JP3813537B2 - Cdma移動通信基地局装置 - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明はCDMA移動通信基地局装置に関し、特にアレイ・アンテナの複数のアンテナ素子それぞれと対応接続する受信系回路及び送信系回路の、振幅特性及び位相特性を均一化して良好なアンテナ指向性を確保し、通信干渉低減効果、送信電力低減効果を高めることができるCDMA移動通信基地局装置に属する。
【0002】
【従来の技術】
CDMAセルラー方式等の移動体通信において、その基地局に、アダプティブアレイアンテナを用いた場合、アダプティブアレイアンテナはアレイ状に複数配置された各アンテナ素子系回路の重み付け係数(ウェイト)を適応制御することにより、上り回線においては希望波の到来方向に指向性を有し、干渉波の到来方向にビームヌルを有する指向性パターンを生成し、基地局は所望希望波に対して、他ユーザからの干渉を抑圧し、良好な信号対干渉比(SIR)の状況で受信できる。また、下り回線においては上り回線において求められたウェイトを再利用することにより、もしくは希望波及び干渉波の到来方向を推定することにより、希望ユーザ方向にビームを形成し、干渉ユーザ方向にヌルビームを形成することにより、各ユーザにとって良好な信号対干渉比を維持できるメリットを持っている。
【0003】
このような従来のCDMA移動通信基地局装置の一例として、文献、信学技報RCS2000−31(2000−06)に記載された内容に基づき説明する。
図8は従来のCDMA移動通信基地局装置の全体構成を示すブロック図、図9はその各アンテナ素子それぞれと接続する個別送受信部の構成を示すブロック図、図10は図9に示された個別送受信部の、受信系回路部分を抽出したブロック図である。
図8に示された全体構成では、アレイ・アンテナ10が複数のアンテナ素子11を配置して構成され、これら複数のアンテナ素子11と対応接続する、複数の個別送受信部20xが設けられて、これら個別送受信部20xそれぞれの、送信入力信号及び受信出力信号に対し、指向性制御素子31によりウェイト付けされ、アンテナ送信指向性及びアンテナ受信指向性を得る構成となっている。
【0004】
アンテナ指向性制御部30においては、MMSE(Minimum Mean Square Error)法に基づく重み付け制御回路に接続され、各アンテナに対して入出力する送信信号もしくは受信信号をビームフォーミング制御している。ここで、重み付け制御はベースバンド信号処理にて行われるため、ベースバンド処理部とアンテナ間にある無線部のために、送信信号にて各アンテナ同相、同振幅で送出しようとしても、各アンテナに付随する送信部において位相、及び振幅にばらつきがあった場合、各アンテナからは所望の同相、同振幅の信号が送信されない。また受信時においても同相、同振幅で各アンテナで受信されても、各アンテナに付随する受信部間で位相及び振幅にばらつきがあればベースバンドにおける重み付け制御は正確に行うことができない。そこで、各個別送受信部20xにおいて各アンテナ系に付随する送信信号及び受信信号の位相及び振幅が相互に等しくなるよう調整される。
【0005】
図9に示されたブロック図において、参照信号導入部25x、誤差検出・保持器29r、及び受信側振幅・位相制御器27が、送受信共用器23、及び可変利得型の受信機26を経由する受信信号に対する振幅、位相の調整(キャリブレーション)回路であり、送信参照信号導出部24、参照信号導入部25x、誤差検出・保持器29t、及び送信側振幅・位相制御器21と、キャリブレーション済みの受信系の回路とが、送信機22及び送受信共用器23を経由する送信信号に対する振幅、位相のキャリブレーション回路である。これらの、受信信号及び送信信号に対するキャリブレーションは、その誤差検出及び振幅、位相の制御が、ベースバンド帯域の参照信号ref(BB)により行われるため、送受信共用器23及び受信機26への参照信号の導入は、アンテナ素子11からの受信信号の周波数帯域、すなわち、無線周波帯に変換する必要がある。
【0006】
この従来のCDMA移動通信基地局装置では、図8〜図10に示すように、局部発振器40からの受信無線周波帯frの信号を各個別送受信部20xに供給すれば、これら各個別送受信部20xにおいて独立してその受信系のキャリブレーションができる、という長所がある。この場合、ベースバンドの参照信号ref(BB)を受信無線周波帯frに変換して受信系の回路に導入する、参照信号導入部25xは、周波数変換器254と、送受信の切換え及び送信系の参照信号導入用のスイッチS251及び加算器251と、導入レベル制御用の可変減衰器252と、方向性結合器253と、を含んで構成され、無線周波帯の参照信号の導入レベルはアンテナ素子11からの受信信号に対し−20dB程度で良く、また、局部発振器40からの受信無線周波帯frの信号のレベルは、周波数変換器254の程度によっては比較的高いレベルが必要となるため、可変減衰器252の減衰量も大きくなる。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
上述した従来のCDMA移動通信基地局装置は、そのアレイ・アンテナ10の複数のアンテナ素子11それぞれと接続する個別送受信部20xにおいて、受信信号及び送信信号に対する振幅、位相特性が、これら複数の個別送受信部20x間で等しくなるように調整(キャリブレーション)を行っている。このキャリブレーション動作は、誤差検出及び振幅、位相制御がベースバンド帯域の参照信号ref(BB)により行われ、これに対し参照信号の導入は受信無線周波帯frとする必要があるため、参照信号導入部25xは、ベースバンドの参照信号ref(BB)を受信無線周波帯frに変換する周波数変換器254と、送受信切換え用のスイッチS251及び加算器251と、導入レベル制御用の可変減衰器252と、方向性結合器253と、を含んで構成され、この参照信号導入部25xにおいて、導入される参照信号のレベルは、アンテナ素子11からの受信信号に対し−20dB程度で良いが、局部発振器40からの、周波数変換用の受信無線周波帯frの信号レベルは、周波数変換器254の種類によっては比較的高いレベルが必要となるため、この高いレベルの受信無線周波帯frの信号を引き回すと、各部動作に悪影響を及ぼす危険性があり、また、可変減衰器252の減衰量も大きくなるため、この減衰量の誤差による参照信号の導入レベルの誤差が大きくなり、キャリブレーションの精度が低下する、という問題点がある。
【0008】
本発明の目的は、上記従来技術の問題点に鑑み、各個別送受信部に対し、参照信号周波数変換用の高いレベルの受信無線周波帯の信号を引き回さずに済んで、その各部動作に対する悪影響を無くし、かつ、可変減衰器等の減衰量を小さくして、参照信号導入レベルの誤差を小さくし、キャリブレーション精度を上げることができるCDMA移動通信基地局装置を提供することにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】
本発明のCDMA移動通信基地局装置は、複数のアンテナ素子から成るアレイ・アンテナを用いて、複数の移動局に対するアンテナ指向性を形成し、これら複数の移動局と通信を行う、多元接続可能なCDMA移動通信基地局装置であって、前記複数のアンテナ素子と対応接続する複数の個別送受信部と、これら複数の個別送受信部に無線周波帯の参照信号及びベースバンド帯の参照信号を供給する参照信号供給手段と、を有して成り、
前記複数の個別送受信部それぞれが
(イ)前記アレイ・アンテナの、対応するアンテナ素子からの無線周波帯の受信信号を増幅してベースバンド帯の受信情報信号に変換し出力する受信機
(ロ)前記参照信号供給手段から供給された無線周波帯の参照信号を、予め定められたレベルに設定、制御して前記アンテナ素子からの無線周波帯受信信号伝送路へ導入する参照信号導入部
(ハ)前記受信機の出力信号中に含まれるベースバンド帯の参照信号と、前記参照信号供給手段から供給されたベースバンド帯の参照信号と、の間の振幅及び位相の差を検出して前記受信機の出力信号に対する振幅及び位相を制御し出力する受信側振幅・位相制御部
(ニ)前記受信側振幅・位相制御部の出力信号中に含まれる参照信号成分を、前記参照信号供給手段から供給されたベースバンド帯の参照信号により除去する参照信号除去器を
含んで構成され、
前記参照信号供給手段が、
(ホ)クロック信号及び初期化信号に基づいて、ベースバンド帯の参照信号を発生する、1つの参照信号発生部
(ヘ)前記1つの参照信号発生部からのベースバンド帯の参照信号を、前記アンテナ素子からの無線周波帯の受信信号と同一の周波帯の参照信号に変換して、前記複数の個別送受信部へ分配、供給する、参照信号分配部
を含んで構成されることを特徴とする。
【0010】
また、前記参照信号供給手段の、参照信号分配部から複数の個別送受信部それぞれへの無線周波帯の参照信号供給用配線が、等長かつ同一の環境条件となるように配置された構造である、構成を有している。
【0011】
また、前記参照信号供給手段の、参照信号分配部から複数の個別送受信部それぞれへの無線周波帯の参照信号供給用配線が、異なる長さ、異なる環境条件で配置される構造である場合に、また、等長かつ同一の環境条件であっても振幅及び位相のずれが残存する場合に、この差異に伴う参照信号の振幅、位相のずれを補正する、オフセット量設定補正部が、前記受信側振幅・位相制御手段に設けられた構成を有している。
【0012】
また、前記CDMA移動通信基地局における、参照信号供給手段が、複数の個別送受信部に対し供給する、ベースバンド帯の参照信号に代えて、その1つの参照信号発生部に供給されるクロック信号及び初期化信号をこれら複数の個別送受信部に供給するようにし、これら複数の個別の送受信部に、前記クロック信号及び初期化信号に基づいてベースバンド帯の参照信号を発生する、個別の参照信号発生器を設けて、この個別参照信号発生器から、受信側振幅・位相制御手段及び参照信号除去器へのベースバンド帯の参照信号を供給するようにした構成を有している。
【0013】
【発明の実施の形態】
本発明の第1の実施の形態は、複数のアンテナ素子から成るアレイ・アンテナを用いて、複数の移動局に対するアンテナ指向性を形成し、これら複数の移動局と通信を行う、多元接続可能なCDMA移動通信基地局装置であって、上記複数のアンテナ素子と対応接続する複数の個別送受信部と、これら複数の個別送受信部に無線周波帯の参照信号及びベースバンド帯の参照信号を供給する参照信号供給手段と、を有して成り、上記複数の個別送受信部それぞれが、上記アレイ・アンテナの、対応するアンテナ素子からの無線周波帯の受信信号を増幅してベースバンド帯の受信情報信号に変換し出力する受信機と、上記参照信号供給手段から供給された無線周波帯の参照信号を、予め定められたレベルに設定、制御して上記アンテナ素子からの無線周波帯受信信号伝送路へ導入する参照信号導入部と、上記受信機の出力信号中に含まれるベースバンド帯の参照信号と、上記参照信号供給手段から供給されたベースバンド帯の参照信号と、の間の振幅及び位相の差を検出して上記受信機の出力信号に対する振幅及び位相を制御し出力する受信側振幅・位相制御部と、この受信側振幅・位相制御部の出力信号中に含まれる参照信号成分を、上記参照信号供給手段から供給されたベースバンド帯の参照信号により除去する参照信号除去器と、を含んで構成され、上記参照信号供給手段が、クロック信号及び初期化信号に基づいて、ベースバンド帯の参照信号を発生する、1つの参照信号発生部と、この1つの参照信号発生部からのベースバンド帯の参照信号を、上記アンテナ素子からの無線周波帯の受信信号と同一の周波帯の参照信号に変換して、上記複数の個別送受信部へ分配、供給する、参照信号分配部と、を含んで構成される。
【0014】
このような構成とすることにより、複数の個別送受信部に対し、参照信号周波数変換用の高いレベルの受信無線周波帯の信号を引き回さなくても良いので、この信号による各部動作に対する悪影響を無くすことができ、しかも、参照信号導入部への無線周波帯の参照信号のレベルも小さくすることができて、その可変減衰器の減衰量も小さくすることができるので、その導入レベルの誤差を小さくすることができ、キャリブレーション精度を上げることができる。
【0015】
本発明の第2の実施の形態は、上記のCDMA移動通信基地局における、参照信号供給手段が、複数の個別送受信部に対し供給する、ベースバンド帯の参照信号に代えて、その1つの参照信号発生部に供給されるクロック信号及び初期化信号をこれら複数の個別送受信部に供給するようにし、これら複数の個別の送受信部に、上記クロック信号及び初期化信号に基づいてベースバンド帯の参照信号を発生する、個別の参照信号発生器を設けて、この個別の参照信号発生器から、受信側振幅・位相制御手段及び参照信号除去器へのベースバンド帯の参照信号を供給するようにした構成を有している。
【0016】
第1の実施の形態のように、1つの参照信号発生部で、参照信号分配部及び複数の個別送受信部へのベースバンド帯の参照信号を発生しようとすると、この1つの参照信号発生部の出力電力を大きくする必要があり、その分、この1つの参照信号発生部の構成、及び出力電力の制御がやや難しくなるが、各個別送受信部に、その形成かつ容易な、個別の参照信号発生器を設けることにより、1つの参照信号発生部の出力電力を小さくすることができて、その構成及び出力電力の制御が容易となる。
その他の作用効果は第1の実施の形態と同様である。
【0017】
【実施例】
次に本発明の実施例について図面を参照して説明する。
図1は本発明の第1の実施例のCDMA移動通信基地局装置全体を示すブロック図、図2はその個別送受信部のブロック図、図3は個別送受信部の受信系回路部分を抽出したブロック図である。
この第1の実施例が図8〜図10に示された従来のCDMA移動通信基地局装置と相違する点は、第1に、この従来例では、複数の個別送受信部20xへの参照信号の供給が、ベースバンド帯の参照信号ref(BB)のみとなっているのに対し、この第1の実施例では、複数の個別送受信部20への参照信号の供給が、無線周波帯の参照信号ref(RF)とベースバンド帯の参照信号ref(BB)との両者となっており、第2に、このような構成とするために、従来例では、参照信号発生器(図示省略)で発生したベースバンド帯の参照信号ref(BB)を、そのまま各個別送受信部20xへ供給しているのに対し、この第1の実施例では、1つの参照信号発生器50で発生したベースバンド帯の参照信号ref(BB)を各個別送受信部20へ供給する一方、これと同時に、このベースバンド帯の参照信号ref(BB)を無線周波帯に変換して(周波数変換器61により)、この無線周波帯の参照信号ref(RF)を、各個別送受信部20へ分配(分配器62により)供給する、参照信号分配部60が設けられており、第3に、従来の個別送受信部20xでは、その参照信号導入部25xにおいて、ベースバンド帯の参照信号ref(BB)を周波数変換器254により無線周波帯(fr)の参照信号に変換してから可変減衰器252xでレベル設定し、受信系回路に導入しているのに対し、この第1の実施例の個別送受信部20では、その参照信号導入部25において、供給された無線周波帯の参照信号ref(RF)を、そのまま可変減衰器252でレベル設定し、受信系回路に導入している、という点にある。なお、1つの参照信号発生器50と、参照信号分配部60とにより、参照信号供給手段(図示省略)を形成する。
【0018】
このような構成とすることにより、従来例では、周波数変換器254の種類によっては、比較的高いレベルの無線周波帯(fr)の信号を各個別送受信部20xに引き回すことになり、これが各部動作に悪影響を及ぼす危険性があるが、この第1の実施例では、周波数変換の必要がなく、しかも参照信号導入レベルは受信信号レベルに対し−20dB程度で良いので、各個別送受信部20に供給される無線周波帯の参照信号ref(RF)のレベルを、従来例の場合に比べて大幅に小さくすることができ、各部動作への悪影響を無くすことができる。
【0019】
また、従来例では、周波数変換器254の出力信号のレベルも高く、この信号を受信信号レベルに対し−20dB程度に減衰させるには、可変減衰器252xの減衰量も大きくなって、この減衰量の誤差による、受信系回路への参照信号の導入レベルの誤差も大きくなり、キャリブレーションの精度が低下するが、この第1の実施例では、可変減衰器252への入力信号レベルが小さいので、この可変減衰器252の減衰量を、従来例に比べて大幅に小さくすることができて、受信系回路への参照信号の導入レベルの誤差を小さくすることができキャリブレーション精度を上げることができる。
【0020】
なお、この第1の実施例において、参照信号分配部60から各個別送受信部20への無線周波帯の参照信号ref(RF)供給用の配線は、等長かつ同一環境条件となるように配置し、配線長の差や、配線に対する熱伸縮等の外部変動の差を少なくし、各個別送受信部20に供給される無線周波帯の参照信号ref(RF)の振幅及び位相を均一化するのが望ましい。
【0021】
図4は本発明の第2の実施例の、CDMA移動通信基地局装置全体のブロック図、図5はその個別送受信部の受信系回路部分を抽出したブロック図である。
前述の第1の実施例では、個別送受信部20に対し、1つの参照信号発生器50から直接、ベースバンド帯の参照信号ref(BB)を供給していたが、この第2の実施例では、各個別送受信部20aに対し、1つの参照信号発生器50aにおけるベースバンド帯の参照信号ref(BB)発生の基となるクロック信号CLK及び初期化信号INSを供給し、これら各個別送受信部20aに、このクロック信号CLK及び初期化信号INSに基づいてベースバンド帯の参照信号ref(BB)を発生する、個別の参照信号発生器51を設けた構成となっている。
【0022】
第1の実施例のように、1つの参照信号発生器50により、参照信号分配部60及び複数の個別送受信部20へのベースバンド帯の参照信号ref(BB)を発生しようとすると、その出力電力が大きくなって、この参照信号発生器50の構成や出力電力の制御が難しくなりがちとなるが、この第2の実施例のように、1つの参照信号発生器50aは参照信号分配器60のみへのベースバンド帯の参照信号ref(BB)を発生するようにし、各個別送受信部20aに個別の参照信号発生器51を設けることにより、1つの参照信号発生器50aの出力電力を小さくすることができて、その構成、及び出力電力の制御を容易にすることができ、また個別の参照信号発生器51も、その形成は簡単である。
その他の構成、及び作用効果等については、第1の実施例と同様である。
【0023】
図6は本発明の第3の実施例を示す、個別送受信部の受信系回路部分のブロック図である。
前述の第1,第2の実施例において、参照信号分配部60から各個別送受信部20,20aへの無線周波帯の参照信号ref(RF)の配線は、等長かつ同一環境条件となるように配置するのが望ましいが、構造上等の理由により、そのように配置できない場合がある。このような場合には、その配置に伴って発生する振幅及び位相の差を補正するように、誤差検出・保持部29r及び受信側振幅・位相制御器27から成る受信側振幅・位相制御手段に、オフセット量設定補正器71を誤差検出・保持器29rに対して設けると良い。
また、図7に示すように、受信側振幅・位相制御器27に対し、オフセット量設定制御器72を設けた構成とすることができる。
【0024】
【発明の効果】
以上説明したように本発明は、1つの参照信号発生部からのベースバンド帯の参照信号を、無線周波帯の参照信号に変換して複数の個別送受信部に分配、供給する参照信号供給手段を設け、各個別送受信部では、その参照信号導入部において、参照信号供給手段からの無線周波帯の参照信号を、そのままレベル設定、制御して受信系回路へ導入する構成とし、かつ、受信側振幅・位相制御手段における、振幅、位相の基準となるベースバンド帯の参照信号は、1つの参照信号発生器から供給するか、各個別送受信部に、ベースバンド帯の参照信号発生用の個別の参照信号発生器を設けてこの個別の参照信号発生器から供給する、構成とすることにより、各個別送受信部の参照信号導入部から、高いレベルの信号が必要な周波数変換器が無くなり、高いレベルの受信無線周波帯の信号を引き回わさなくて済むので、その各部動作に対する悪影響を無くすことができ、また、参照信号導入部での参照信号に対する減衰量も小さくて済むので、この減衰量に伴う参照信号の導入レベルの誤差を小さくすることができて、キャリブレーション精度を上げることができる、という効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施例を示すCDMA移動通信基地局装置全体のブロック図である。
【図2】図1に示された第1の実施例における各個別送受信部のブロック図である。
【図3】図2に示された個別送受信部の受信系回路部分を抽出したブロック図である。
【図4】本発明の第2の実施例を示すCDMA移動通信基地局装置全体のブロック図である。
【図5】図4に示された第2の実施例における各個別送受信部の受信系回路部分を抽出したブロック図である。
【図6】本発明の第3の実施例における各個別送受信部の受信系回路部分を抽出したブロック図である。
【図7】図6に示された第3の実施例に対する変形例を示すブロック図である。
【図8】従来のCDMA移動通信基地局装置の一例を示す装置全体のブロック図である。
【図9】図8に示された従来例の各個別送受信部のブロック図である。
【図10】図9に示された個別送受信部の受信系回路部分を抽出したブロック図である。
【符号の説明】
10 アレイ・アンテナ
11 アンテナ素子
20,20a,20b,20c,20x 個別送受信部
21 送信側振幅・位相制御器
22 送信機
23 送受信共用器
24 送信参照信号導出部
25,25x 参照信号導入部
26 受信機
27 受信側振幅・位相制御器
28 参照信号除去器
29r,29t 誤差検出・保持器
30 アンテナ指向性制御部
31 指向性制御素子
40 局部発振器
50 参照信号発生器
50a 参照信号発生器
51 参照信号発生器
60 参照信号分配部
61 周波数・変換器
62 分配器
71 オフセット量設定制御器
72 オフセット量設定制御器
241 周波数変換器
242 可変減衰器
243 方向性結合器
251 加算器
252 可変減衰器
253 方向性結合器
254 周波数変換器
281 加算器

Claims (4)

  1. 複数のアンテナ素子から成るアレイ・アンテナを用いて、複数の移動局に対するアンテナ指向性を形成し、これら複数の移動局と通信を行う、多元接続可能なCDMA移動通信基地局装置であって、前記複数のアンテナ素子と対応接続する複数の個別送受信部と、これら複数の個別送受信部に無線周波帯の参照信号及びベースバンド帯の参照信号を供給する参照信号供給手段と、を有して成り、
    前記複数の個別送受信部それぞれが
    (イ)前記アレイ・アンテナの、対応するアンテナ素子からの無線周波帯の受信信号を増幅してベースバンド帯の受信情報信号に変換し出力する受信機
    (ロ)前記参照信号供給手段から供給された無線周波帯の参照信号を、予め定められたレベルに設定、制御して前記アンテナ素子からの無線周波帯受信信号伝送路へ導入する参照信号導入部
    (ハ)前記受信機の出力信号中に含まれるベースバンド帯の参照信号と、前記参照信号供給手段から供給されたベースバンド帯の参照信号と、の間の振幅及び位相の差を検出して前記受信機の出力信号に対する振幅及び位相を制御し出力する受信側振幅・位相制御部
    (ニ)前記受信側振幅・位相制御部の出力信号中に含まれる参照信号成分を、前記参照信号供給手段から供給されたベースバンド帯の参照信号により除去する参照信号除去器
    を含んで構成され、
    前記参照信号供給手段が、
    (ホ)クロック信号及び初期化信号に基づいて、ベースバンド帯の参照信号を発生する、1つの参照信号発生部
    (ヘ)前記1つの参照信号発生部からのベースバンド帯の参照信号を、前記アンテナ素子からの無線周波帯の受信信号と同一の周波帯の参照信号に変換して、前記複数の個別送受信部へ分配、供給する、参照信号分配部
    を含んで構成され
    ることを特徴とするCDMA移動通信基地局装置。
  2. 前記参照信号供給手段の、参照信号分配部から複数の個別送受信部それぞれへの無線周波帯の参照信号供給用配線が、等長かつ同一の環境条件となるように配置された構造である、請求項1記載のCDMA移動通信基地局装置。
  3. 前記参照信号供給手段の、参照信号分配部から複数の個別送受信部それぞれへの無線周波帯の参照信号供給用配線が、異なる長さ、異なる環境条件で配置される構造である場合に、また、等長かつ同一の環境条件であっても振幅及び位相のずれが残存する場合に、この差異に伴う参照信号の振幅、位相のずれを補正する、オフセット量設定補正部が、前記受信側振幅・位相制御手段に設けられた構成である、請求項1記載のCDMA移動通信基地局装置。
  4. 請求項1乃至請求項3に記載のCDMA移動通信基地局における、参照信号供給手段が、複数の個別送受信部に対し供給する、ベースバンド帯の参照信号に代えて、その1つの参照信号発生部に供給されるクロック信号及び初期化信号をこれら複数の個別送受信部に供給するようにし、これら複数の個別の送受信部に、前記クロック信号及び初期化信号に基づいてベースバンド帯の参照信号を発生する、個別の参照信号発生器を設けて、この個別参照信号発生器から、受信側振幅・位相制御手段及び参照信号除去器へのベースバンド帯の参照信号を供給するようにしたCDMA移動通信基地局装置。
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