JP2022089551A - 信号処理装置及びビーム間干渉抑制方法 - Google Patents

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Abstract

Figure 2022089551000001
【課題】スループットを向上すること。
【解決手段】信号処理装置は、複数のパワーアンプを備え、第１のビームを形成する第１のサブアレイと、複数のパワーアンプを備え、第２のビームを形成する第２のサブアレイと、前記第１のサブアレイが備える複数のパワーアンプから出力される信号をフィードバックするフィードバック部と、前記第１のサブアレイ及び前記第２のサブアレイへ送信信号を出力するプロセッサとを有し、前記プロセッサは、前記フィードバック部によってフィードバックされる第１のフィードバック信号と、前記第１のサブアレイへ出力される送信信号とに基づいて、前記第１のビームが前記第２のビームへ与える干渉成分に対応するキャンセル信号を生成し、生成されたキャンセル信号を前記第２のサブアレイへ出力される送信信号に付加する処理を実行する。
【選択図】図２

Description

本発明は、信号処理装置及びビーム間干渉抑制方法に関する。
一般に、例えば基地局装置などの無線送信装置には、送信信号の電力を増幅するパワーアンプが設けられている。無線送信装置では、電力効率を高めるために、入力電力に対して出力電力が飽和する飽和領域付近でパワーアンプを動作させることがある。パワーアンプを飽和領域付近で動作させる場合、パワーアンプにおいて発生する非線形歪が増大する。そこで、この非線形歪を抑えてＡＣＬＲ（Adjacent Channel Leakage Ratio）やＳＥＭ（Spectrum Emission Mask）等の規格を満たすために、無線送信装置は、非線形歪を補償する歪補償を実行することがある。
具体的には、歪補償方式の１つにプリディストーション方式がある。プリディストーション方式で歪補償が実行される場合、パワーアンプにおいて発生する非線形歪の逆特性を有する歪補償係数がパワーアンプに入力前の送信信号にあらかじめ乗算される。これにより、パワーアンプの出力の線形性が向上し、非線形歪が抑制される。プリディストーション方式においては、パワーアンプの出力信号がフィードバックされ、ＬＵＴ（Look Up Table）又は級数などを用いて、歪補償係数が求められたり適応的に更新されたりする。
ところで、無線送信装置には、アレイアンテナを備え、所望の方向へ向くビームを形成するビームフォーミングを実行するものがある。このような無線送信装置は、複数のアンテナ素子に分岐される送信信号をそれぞれ増幅するために、アンテナ素子に対応する複数のパワーアンプを有する。そして、これらの複数のパワーアンプにおいて発生する非線形歪を一括して補償することが考えられている。すなわち、複数のアンテナ素子に分岐される前の送信信号に対して、ビームの方向における非線形歪を抑圧する歪補償係数を乗算する歪補償が実行される。
特開２０１９－２０８１６５号公報 特開２０１９－１５４０２４号公報
M. Abdelaziz, et al., "Digital Predistortion for Hybrid MIMO Transmitters", IEEE Journal of selected topics in signal processing, vol. 12, no. 3, pp. 445-454, June 2018 S. Habu et al., "Outband Radiation and Modulation Accuracy of Unified Beamforming DPD", PIMRC2018, pp. 225-230, September 2018
近年、低消費電力で高スループットを実現するために、ハイブリッドビームフォーミングを用いたビーム多重方式が提案されている。ハイブリッドビームフォーミングでは、アレイアンテナが、多重されるビーム数と同数のサブアレイにグループ分けされ、それぞれのサブアレイ内においてフェーズシフタを用いたアナログ方式によるビームフォーミングが行われる。これにより、各サブアレイにより形成されるビームを異なる方向に向けるビーム多重が行われる。ハイブリッドビームフォーミングによれば、Ｄ／Ａ（Digital/Analog）変換器やアップコンバータなどのアナログ回路の数がサブアレイ数分だけで済むので、フルデジタル方式のビームフォーミングに比べて消費電力や部品コストを抑えることができる。
しかしながら、上記のようなビーム多重方式においては、それぞれのサブアレイによって形成されるビーム間の干渉が発生し、スループットが低下するという問題がある。具体的には、例えば１つのサブアレイのパワーアンプの非線形特性にばらつきがある場合、プリディストーション方式による歪補償によってビーム方向の非線形歪は抑圧されるものの、ビーム方向外の非線形歪が残留し、他のサブアレイのビーム方向への干渉が発生する。すなわち、サブアレイが有する複数のパワーアンプにおいて発生する非線形歪を一括して補償する場合、このサブアレイが形成するビーム方向の非線形歪が抑圧されるが、個々のパワーアンプにおける非線形歪が抑圧される訳ではない。このため、ビーム方向外の非線形歪が発生し、他のサブアレイのビーム方向に干渉を与える。
また、フェーズシフタを用いたビームフォーミングにおいては、ビーム方向に利得が最大のメインローブが形成されるのと同時に、ビーム方向外にも利得が比較的大きいサイドローブが発生する。このため、１つのサブアレイによって形成されるサイドローブの方向が他のサブアレイによって形成されるメインローブの方向と重なる場合、これらのサブアレイによって形成されるビーム間干渉が発生する。
このように、非線形歪又はサイドローブによって各サブアレイのビーム間干渉が発生すると、ビーム方向に位置する例えば端末装置などの無線受信装置におけるＳＩＲ（Signal to Interference Ratio）が低下し、結果として、スループットの低下が生じる。
開示の技術は、かかる点に鑑みてなされたものであって、スループットを向上することができる信号処理装置及びビーム間干渉抑制方法を提供することを目的とする。
本願が開示する信号処理装置は、１つの態様において、複数のアンテナ素子に対応する複数のパワーアンプと複数のフェーズシフタとを備え、第１の方向を向く第１のビームを形成する第１のサブアレイと、複数のアンテナ素子に対応する複数のパワーアンプと複数のフェーズシフタとを備え、前記第１の方向とは異なる第２の方向を向く第２のビームを形成する第２のサブアレイと、少なくとも前記第１のサブアレイが備える複数のパワーアンプから出力される信号をフィードバックするフィードバック部と、前記第１のサブアレイ及び前記第２のサブアレイに接続され、前記第１のサブアレイ及び前記第２のサブアレイへ送信信号を出力するプロセッサとを有し、前記プロセッサは、前記フィードバック部によってフィードバックされる第１のフィードバック信号と、前記第１のサブアレイへ出力される送信信号とに基づいて、前記第１のビームが前記第２のビームへ与える干渉成分に対応するキャンセル信号を生成し、生成されたキャンセル信号を前記第２のサブアレイへ出力される送信信号に付加する処理を実行する。
本願が開示する信号処理装置及びビーム間干渉抑制方法の１つの態様によれば、スループットを向上することができるという効果を奏する。
図１は、無線通信システムの構成例を示す図である。 図２は、実施の形態１に係るＲＵの構成を示すブロック図である。 図３は、実施の形態１に係るフィードバック部の構成を示すブロック図である。 図４は、実施の形態１に係るキャンセル信号生成部の構成を示すブロック図である。 図５は、実施の形態１に係るビーム間干渉抑制方法を示すフロー図である。 図６は、キャンセル信号生成部の変形例を示すブロック図である。 図７は、実施の形態２に係るキャンセル信号生成部の構成を示すブロック図である。 図８は、実施の形態２に係るビーム間干渉抑制方法を示すフロー図である。 図９は、実施の形態３に係るプロセッサの構成を示すブロック図である。 図１０は、実施の形態３に係るビーム間干渉抑制方法を示すフロー図である。 図１１は、実施の形態４に係るフィードバック部の構成を示すブロック図である。 図１２は、実施の形態４に係るフィードバック方法を示すフロー図である。 図１３は、実施の形態５に係るプロセッサの構成を示すブロック図である。
以下、本願が開示する信号処理装置及びビーム間干渉抑制方法の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、この実施の形態により本発明が限定されるものではない。
（実施の形態１）
図１は、実施の形態１に係る無線通信システムの構成例を示す図である。図１に示すように、無線通信システムは、ＣＵ（Central Unit）／ＤＵ（Distributed Unit）１０、ＲＵ（Radio Unit）１００及びＵＥ（User Equipment）２０を有する。
ＣＵ／ＤＵ１０は、図示しないコアネットワークに接続し、ＵＥ２０へ送信されるデータやＵＥ２０から受信されるデータに対してベースバンドの処理を実行する。ＣＵ／ＤＵ１０は、ＣＵとＤＵが一体化されて１つの装置から構成されても良いし、ＣＵとＤＵが別体として設けられて複数の装置から構成されても良い。ＣＵ／ＤＵ１０及びＲＵ１００は、無線通信システムの基地局装置として機能する。
ＲＵ１００は、ＵＥ２０へ送信されるデータやＵＥ２０から受信されるデータに対してＲＦ（Radio Frequency）の処理を実行する。ＲＵ１００は、複数のアンテナ素子からなるアレイアンテナを有し、複数のＵＥ２０に対応するビームをそれぞれ形成してＵＥ２０との間で無線通信を実行する。このとき、ＲＵ１００は、各ビームを形成するためのサブアレイごとにパワーアンプにおける非線形歪を補償する歪補償を実行するとともに、サブアレイごとのビーム間干渉を抑制する信号処理を実行する。ＲＵ１００の構成については、後に詳述する。
ＵＥ２０は、ＲＵ１００との間で無線通信を実行する端末装置である。すなわち、ＵＥ２０は、ＲＵ１００から無線信号を受信したり、ＲＵ１００へ無線信号を送信したりする。
図２は、実施の形態１に係るＲＵ１００の構成を示すブロック図である。図２に示すＲＵ１００は、有線インタフェース部（以下「有線ＩＦ部」と略記する）１１０、プロセッサ１２０、メモリ１３０、Ｄ／Ａ（Digital/Analog）コンバータ（以下「Ｄ／Ａ」と略記する）１４０、１４５、アップコンバータ１５０、１５５、ローカルオシレータ１６０、１６５、フェーズシフタ（ＰＳ：Phase Shifter）１７０、１７５、パワーアンプ１８０、１８５及びフィードバック部１９０、１９５を有する。
なお、図２に示すＲＵ１００は、２つのサブアレイを含むアレイアンテナを有し、以下では、Ｄ／Ａ１４０、アップコンバータ１５０、ローカルオシレータ１６０、フェーズシフタ１７０及びパワーアンプ１８０に対応するサブアレイを「第１のサブアレイ」といい、Ｄ／Ａ１４５、アップコンバータ１５５、ローカルオシレータ１６５、フェーズシフタ１７５及びパワーアンプ１８５に対応するサブアレイを「第２のサブアレイ」という。さらに、第１のサブアレイが形成するビームを「第１のビーム」といい、第２のサブアレイが形成するビームを「第２のビーム」という。
有線ＩＦ部１１０は、ＣＵ／ＤＵ１０と有線接続し、ＵＥ２０へ送信される送信信号をＣＵ／ＤＵ１０から受信する。また、有線ＩＦ部１１０は、ＵＥ２０から受信された受信信号をＣＵ／ＤＵ１０へ送信する。有線ＩＦ部１１０は、送信信号の宛先となるＵＥ２０に応じて、第１のサブアレイから送信される送信信号と、第２のサブアレイから送信される送信信号とをそれぞれＣＵ／ＤＵ１０から受信し、プロセッサ１２０へ出力する。
プロセッサ１２０は、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）又はＤＳＰ（Digital Signal Processor）などを備え、ＲＵ１００の全体を統括制御する。具体的には、プロセッサ１２０は、キャンセル信号付加部１２１、１２５、ＤＰＤ（Digital Pre-Distortion）処理部１２２、１２６及びキャンセル信号生成部１２３、１２７を有する。
キャンセル信号付加部１２１は、キャンセル信号生成部１２３によって生成されるキャンセル信号を第１のサブアレイから送信される送信信号に付加する。具体的には、キャンセル信号付加部１２１は、第２のサブアレイによって形成される第２のビームからの干渉に相当するキャンセル信号を第１のサブアレイの送信信号から減算する。
ＤＰＤ処理部１２２は、第１のサブアレイから送信される送信信号の歪補償を実行する。すなわち、ＤＰＤ処理部１２２は、第１のサブアレイの送信信号に歪補償係数を乗算することにより、第１のサブアレイのパワーアンプ１８０において発生する非線形歪を一括して補償する。なお、図２においては、歪補償係数を更新するためのパワーアンプ１８０からＤＰＤ処理部１２２へのフィードバック回路の図示を省略している。
キャンセル信号生成部１２３は、第２のビームから第１のビームへの干渉をキャンセルするためのキャンセル信号を生成する。すなわち、キャンセル信号生成部１２３は、第２のビームが第１のビームへ与える干渉の非線形モデルを算出し、非線形モデルを用いて、第２のビームから第１のビームへの干渉に相当するキャンセル信号を生成する。そして、キャンセル信号生成部１２３は、生成したキャンセル信号をキャンセル信号付加部１２１へ出力する。
キャンセル信号付加部１２５は、キャンセル信号生成部１２７によって生成されるキャンセル信号を第２のサブアレイから送信される送信信号に付加する。具体的には、キャンセル信号付加部１２５は、第１のサブアレイによって形成される第１のビームからの干渉に相当するキャンセル信号を第２のサブアレイの送信信号から減算する。
ＤＰＤ処理部１２６は、第２のサブアレイから送信される送信信号の歪補償を実行する。すなわち、ＤＰＤ処理部１２６は、第２のサブアレイの送信信号に歪補償係数を乗算することにより、第２のサブアレイのパワーアンプ１８５において発生する非線形歪を一括して補償する。なお、図２においては、歪補償係数を更新するためのパワーアンプ１８５からＤＰＤ処理部１２６へのフィードバック回路の図示を省略している。
キャンセル信号生成部１２７は、第１のビームから第２のビームへの干渉をキャンセルするためのキャンセル信号を生成する。すなわち、キャンセル信号生成部１２７は、第１のビームが第２のビームへ与える干渉の非線形モデルを算出し、非線形モデルを用いて、第１のビームから第２のビームへの干渉に相当するキャンセル信号を生成する。そして、キャンセル信号生成部１２７は、生成したキャンセル信号をキャンセル信号付加部１２５へ出力する。なお、キャンセル信号生成部１２７の詳細については、後述する。
メモリ１３０は、例えばＲＡＭ（Random Access Memory）又はＲＯＭ（Read Only Memory）などを備え、プロセッサ１２０による処理に用いられる情報を記憶する。
Ｄ／Ａ１４０は、ＤＰＤ処理部１２２によって歪補償された送信信号（以下「補償信号」という）をＤ／Ａ変換する。同様に、Ｄ／Ａ１４５は、ＤＰＤ処理部１２６によって歪補償された送信信号（補償信号）をＤ／Ａ変換する。
アップコンバータ１５０は、Ｄ／Ａ変換された第１のサブアレイの送信信号をアップコンバートし、無線周波数の信号に変換する。同様に、アップコンバータ１５５は、Ｄ／Ａ変換された第２のサブアレイの送信信号をアップコンバートし、無線周波数の信号に変換する。
ローカルオシレータ１６０は、アップコンバータ１５０によるアップコンバートのためのローカル周波数を発生させる。同様に、ローカルオシレータ１６５は、アップコンバータ１５５によるアップコンバートのためのローカル周波数を発生させる。なお、ローカルオシレータ１６０、１６５としては、１つの発振器が共用されても良い。
フェーズシフタ１７０は、第１のサブアレイが有する複数のアンテナ素子それぞれに対応して設けられ、各アンテナ素子の信号にウェイトを設定して位相をシフトすることにより、第１のビームを形成する。同様に、フェーズシフタ１７５は、第２のサブアレイが有する複数のアンテナ素子それぞれに対応して設けられ、各アンテナ素子の信号にウェイトを設定して位相をシフトすることにより、第２のビームを形成する。
パワーアンプ１８０は、第１のサブアレイが有する複数のアンテナ素子それぞれに対応して設けられ、各アンテナ素子の信号の電力を増幅する。同様に、パワーアンプ１８５は、第２のサブアレイが有する複数のアンテナ素子それぞれに対応して設けられ、各アンテナ素子の信号の電力を増幅する。パワーアンプ１８０、１８５が信号の電力を増幅する際には非線形歪が発生するが、それぞれのサブアレイにおいてＤＰＤ処理部１２２、１２６が歪補償を実行しているため、それぞれのサブアレイが形成するビームの方向では非線形歪が抑圧される。
一方、各アンテナ素子に設けられるパワーアンプ１８０、１８５の非線形特性にばらつきがある場合には、それぞれのサブアレイが形成するビームの方向外では非線形歪が残留する。このため、各サブアレイのアンテナ素子から無線送信信号が放射されると、第１のビームの方向外で発生する非線形歪が第２のビームへ干渉を与え、第２のビームの方向外で発生する非線形歪が第１のビームへ干渉を与える。本実施の形態においては、各サブアレイの送信信号にあらかじめキャンセル信号が付加されているため、他のビームからの干渉がキャンセル信号によって打ち消される。
フィードバック部１９０は、第１のサブアレイのパワーアンプ１８０から出力される無線送信信号をフィードバックして、キャンセル信号生成部１２７へ出力する。このとき、フィードバック部１９０は、パワーアンプ１８０から出力される無線送信信号のうち第２のビームの方向の信号成分をフィードバック信号としてキャンセル信号生成部１２７へ出力する。フィードバック部１９５は、第２のサブアレイのパワーアンプ１８５から出力される無線送信信号をフィードバックして、キャンセル信号生成部１２３へ出力する。このとき、フィードバック部１９５は、パワーアンプ１８５から出力される無線送信信号のうち第１のビームの方向の信号成分をフィードバック信号としてキャンセル信号生成部１２３へ出力する。
図３は、実施の形態１に係るフィードバック部１９０の構成を示すブロック図である。なお、フィードバック部１９５は、図３に示すフィードバック部１９０と同様の構成を有する。
図３に示すように、フィードバック部１９０は、フェーズシフタ（ＰＳ）１９１、ダウンコンバータ１９２、ローカルオシレータ１９３及びＡ／Ｄ（Analog/Digital）コンバータ（以下「Ａ／Ｄ」と略記する）１９４を有する。
フェーズシフタ１９１は、第１のサブアレイのパワーアンプ１８０から出力される無線送信信号にウェイトを設定して位相をシフトすることにより、第１のビームから第２のビームへの干渉に相当する信号成分を抽出する。すなわち、フェーズシフタ１９１は、第２のサブアレイのフェーズシフタ１７５において設定されるウェイトとは逆のウェイトを設定し、第１のサブアレイから送信される無線送信信号から第２のビームの方向の信号成分を抽出する。
ダウンコンバータ１９２は、フェーズシフタ１９１によって抽出された第２のビームの方向の信号成分をダウンコンバートし、ベースバンド周波数の信号に変換する。
ローカルオシレータ１９３は、ダウンコンバータ１９２によるダウンコンバートのためのローカル周波数を発生させる。なお、ローカルオシレータ１９３としては、ローカルオシレータ１６０、１６５と同じ発振器が共用されても良い。
Ａ／Ｄ１９４は、ダウンコンバータ１９２によってダウンコンバートされた信号成分をＡ／Ｄ変換し、フィードバック信号（以下「ＦＢ信号」と略記する）としてキャンセル信号生成部１２７へ出力する。
このように、フィードバック部１９０は、第１のサブアレイのパワーアンプ１８０から出力される無線送信信号から、第２のビームへの干渉となる信号成分を抽出し、この信号成分をＦＢ信号として、第２のサブアレイのキャンセル信号を生成するキャンセル信号生成部１２７へフィードバックする。また、図示は省略したが、フィードバック部１９５は、第２のサブアレイのパワーアンプ１８５から出力される無線送信信号から、第１のビームへの干渉となる信号成分を抽出し、この信号成分をＦＢ信号として、第１のサブアレイのキャンセル信号を生成するキャンセル信号生成部１２３へフィードバックする。
図４は、実施の形態１に係るキャンセル信号生成部１２７の構成を示すブロック図である。なお、キャンセル信号生成部１２３は、図４に示すキャンセル信号生成部１２７と同様の構成を有する。
図４に示すように、キャンセル信号生成部１２７は、アドレス生成部２０１、加算部２０２、非線形モデル算出部２０３、非線形モデル適用部２０４及び減算部２０５を有する。
アドレス生成部２０１は、第１のサブアレイの送信信号に基づいて、非線形モデルの係数を記憶するルックアップテーブル（ＬＵＴ：Look Up Table）のアドレスを生成する。具体的には、アドレス生成部２０１は、第１のサブアレイの送信信号の電力又は振幅に対応するアドレスを生成する。ＬＵＴは、アドレスに対応付けて非線形モデルの係数を記憶している。
加算部２０２は、フィードバック部１９０によってフィードバックされるＦＢ信号に、キャンセル信号付加部１２１によってビーム間干渉をキャンセル済みのキャンセル済み信号を加算する。すなわち、加算部２０２は、第１のサブアレイから送信される主信号であるキャンセル済み信号と、第２のビームへの干渉に相当するＦＢ信号とを加算する。
非線形モデル算出部２０３は、アドレスに対応付けて非線形モデルの係数を記憶するＬＵＴを有し、アドレス生成部２０１によって生成されるアドレスに記憶された係数をＬＵＴから読み出す。そして、非線形モデル算出部２０３は、読み出した係数による非線形モデルが、キャンセル済み信号から加算部２０２の出力信号を導出するように係数を更新する。
具体的には、非線形モデル算出部２０３は、第１のサブアレイの送信信号に基づくアドレスｉ1から読み出された非線形モデルの係数ＬＵＴ21(i1)を、第１のサブアレイのキャンセル済み信号ｕ1(n)と、加算部２０２の出力信号ｙ’21(n)とから更新する。すなわち、非線形モデル算出部２０３は、第１のサブアレイのキャンセル済み信号ｕ1(n)を入力とし、加算部２０２の出力信号ｙ’21(n)を出力とする非線形モデルを算出する。ここで、加算部２０２の出力信号ｙ’21(n)は、フィードバック部１９０からのＦＢ信号ｙ21(n)とキャンセル済み信号ｕ1(n)との和であるため、以下の式（１）のように表すことができる。
ｙ’21(n)＝ｙ21(n)＋ｕ1(n) ・・・（１）
一方、キャンセル済み信号ｕ1(n)を用いて加算部２０２の出力信号ｙ’21(n)を表すと、以下の式（２）のようになる。
ｙ’21(n)＝ＬＵＴ21(i1)×ｕ1(n)＋ｅ21(n) ・・・（２）
ただし、式（２）において、ｅ21(n)は、非線形モデルの係数ＬＵＴ21(i1)を用いる場合の誤差である。そこで、非線形モデル算出部２０３は、誤差ｅ21(n)が小さくなるように、例えばＬＭＳ（Least Mean Square）アルゴリズムを用いて係数ＬＵＴ21(i1)を更新する。すなわち、非線形モデル算出部２０３は、下式（３）によって係数ＬＵＴ21(i1)を更新する。
ＬＵＴ21(i1)＝ＬＵＴ21(i1)＋μ21×ｅ21(n)×｛ｕ1(n)｝* ・・・（３）
ただし、式（３）において、μ21はステップサイズパラメータを示し、｛ｕ1(n)｝*はキャンセル済み信号ｕ1(n)の複素共役を示す。
非線形モデル算出部２０３は、更新した係数ＬＵＴ21(i1)をアドレスｉ1に対応付けて記憶する。そして、非線形モデル算出部２０３は、定期的にＬＵＴを非線形モデル適用部２０４に複製する。
非線形モデル適用部２０４は、アドレスに対応付けて非線形モデルの係数を記憶するＬＵＴを有し、アドレス生成部２０１によって生成されるアドレスに記憶された係数をＬＵＴから読み出す。そして、非線形モデル適用部２０４は、読み出した係数による非線形モデルをキャンセル済み信号に適用して、第１のサブアレイのキャンセル済み信号に第２のビームの方向への干渉が付加された信号に相当するレプリカを生成する。すなわち、非線形モデル適用部２０４は、以下の式（４）によって、キャンセル済み信号ｕ1(n)からレプリカｕ’21(n)を生成する。
ｕ’21(n)＝ＬＵＴ21(i1)×ｕ1(n) ・・・（４）
非線形モデル適用部２０４は、生成したレプリカを減算部２０５へ出力する。
減算部２０５は、非線形モデル適用部２０４から出力されるレプリカから、第1のサブアレイの主信号であるキャンセル済み信号を減算し、第２のビームへの干渉に相当するキャンセル信号を生成する。すなわち、減算部２０５は、以下の式（５）によって、第１のサブアレイが第２のビームの方向へ与える干渉をキャンセルするキャンセル信号ｕ21(n)を算出する。
ｕ21(n)＝ｕ’21(n)－ｕ1(n) ・・・（５）
このキャンセル信号ｕ21(n)は、第２のサブアレイのキャンセル信号付加部１２５へ出力され、第１のサブアレイからの干渉に相当するキャンセル信号ｕ21(n)が送信信号からあらかじめ減算される。これにより、第２のサブアレイから送信される無線送信信号において、第１のビームから第２のビームへの干渉が抑圧される。なお、キャンセル信号があらかじめ送信信号に付加されることにより、キャンセル信号もパワーアンプ１８５によって増幅されるが、キャンセル信号のパワーは主信号のパワーよりも小さく、パワーアンプ１８５の線形領域で増幅される範囲のパワーである。このため、キャンセル信号に非線形歪が発生することはなく、キャンセル信号は、第２のサブアレイから送信される無線送信信号において第１のビームからの干渉を効果的に打ち消すことができる。
このように、キャンセル信号生成部１２７は、第１のサブアレイのキャンセル済み信号及びＦＢ信号から非線形モデルを算出し、非線形モデルを用いて第２のビームへの干渉に相当するキャンセル信号を生成し、第２のサブアレイのキャンセル信号付加部１２５へ出力する。また、図示は省略したが、キャンセル信号生成部１２３は、第２のサブアレイのキャンセル済み信号及びＦＢ信号から非線形モデルを算出し、非線形モデルを用いて第１のビームへの干渉に相当するキャンセル信号を生成し、第１のサブアレイのキャンセル信号付加部１２１へ出力する。
次いで、上記のように構成されたＲＵ１００におけるビーム間干渉抑制方法について、図５に示すフロー図を参照しながら説明する。以下においては、第１のサブアレイの送信信号からキャンセル信号を生成して、第１のビームから第２のビームへの干渉を抑制するビーム間干渉抑制方法について説明するが、第２のビームから第１のビームへの干渉を抑制するビーム間干渉抑制方法も同様であり、双方のビーム間干渉が同時に抑制されている。
第１のサブアレイの送信信号は、ＤＰＤ処理部１２２によって歪補償が施された後、Ｄ／Ａ１４０によってＤ／Ａ変換され、アップコンバータ１５０によってアップコンバートされ、第１のサブアレイの各アンテナ素子の信号に分岐される。そして、フェーズシフタ１７０によって各アンテナ素子の信号の位相がシフトされることにより第１のビームが形成され、パワーアンプ１８０によって増幅された無線送信信号が第１のサブアレイの各アンテナ素子から送信される（ステップＳ１０１）。第１のサブアレイから送信される無線送信信号は、第１のビームの方向においては非線形歪が抑圧されるとともに、最大の利得で送信される。ただし、パワーアンプ１８０の非線形特性にばらつきがある場合には、第１のビームの方向外において非線形歪が残留し、第１のビームの方向外にも比較的利得が大きくなる方向が存在し、第２のビームに干渉を与える。
パワーアンプ１８０から出力される無線送信信号は、アンテナ素子から送信されると同時に、フィードバック部１９０へも出力される。フィードバック部１９０においては、フェーズシフタ１９１のウェイトが、第２のサブアレイのフェーズシフタ１７５に設定されるウェイトとは逆のウェイトに設定される（ステップＳ１０２）。各アンテナ素子の無線送信信号は、フェーズシフタ１９１によって位相シフトされることにより、第２のビームの方向の信号成分が抽出される。抽出された信号成分は、ダウンコンバート及びＡ／Ｄ変換され、ＦＢ信号としてキャンセル信号生成部１２７へフィードバックされる（ステップＳ１０３）。
キャンセル信号生成部１２７においては、第１のサブアレイの送信信号がアドレス生成部２０１へ入力され、送信信号のパワーに対応するアドレスが生成される。生成されたアドレスは、非線形モデル算出部２０３及び非線形モデル適用部２０４へ入力される。また、第１のサブアレイのキャンセル済み信号が非線形モデル算出部２０３へ入力されるとともに、加算部２０２へ入力される。そして、加算部２０２によって、キャンセル済み信号とＦＢ信号が加算され、この加算結果が非線形モデル算出部２０３へ入力される。
アドレスが非線形モデル算出部２０３へ入力されると、アドレスに対応付けて記憶される非線形モデルの係数がＬＵＴから読み出され、キャンセル済み信号と加算部２０２の出力信号とから更新される（ステップＳ１０４）。具体的には、例えば上式（３）のようにＬＭＳアルゴリズムが用いられて、ＬＵＴから読み出された係数が更新され、更新後の係数がＬＵＴに記憶される。係数が更新されたＬＵＴは、定期的に非線形モデル適用部２０４へ複製される。
一方、アドレスが非線形モデル適用部２０４へ入力されると、アドレスに対応付けて記憶される非線形モデルの係数がＬＵＴから読み出され、第１のサブアレイのキャンセル済み信号に非線形モデルが適用される（ステップＳ１０５）。すなわち、上式（４）に示すように、第１のサブアレイのキャンセル済み信号に非線形モデルの係数が乗算されることにより、第１のサブアレイのキャンセル済み信号に第２のビームの方向への干渉が付加された信号に相当するレプリカが生成される。そして、減算部２０５によって、レプリカからキャンセル済み信号が減算されることにより、第１のビームから第２のビームへの干渉をキャンセルするキャンセル信号が生成される（ステップＳ１０６）。
生成されたキャンセル信号は、第２のサブアレイのキャンセル信号付加部１２５へ出力される。そして、キャンセル信号付加部１２５によって、第２のサブアレイの送信信号からキャンセル信号が減算されることにより、第１のビームから第２のビームへの干渉がキャンセルされる（ステップＳ１０７）。すなわち、第１のビームからの干渉に相当するキャンセル信号が第２のサブアレイの送信信号からあらかじめ減算されることにより、第２のサブアレイの無線送信信号が送信される第２のビームの方向において、第１のビームから受ける干渉が打ち消される。このため、第１のサブアレイのパワーアンプ１８０の非線形特性にばらつきがあり、第１のビームの方向外に非線形歪が残留する場合でも、第２のビームの方向においては第１のビームからの干渉が抑制される。結果として、第２のビームの方向に位置するＵＥ２０におけるＳＩＲの低下を防止し、スループットを向上することができる。
以上のように、本実施の形態によれば、自サブアレイの送信信号から他サブアレイのビームの方向の干渉成分を導出する非線形モデルを算出し、非線形モデルを用いて他サブアレイのビームへの干渉に相当するキャンセル信号を生成し、キャンセル信号を他サブアレイの送信信号に付加する。このため、他サブアレイの送信信号がアンテナ素子から送信されると、自サブアレイの送信信号による干渉がキャンセルされ、他サブアレイのビームの方向におけるＳＩＲが改善される。結果として、ＲＵと他サブアレイのビームの方向に位置するＵＥとの通信品質が良好となり、スループットを向上することができる。
なお、上記実施の形態１において、キャンセル信号生成部１２７は、図４に示したように、第１のサブアレイのキャンセル済み信号を用いて非線形モデルを算出し、キャンセル信号を生成するものとした。しかし、ＲＵ１００の初期状態では、キャンセル信号が生成されていないため、キャンセル信号付加部１２１、１２５において送信信号にキャンセル信号が付加されることがなく、送信信号とキャンセル済み信号は同一の信号とみなすことができる。そこで、キャンセル信号生成部１２７は、第１のサブアレイのキャンセル済み信号の代わりに、第１のサブアレイの送信信号を用いて非線形モデルを算出し、キャンセル信号を生成するようにしても良い。
具体的には、キャンセル信号生成部１２７は、例えば図６に示すように、第１のサブアレイの送信信号がアドレス生成部２０１、加算部２０２、非線形モデル算出部２０３、非線形モデル適用部２０４及び減算部２０５へ入力される構成となる。同様に、キャンセル信号生成部１２３は、第２のサブアレイのキャンセル済み信号の代わりに、第２のサブアレイの送信信号を用いて非線形モデルを算出し、キャンセル信号を生成する。このようにする場合でも、ＲＵ１００の初期状態において非線形モデルを算出してキャンセル信号を生成し、以後、これらの非線形モデル及びキャンセル信号を継続的に使用すれば、第１のビームと第２のビームとの間のビーム間干渉を抑制することが可能である。
また、上記実施の形態１においては、上式（２）のように、キャンセル済み信号ｕ1(n)から加算部２０２の出力信号ｙ’21(n)を導出する非線形モデルの係数ＬＵＴ21(i1)を算出したが、この係数とは逆特性の係数を算出するようにしても良い。この場合の非線形モデルの係数ＬＵＴ21(i1)は、以下の式（６）によって与えられる。
ｕ1(n)＝ＬＵＴ21(i1)×ｙ’21(n)＋ｅ21(n) ・・・（６）
そして、非線形モデル算出部２０３は、誤差ｅ21(n)が小さくなるように、例えば下式（７）によって係数ＬＵＴ21(i1)を更新する。
ＬＵＴ21(i1)＝ＬＵＴ21(i1)＋μ21×ｅ21(n)×｛ｙ’21(n)｝* ・・・（７）
このような逆特性の係数ＬＵＴ21(i1)を用いる非線形モデルを適用する場合、キャンセル信号付加部１２５においては、第２のサブアレイの送信信号にキャンセル信号が加算される。これにより、第１のビームから第２のビームへの干渉とは逆特性のキャンセル信号が第２のサブアレイの送信信号に付加されるため、第２のサブアレイの無線送信信号が送信される第２のビームの方向において、第１のビームから受ける干渉が打ち消される。
（実施の形態２）
実施の形態２の特徴は、各サブアレイのビームのサイドローブによるビーム間干渉を抑制する点である。
実施の形態２に係る無線通信システム及びＲＵ１００の構成は、実施の形態１（図１、２）と同様であるため、その説明を省略する。実施の形態２においては、キャンセル信号生成部１２３、１２７の構成が実施の形態１とは異なる。
図７は、実施の形態２に係るキャンセル信号生成部１２７の構成を示すブロック図である。図７において、図４と同じ部分には同じ符号を付し、その説明を省略する。なお、キャンセル信号生成部１２３は、図７に示すキャンセル信号生成部１２７と同様の構成を有する。
図７に示すように、キャンセル信号生成部１２７は、加算部２０２、線形モデル算出部２１１、線形モデル適用部２１２及び減算部２０５を有する。実施の形態２においては、パワーアンプ１８０、１８５における非線形歪に起因するビーム間干渉ではなく、ビームのサイドローブに起因するビーム間干渉を抑制するため、キャンセル信号の生成に線形モデルが用いられる。
線形モデル算出部２１１は、第１のサブアレイのキャンセル済み信号から加算部２０２の出力信号を導出する線形モデルの係数を算出する。具体的には、線形モデル算出部２１１は、線形モデルの係数α21を、第１のサブアレイのキャンセル済み信号ｕ1(n)と、加算部２０２の出力信号ｙ’21(n)とから更新する。すなわち、線形モデル算出部２１１は、第１のサブアレイのキャンセル済み信号ｕ1(n)を入力とし、加算部２０２の出力信号ｙ’21(n)を出力とする線形モデルを算出する。
キャンセル済み信号ｕ1(n)を用いて加算部２０２の出力信号ｙ’21(n)を表すと、以下の式（８）のようになる。
ｙ’21(n)＝α21×ｕ1(n)＋ｅ21(n) ・・・（８）
ただし、式（８）において、ｅ21(n)は、線形モデルの係数α21を用いる場合の誤差である。そこで、線形モデル算出部２１１は、誤差ｅ21(n)が小さくなるように、例えばＬＭＳアルゴリズムを用いて係数α21を更新する。すなわち、線形モデル算出部２１１は、下式（９）によって係数α21を更新する。
α21＝α21＋μ21×ｅ21(n)×｛ｕ1(n)｝* ・・・（９）
線形モデル算出部２１１は、更新した係数α21を記憶し、定期的に線形モデル適用部２１２に複製する。
線形モデル適用部２１２は、線形モデル算出部２１１から複製される係数による線形モデルをキャンセル済み信号に適用して、第１のサブアレイのキャンセル済み信号に第２のビームの方向への干渉が付加された信号に相当するレプリカを生成する。すなわち、線形モデル適用部２１２は、以下の式（１０）によって、キャンセル済み信号ｕ1(n)からレプリカｕ’21(n)を生成する。
ｕ’21(n)＝α21×ｕ1(n) ・・・（１０）
線形モデル適用部２１２は、生成したレプリカを減算部２０５へ出力する。
このように、キャンセル信号生成部１２７は、第１のサブアレイのキャンセル済み信号及びＦＢ信号から線形モデルを算出し、線形モデルを用いて第２のビームへの干渉に相当するキャンセル信号を生成し、第２のサブアレイのキャンセル信号付加部１２５へ出力する。また、図示は省略したが、キャンセル信号生成部１２３は、第２のサブアレイのキャンセル済み信号及びＦＢ信号から線形モデルを算出し、線形モデルを用いて第１のビームへの干渉に相当するキャンセル信号を生成し、第１のサブアレイのキャンセル信号付加部１２１へ出力する。
次いで、上記のように構成されたＲＵ１００におけるビーム間干渉抑制方法について、図８に示すフロー図を参照しながら説明する。図８において、図５と同じ部分には同じ符号を付し、その詳しい説明を省略する。以下においては、第１のサブアレイの送信信号からキャンセル信号を生成して、第１のビームから第２のビームへの干渉を抑制するビーム間干渉抑制方法について説明するが、第２のビームから第１のビームへの干渉を抑制するビーム間干渉抑制方法も同様であり、双方のビーム間干渉が同時に抑制されている。
第１のサブアレイの送信信号は、第１のビームによって第１のサブアレイの各アンテナ素子から送信される（ステップＳ１０１）。このとき、第１のビームの方向には利得が最大のメインローブが形成されるが、第１のビームの方向外にも比較的利得が大きいサイドローブが形成される。そして、この第１のビームのサイドローブが第２のビームに干渉を与える。
パワーアンプ１８０から出力される無線送信信号は、アンテナ素子から送信されると同時に、フィードバック部１９０へも出力される。フィードバック部１９０においては、フェーズシフタ１９１のウェイトが、第２のサブアレイのフェーズシフタ１７５に設定されるウェイトとは逆のウェイトに設定される（ステップＳ１０２）。各アンテナ素子の無線送信信号は、フェーズシフタ１９１によって位相シフトされることにより、第２のビームの方向の信号成分が抽出される。抽出された信号成分は、ＦＢ信号としてキャンセル信号生成部１２７へフィードバックされる（ステップＳ１０３）。
キャンセル信号生成部１２７においては、第１のサブアレイのキャンセル済み信号が線形モデル算出部２１１へ入力されるとともに、加算部２０２へ入力される。そして、加算部２０２によって、キャンセル済み信号とＦＢ信号が加算され、この加算結果が線形モデル算出部２１１へ入力される。
キャンセル済み信号と加算部２０２の出力信号とが線形モデル算出部２１１へ入力されると、これらの信号から線形モデルの係数が更新される（ステップＳ２０１）。具体的には、例えば上式（９）のようにＬＭＳアルゴリズムが用いられて係数が更新され、更新後の係数が線形モデル算出部２１１によって記憶される。更新された係数は、定期的に線形モデル適用部２１２へ複製される。
一方、キャンセル済み信号が線形モデル適用部２１２へ入力されると、第１のサブアレイのキャンセル済み信号に線形モデルが適用される（ステップＳ２０２）。すなわち、上式（１０）に示すように、第１のサブアレイのキャンセル済み信号に線形モデルの係数が乗算されることにより、第１のサブアレイのキャンセル済み信号に第２のビームの方向への干渉が付加された信号に相当するレプリカが生成される。そして、減算部２０５によって、レプリカからキャンセル済み信号が減算されることにより、第１のビームから第２のビームへの干渉をキャンセルするキャンセル信号が生成される（ステップＳ１０６）。
生成されたキャンセル信号は、第２のサブアレイのキャンセル信号付加部１２５へ出力され、第１のビームから第２のビームへの干渉がキャンセルされる（ステップＳ１０７）。すなわち、第１のビームからの干渉に相当するキャンセル信号が第２のサブアレイの送信信号からあらかじめ減算されることにより、第２のサブアレイの無線送信信号が送信される第２のビームの方向において、第１のビームから受ける干渉が打ち消される。このため、第１のビームのサイドローブが第２のビームの方向に形成される場合でも、第２のビームの方向においては第１のビームからの干渉が抑制される。結果として、第２のビームの方向に位置するＵＥ２０におけるＳＩＲの低下を防止し、スループットを向上することができる。
以上のように、本実施の形態によれば、自サブアレイの送信信号から他サブアレイのビームの方向の干渉成分を導出する線形モデルを算出し、線形モデルを用いて他サブアレイのビームへの干渉に相当するキャンセル信号を生成し、キャンセル信号を他サブアレイの送信信号に付加する。このため、他サブアレイの送信信号がアンテナ素子から送信されると、自サブアレイの送信信号による干渉がキャンセルされ、他サブアレイのビームの方向におけるＳＩＲが改善される。結果として、ＲＵと他サブアレイのビームの方向に位置するＵＥとの通信品質が良好となり、スループットを向上することができる。
（実施の形態３）
実施の形態３の特徴は、周波数が異なるビーム間の干渉を抑制する点である。
実施の形態３に係る無線通信システム及びＲＵ１００の構成は、実施の形態１（図１、２）と同様であるため、その説明を省略する。実施の形態３においては、プロセッサ１２０の構成が実施の形態１とは異なる。また、実施の形態３においては、第１のサブアレイの送信信号のキャリア周波数はｆ1であり、第２のサブアレイの送信信号のキャリア周波数はｆ2（≠ｆ1）であり、サブアレイごとの送信信号のキャリア周波数が異なる。
図９は、実施の形態３に係るプロセッサ１２０の構成を示すブロック図である。図９において、図２と同じ部分には同じ符号を付し、その説明を省略する。図９に示すように、プロセッサ１２０は、図２に示すプロセッサ１２０に周波数変換部３０１、３０２を追加した構成を採る。
周波数変換部３０１は、キャンセル信号生成部１２３によって生成されるキャンセル信号の周波数を変換する。具体的には、周波数変換部３０１は、キャリア周波数ｆ2の送信信号を用いて生成されるキャンセル信号の周波数を、第２のサブアレイのキャリア周波数ｆ2と第１のサブアレイのキャリア周波数ｆ1との差分に相当する周波数に変換する。すなわち、周波数変換部３０１は、下式（１１）によって示される変換係数ｃ12(n)をキャンセル信号ｕ12(n)に乗算して、キャンセル信号ｕ12(n)を周波数ｆ12＝ｆ2－ｆ1だけシフトする。
ｃ12(n)＝exp｛ｊ・（２πｆ12ｎ／ｆs）｝ ・・・（１１）
ただし、式（１１）において、ｆsはサンプリングレートである。
周波数変換部３０２は、キャンセル信号生成部１２７によって生成されるキャンセル信号の周波数を変換する。具体的には、周波数変換部３０２は、キャリア周波数ｆ1の送信信号を用いて生成されるキャンセル信号の周波数を、第１のサブアレイのキャリア周波数ｆ1と第２のサブアレイのキャリア周波数ｆ2との差分に相当する周波数に変換する。すなわち、周波数変換部３０２は、下式（１２）によって示される変換係数ｃ21(n)をキャンセル信号ｕ21(n)に乗算して、キャンセル信号ｕ21(n)を周波数ｆ21＝ｆ1－ｆ2だけシフトする。
ｃ21(n)＝exp｛ｊ・（２πｆ21ｎ／ｆs）｝ ・・・（１２）
このように、周波数変換部３０１、３０２は、キャンセル信号の周波数をシフトして、それぞれのサブアレイの送信信号の周波数に対応させる。このため、各サブアレイから送信されるキャンセル信号が、干渉源となるビームの信号と同じ周波数となり、周波数が異なるサブアレイの間において発生するビーム間干渉を抑圧することができる。
次いで、上記のように構成されたＲＵ１００におけるビーム間干渉抑制方法について、図１０に示すフロー図を参照しながら説明する。図１０において、図５と同じ部分には同じ符号を付し、その詳しい説明を省略する。以下においては、第１のサブアレイの送信信号からキャンセル信号を生成して、第１のビームから第２のビームへの干渉を抑制するビーム間干渉抑制方法について説明するが、第２のビームから第１のビームへの干渉を抑制するビーム間干渉抑制方法も同様であり、双方のビーム間干渉が同時に抑制されている。
第１のサブアレイの送信信号は、第１のビームによって第１のサブアレイの各アンテナ素子から送信される（ステップＳ１０１）。パワーアンプ１８０から出力される無線送信信号は、アンテナ素子から送信されると同時に、フィードバック部１９０へも出力される。フィードバック部１９０においては、フェーズシフタ１９１のウェイトが、第２のサブアレイのフェーズシフタ１７５に設定されるウェイトとは逆のウェイトに設定される（ステップＳ１０２）。各アンテナ素子の無線送信信号は、フェーズシフタ１９１によって位相シフトされることにより、第２のビームの方向の信号成分が抽出される。抽出された信号成分は、ＦＢ信号としてキャンセル信号生成部１２７へフィードバックされる（ステップＳ１０３）。
キャンセル信号生成部１２７においては、第１のサブアレイの送信信号から生成されるアドレスに対応付けてＬＵＴに記憶される非線形モデルの係数が、非線形モデル算出部２０３によって更新される（ステップＳ１０４）。係数が更新されたＬＵＴは、定期的に非線形モデル適用部２０４へ複製される。
そして、非線形モデル適用部２０４によって、第１のサブアレイのキャンセル済み信号に非線形モデルが適用され（ステップＳ１０５）、減算部２０５によって、レプリカからキャンセル済み信号が減算されることにより、第１のビームから第２のビームへの干渉をキャンセルするキャンセル信号が生成される（ステップＳ１０６）。このキャンセル信号は、第２のサブアレイの送信信号に付加されて送信されるため、キャリア周波数ｆ2の信号として送信される。これに対して、第２のビームに対する干渉となる第１のビームの信号は、キャリア周波数ｆ1の信号であるため、キャンセル信号と干渉成分の周波数が異なっていることになる。
そこで、周波数変換部３０２によって、キャンセル信号の周波数がｆ21＝ｆ1－ｆ2に周波数シフトされ（ステップＳ３０１）、中心周波数ｆ21＝ｆ1－ｆ2のキャンセル信号が生成される。そして、このキャンセル信号は、第２のサブアレイのキャンセル信号付加部１２５へ出力され、第２のサブアレイの送信信号からキャンセル信号が減算されることにより、第１のビームから第２のビームへの干渉がキャンセルされる（ステップＳ１０７）。すなわち、キャンセル信号付加部１２５において送信信号に付加されるキャンセル信号の中心周波数ｆ21＝ｆ1－ｆ2であり、このキャンセル信号は、キャリア周波数ｆ2へアップコンバートするアップコンバータ１５５によってアップコンバートされることにより、キャリア周波数ｆ1の信号となる。そして、このキャンセル信号が第２のサブアレイのアンテナ素子から放射されることにより、第１のサブアレイからキャリア周波数ｆ1で送信される第１のビームの信号による干渉を抑圧する。
以上のように、本実施の形態によれば、自サブアレイと他サブアレイの送信信号の周波数が異なる場合に、キャンセル信号の周波数シフトをして、各サブアレイにおける送信信号とキャンセル信号の周波数を対応させる。このため、自サブアレイと他サブアレイの送信信号の周波数が異なる場合でも、自サブアレイから送信されるキャンセル信号の周波数を干渉となる他サブアレイのビームの周波数に一致させることができ、ビーム間干渉を抑制してスループットを向上することができる。
なお、上記実施の形態３においては、キャンセル信号を周波数シフトして、各サブアレイにおける送信信号とキャンセル信号の周波数を対応させるものとしたが、フィードバック部１９０、１９５のダウンコンバータ１９２においてＦＢ信号の周波数を他サブアレイの周波数に変換するようにしても良い。すなわち、フィードバック部１９０からは、周波数ｆ2のＦＢ信号がフィードバックされ、フィードバック部１９５からは、周波数ｆ1のＦＢ信号がフィードバックされるようにしても良い。この場合、キャンセル信号生成部１２３、１２７へ入力される送信信号及びキャンセル済み信号の周波数もＦＢ信号に合わせて変換された上で、それぞれキャンセル信号生成部１２３、１２７へ入力される。
（実施の形態４）
上記実施の形態１～３においては、ＤＰＤ処理部１２２、１２６における歪補償係数の更新のためのフィードバック回路の図示を省略したが、このフィードバック回路は、フィードバック部１９０、１９５と一体化することも可能である。そこで、実施の形態４では、フィードバック部１９０、１９５が歪補償係数の更新のためのフィードバックも実行し、回路規模を削減する場合について説明する。
実施の形態４に係る無線通信システム及びＲＵ１００の構成は、実施の形態１（図１、２）と同様であるため、その説明を省略する。実施の形態４においては、フィードバック部１９０、１９５の構成が実施の形態１とは異なる。
図１１は、実施の形態４に係るフィードバック部１９０の構成を示すブロック図である。図１１において、図３と同じ部分には同じ符号を付し、その説明を省略する。なお、フィードバック部１９５は、図１１に示すフィードバック部１９０と同様の構成を有する。
図１１に示すように、フィードバック部１９０は、フェーズシフタ（ＰＳ）４０１、ダウンコンバータ１９２、ローカルオシレータ１９３、Ａ／Ｄ１９４及び出力先選択部４０２を有する。
フェーズシフタ４０１は、第１のサブアレイのパワーアンプ１８０から出力される無線送信信号にウェイトを設定して位相をシフトすることにより、第１のビームのメインローブの信号成分、又は第１のビームから第２のビームへの干渉に相当する信号成分を抽出する。すなわち、フェーズシフタ４０１は、所定の周期で無線送信信号に設定するウェイトを変更し、第１のサブアレイから送信される無線送信信号から、第１のビームの方向の信号成分又は第２のビームの方向の信号成分を抽出する。
具体的には、フェーズシフタ４０１は、第１のビームの方向の信号成分を抽出する際には、第１のサブアレイのフェーズシフタ１７０において設定されるウェイトとは逆のウェイトを設定する。また、フェーズシフタ４０１は、第２のビームの方向の信号成分を抽出する際には、第２のサブアレイのフェーズシフタ１７５において設定されるウェイトとは逆のウェイトを設定する。
出力先選択部４０２は、フェーズシフタ４０１によって抽出される信号成分であるフィードバック信号の出力先を選択する。すなわち、出力先選択部４０２は、ＦＢ信号の出力先をＤＰＤ処理部１２２及びキャンセル信号生成部１２７から選択する。具体的には、出力先選択部４０２は、フェーズシフタ４０１によって第１のビームの方向の信号成分が抽出される場合には、この信号成分をＦＢ信号としてＤＰＤ処理部１２２へ出力する。また、出力先選択部４０２は、フェーズシフタ４０１によって第２のビームの方向の信号成分が抽出される場合には、この信号成分をＦＢ信号としてキャンセル信号生成部１２７へ出力する。
次いで、上記のように構成されたフィードバック部１９０におけるフィードバック方法について、図１２に示すフロー図を参照しながら説明する。
本実施の形態に係るフィードバック部１９０においては、更新される係数が歪補償係数であるか非線形モデルの係数であるかによってフィードバック先が時分割で切り替わる。すなわち、更新対象が所定の周期で切り替えられ（ステップＳ４０１）、更新対象が非線形モデルの係数である場合には（ステップＳ４０１Ｙｅｓ）、第２のサブアレイのフェーズシフタ１７５に設定されるウェイトの逆のウェイトがフェーズシフタ４０１に設定される（ステップＳ４０２）。すなわち、第２のビームを形成するためのウェイトの逆のウェイトがフェーズシフタ４０１に設定される。
そして、フェーズシフタ４０１によって、パワーアンプ１８０から出力される無線送信信号の位相がシフトされ、第２のビームの方向の信号成分が抽出される。この信号成分は、ダウンコンバータ１９２によってダウンコンバートされ、Ａ／Ｄ１９４によってＡ／Ｄ変換され、出力先選択部４０２によって選択された出力先へ出力される。ここでは、更新対象が非線形モデルの係数であるため、出力先選択部４０２によってキャンセル信号生成部１２７が出力先に選択され、キャンセル信号生成部１２７へＦＢ信号が出力される（ステップＳ４０３）。
一方、更新対象が歪補償係数である場合には（ステップＳ４０１Ｎｏ）、第１のサブアレイのフェーズシフタ１７０に設定されるウェイトの逆のウェイトがフェーズシフタ４０１に設定される（ステップＳ４０４）。すなわち、第１のビームを形成するためのウェイトの逆のウェイトがフェーズシフタ４０１に設定される。
そして、フェーズシフタ４０１によって、パワーアンプ１８０から出力される無線送信信号の位相がシフトされ、第１のビームの方向の信号成分が抽出される。この信号成分は、ダウンコンバータ１９２によってダウンコンバートされ、Ａ／Ｄ１９４によってＡ／Ｄ変換され、出力先選択部４０２によって選択された出力先へ出力される。ここでは、更新対象が歪補償係数であるため、出力先選択部４０２によってＤＰＤ処理部１２２が出力先に選択され、ＤＰＤ処理部１２２へＦＢ信号が出力される（ステップＳ４０５）。
本実施の形態に係るＤＰＤ処理部１２２、１２６は、それぞれフィードバック部１９０、１９５から自サブアレイが形成するビームの方向の信号成分がフィードバックされる期間において、歪補償係数を更新する。また、キャンセル信号生成部１２３、１２７は、それぞれフィードバック部１９０、１９５から他サブアレイが形成するビームの方向の信号成分がフィードバックされる期間において、非線形モデルの係数を更新する。これにより、歪補償係数及び非線形モデルの係数の更新のためのフィードバック回路を共通化することができ、回路規模を削減することができる。
以上のように、本実施の形態によれば、フィードバック部に設けられるフェーズシフタに設定されるウェイトとＦＢ信号の出力先とを所定の周期で切り替えるため、歪補償係数の更新と非線形モデルの係数の更新とを共通のフィードバック部からのＦＢ信号に基づいて実行することができる。結果として、フィードバック回路の回路規模を削減することができる。
（実施の形態５）
実施の形態５の特徴は、キャンセル信号の周波数帯域を送信信号の周波数帯域に制限する点である。
実施の形態５に係る無線通信システム及びＲＵ１００の構成は、実施の形態１（図１、２）と同様であるため、その説明を省略する。実施の形態５においては、プロセッサ１２０の構成が実施の形態１とは異なる。
図１３は、実施の形態５に係るプロセッサ１２０の構成を示すブロック図である。図１３において、図２と同じ部分には同じ符号を付し、その説明を省略する。図１３に示すように、プロセッサ１２０は、図２に示すプロセッサ１２０に帯域制限部５０１、５０２を追加した構成を採る。
帯域制限部５０１は、キャンセル信号生成部１２３によって生成されるキャンセル信号の周波数帯域を制限する。具体的には、帯域制限部５０１は、例えばＦＩＲ（Finite Impulse Response）フィルタなどのデジタルフィルタを備え、キャンセル信号の周波数帯域を第１のサブアレイの送信信号と同一の周波数帯域に制限する。
帯域制限部５０２は、キャンセル信号生成部１２７によって生成されるキャンセル信号の周波数帯域を制限する。具体的には、帯域制限部５０２は、例えばＦＩＲフィルタなどのデジタルフィルタを備え、キャンセル信号の周波数帯域を第２のサブアレイの送信信号と同一の周波数帯域に制限する。
キャンセル信号生成部１２３、１２７によって生成されるキャンセル信号は、送信信号の３倍又は５倍の周波数帯域を有する。しかしながら、信号を受信するＵＥ２０においてＳＩＲを向上するためには、送信信号の周波数帯域内においてビーム間干渉が抑制されれば良い。そこで、本実施の形態においては、帯域制限部５０１、５０２によってキャンセル信号の周波数帯域を制限し、送信信号の周波数帯域と一致させる。これにより、送信信号と同一の周波数帯域を有するキャンセル信号が送信信号に付加され、送信信号の周波数帯域内においてビーム間干渉が抑制される。
以上のように、本実施の形態によれば、キャンセル信号の周波数帯域を制限して送信信号の周波数帯域に一致させるため、送信信号とは異なる周波数帯域においてキャンセル信号がアンテナ素子から放射されることがない。結果として、送信信号の周波数帯域外におけるＡＣＬＲの劣化を抑制することができる。
上記実施の形態１～５は、適宜組み合わせて実施することが可能である。例えば実施の形態１、２を組み合わせて、パワーアンプ１８０、１８５の非線形特性のばらつきによるビーム間干渉とビームのサイドローブによるビーム間干渉との双方を抑制することも可能である。また、例えば実施の形態３、５を組み合わせて、キャンセル信号に周波数変換を施した上で、周波数が変換されたキャンセル信号の周波数帯域を制限することなども可能である。
また、上記実施の形態１～５においては、フェーズシフタ１９１に、第２のサブアレイのフェーズシフタ１７５において設定されるウェイトとは逆のウェイトを設定し、第２のビームの方向の信号成分を抽出するものとした。しかしながら、例えば第２のサブアレイによるビーム方向制御が離散的に行われる場合には、第２のビームの方向とＵＥ２０の位置とが必ずしも一致するとは限らない。そこで、第２のビームの方向とＵＥ２０が位置する方向との情報に基づいて、フェーズシフタ１９１のウェイトを微調整し、ＵＥ２０が位置する方向においてビーム間干渉の抑制が最適化されるようにしても良い。
さらに、上記実施の形態１～５においては、非線形モデル算出部２０３又は線形モデル算出部２１１によって算出される非線形モデル又は線形モデルが、非線形モデル適用部２０４又は線形モデル適用部２１２へ複製されるインダイレクトラーニングが行われるものとした。しかしながら、ＦＢ信号を用いて非線形モデル又は線形モデルの係数を更新しながら、更新される係数をそのまま適用してキャンセル信号を生成するダイレクトラーニングが行われるようにしても良い。
また、上記実施の形態１～５においては、第１のサブアレイ及び第２のサブアレイの２つのサブアレイの間でビーム間干渉を抑制する場合について説明したが、３つ以上のサブアレイの間でビーム間干渉を抑制することが可能なのはいうまでもない。３つ以上のサブアレイの間でビーム間干渉を抑制する場合には、自サブアレイ以外のすべての他サブアレイからの送信信号、キャンセル済み信号及びＦＢ信号に基づいて、キャンセル信号を生成し、自サブアレイの送信信号に付加するようにすれば良い。この場合、各サブアレイには、他サブアレイごとに１つのフィードバック部が設けられて常にすべての他サブアレイにＦＢ信号が出力されるようにしても良いし、１つのみのフィードバック部が設けられて時分割でそれぞれの他サブアレイにＦＢ信号が出力されるようにしても良い。
以上の各実施の形態に関し、さらに以下の付記を開示する。
（付記１）複数のアンテナ素子に対応する複数のパワーアンプと複数のフェーズシフタとを備え、第１の方向を向く第１のビームを形成する第１のサブアレイと、
複数のアンテナ素子に対応する複数のパワーアンプと複数のフェーズシフタとを備え、前記第１の方向とは異なる第２の方向を向く第２のビームを形成する第２のサブアレイと、
少なくとも前記第１のサブアレイが備える複数のパワーアンプから出力される信号をフィードバックするフィードバック部と、
前記第１のサブアレイ及び前記第２のサブアレイに接続され、前記第１のサブアレイ及び前記第２のサブアレイへ送信信号を出力するプロセッサとを有し、
前記プロセッサは、
前記フィードバック部によってフィードバックされる第１のフィードバック信号と、前記第１のサブアレイへ出力される送信信号とに基づいて、前記第１のビームが前記第２のビームへ与える干渉成分に対応するキャンセル信号を生成し、
生成されたキャンセル信号を前記第２のサブアレイへ出力される送信信号に付加する
処理を実行することを特徴とする信号処理装置。
（付記２）前記フィードバック部は、
前記第１のサブアレイが備える複数のパワーアンプから出力される信号から前記第２の方向を向く信号成分を抽出して前記第１のフィードバック信号を取得し、当該第１のフィードバック信号を前記プロセッサへフィードバックする
ことを特徴とする付記１記載の信号処理装置。
（付記３）前記フィードバック部は、
前記第２のサブアレイが備える複数のフェーズシフタに設定されるウェイトとは逆のウェイトが設定され、前記第１のサブアレイが備える複数のパワーアンプから出力される信号の位相をシフトする複数のフェーズシフタを備える
ことを特徴とする付記１記載の信号処理装置。
（付記４）前記フィードバック部は、
前記第２のサブアレイが備える複数のパワーアンプから出力される信号から前記第１の方向を向く信号成分を抽出して第２のフィードバック信号を取得し、当該第２のフィードバック信号を前記プロセッサへフィードバックし、
前記プロセッサは、
前記フィードバック部によってフィードバックされる前記第２のフィードバック信号と、前記第２のサブアレイへ出力される送信信号とに基づいて、前記第２のビームが前記第１のビームへ与える干渉成分に対応するキャンセル信号を生成し、
生成されたキャンセル信号を前記第１のサブアレイへ出力される送信信号に付加する
処理をさらに実行することを特徴とする付記１記載の信号処理装置。
（付記５）前記生成する処理は、
前記フィードバック部によってフィードバックされる第１のフィードバック信号と、前記第１のサブアレイへ出力される送信信号とに基づいて、当該送信信号と前記第１のフィードバック信号との関係を示す非線形モデルを算出し、
算出された非線形モデルを前記第１のサブアレイへ出力される送信信号に適用することにより、前記キャンセル信号を生成する
ことを特徴とする付記１記載の信号処理装置。
（付記６）前記生成する処理は、
前記フィードバック部によってフィードバックされる第１のフィードバック信号と、前記第１のサブアレイへ出力される送信信号とに基づいて、当該送信信号と前記第１のフィードバック信号との関係を示す線形モデルを算出し、
算出された線形モデルを前記第１のサブアレイへ出力される送信信号に適用することにより、前記キャンセル信号を生成する
ことを特徴とする付記１記載の信号処理装置。
（付記７）前記付加する処理は、
生成されたキャンセル信号の周波数を前記第２のサブアレイへ出力される送信信号と同一の周波数に変換し、
周波数変換後のキャンセル信号を前記第２のサブアレイへ出力される送信信号に付加する
ことを特徴とする付記１記載の信号処理装置。
（付記８）前記付加する処理は、
生成されたキャンセル信号の周波数帯域を前記第２のサブアレイへ出力される送信信号と同一の周波数帯域に制限し、
帯域制限後のキャンセル信号を前記第２のサブアレイへ出力される送信信号に付加する
ことを特徴とする付記１記載の信号処理装置。
（付記９）前記プロセッサは、
前記第１のサブアレイが備える複数のパワーアンプにおいて発生する非線形歪を歪補償係数を用いて補償する処理をさらに実行し、
前記フィードバック部は、
前記キャンセル信号を生成するための前記第１のフィードバック信号と、前記歪補償係数を更新するための他のフィードバック信号とを時分割でフィードバックする
ことを特徴とする付記１記載の信号処理装置。
（付記１０）複数のアンテナ素子に対応する複数のパワーアンプと複数のフェーズシフタとを備え、第１の方向を向く第１のビームを形成する第１のサブアレイと、複数のアンテナ素子に対応する複数のパワーアンプと複数のフェーズシフタとを備え、前記第１の方向とは異なる第２の方向を向く第２のビームを形成する第２のサブアレイとを有する信号処理装置におけるビーム間干渉抑制方法であって、
少なくとも前記第１のサブアレイが備える複数のパワーアンプから出力される信号をフィードバックし、
フィードバックされる第１のフィードバック信号と、前記第１のサブアレイから送信される送信信号とに基づいて、前記第１のビームが前記第２のビームへ与える干渉成分に対応するキャンセル信号を生成し、
生成されたキャンセル信号を前記第２のサブアレイから送信される送信信号に付加する
処理を有することを特徴とするビーム間干渉抑制方法。
（付記１１）前記フィードバックする処理は、
前記第１のサブアレイが備える複数のパワーアンプから出力される信号から前記第２の方向を向く信号成分を抽出して前記第１のフィードバック信号を取得し、当該第１のフィードバック信号をフィードバックする
ことを特徴とする付記１０記載のビーム間干渉抑制方法。
（付記１２）前記第２のサブアレイが備える複数のパワーアンプから出力される信号から前記第１の方向を向く信号成分を抽出して第２のフィードバック信号を取得し、当該第２のフィードバック信号をフィードバックし、
フィードバックされる前記第２のフィードバック信号と、前記第２のサブアレイから送信される送信信号とに基づいて、前記第２のビームが前記第１のビームへ与える干渉成分に対応するキャンセル信号を生成し、
生成されたキャンセル信号を前記第１のサブアレイから送信される送信信号に付加する
処理をさらに有することを特徴とする付記１０記載のビーム間干渉抑制方法。
（付記１３）前記生成する処理は、
フィードバックされる第１のフィードバック信号と、前記第１のサブアレイから送信される送信信号とに基づいて、当該送信信号と前記第１のフィードバック信号との関係を示す非線形モデルを算出し、
算出された非線形モデルを前記第１のサブアレイから送信される送信信号に適用することにより、前記キャンセル信号を生成する
ことを特徴とする付記１０記載のビーム間干渉抑制方法。
（付記１４）前記生成する処理は、
フィードバックされる第１のフィードバック信号と、前記第１のサブアレイから送信される送信信号とに基づいて、当該送信信号と前記第１のフィードバック信号との関係を示す線形モデルを算出し、
算出された線形モデルを前記第１のサブアレイから送信される送信信号に適用することにより、前記キャンセル信号を生成する
ことを特徴とする付記１０記載のビーム間干渉抑制方法。
１１０ 有線ＩＦ部
１２０ プロセッサ
１２１、１２５ キャンセル信号付加部
１２２、１２６ ＤＰＤ処理部
１２３、１２７ キャンセル信号生成部
１３０ メモリ
１４０、１４５ Ｄ／Ａコンバータ
１５０、１５５ アップコンバータ
１６０、１６５、１９３ ローカルオシレータ
１７０、１７５、１９１、４０１ フェーズシフタ
１８０、１８５ パワーアンプ
１９０、１９５ フィードバック部
１９２ ダウンコンバータ
１９４ Ａ／Ｄコンバータ
２０１ アドレス生成部
２０２ 加算部
２０３ 非線形モデル算出部
２０４ 非線形モデル適用部
２０５ 減算部
２１１ 線形モデル算出部
２１２ 線形モデル適用部
３０１、３０２ 周波数変換部
４０２ 出力先選択部
５０１、５０２ 帯域制限部

Claims (10)

  1. 複数のアンテナ素子に対応する複数のパワーアンプと複数のフェーズシフタとを備え、第１の方向を向く第１のビームを形成する第１のサブアレイと、
    複数のアンテナ素子に対応する複数のパワーアンプと複数のフェーズシフタとを備え、前記第１の方向とは異なる第２の方向を向く第２のビームを形成する第２のサブアレイと、
    少なくとも前記第１のサブアレイが備える複数のパワーアンプから出力される信号をフィードバックするフィードバック部と、
    前記第１のサブアレイ及び前記第２のサブアレイに接続され、前記第１のサブアレイ及び前記第２のサブアレイへ送信信号を出力するプロセッサとを有し、
    前記プロセッサは、
    前記フィードバック部によってフィードバックされる第１のフィードバック信号と、前記第１のサブアレイへ出力される送信信号とに基づいて、前記第１のビームが前記第２のビームへ与える干渉成分に対応するキャンセル信号を生成し、
    生成されたキャンセル信号を前記第２のサブアレイへ出力される送信信号に付加する
    処理を実行することを特徴とする信号処理装置。
  2. 前記フィードバック部は、
    前記第１のサブアレイが備える複数のパワーアンプから出力される信号から前記第２の方向を向く信号成分を抽出して前記第１のフィードバック信号を取得し、当該第１のフィードバック信号を前記プロセッサへフィードバックする
    ことを特徴とする請求項１記載の信号処理装置。
  3. 前記フィードバック部は、
    前記第２のサブアレイが備える複数のフェーズシフタに設定されるウェイトとは逆のウェイトが設定され、前記第１のサブアレイが備える複数のパワーアンプから出力される信号の位相をシフトする複数のフェーズシフタを備える
    ことを特徴とする請求項１記載の信号処理装置。
  4. 前記フィードバック部は、
    前記第２のサブアレイが備える複数のパワーアンプから出力される信号から前記第１の方向を向く信号成分を抽出して第２のフィードバック信号を取得し、当該第２のフィードバック信号を前記プロセッサへフィードバックし、
    前記プロセッサは、
    前記フィードバック部によってフィードバックされる前記第２のフィードバック信号と、前記第２のサブアレイへ出力される送信信号とに基づいて、前記第２のビームが前記第１のビームへ与える干渉成分に対応するキャンセル信号を生成し、
    生成されたキャンセル信号を前記第１のサブアレイへ出力される送信信号に付加する
    処理をさらに実行することを特徴とする請求項１記載の信号処理装置。
  5. 前記生成する処理は、
    前記フィードバック部によってフィードバックされる第１のフィードバック信号と、前記第１のサブアレイへ出力される送信信号とに基づいて、当該送信信号と前記第１のフィードバック信号との関係を示す非線形モデルを算出し、
    算出された非線形モデルを前記第１のサブアレイへ出力される送信信号に適用することにより、前記キャンセル信号を生成する
    ことを特徴とする請求項１記載の信号処理装置。
  6. 前記生成する処理は、
    前記フィードバック部によってフィードバックされる第１のフィードバック信号と、前記第１のサブアレイへ出力される送信信号とに基づいて、当該送信信号と前記第１のフィードバック信号との関係を示す線形モデルを算出し、
    算出された線形モデルを前記第１のサブアレイへ出力される送信信号に適用することにより、前記キャンセル信号を生成する
    ことを特徴とする請求項１記載の信号処理装置。
  7. 前記付加する処理は、
    生成されたキャンセル信号の周波数を前記第２のサブアレイへ出力される送信信号と同一の周波数に変換し、
    周波数変換後のキャンセル信号を前記第２のサブアレイへ出力される送信信号に付加する
    ことを特徴とする請求項１記載の信号処理装置。
  8. 前記付加する処理は、
    生成されたキャンセル信号の周波数帯域を前記第２のサブアレイへ出力される送信信号と同一の周波数帯域に制限し、
    帯域制限後のキャンセル信号を前記第２のサブアレイへ出力される送信信号に付加する
    ことを特徴とする請求項１記載の信号処理装置。
  9. 前記プロセッサは、
    前記第１のサブアレイが備える複数のパワーアンプにおいて発生する非線形歪を歪補償係数を用いて補償する処理をさらに実行し、
    前記フィードバック部は、
    前記キャンセル信号を生成するための前記第１のフィードバック信号と、前記歪補償係数を更新するための他のフィードバック信号とを時分割でフィードバックする
    ことを特徴とする請求項１記載の信号処理装置。
  10. 複数のアンテナ素子に対応する複数のパワーアンプと複数のフェーズシフタとを備え、第１の方向を向く第１のビームを形成する第１のサブアレイと、複数のアンテナ素子に対応する複数のパワーアンプと複数のフェーズシフタとを備え、前記第１の方向とは異なる第２の方向を向く第２のビームを形成する第２のサブアレイとを有する信号処理装置におけるビーム間干渉抑制方法であって、
    少なくとも前記第１のサブアレイが備える複数のパワーアンプから出力される信号をフィードバックし、
    フィードバックされる第１のフィードバック信号と、前記第１のサブアレイから送信される送信信号とに基づいて、前記第１のビームが前記第２のビームへ与える干渉成分に対応するキャンセル信号を生成し、
    生成されたキャンセル信号を前記第２のサブアレイから送信される送信信号に付加する
    処理を有することを特徴とするビーム間干渉抑制方法。
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