JP2021106306A - 電子装置及び方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 送信信号や受信信号と干渉すること無くキャリブレーションを実施することができる電子装置及び方法を提供すること。【解決手段】 実施形態によれば、電子装置は、アンテナからの第１周波数帯域の受信信号が入力される受信部と、前記第１周波数帯域とは異なる第２周波数帯域のキャリブレーション信号を前記受信信号とともに前記受信部へ入力させる信号加算部と、を具備する。【選択図】図２

Description

本発明の実施形態は無線通信におけるキャリブレーションに関する。

無線通信においては、回路部品の特性の誤差を補償するキャリブレーションが行われている。例えば、送信部や受信部の増幅器は入力信号を歪みなく増幅することが望まれているが、増幅器の位相・振幅特性の誤差により出力信号が歪むことがある。そこで、送信信号や受信信号の代わりに既知のキャリブレーション信号を送信部や受信部に入力し、送信部や受信部により歪を受けたキャリブレーション信号と歪を受ける前のキャリブレーション信号とに基づいて特性の誤差を測定し、測定した誤差に基づいて信号の位相と振幅を調整することにより歪をキャンセルすること（これをキャリブレーションと称する）が行われている。

キャリブレーションは、単一の回路部品の誤差補償に限らず、複数の回路部品間の特定の相対的な誤差を補償するためにも行われている。例えば複数のアンテナ素子からなるアレイアンテナにおいて送受信するビームに指向性を持たせるビームフォーミング技術においても、複数のアンテナ素子毎の送信部や受信部の間の特性のバラツキが問題である。アレイアンテナにおいても、単一の回路部品の場合と同様に、キャリブレーション信号を用いて送信部間又は受信部間の相対的なバラツキが測定され、バラツキがキャンセルされる。

特開２００４−２０８０５５号公報

Claire Masterson, "Massive MIMO and Beamforming: The Signal Processing Behind the 5G Buzzwords", Analog Dialogue, 51-06, June 2017

従来のキャリブレーションでは、キャリブレーション信号を送信部や受信部に入力するため、キャリブレーション信号が送信信号や受信信号に干渉を与える可能性がある。

本発明の目的は、送信信号や受信信号と干渉すること無くキャリブレーションを実施することができる電子装置及び方法を提供することである。

実施形態によれば、電子装置は、アンテナから出力される第１周波数帯域の受信信号が入力される受信部と、前記第１周波数帯域とは異なる第２周波数帯域のキャリブレーション信号を前記受信信号とともに前記受信部へ入力させる信号加算部と、を具備する。

第１実施形態の電子装置を含む無線通信システムの一例を示す図である。 第１実施形態による電子装置の一例を示すブロック図である。 第１実施形態による電子装置の他の例を示すブロック図である。 第１実施形態におけるキャリブレーション信号の一例を示す図である。 第１実施形態におけるキャリブレーション信号の他の例を示す図である。 第１実施形態におけるキャリブレーション信号の他の例を示す図である。 第１実施形態におけるキャリブレーション信号の他の例を示す図である。 第１実施形態による電子装置のサービスリンクの受信キャリブレーションに関する部分の一例を示すブロック図である。 第１実施形態による電子装置のサービスリンクの送信キャリブレーションに関する部分の詳細なブロック図である。 第１実施形態による電子装置の動作の一例を示すフローチャートである。 第１実施形態による電子装置のサービスリンクの受信系のキャリブレーションに関する部分の他の例を示すブロック図である。 第１実施形態による電子装置のサービスリンクの受信キャリブレーションに関する部分の他の例を示すブロック図である。 第１実施形態による電子装置のサービスリンクの受信キャリブレーションに関する部分の他の例を示すブロック図である。 第１実施形態による電子装置のサービスリンクの受信キャリブレーションに関する部分の他の例を示すブロック図である。 第１実施形態による電子装置のサービスリンクの受信キャリブレーションに関する部分の他の例を示すブロック図である。 第１実施形態による電子装置のサービスリンクの送信キャリブレーションに関する部分の他の例を示すブロック図である。 第１実施形態による電子装置のサービスリンクの送信キャリブレーションに関する部分の他の例を示すブロック図である。 第１実施形態による電子装置のサービスリンクの送信キャリブレーションに関する部分の他の例を示すブロック図である。 第１実施形態による電子装置のサービスリンクの送信ャリブレーションに関する部分の他の例を示すブロック図である。 第１実施形態による電子装置のサービスリンクの送信キャリブレーションに関する部分の他の例を示すブロック図である。 第２実施形態による電子装置の一例を示す回路図である。 第２実施形態による電子装置の他の例を示す回路図である。 第３実施形態による電子装置の一例を示す回路図である。 第３実施形態による電子装置の動作の一例を示すフローチャートである。 第４実施形態による電子装置の一例を示す回路図である。 第５実施形態による電子装置の一例を示す回路図である。 第６実施形態による電子装置の一例を示す回路図である。 第７実施形態による電子装置の一例を示す回路図である。

以下、図面を参照して、実施形態を説明する。以下の説明は、実施形態の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、実施形態の技術的思想は、以下に説明する構成要素の構造、形状、配置、材質等に限定されるものではない。当業者が容易に想到し得る変形は、当然に開示の範囲に含まれる。説明をより明確にするため、図面において、各要素のサイズ、厚み、平面寸法又は形状等を実際の実施態様に対して変更して模式的に表す場合もある。複数の図面において、互いの寸法の関係や比率が異なる要素が含まれることもある。複数の図面において、対応する要素には同じ参照数字を付して重複する説明を省略する場合もある。いくつかの要素に複数の呼称を付す場合があるが、これら呼称の例はあくまで例示であり、これらの要素に他の呼称を付すことを否定するものではない。また、複数の呼称が付されていない要素についても、他の呼称を付すことを否定するものではない。なお、以下の説明において、「接続」は直接接続のみならず、他の要素を介して接続されることも意味する。

［第１実施形態］
図１は、第１実施形態の電子装置を含む無線通信システムの一例を示す。第１実施形態による電子装置の一例は、中継装置１３である。中継装置１３は、ある無線装置から送信された信号を受信し、受信した信号を他の無線装置へ送信する、あるいはその反対に他の無線装置から送信された信号を受信し、受信した信号をある無線装置へ送信する。

無線通信システムは、固定無線装置と携帯可能無線装置を含む。固定無線装置の例は、単数又は複数の、図１の例では２つの基地局装置１４ａ、１４ｂあるいはそれに準ずる無線装置である。２つの基地局装置１４ａ、１４ｂは同一の携帯電話会社の基地局装置であってもよいし、別々の携帯電話会社の基地局装置であってもよい。２つの基地局装置１４ａ、１４ｂが送受信する信号の周波数帯域は同一であってもよいし、異なっていてもよい。さらに、複数の携帯電話会社が同一の基地局装置を共通に使用してもよい。携帯可能無線装置の例は、例えばスマートフォン１８、携帯電話２０等がある。スマートフォン１８等の携帯可能無線装置は基地局装置１４ａ、１４ｂ等の固定無線装置と無線通信することが可能な通信端末であればよい。携帯可能無線装置と固定無線装置が直接に通信することが不可能な場合、携帯可能無線装置と固定無線装置は中継装置１３を介して通信する。

基地局装置１４ａ、１４ｂと中継装置１３はともに恒久的な設備でもよいが、中継装置１３は緊急時対応のための一時的な設備でもよい。基地局装置１４ａ、１４ｂは地上や、ビル、建物の屋上や、鉄塔の上に設置されてもよい。図１では、中継装置１３は気球１２に搭載されるが、搭載場所はこれに限られない。中継装置１３は、例えばビルの屋上に配置されてもよいし、自動車の屋根、飛行機、飛行船又は人工衛星に搭載されてもよい。基地局装置１４ａ、１４ｂが故障した場合、あるいは催しの開催等により特定のエリア内の携帯可能無線装置の数が一時的に増えた場合、中継装置１３を搭載した気球１２（あるいは飛行船や自動車）が故障した基地局装置１４ａ、１４ｂの位置、あるいは特定のエリアに移動される。

基地局装置１４ａ、１４ｂと中継装置１３との無線通信はフィーダーリンクと称され、中継装置１３とスマートフォン１８、携帯電話２０等の携帯可能無線装置との無線通信はサービスリンクと称される。同一の携帯電話会社のフィーダーリンクとサービスリンクの周波数帯域は同じであってもよいし、異なっていてもよい。

中継装置１３は、サービスリンク用のアンテナと無線装置及びフィーダーリンク用のアンテナと無線装置を備える。サービスリンク用の無線装置とフィーダーリンク用の無線装置は、互いに電気的に接続される。フィーダーリンク用のアンテナと無線装置により基地局装置１４ａ、１４ｂから受信した信号は、サービスリンク用の無線装置とアンテナによりスマートフォン１８、携帯電話２０等の携帯可能無線装置へ送信される。サービスリンク用の無線装置とアンテナによりスマートフォン１８、携帯電話２０等の携帯可能無線装置から受信した信号は、フィーダーリンク用のアンテナと無線装置により基地局装置１４ａ、１４ｂへ送信される。

フィーダーリンクの無線方式とサービスリンクの無線方式は同じでもよいし、異なっていてもよい。フィーダーリンクの周波数帯域とサービスリンクの周波数帯域は同じでもよいし、異なっていてもよい。例えば、フィーダーリンクとサービスリンクの電波は、波長が１ミリメートルから３０ミリメートルの波を含んでもよい。なお、波長が１ミリメートルから１０ミリメートルの電波はミリ波、波長が１０ミリメートルから１００ミリメートルの電波はマイクロ波とも称される。

中継装置１３は、携帯可能無線装置のための多数の、図１の例では４つのセル１６ａ、１６ｂ、１６ｃ、１６ｄを形成するためにビームフォーミングを行い、地上に向いた多数のビームパターンを形成する。図１の例では、セルの数は４であるが、セルの数とセルのサイズは、必要となる通信エリアサイズ・通信品質・通信容量等に鑑みて自由に決めることができる。複数のセルは同一の携帯電話会社のセルであってもよいし、別々の携帯電話会社のセルであってもよい。中継装置１３は、基地局装置１４ａ、１４ｂのためのビームフォーミングを行ってもよい。

［中継装置］
図２は中継装置１３の一例を示すブロック図である。中継装置１３は、複数のフィーダーリンク用アンテナ３０、３１、フィーダーリンク用受信機３６ａ、３６ｂ及びフィーダーリンク用送信機１０４ａ、１０４ｂを備える。アンテナ３０、３１は送受信兼用アンテナであるが、送信用アンテナと受信用アンテナを別々に設けてもよい。アンテナ３０、３１は複数のアンテナ素子からなるアレイアンテナである。

中継装置１３は、サービスリンク用アンテナ５８−１、５８−２、…５８−ｎ、サービスリンク用送信機及びサービスリンク用受信機を備える。ｎは２以上の任意の整数である。アンテナ５８−１〜５８−ｎは送受信兼用アンテナであるが、送信用アンテナと受信用アンテナを別々に設けてもよい。サービスリンク用送信機は、ビームフォーミング部３８、送信部５２−１、５２−２、…５２−ｎ、受信部６８及び特性推定部７０からなる。サービスリンク用受信機は、キャリブレーション信号生成部７２、キャリブレーション信号送信部７４、受信部８２−１、８２−２、…８２−ｎ、キャンセル部８４−１、８４−２、…８４−ｎ、ビームフォーミング部８８及び特性推定部７６からなる。

アンテナ３０はデュプレクサ（ＤＵＰ）３２を介して受信機３６ａと送信機１０４ａに接続される。アンテナ３１はデュプレクサ３３を介して受信機３６ｂと送信機１０４ｂに接続される。

図２では、アンテナ３０、３１から放射されるビームはそれぞれセルを形成するとする。２つのセルは異なる携帯電話会社用のセルであってもよいし、同じ携帯電話会社の異なるセルであってもよい。第１のセル用の受信機３６ａの出力信号は複数の乗算器４４−１、４４−２、…４４−ｎにおいて送信ウェイト回路４２により設定された送信ウェイト（移相量と増幅率を含む）と乗算され、位相と振幅が調整され、アンテナ５８−１〜５８−ｎから放射されるビームがセル１６ａ〜１６ｄのいずれかに対応するように指向性が与えられる。第２のセル用の受信機３６ｂの出力信号は複数の乗算器４６−１、４６−２、…４６−ｎにおいて送信ウェイト回路４２により設定された送信ウェイトと乗算され、位相と振幅が調整され、ビームがセル１６ａ〜１６ｄのいずれかに対応するように指向性が与えられる。図２の各部分の周波数（無線周波数（ＲＦ）、中間周波数（ＩＦ）、ベースバンド周波数（ＢＢ））は図８、図９等を参照して後述する。

乗算器４４−１、４４−２、…４４−ｎの出力信号と乗算器４６−１、４６−２、…４６−ｎの出力信号が加算器４８−１、４８−２、…４８−ｎで加算される。乗算器４４−１〜４４−ｎ、４６−１〜４４−ｎ、加算器４８−１〜４８−ｎ及び送信ウェイト回路４２はビームフォーミング部３８を構成する。加算器４８−１〜４８−ｎの出力信号が特性推定部７０に入力されるとともに、送信部５２−１、５２−２、…５２−ｎにそれぞれ入力される。送信部５２−１、５２−２、…５２−ｎは、ビームフォーミング部３８の出力を送信処理し、ＲＦ帯域の送信信号を生成する。

送信部５２−１、５２−２、…５２−ｎの出力信号はデュプレクサ５４−１、５４−２、…５４−ｎ及びカプラ（ＣＰＬ）５６−１、５６−２、…５６−ｎをそれぞれ介してアンテナ５８−１、５８−２、…５８−ｎに供給され、アンテナ５８−１〜５８−ｎから放射されるとともに、デュプレクサ５４−１、５４−２、…５４−ｎ及びカプラ５６−１、５６−２、…５６−ｎをそれぞれ介して、さらにアンテナスイッチ（ＳＷ（ａｎｔ））６２及び送受信スイッチ（ＳＷ（Ｔｘ／Ｒｘ））６４を介して受信部６８に入力される。アンテナスイッチ６２は、カプラ５６−１、５６−２、…５６−ｎからの信号のいずれかを選択する。

アンテナ５８−１、５８−２、…５８−ｎの受信信号はカプラ５６−１、５６−２、…５６−ｎ及びデュプレクサ５４−１、５４−２、…５４−ｎをそれぞれ介して受信部８２−１、８２−２、…８２−ｎに入力される。

受信部６８は、ＲＦ帯域の入力信号を受信処理し、入力信号をＲＦ帯域より低い帯域の信号に変換して出力する。受信部６８の出力信号は特性推定部７０に入力される。特性推定部７０は送信部５２−１〜５２−ｎの入力信号の位相・振幅と、該入力信号が送信部５２−１〜５２−ｎ及び受信部６８を介して送信処理、受信処理を受けた後の信号の位相・振幅と、を比較することにより、送信部５２−１〜５２−ｎと受信部６８の位相・振幅特性の合成特性のバラツキを推定する。受信部６８の位相・振幅特性は全ての送信部５２−１〜５２−ｎの位相・振幅特性に影響するので、特性推定部７０は、送信部５２−１〜５２−ｎの間の位相・振幅特性のバラツキを推定する。このように特性推定部７０は、キャリブレーション信号を用いずに、送信信号のみを用いて、送信部５２−１〜５２−ｎの位相・振幅特性のバラツキを推定するので、キャリブレーション信号の干渉を受けることなく、バラツキを推定できる。推定結果は送信ウェイト回路４２に供給される。

ある瞬間の推定結果だけに基づいてもバラツキを推定できるが、複数の推定結果を総合的に用いることにより、推定精度が向上させることができる。例えば一定期間毎に推定値を求め、複数の推定値を平均してもよい。ただし、ある瞬間の推定値と比べて、それよりも過去の推定値の方が、その瞬間の真のバラツキに対する推定精度は低いと考えられる。そのため、より過去に推定した推定値に小さい重みを、より現在に近い時に推定した推定値に大きい重みをつけて複数の推定結果を重みづけ平均してもよい。

また、送信信号に基づく推定では、送信信号の電力が小さい時はノイズの影響が大きく、推定値の精度が低下する可能性がある。そのため、送信信号の電力が小さい時の推定値には小さい重みを、送信信号の電力が大きい時の推定値には大きい重みをつけて重みづけ平均化した方が推定精度がよくなる傾向がある。このため、特性推定部７０は、一定期間毎の所定数の推定結果に送信電力に応じた重みづけしたものを用いて推定する。重みの他の例としては、送信電力が基準値以上の場合には第１の重みを、基準値未満の場合には第１の重みよりも値が小さい第２の重みを使うようにしてもよい。また、これらの重みを設定するにあたり、現在からの時間も併せて考慮してもよい。すなわち、現在の推定値の重みに最も大きい係数を掛けて、過去の推定値については、古いほど小さくなる係数を掛けてもよい。

推定の別の例として、ＩＩＲフィルタを用いる例もある。例えば、一定期間毎に推定値を求め、ｋ番目の期間で推定した推定値Ｅ＿ｋから、ＩＩＲフィルタによる処理で算出した処理後の推定値Ｅ＿ｉｉｒ＿ｋは次式であらわされる。

Ｅ＿ｉｉｒ＿ｋ
＝（１−α）×Ｅ＿ｉｉｒ＿ｋ ＋ α×Ｅ＿ｋ 式（１）
αは新たに推定された推定値に乗じられる重みである。送信電力が基準値以上の場合、αは第１の値とし、基準値未満の場合には第１の値よりも小さい第２の値を設定するようにしてもよい。また、例えばαは、送信電力を、想定される想定電力の最大値よりも大きな値に設定したα算出用基準電力で除算した値としてもよい。このようにすると、送信電力が大きいほどαは大きい値となり、送信電力が基準値未満の場合には、αはより小さくなる。

また、重みを小さくする条件として、送信信号の周波数帯域の下側半分と上側半分とで送信電力の差がある一定以上になった場合を用いてもよい。これにより、周波数帯域毎の送信電力のばらつきが大きくなった場合には、全体の送信電力が十分にあった場合でも、推定精度が低下する場合があることによる推定精度低下を避けることができるという効果が得られる。

さらに、送信電力が基準値未満の状態を一定時間以上継続した後、送信電力が基準値以上になった場合、送信電力が基準値未満の状態での推定値を一旦破棄してもよい。これは、精度の低い推定が一定期間以上実行された場合、それらの値に重みをつけて平均化するよりも、あらたに精度の高い推定で推定した値だけを用いた方が推定精度が高くなる場合があるからである。

このような特性推定部７０の推定結果に基づいて、送信ウェイト回路４２は、送信部５２−１〜５２−ｎの出力信号の位相・振幅のバラツキを予め補償するように乗算器４４−１〜４４−ｎの送信ウェイトを設定する。例えば、ある送信部５２の位相が＋Ａ度ずれている場合は、その送信部に入力される信号の位相を−Ａ度回転させるようなウェイトを設定し、振幅がＢ倍ずれている場合は、その送信部に入力される信号の振幅を（１／Ｂ）倍させるようなウェイトを設定する。これにより、全ての送信部５２−１〜５２−ｎの位相・振幅特性を所望の特性に揃える送信キャリブレーションが実施される。特性推定部７０とビームフォーミング部３８は送信キャリブレーション部を構成する。

キャリブレーション信号生成部７２は、受信信号の周波数帯域とは異なる周波数帯域のキャリブレーション信号を生成する。キャリブレーション信号が特性推定部７６とキャリブレーション信号送信部７４に入力される。キャリブレーション信号送信部７４は、キャリブレーション信号を送信処理し、入力信号をＲＦ帯域のキャリブレーション信号に変換して出力する。キャリブレーション信号送信部７４の出力信号は送受信スイッチ６４、アンテナスイッチ６２を介してカプラ５６−１〜５６−ｎにおいてアンテナ５８−１〜５８−ｎの受信信号に加えられる。

受信部８２−１、８２−２、…８２−ｎの出力信号が特性推定部７６に入力されるとともに、キャンセル部８４−１、８４−２、…８４−ｎにそれぞれ入力される。

特性推定部７６はキャリブレーション信号生成部７２が出力するキャリブレーション信号の位相・振幅と、該キャリブレーション信号がキャリブレーション信号送信部７４、受信部８２−１〜８２−ｎを介して送信処理、受信処理を受けた後の信号の位相・振幅とを比較することにより、受信部８２−１〜８２−ｎとキャリブレーション信号送信部７４の位相・振幅特性の合成特性のバラツキを推定する。キャリブレーション信号送信７４の位相・振幅特性は全ての受信部８２−１〜８２−ｎの位相・振幅特性に影響するので、特性推定部７６は、受信部８２−１〜８２−ｎの間の位相・振幅特性のバラツキを推定する。なお、アンテナ５８−１〜５８−ｎからの受信信号がキャリブレーション信号に混信することがあるが、両信号は周波数帯域が異なっているので、フィルタを用いて受信部８２−１〜８２−ｎの出力からキャリブレーション信号のみを抽出してから推定すると、推定精度をさらに向上することができる。

このように、特性推定部７６は、受信信号の周波数帯域と異なる周波数帯域のキャリブレーション信号を用いて、受信部８２−１〜８２−ｎの位相・振幅特性のバラツキを推定するので、受信中においてもキャリブレーション信号の干渉を受けることなく、推定できる。一般的な無線装置は、送受信タイミングを制御できるので、送受信動作が行われていない期間にキャリブレーション信号を送受信信号に混入させてキャリブレーションを実施できるが、他の無線装置からの信号を中継する中継装置は、送受信タイミングを制御できず、送受信動作が行われていない期間を特定することができず、キャリブレーション信号と送受信信号が混信する可能性がある。しかし、実施形態によれば、受信信号の周波数帯域と異なる周波数帯域のキャリブレーション信号を受信信号に混入させているので、他の無線装置からの信号を中継する中継装置でも混信なくバラツキが推定される。推定結果は受信ウェイト回路９８及びキャンセル部８４−１〜８４−ｎに供給される。

キャンセル部８４−１〜８４−ｎにはキャリブレーション信号生成部７２の出力と特性推定部７６の出力信号も供給される。キャンセル部８４−１〜８４−ｎは受信部８２−１〜８２−ｎの出力からキャリブレーション信号をキャンセルし、アンテナ５８−１〜５８−ｎの受信信号のみをビームフォーミング部８８の分配器９２−１、９２−２、…９２−ｎに入力され、分配器９２−１〜９２−ｎで二分される。ここで二分されるとは、入力された信号と同じ信号が２つ生成されることを表している。キャンセル部８４−１〜８４−ｎは、フィルタを用いてキャリブレーション信号の周波数帯域をキャンセルしてもよい。フィルタは、デジタルフィルタでもよいし、アナログフィルタでもよい。

分配器９２−１、９２−２、…９２−ｎの第１の出力信号は乗算器９４−１、９４−２、…９４−ｎにおいて受信ウェイト回路９８により設定された受信ウェイト（移相量と増幅率を含む）と乗算され、位相と振幅が調整され、アンテナ５８−１〜５８−ｎに入射するビームがセル１６ａ〜１６ｄのいずれかに対応するように指向性が与えられる。分配器９２−１、９２−２、…９２−ｎの第２の出力信号は乗算器９６−１、９４−６、…９６−ｎにおいて受信ウェイト回路９８により設定された受信ウェイトと乗算され、位相と振幅が調整され、アンテナ５８−１〜５８−ｎに入射するビームがセル１６ａ〜１６ｄのいずれかに対応するよう指向性が与えられる。

乗算器９４−１〜９４−ｎの出力信号が加算器１０２ａで加算される。乗算器９６−１〜９６−ｎの出力信号が加算器１０２ｂで加算される。分配器９２−１〜９２−ｎ、乗算器９４−１〜９４−ｎ、９６−１〜９６−ｎ、加算器１０２ａ、１０２ｂ及び受信ウェイト回路９８はビームフォーミング部８８を構成する。特性推定部７６、ビームフォーミング部８８及びキャンセル部８４−１〜８４−ｎは受信キャリブレーション部を構成する。

加算器１０２ａ、１０２ｂの出力信号が第１のセル用の送信機１０４ａと第２のセル用の送信機１０４ｂにそれぞれ供給される。

図３は中継装置１３の他の例を示す回路図である。図２では、第１のセル用のアンテナ３０、受信機３６ａ、送信機１０４ａと、第２のセル用のアンテナ３１、受信機３６ｂ、送信機１０４ｂが別々に設けられているが、図３では、１つのアンテナ３０、受信機３６、送信機１０４が第１のセル用と第２のセル用に共通とされている。そのため、受信機３６の出力が合成部３７を介して、図２の受信機３６ａの出力、受信機３６ｂの出力としてビームフォーミング部３８に入力される。ビームフォーミング部８８の第１の出力と第２の出力が分離部１０３を介して送信機１０４に入力される。

［キャリブレーション信号の周波数帯域］
図４〜図７は、カプラ５６−ｉ（ｉ＝１〜ｎの正整数）でキャリブレーション信号が受信信号に加算される際のキャリブレーション信号と受信信号の周波数帯域の例を示す。

図４は、キャリブレーション信号の周波数帯域は受信信号の周波数帯域より低く設定されている例を示す。２つの信号の電力は等しくてもよいし、異なっていてもよい。キャリブレーション信号はＣＷ（Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ Ｗａｖｅ）信号やその一部の信号であってもよい。すなわち、キャリブレーション信号は、周波数が異なる複数のＣＷ信号の和あるいは和の一部の信号であってもよい。ＲＦ帯のキャリブレーション信号の周波数帯域は、受信部８２−ｉで受信処理可能な周波数帯域であることが望ましい。

図５は、キャリブレーション信号が複数、例えば２つの周波数帯域を持つ例を示す。一般に、位相や振幅のずれは周波数毎に少しずつ異なる特性を持つ。そのため、特定の周波数帯域だけにキャリブレーション信号を纏めて配置すると、その周波数帯域以外のキャリブレーション精度が劣化してしまう。これを回避するために、複数の周波数帯域を持つキャリブレーション信号を用いる場合、キャリブレーション信号の周波数帯域は広く分散していることが望ましい。例えば図５に示すように、キャリブレーション信号の最も低い周波数帯域の最高周波数は受信信号の周波数帯域の最低周波数より低く、キャリブレーション信号の最も高い周波数帯域の最低周波数は受信信号の周波数大気の最高周波数より高くなるように設定してもよい。

また、キャリブレーション信号を用いた特性推定を行うにあたり、キャリブレーション信号の周波数方向の重心が受信信号の重心と大きく異なっていると、その差によって推定精度が劣化する場合がある。ここでいう重心とは、周波数毎の電力値に比例した重みを用いた重みづけ平均をとった際の周波数値を表している。図５の例では、キャリブレーション信号の周波数方向の重心が、受信信号の周波数帯域に含まれるので、推定精度が劣化することがない。さらに、図５の例では、受信信号以外の信号、例えばスマートフォン１８や携帯電話２０以外の他の無線装置からの信号が一方の周波数帯域のキャリブレーション信号に干渉したとしても、干渉されていない他方の周波数帯域のキャリブレーション信号に基づいてキャリブレーションを実施することができる。

図６は、図５の変形例である。図６は、キャリブレーション信号が複数の周波数帯域を持つ場合、受信信号の周波数帯域より高い周波数帯域のキャリブレーション信号の電力が受信信号の周波数帯域より低い周波数帯域のキャリブレーション信号の電力より小さい例を示す。なお、図６の反対に、受信信号の周波数帯域より高い周波数帯域のキャリブレーション信号の電力が受信信号の周波数帯域より低い周波数帯域のキャリブレーション信号の電力より大きくてもよい。

図７は、受信信号の周波数帯域が複数の周波数帯域に分かれている場合の例を示す。受信信号の隣接する２つの周波数帯域の間にキャリブレーション信号を配置してもよい。このようにすると、キャリブレーション信号の周波数帯域をより分散させることができるため、無線信号以外の干渉が生じても、キャリブレーション推定の精度を高くできる。

［サービスリンクの受信キャリブレーション］
図８は、図２のサービスリンクの受信キャリブレーションに関する部分の詳細なブロック図である。キャリブレーション信号生成部７２はベースバンド周波数（ＢＢ）帯域のキャリブレーション信号Ｃ_ＢＢ（ｔ）を生成する。キャリブレーション信号送信部７４は、ＢＢ帯域のキャリブレーション信号Ｃ_ＢＢ（ｔ）をアップコンバートし、第１の無線周波数（ＲＦ１）帯域のキャリブレーション信号Ｃ_ＲＦ１（ｔ）を生成する。

キャリブレーション信号Ｃ_ＲＦ１（ｔ）は、送受信スイッチ６４、アンテナスイッチ６２を介してカプラ５６−ｉにおいて、サービスリンク用のアンテナ５８−ｉから出力されたＲＦ１帯域の受信信号Ｓｉ_ＲＦ１（ｔ）に加算される。キャリブレーション信号Ｃ_ＢＢ（ｔ）の周波数帯域は、カプラ５６−ｉにおいて受信信号Ｓｉ_ＲＦ１（ｔ）にキャリブレーション信号Ｃ_ＲＦ１（ｔ）が加算される際に、両信号の周波数帯域が異なるように設定されている。

カプラ５６−ｉによる加算結果の合成信号Ｓｉ_ＲＦ１（ｔ）＋Ｃ_ＲＦ１（ｔ）が受信部８２−ｉに供給される。受信部８２−ｉは、合成信号Ｓｉ_ＲＦ１（ｔ）＋Ｃ_ＲＦ１（ｔ）を増幅し、ダウンコンバートし、フィルタし、中間周波数（ＩＦ）帯域の合成信号ＡＲｉ｛Ｓｉ_ＩＦ（ｔ）＋Ｃ_ＩＦ（ｔ）｝を出力する。ＩＦ帯域はＲＦ１帯域より低く、ＢＢ帯域より高い。受信部８２−ｉは、アンプ３０２、ダウンコンバータ３０４、フィルタ３０６等を備える。ＡＲｉは受信部８２−ｉの位相・振幅特性であり、ＡＲｉ＝ＡＲｉ_ｒｅａｌ＋ｊ・ＡＲｉ_ｉｍａｇである。

Ａ／Ｄ変換器３０８は、受信部８２−ｉの出力をデジタル信号に変換する。デジタル周波数変換器３１２は、Ａ／Ｄ変換器３０８の出力デジタル信号をＢＢ帯域の信号にダウンコンバートする。デジタル周波数変換器３１２の出力ＡＲｉ｛Ｓｉ_ＢＢ（ｔ）＋Ｃ_ＢＢ（ｔ）｝とＢＢ帯域のキャリブレーション信号Ｃ_ＢＢ（ｔ）がキャリブレーション部３１４に入力される。

キャリブレーション部３１４は、次のようにして、受信部８２−ｉの位相・振幅特性ＡＲｉのバラツキを推定し、推定結果に応じてビームフォーミング部８８の受信ウェイトを調整し、位相、振幅のバラツキが無い受信信号Ｓｉ_ＢＢ（ｔ）を出力する。

先ず、特性推定部７６は受信信号ＡＲｉ｛Ｓｉ_ＢＢ（ｔ）＋Ｃ_ＢＢ（ｔ）｝に対してＣ_ＢＢ（ｔ）^＊／｜Ｃ_ＢＢ（ｔ）^２｜を乗算する。

ＡＲｉ｛Ｓｉ_ＢＢ（ｔ）＋Ｃ_ＢＢ（ｔ）｝
×｛Ｃ_ＢＢ（ｔ）^＊／｜Ｃ_ＢＢ（ｔ）^２｜｝
＝｛ＡＲｉ・Ｓｉ_ＢＢ（ｔ）・Ｃ_ＢＢ（ｔ）^＊／｜Ｃ_ＢＢ（ｔ）^２｜｝
＋ＡＲｉ 式（２）
式（２）の右辺の第１項は受信信号を含んでいるので、時間が経過するにつれて平均値が０になり、右辺はＡＲｉになる。このため、特性推定部７６は、受信部８２−ｉの位相・振幅特性ＡＲｉのバラツキを推定することができる。受信信号とキャリブレーション信号の周波数帯域が異なっているので、特性推定部７６は受信信号を減衰させるフィルタ処理を行うと、式（１）の右辺の第１項は平均化することなく０とすることができる。

次に、キャンセル部８４−ｉはＡＲｉ｛Ｓｉ_ＢＢ（ｔ）＋Ｃ_ＢＢ（ｔ）｝からキャリブレーション信号成分ＡＲｉ・Ｃ_ＢＢ（ｔ）をキャンセルし、受信信号ＡＲｉ・Ｓｉ_ＢＢ（ｔ）をビームフォーミング部８８に供給する。

そして、ビームフォーミング部８８は受信信号ＡＲｉ・Ｓｉ_ＢＢ（ｔ）に対してＡＲｉ^＊／｜ＡＲｉ｜^２を乗算する。

ＡＲｉ・Ｓｉ_ＢＢ（ｔ）・ＡＲｉ^＊／｜ＡＲｉ｜^２
＝Ｓｉ_ＢＢ（ｔ） 式（３）
式（３）に示すように、ビームフォーミング部８８は、受信部８２−ｉの位相・周波数特性ＡＲｉのバラツキの影響を受けない受信信号Ｓｉ_ＢＢ（ｔ）を求めることができる。

デジタル周波数変換器３１６は、キャリブレーション部３１４の出力Ｓｉ_ＢＢ（ｔ）を第２の無線周波数（ＲＦ２）帯域の信号Ｓｉ_ＲＦ２（ｔ）にアップコンバートする。ＲＦ１とＲＦ２の周波数帯域は同じでもよい。

Ｄ／Ａ変換器３１８は、デジタル周波数変換器３１６の出力Ｓｉ_ＲＦ２（ｔ）をアナログ信号に変換する。アナログ信号は、フィーダーリンク用の送信機１０４ａ又は１０４ｂに供給される。送信機１０４ａ又は１０４ｂは、入力信号をアップコンバートせずに、増幅し、フィルタして出力する。送信機１０４ａ又は１０４ｂの出力信号はフィーダーリンク用のアンテナ３０ａ又は３０ｂに供給される。これにより、中継装置は、サービスリンクのアンテナ５８−ｉで受信した信号をフィーダーリンクのアンテナ３０ａ又は３０ｂから送信する。

なお、フィーダーリンクもビームフォーミングを用いる場合は、フィーダーリンク用の受信機３６ａ、３６ｂも図８と同様に構成される。

［サービスリンクの送信キャリブレーション］
図９は、図２のサービスリンクの送信キャリブレーションに関する部分の詳細なブロック図である。フィーダーリンク用のアンテナ３０ａ又は３０ｂから出力されたＲＦ２帯域の受信信号が受信機３６ａ又は３６ｂに入力される。受信機３６ａ又は３６ｂは信号をダウンコンバートせずに、増幅し、フィルタして出力する。Ａ／Ｄ変換器４０４は、受信機３６ａ又は３６ｂの出力信号Ｓｉ_ＲＦ２（ｔ）をデジタル信号に変換する。デジタル周波数変換器４０６は、Ａ／Ｄ変換器４０４の出力デジタル信号をＢＢ帯域の信号Ｓｉ_ＢＢ（ｔ）にダウンコンバートする。デジタル周波数変換器４０６の出力Ｓｉ_ＢＢ（ｔ）と受信部６８の出力であるＡＴｉ×Ｓｉ_ＢＢ（ｔ）がキャリブレーション部４０８に入力される。ＡＴｉは送信部５２−ｉの位相・振幅特性であり、ＡＴｉ＝ＡＴｉ_ｒｅａｌ＋ｊ・ＡＴｉ_ｉｍａｇである。

キャリブレーション部４０８は、次のようにして、送信部５２−ｉの位相・振幅特性ＡＴｉのバラツキを推定し、推定結果に応じてビームフォーミング部３８の送信ウェイトを調整し、位相・振幅のバラツキが無い送信信号Ｓｉ_ＢＢ（ｔ）を出力する。

先ず、特性推定部７０は送信信号ＡＴ×Ｓｉ_ＢＢ（ｔ）に対してＳｉ_ＢＢ（ｔ）^＊／｜Ｓｉ_ＢＢ（ｔ）^２｜を乗算する。

ＡＴｉ×Ｓｉ_ＢＢ（ｔ）×Ｓｉ_ＢＢ（ｔ）^＊／｜Ｓｉ_ＢＢ（ｔ）^２｜
＝ＡＴｉ 式（４）
特性推定部７０は式（４）に示すように送信部５２−ｉの位相・振幅特性ＡＴを推定することができる。

次に、ビームフォーミング部３８は送信信号ＡＴｉ×Ｓｉ_ＢＢ（ｔ）に対してＡＴｉ^＊／｜ＡＴｉ｜^２を乗算する。

ＡＴｉ×Ｓｉ_ＢＢ（ｔ）×ＡＴｉ^＊／｜ＡＴｉ｜^２＝Ｓｉ_ＢＢ（ｔ） 式（５）
式（５）に示すように、送信部５２−ｉの特性の影響を受けない送信信号Ｓｉ_ＢＢ（ｔ）と同等の信号が得られる。

デジタル周波数変換器４１２は、キャリブレーション部４０８の出力Ｓｉ_ＢＢ（ｔ）をＩＦ帯域の送信信号Ｓｉ_ＩＦ（ｔ）にアップコンバートする。Ｄ／Ａ変換器４１４は、デジタル周波数変換器４１２−ｉの出力信号をデジタル信号に変換する。アナログ信号は送信部５２−ｉに供給される。

送信部５２−ｉは、送信信号Ｓ_ＩＦ（ｔ）を増幅し、アップコンバートし、フィルタし、ＲＦ１帯域の送信信号ＡＴｉ×Ｓ_Ｆ１（ｔ）を出力する。送信部５２−ｉは、アンプ４１６、アップコンバータ４１８、フィルタ４２２等を備える。送信部５２−ｉの出力信号はデュプレクサ５４−ｉ、カプラ５６−ｉ、アンテナスイッチ６２、送受信スイッチ６４、受信部６８を介してキャリブレーション部４０８に供給される。

さらに、送信部５２−ｉの出力信号は送信アンテナ５８−ｉに供給される。これにより、中継装置は、フィーダーリンクのアンテナ３０ａ又は３０ｂで受信した信号をサービスリンクのアンテナ５８−ｉから送信する。

なお、フィーダーリンクもビームフォーミングを用いる場合は、フィーダーリンク用の送信機１０４ａ、１０４ｂも図９と同様に構成される。

［キャリブレーション例］
図８、図９の動作を含む中継装置１３のキャリブレーション動作の一例を図１０に示すフローチャートを参照して説明する。中継装置１３は、図１０に示す処理を一定間隔で繰り返し実施してもよいし、連続的に繰り返してもよい。

ステップＳ１２で、キャリブレーション信号生成部７２は、キャリブレーション信号Ｃ_ＢＢ（ｔ）を生成する。

ステップＳ１４で、送受信スイッチ６４は受信側に切り替えられ、キャリブレーション信号送信部７４の出力Ｃ_ＲＦ１（ｔ）が送受信スイッチ６４、アンテナスイッチ６２を介して、カプラ５６−ｉにおいて受信信号Ｓｉ_ＲＦ１（ｔ）に加えられる
ステップＳ１６で、特性推定部７６は、デジタル周波数変換器３１２でＢＢ帯域の信号に変換された受信部８２−ｉの出力ＡＲｉ｛Ｓｉ_ＢＢ（ｔ）＋Ｃ_ＢＢ（ｔ）｝とキャリブレーション信号Ｃ_ＢＢ（ｔ）に基づいて、受信部８２−ｉの振幅・位相特性ＡＲｉのバラツキを推定し、推定結果を受信ウェイト回路９８に供給する。

ステップＳ１８で、受信ウェイト回路９８は、受信ウェイトを推定結果に基づいて補正する。これにより、ビームフォーミング部８８は、受信部８２−ｉの振幅・位相特性ＡＲｉのバラツキを補償した受信信号Ｓｉ_ＢＢ（ｔ）を出力する。

ステップＳ２２で、キャリブレーション信号生成部７２は、キャリブレーション信号Ｃ_ＢＢ（ｔ）の生成を停止する。

ステップＳ２４で、送受信スイッチ６４は送信側に切り替えられ、送信部５２−ｉの出力ＡＴｉ×Ｓｉ_ＲＦ１（ｔ）がデュプレクサ５４−ｉ、カプラ５６−ｉ、アンテナスイッチ６２、送受信スイッチ６４を介して受信部６８に入力される。

ステップＳ２６で、特性推定部７０は、受信部６８の出力ＡＴｉ×Ｓｉ_ＢＢ（ｔ）とビームフォーミング部３８の出力信号Ｓｉ_ＢＢ（ｔ）に基づいて、送信部５２−ｉの振幅・位相特性ＡＴｉのバラツキを推定し、推定結果を送信ウェイト回路４２に供給する。

ステップＳ２８で、送信ウェイト回路４２は、送信ウェイトを推定結果に基づいて補正する。これにより、ビームフォーミング部３８は、送信部５２−ｉの振幅・位相特性ＡＴｉのバラツキを補償した送信信号Ｓｉ_ＢＢ（ｔ）を出力する。

なお、図１０では、受信キャリブレーションの実施の後、送信キャリブレーションを実施する例を示したが、実施の順番はこの逆でもよいし、両方のキャリブレーションを同時に実施してもよい。

以上説明したように、第１実施形態によれば、受信信号とは異なる周波数帯域のキャリブレーション信号を受信信号に混入させ、キャリブレーション信号が混入された受信信号の位相・振幅とキャリブレーション信号の位相・振幅とを比較することにより、受信部の位相・周波数特定のバラツキを推定する。このため、受信信号とキャリブレーション信号が混信することなく、信号の受信中でもキャリブレーションを実施することができる。また、複数の推定値に送信信号の電力に応じた重み付けをして送信部の位相・周波数特定のバラツキを推定する。このため、送信電力が小さい時でも、推定精度が低下することがない。

［第１実施形態の変形例］
サービスリンクの受信キャリブレーションに関する図８では、サービスリンクの受信部８２−ｉは、ＲＦ１帯域の信号を増幅し、一旦ＩＦ帯域の信号にダウンコンバートし、フィルタし、その後、デジタル周波数変換器３１２は、ＩＦ帯域のデジタル信号をＢＢ帯域のデジタル信号にダウンコンバートする。デジタル周波数変換器３１６は、キャリブレーション後のＢＢ帯域のデジタル信号をＲＦ２帯域のデジタル信号にアップコンバートする。フィーダーリンクの送信機１０４ａ又は１０４ｂは入力信号をアップコンバートせずに、増幅し、フィルタする。しかし、各信号の帯域の例はこれに限らず、種々変形可能である。

図１１の例では、受信部８２−ｉは、カプラ５６−ｉから出力されたＲＦ１帯域の信号を増幅し、ＢＢ帯域の信号にダウンコンバートし、フィルタする。送信機１０４ａ又は１０４ｂは、Ｄ／Ａ変換器３１８から出力されたＢＢ帯域の信号を増幅し、ＲＦ２帯域の信号にアップコンバートし、フィルタする。

図１２の例では、受信部８２−ｉは、カプラ５６−ｉから出力されたＲＦ１帯域の受信信号を増幅し、ＩＦ帯域の受信信号にダウンコンバートし、フィルタする。キャリブレーション信号送信部７４は、ＢＢ帯域のキャリブレーション信号を増幅し、ＲＦ１帯域のキャリブレーション信号とＩＦ帯域のキャリブレーション信号の二種類の信号にアップコンバートし、フィルタする。キャリブレーション信号送信部７４から出力されたＩＦ帯域のキャリブレーション信号は、キャリブレーション部３１４に供給される。キャリブレーション部３１４は、ＩＦ帯域の信号を処理し、ＩＦ帯域の信号を出力する。送信機１０４ａ又は１０４ｂは、Ｄ／Ａ変換器３１８から出力されたＩＦ帯域の信号を増幅し、ＲＦ２帯域の信号にアップコンバートし、フィルタする。

図１３の例では、受信部８２−ｉは、カプラ５６−ｉから出力されたＲＦ１帯域の受信信号をダウンコンバートせずに、増幅し、フィルタして出力する。デジタル周波数変換器３１２は、Ａ／Ｄ変換器３０８から出力されたＲＦ１帯域のデジタル信号をＢＢ帯域のデジタル信号にダウンコンバートする。デジタル周波数変換器３１６は、キャリブレーション部３１４から出力されたＢＢ帯域のデジタル信号をＲＦ２帯域のデジタル信号にアップコンバートする。送信機１０４ａ又は１０４ｂはＤ／Ａ変換器３１８から出力されたＲＦ２帯域の信号をアップコンバートせずに、増幅、フィルタして出力する。

図１４の例では、受信部８２−ｉは、カプラ５６−ｉから出力されたＲＦ１帯域の受信信号をダウンコンバートせずに、増幅、フィルタして出力する。デジタル周波数変換器３１２は、Ａ／Ｄ変換器３０８から出力されたＲＦ１帯域のデジタル信号をＩＦ帯域のデジタル信号にダウンコンバートする。キャリブレーション信号送信部７４は、ＢＢ帯域のキャリブレーション信号を増幅し、ＲＦ１帯域のキャリブレーション信号とＩＦ帯域のキャリブレーション信号の二種類の信号にアップコンバートし、フィルタする。キャリブレーション信号送信部７４から出力されたＩＦ帯域のキャリブレーション信号は、キャリブレーション部３１４に供給される。キャリブレーション部３１４は、ＩＦ帯域の信号を処理し、ＩＦ帯域の信号を出力する。デジタル周波数変換器３１６は、キャリブレーション部３１４から出力されたＩＦ帯域のデジタル信号をＲＦ２帯域のデジタル信号にアップコンバートする。送信機１０４ａ又は１０４ｂは、Ｄ／Ａ変換器３１８から出力されたＲＦ２帯域の信号をアップコンバートせずに、増幅し、フィルタして出力する。

図１５の例では、受信部８２−ｉは、カプラ５６−ｉから出力されたＲＦ１帯域の受信信号を増幅し、ＩＦ１帯域の信号にダウンコンバートし、フィルタする。デジタル周波数変換器３１２は、Ａ／Ｄ変換器３０８から出力されたＩＦ１帯域のデジタル信号をＢＢ帯域の信号にダウンコンバートする。デジタル周波数変換器３１６は、キャリブレーション部３１４から出力されたＢＢ帯域のデジタル信号をＩＦ２帯域のデジタル信号にアップコンバートする。送信機１０４ａ又は１０４ｂはＤ／Ａ変換器３１８から出力されたＩＦ２帯域の信号を増幅し、ＲＦ２帯域の信号にアップコンバートし、フィルタして、出力する。

サービスリンクの送信キャリブレーションに関する図９では、フィーダーリンクの受信機３６ａ又は３６ｂは、ＲＦ２帯域の信号をダウンコンバートせずに、増幅、フィルタし、その後、デジタル周波数変換器４０６は、ＲＦ２帯域のデジタル信号をＢＢ帯域のデジタル信号にダウンコンバートする。デジタル周波数変換器４１２は、キャリブレーション後のＢＢ帯域のデジタル信号をＩＦ帯域のデジタル信号にアップコンバートする。サービスリンクの送信部５２−ｉは、ＩＦ帯域の信号を増幅し、ＲＦ２帯域の信号にアップコンバートし、フィルタする。しかし、各信号の帯域の例はこれに限らず、種々変形可能である。

図１６の例では、受信機３６ａ又は３６ｂは、アンテナ３０ａ又は３０ｂから出力されたＲＦ２帯域の信号を増幅し、ＢＢ帯域の信号にダウンコンバートし、フィルタする。Ａ／Ｄ変換器４０４は、ＢＢ帯域の信号をデジタル信号に変換し、ＢＢ帯域のデジタル信号をキャリブレーション部４０８に供給する。Ｄ／Ａ変換器４１４は、キャリブレーション部４０８から出力されたＢＢ帯域のデジタル信号をアナログ信号に変換する。送信部５２−ｉは、Ｄ／Ａ変換器４１４から出力されたＢＢ帯域の信号を増幅し、ＲＦ１帯域の信号にアップコンバートし、フィルタする。

図１７の例では、受信機３６ａ又は３６ｂは、アンテナ３０ａ又は３０ｂから出力されたＲＦ２帯域の信号を増幅し、ＩＦ帯域の信号にダウンコンバートし、フィルタする。Ａ／Ｄ変換器４０４は、ＩＦ帯域の信号をデジタル信号に変換し、ＩＦ帯域のデジタル信号をキャリブレーション部４０８に供給する。受信部６８は、送信部５２−ｉの出力を増幅し、ＩＦ帯域の信号にダウンコンバートし、フィルタする。キャリブレーション部４０８は、Ａ／Ｄ変換器４０４から出力されたＩＦ帯域のデジタル信号と、受信部６８から出力されたＩＦ帯域のデジタル信号を処理する。Ｄ／Ａ変換器４１４は、キャリブレーション部４０８から出力されたＩＦ帯域の信号をアナログ信号に変換する。送信部５２−ｉは、Ｄ／Ａ変換器４１４から出力されたＩＦ帯域の信号を増幅し、ＦＲ１帯域の信号にアップコンバートし、フィルタする。

図１８の例では、受信機３６ａ又は３６ｂは、アンテナ３０ａ又は３０ｂから出力されたＲＦ２帯域の信号をダウンコンバートせずに、増幅し、フィルタして出力する。デジタル周波数変換器４０６は、ＲＦ２帯域のデジタル信号をＢＢ帯域の信号にダウンコンバートし、ＢＢ帯域のデジタル信号をキャリブレーション部４０８に供給する。デジタル周波数変換器４１２は、キャリブレーション部４０８から出力されたＢＢ帯域のデジタル信号をＲＦ１帯域のデジタル信号にアップコンバートする。送信部５２−ｉは、Ｄ／Ａ変換器４１４から出力されたＲＦ１帯域のアナログ信号をアップコンバートせずに、増幅し、フィルタして出力する。

図１９の例では、受信機３６ａ又は３６ｂは、アンテナ３０ａ又は３０ｂから出力されたＲＦ２帯域の信号をダウンコンバートせずに、増幅し、フィルタして出力する。デジタル周波数変換器４０６は、ＲＦ２帯域のデジタル信号をＩＦ帯域の信号にダウンコンバートし、ＩＦ帯域のデジタル信号をキャリブレーション部４０８に供給する。受信部６８は、送信部５２−ｉの出力を増幅し、ＩＦ帯域の信号にダウンコンバートし、フィルタする。キャリブレーション部４０８は、デジタル周波数変換器４０６から出力されたＩＦ帯域のデジタル信号と、受信部６８から出力されたＩＦ帯域のデジタル信号を処理する。デジタル周波数変換器４１２は、キャリブレーション部４０８から出力されたＩＦ帯域のデジタル信号をＲＦ１帯域のデジタル信号にアップコンバートする。送信部５２−ｉは、Ｄ／Ａ変換器４１４から出力されたＲＦ１帯域のアナログ信号をアップコンバートせずに、増幅し、フィルタして出力する。

図２０の例では、受信機３６ａ又は３６ｂは、アンテナ３０ａ又は３０ｂから出力されたＲＦ２帯域の信号を増幅し、ＩＦ２帯域の信号にダウンコンバートし、フィルタして出力する。デジタル周波数変換器４０６は、ＩＦ２帯域のデジタル信号をＢＢ帯域の信号にダウンコンバートし、ＢＢ帯域のデジタル信号をキャリブレーション部４０８に供給する。デジタル周波数変換器４１２は、キャリブレーション部４０８から出力されたＢＢ帯域のデジタル信号をＩＦ１帯域の信号にアップコンバートする。送信部５２−ｉは、Ｄ／Ａ変換器４１４から出力されたＩＦ１帯域のアナログ信号を増幅し、ＲＦ１帯域の信号にアップコンバートし、フィルタして出力する。

［第２実施形態］
図２１を参照して第２実施形態による電子装置の一例を説明する。図２１は第２実施形態による電子装置の一例の回路図である。第２実施形態は、第１実施形態と略同じであり、特性推定部７０の構成が異なる。図２では、ビームフォーミング部３８の出力信号が特性推定部７０に入力されているが、図２１に示す第２実施形態では、ビームフォーミング部３８の入力信号が特性推定部７０に入力されている。そのため、特性推定部７０は、ビームフォーミング前の送信信号の位相・振幅と該送信信号が送信部５２−１〜５２−ｎ及び受信部６８を介して送信処理、受信処理を受けた後の信号の位相・振幅とを比較することにより、送信部５２−１〜５２−ｎの間の位相・振幅特性の誤差、すなわちバラツキを推定する。

第２実施形態では、特性の推定値が０に収束する。推定値が０に収束すると、制御が不安定になる可能性があり、第１実施形態の方が制御が安定となる可能性がある。なお、図２のビームフォーミング部３８をアナログ回路で構成するのは、困難である。しかし、図２１のビームフォーミング部３８は、アナログ回路で構成可能である。

図２２は第２実施形態による電子装置の他の例の回路図である。図２２では、図３と同様に、１つのアンテナ３０、受信機３６、送信機１０４が第１のセル用と第２のセル用に共通とされている。

［第３実施形態］
図２３を参照して第３実施形態による電子装置の一例を説明する。図２３は第３実施形態による電子装置の回路図の一例を示す。第１、第２実施形態では、サービスリンクのアンテナ５８−ｉは送受信兼用アンテナから構成されるが、第３実施形態では、サービスリンクのアンテナは送信アンテナと受信アンテナから構成される。複数のアンテナ（１２２ａ、１２２ｂのみ示す）からなる送受信用アレイアンテナはデュプレクサ１２４を介して受信機３６ａ、３６ｂに接続される。複数のアンテナ（１２６ａ、１２６ｂのみ示す）からなる送受信用アレイアンテナはデュプレクサ１２８を介して送信機１０４ａ、１０４ｂに接続される。

第３実施形態が第１実施形態と異なる点は、送信部５２−ｉの出力信号がカプラ１３２−ｉを介して送信アンテナ１３４−ｉに供給されるとともに、カプラ１３２−ｉ、アンテナスイッチ１３６を介して受信部６８に供給される点である。アンテナスイッチ１３６はカプラ１３２−ｉからの信号を選択する。また、キャリブレーション信号送信部７４の出力信号がアンテナスイッチ１４６を介してカプラ１４４−ｉにおいて、受信アンテナ１４２−ｉからの信号に混入される点も第１実施形態と異なる。

第３実施形態のキャリブレーション動作の一例を図２４に示すフローチャートを参照して説明する。図２４に示す処理は一定間隔で繰り返し実施されてもよいし、連続的に繰り返されてもよい。

ステップＳ４２で、キャリブレーション信号生成部７２は、キャリブレーション信号Ｃ_ＢＢ（ｔ）を生成する。

ステップＳ４４で、キャリブレーション信号送信部７４の出力Ｃ_ＲＦ１（ｔ）がアンテナスイッチ１４６を介して、カプラ１４４−ｉにおいて受信信号Ｓｉ_ＲＦ１（ｔ）に加えられる
ステップＳ４６で、特性推定部７６は、受信部８２−ｉの出力ＡＲｉ｛Ｓｉ_ＢＢ（ｔ）＋Ｃ_ＢＢ（ｔ）｝とキャリブレーション信号Ｃ_ＢＢ（ｔ）に基づいて、受信部８２−ｉの振幅・位相特性ＡＲｉのバラツキを推定し、推定結果を受信ウェイト回路９８に供給する。

ステップＳ４８で、受信ウェイト回路９８は、受信ウェイトを推定結果に基づいて補正する。これにより、ビームフォーミング部８８は、受信部８２−ｉの振幅・位相特性ＡＲｉのバラツキを補償した受信信号Ｓｉ_ＢＢ（ｔ）を出力する。

ステップＳ５４で、送信部５２−ｉの出力ＡＴｉ×Ｓｉ_ＲＦ１（ｔ）がカプラ１３２−ｉ、アンテナスイッチ１３６を介して受信部６８に入力される。

ステップＳ５６で、特性推定部７０は、受信部６８の出力ＡＴｉ×Ｓｉ_ＢＢ（ｔ）とビームフォーミング部３８の出力信号Ｓｉ_ＢＢ（ｔ）に基づいて、送信部５２−ｉの振幅・位相特性ＡＴｉのバラツキを推定し、推定結果を送信ウェイト回路４２に供給する。

ステップＳ５８で、送信ウェイト回路４２は、送信ウェイトを推定結果に基づいて補正する。これにより、ビームフォーミング部３８は、送信部５２−ｉの振幅・位相特性ＡＴｉのバラツキを補償した送信信号Ｓｉ_ＢＢ（ｔ）を出力する。

なお、図２４では、受信キャリブレーションの実施の後、送信キャリブレーションを実施する例を示したが、実施の順番はこの逆でもよいし、両方のキャリブレーションを同時に実施してもよい。

［第４実施形態］
図２５は、第４実施形態による電子装置の一例を示す回路図である。第４実施形態は、第３実施形態と略同じであり、特性推定部７０の構成が異なる。図２３では、ビームフォーミング部３８の出力信号が特性推定部７０に入力されているが、図２５に示す第４実施形態では、ビームフォーミング部３８の入力信号が特性推定部７０に入力されている。特性推定部７０は、第２実施形態と同様に、ビームフォーミング前の送信信号の位相・振幅と該送信信号が送信部５２−１〜５２−ｎ及び受信部６８を介して送信処理、受信処理を受けた後の信号の位相・振幅とを比較することにより、送信部５２−１〜５２−ｎの間の位相・振幅特性の誤差、すなわちバラツキを推定する。

［第５実施形態］
第１実施形態から第４実施形態は、複数のアンテナを用いてビームフォーミングを行う際、複数のアンテナの送信信号、受信信号間の位相・振幅特性のバラツキを補正する例を示した。第５実施形態は、複数の送信信号、受信信号間の位相・振幅特性のバラツキではなく、単一の受信回路の特性と所望の特性との誤差を補正するキャリブレーションに関する。図２６は、第５実施形態による電子装置の一例を示す回路図である。図２６は、図２に示した第１実施形態、図２１に示した第２実施形態、図２３に示した第３実施形態、図２５に示した第４実施形態の１つの受信部８２−ｉに関するキャリブレーションに関する。

受信アンテナ２０２（第１実施形態のアンテナ５８−ｉに対応）からの信号がカプラ２０４（第１実施形態のカプラ５６に対応）を介して受信部２０６（第１実施形態の受信部８２−ｉに対応）に入力される。受信部２０６は、入力信号を増幅し、ダウンコンバートし、フィルタする。キャリブレーション信号生成部２１８（第１実施形態のキャリブレーション信号生成部７２に対応）から出力されたキャリブレーション信号がキャリブレーション信号送信部２２２（第１実施形態のキャリブレーション信号送信部７４に対応）に入力される。キャリブレーション信号送信部２２２は、キャリブレーション信号生成部２１８から出力されたキャリブレーション信号を増幅し、アップコンバートし、増幅し、フィルタする。キャリブレーション信号送信部２２２の出力信号は、カプラ２０４において受信アンテナ２０２からの信号に混入される。

受信部２０６の出力信号は、キャンセル部２０８（第１実施形態のキャンセル部８４−ｉに対応）を介してキャリブレーション部２１２（第１実施形態のビームフォーミング部８８に対応）に供給される。受信部２０６の出力信号は、特性推定部２１６（第１実施形態の特性推定部７６に対応）にも供給される。特性推定部２１６にはキャリブレーション信号生成部２１８の出力信号も供給される。キャリブレーション部２１２の出力信号と受信信号処理部２１４に入力される。受信信号処理部２１４は、第１実施形態のフィーダーリンクの送信機１０４ａ又は１０４ｂ、スイッチ３４、３２、アンテナ３０ａ又は３０ｂでもよい。

特性推定部２１６は、受信部２０６から出力されたキャリブレーション信号が混入された受信信号の位相・振幅とキャリブレーション信号の位相・振幅とを比較することにより、受信部２０６の位相・振幅特性を推定することができる。

キャンセル部２０８は、キャリブレーション信号と受信部２０６の位相・振幅特性の推定結果に基づいて、受信部２０６の出力からキャリブレーション信号をキャンセルする。キャリブレーション部２１２は、アンテナ２０２からの信号を受信処理した受信部２０６の位相・振幅特性を補償するように、入力された信号の位相・振幅を調整する。これにより、受信部２０６の位相・振幅特性と所望の特性とのズレが補償される。

［第６実施形態］
第６実施形態は、単一の送信回路の特性と所望の特性との誤差を補正するキャリブレーションに関する。図２７は、第６実施形態による電子装置の一例を示す回路図である。図２７は、図２に示した第１実施形態、図２３に示した第３実施形態の１つの送信部５２−ｉに関するキャリブレーションに関する。

送信信号生成部２３２の出力信号は、キャリブレーション部２３４（第１実施形態のビームフォーミング部３８に対応）に入力される。送信信号生成部２３２は、第１実施形態のアンテナ３０ａ又は３０ｂ、スイッチ３２、３４、送信機１０４ａ又は１０４ｂでもよい。

キャリブレーション部２３４の出力信号は、送信部２３６（第１実施形態の送信部５２−ｉに対応）、カプラ２３８（第１実施形態のカプラ５６−ｉに対応）を介して送信アンテナ２４２（第１実施形態のアンテナ５８−ｉに対応）に入力される。キャリブレーション部２３４の出力信号は、送信部２３６、カプラ２３８を介して受信部２４４（第１実施形態の受信部６８に対応）にも入力される。

受信部２４４の出力信号は、特性推定部２４６（第１実施形態の特性推定部７０に対応）に入力される。特性推定部２４６にはキャリブレーション部２３４の出力信号（すなわち、送信部２３６の入力信号）も供給される。特性推定部２４６は、送信部２３６の入力信号の位相・振幅と、受信部２４４で受信処理された送信部２３６の出力信号の位相・振幅とを比較することにより、送信部２３６の位相・振幅特性を推定することができる。

キャリブレーション部２３４は、送信部２３６の位相・振幅特性のズレを補償するように、入力された信号の位相・振幅を調整する。これにより、送信部２３６の位相・振幅特性と所望の特性とのズレが補償される。

［第７実施形態］
図２８は、第７実施形態による電子装置の一例を示す回路図である。

第７実施形態は、単一の送信回路の特性と所望の特性との誤差を補正するキャリブレーションに関する。図２８は、第７実施形態による電子装置の一例を示す回路図である。図２８は、図２１に示した第２実施形態、図２５に示した第４実施形態の１つの送信部５２−ｉに関するキャリブレーションに関する。

第７実施形態が第６実施形態と異なるのは、特性推定部の構成が異なる。図２７では、キャリブレーション部２３４の出力信号が特性推定部２４６に入力されているが、図２８に示す第７実施形態では、キャリブレーション部２３４の入力信号が特性推定部２５２に入力されている。そのため、特性推定部２５２は、キャリブレーション前の送信信号の位相・振幅と該送信信号が送信部２３６及び受信部２４４を介して送信処理、受信処理を受けた後の信号の位相・振幅とを比較することにより、送信部２３６の位相・振幅特性を推定することができる。

キャリブレーション部２３４は、送信部２３６の位相・振幅特性のズレを補償するように、入力された信号の位相・振幅を調整する。これにより、送信部２３６の位相・振幅特性と所望の特性とのズレが補償される。

なお、実施形態は、中継装置として実現した例を説明したが、実施形態は、他の無線装置と無線通信を行う無線装置として実現することもできる。この場合、フィーダーリンクの受信機の代わりに送信信号生成部が接続され、フィーダーリンクの送信機の代わりに受信信号処理部が接続される。

なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。

１４ａ、１４ｂ…基地局装置、１３…中継装置、１８…スマートフォン、２０携帯電話、３８…ビームフォーミング部、５２−１〜５２−ｎ…送信部、５４−１〜５４−ｎ…デュプレクサ、５６−１〜５６−ｎ…カプラ、５８−１〜５８−ｎ…アンテナ、６８…受信部、７０…特性推定部、７２…キャリブレーション信号生成部、７４…キャリブレーション信号送信部、７６…特性推定部、８２−１〜８２−ｎ…受信部、８４−１〜８４−ｎ…キャンセル部、８８…ビームフォーミング部

Claims (16)

1. アンテナからの第１周波数帯域の受信信号が入力される受信部と、
   前記第１周波数帯域とは異なる第２周波数帯域のキャリブレーション信号を前記受信信号とともに前記受信部へ入力させる信号加算部と、
   を具備する電子装置。
2. 前記受信部の出力信号と前記キャリブレーション信号に基づいて前記受信部の特性を推定する推定部をさらに具備する請求項１記載の電子装置。
3. 前記推定部の推定結果に基づいて前記受信部の出力信号を補正する補正部をさらに具備する請求項２記載の電子装置。
4. 前記受信部は、前記アンテナにより第１の通信装置からの電波を受信し、
   前記補正部の出力を第２の通信装置へ送信する送信部をさらに具備する請求項３記載の電子装置。
5. 前記アンテナは複数のアンテナ素子からなり、
   前記受信部は複数の受信ユニットからなり、
   前記信号加算部は前記キャリブレーション信号を前記複数の受信ユニットへ入力させ、
   前記推定部は前記複数の受信ユニットの位相・振幅特性のバラツキを推定する、請求項２乃至請求項４のいずれか一項記載の電子装置。
6. 前記受信部の出力信号から前記キャリブレーション信号を取り除く信号除去部と、
   前記推定部の推定結果に基づいて前記信号除去部の出力信号を補正する補正部と、
   をさらに具備する請求項２記載の電子装置。
7. 前記受信部は、増幅器を具備し、
   前記電子装置は、
   前記受信部の出力信号と前記キャリブレーション信号に基づいて前記増幅器の位相特性と振幅特性を推定する推定部と、
   前記受信部の出力信号から前記キャリブレーション信号を取り除く信号除去部と、
   前記推定部の推定結果に基づいて前記信号除去部の出力信号の位相と振幅を補正する補正部と、
   をさらに具備する請求項１記載の電子装置。
8. 前記キャリブレーション信号は１又は複数の周波数帯域を含む、請求項１乃至請求項７のいずれか一項記載の電子装置。
9. 前記キャリブレーション信号の周波数方向の電力重心は前記受信信号の周波数帯域に含まれる、請求項１乃至請求項８のいずれか一項記載の電子装置。
10. 前記キャリブレーション信号の周波数帯域の最高周波数は前記受信信号の周波数帯域の最高周波数より高く、前記キャリブレーション信号の周波数帯域の最低周波数は前記受信信号の周波数帯域の最低周波数より低い、請求項１乃至請求項９のいずれか一項記載の電子装置。
11. 前記受信信号は複数の周波数帯域を含み、
    前記キャリブレーション信号の周波数帯域は前記受信信号の隣接する２つの周波数帯域の間にある、請求項１乃至請求項１０のいずれか一項記載の電子装置。
12. 第１信号に対して送信処理を行い送信信号を生成し、前記送信信号を送信アンテナに供給する送信部と、
    前記送信信号に対して受信処理を行い第２信号を生成する受信部と、
    前記第１信号と前記第２信号との比較に基づいて前記送信部の特性を推定する推定部と、
    を具備し、
    前記推定部は、前記送信信号の電力に応じた方式に基づいて、前記送信部の特性を推定する、電子装置。
13. 前記方式は、前記送信信号の電力が第１電力以上の場合は、前記送信部の推定の変化量が第１値となる第１方式であり、前記送信信号の電力が第１電力未満の場合は、前記送信部の推定の変化量が前記第１値よりも小さい第２値となる第２方式である、請求項１２記載の電子装置。
14. 前記推定部は、前記送信部の特性を複数回推定する、請求項１２又は請求項１３記載の電子装置。
15. アンテナからの第１周波数帯域の受信信号を受信部に入力することと、
    前記第１周波数帯域とは異なる第２周波数帯域のキャリブレーション信号を前記受信信号とともに前記受信部へ入力させることと、
    を具備する方法。
16. 送信部により第１信号に対して送信処理を行い送信信号を生成することと、
    前記送信信号を送信アンテナに供給することと、
    前記送信信号に対して受信処理を行い第２信号を生成することと、
    前記第１信号と前記第２信号との比較に基づいて前記送信部の特性を推定することと、
    を具備し、
    前記推定することは、前記送信信号の電力に応じた方式に基づいて、前記送信部の特性を推定する、方法。

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