結果に基づき、前記アンテナ間伝達関数を算出する
付記２記載の無線通信装置。

（付記４）
前記第１信号及び第２信号は、前記算出部が生成する信号であって、前記通信相手装置と送受信しない測定用信号を含む
付記３記載の無線通信装置。

（付記５）
前記第１頻度は、前記通信相手装置と信号を送受信しないタイミングを含み、
前記第２頻度は、前記通信相手装置と信号を送受信しないタイミング、及び前記通信相手装置との通信において信号を送受信するタイミングを含む
付記３記載の無線通信装置。

（付記６）
前記第１信号は、前記測定用信号を含み、
前記第２信号は、前記測定用信号及び、前記通信相手装置との通信において送受信するデータ信号を含む
付記５記載の無線通信装置。

（付記７）
前記データ信号は、前記通信相手装置と送受信するユーザデータを有する信号を含む
付記６記載の無線通信装置。

（付記８）
前記データ信号は、無線区間における信号の減衰量を測定するリファレンス信号を含む
付記６記載の無線通信装置。

（付記９）
さらに、経過時間と前記アンテナ間伝達関数の変化量との対応関係を記憶する記憶部と有し、
前記算出部は、前記対応関係に基づき経過時間閾値を決定し、前記アンテナ間伝達関数の算出タイミングにおいて、前記アンテナ間伝達関数を前回算出したときから前記経過時間閾値が経過していない場合、前記アンテナ間伝達関数を算出しない
付記１記載の無線通信装置。

（付記１０）
前記算出部は、前記変化量が変化量閾値を超えない経過時間うち、最大の経過時間を前記経過時間閾値と決定する
付記９記載の無線通信装置。

（付記１１）
前記算出部は、前記変化量が変化量閾値以上となる経過時間うち、最小の経過時間を前記経過時間閾値と決定する
付記９記載の無線通信装置。

（付記１２）
前記算出部は、前記アンテナ間伝達関数の算出タイミングにおいて、前回アンテナ間伝達関数の算出時に測定した位相差と、今回測定した位相差との差異が、位相変化閾値未満である場合、前記アンテナ間伝達関数を算出しない
付記３記載の無線通信装置。

（付記１３）
アンテナを複数有し、前記複数のアンテナそれぞれから通信相手装置の方向にデータを送信し、前記通信相手装置と無線通信を行う無線通信装置におけるキャリブレーション方法であって、
前記複数のアンテナそれぞれにおける入力信号と出力信号の位相差を示すアンテナ内伝達関数と、前記複数のアンテナ間の入力信号と出力信号の位相差を示すアンテナ間伝達関数を算出し、
前記アンテナ内伝達関数の算出を第１頻度で実行し、前記アンテナ間伝達関数の算出を前記第１頻度より高い第２頻度で実行し、
前記算出したアンテナ内伝達関数及び前記アンテナ間伝達関数に基づき、前記複数のアンテナそれぞれが送受信する信号の位相を補正する
キャリブレーション方法。

１０…無線通信システム １００…端末装置
２００…基地局装置 ２１０…ＣＰＵ
２２０…ストレージ ２２１…無線通信プログラム
２２１１…ＭＩＭＯ通信モジュール ２２２…キャリブレーションプログラム
２２２１…アンテナ内測定モジュール ２２２１１…アンテナ内送信測定サブモジュール
２２２１２…アンテナ内受信測定サブモジュール
２２２２…アンテナ間測定モジュール
２２２２１…マスタアンテナ側受信測定サブモジュール
２２２２２…マスタアンテナ側送信測定サブモジュール
２２３…伝達関数算出プログラム ２３０…メモリ
２４０…ＮＩＣ ２５０…ＲＦ回路
２５１…アンテナ ２５２…発振器
３００…ＭＭＥ ４００…外部ネットワーク

Claims (10)

1. アンテナを複数有し、前記複数のアンテナそれぞれから通信相手装置の方向にデータを送信し、前記通信相手装置と無線通信を行う無線通信装置であって、
   前記複数のアンテナそれぞれにおける入力信号と出力信号の位相差を示すアンテナ内伝達関数と、前記複数のアンテナ間の入力信号と出力信号の位相差を示すアンテナ間伝達関数を算出する算出部と、
   前記算出したアンテナ内伝達関数及び前記アンテナ間伝達関数に基づき、前記複数のアンテナそれぞれが送受信する信号の位相を補正する補正部とを有し、
   前記算出部は、前記アンテナ内伝達関数の算出を第１頻度で実行し、前記アンテナ間伝達関数の算出を前記第１頻度より高い第２頻度で実行する
   無線通信装置。
2. 前記算出部は、第１アンテナに入力した第１信号と、前記第１アンテナから出力された前記第１信号との位相差を測定し、前記測定した前記第１アンテナ内の位相差に基づき、前記アンテナ内伝達関数を算出する
   請求項１記載の無線通信装置。
3. 前記算出部は、第２アンテナに入力した第２信号と、前記第２アンテナ以外の第３アンテナから出力された前記第２信号との位相差を測定し、前記測定した前記第２及び第３アンテナ間の位相差に結果に基づき、前記アンテナ間伝達関数を算出する
   請求項２記載の無線通信装置。
4. 前記第１信号及び第２信号は、前記算出部が生成する信号であって、前記通信相手装置と送受信しない測定用信号を含む
   請求項３記載の無線通信装置。
5. 前記第１頻度は、前記通信相手装置と信号を送受信しないタイミングを含み、
   前記第２頻度は、前記通信相手装置と信号を送受信しないタイミング、及び前記通信相手装置との通信において信号を送受信するタイミングを含む
   請求項３記載の無線通信装置。
6. 前記第１信号は、前記算出部が生成する信号であって、前記通信相手装置と送受信しない測定用信号を含み、
   前記第２信号は、前記測定用信号及び、前記通信相手装置との通信において送受信するデータ信号を含む
   請求項５記載の無線通信装置。
7. さらに、経過時間と前記アンテナ間伝達関数の変化量との対応関係を記憶する記憶部を有し、
   前記算出部は、前記対応関係に基づき経過時間閾値を決定し、前記アンテナ間伝達関数の算出タイミングにおいて、前記アンテナ間伝達関数を前回算出したときから前記経過時間閾値が経過していない場合、前記アンテナ間伝達関数を算出しない
   請求項１記載の無線通信装置。
8. 前記算出部は、前記変化量が変化量閾値を超えない経過時間うち、最大の経過時間を前記経過時間閾値と決定する
   請求項７記載の無線通信装置。
9. 前記算出部は、前記アンテナ間伝達関数の算出タイミングにおいて、前回アンテナ間伝達関数の算出時に測定した位相差と、今回測定した位相差との差異が、位相変化閾値未満である場合、前記アンテナ間伝達関数を算出しない
   請求項３記載の無線通信装置。
10. アンテナを複数有し、前記複数のアンテナそれぞれから通信相手装置の方向にデータを送信し、前記通信相手装置と無線通信を行う無線通信装置におけるキャリブレーション方法であって、
    前記複数のアンテナそれぞれにおける入力信号と出力信号の位相差を示すアンテナ内伝達関数と、前記複数のアンテナ間の入力信号と出力信号の位相差を示すアンテナ間伝達関数を算出し、
    前記アンテナ内伝達関数の算出を第１頻度で実行し、前記アンテナ間伝達関数の算出を前記第１頻度より高い第２頻度で実行し、
    前記算出したアンテナ内伝達関数及び前記アンテナ間伝達関数に基づき、前記複数のアンテナそれぞれが送受信する信号の位相を補正する
    キャリブレーション方法。

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