JP3920350B2 - 通信装置のための自己較正装置および方法 - Google Patents

Description

技術分野
本発明は、一般に自己較正システムに関し、特に適応アンテナを有するトランシーバのための自己較正装置および方法などに適用される。
従来技術の概要
通信システム（特に、汎ヨーロッパ・デジタル移動体通信（GSM: pan-European Global System for Mobile）セルラ通信などの周波数分割多重（FDM: frequency division multiplexed）システムや、その他の符号分割多重接続（CDMA: code-division multiple access）システムにおける適応アンテナの利用は、ますます魅力的なものとなりつつある。その理由は、このような適応アンテナがシステム性能、特に処理容量を全体として改善するためである。言うまでもなく、適応アンテナ・システムにおいては、通常は無線周波数を有する被送信波の位相および振幅（強度）成分を正確に可変することにより、高度のビーム精度が得られる。さらに詳しくは、トランシーバのアンテナ素子のアレイから放出する１組の被送信波の位相および強度は、（たとえば基地サイトの）アンテナ放射パターンが、セルなどの関連するカバレージ・エリアの主要な信号および干渉環境に適合するようにアレイ内の個別の素子に「重みづけをする(weighting)」ことにより可変される。
このように高度のビーム精度を維持するためには、トランシーバの送信（Tx）チェーンおよび受信（Rx）チェーンの両方の能動および受動コンポーネントを、互いに充分に較正することが必要である。しかし、コンポーネントの独立的性質（許容値）により、各チェーン間の差異が生まれ、そのためにアレイにおいてビーム形成誤差が生成される。極端な場合は、このようなビーム形成誤差が、たとえば不適切な放射整合など、ローブの指向性に誤差を生む。
理想的には、送信および受信チェーンは等しくあるべきで、着信経路と送出経路の両方に関して（振幅と位相に関する）重みづけ率が等しいことが望ましい。残念ながら、ビーム形成誤差の生成は、１つのチェーンの係数が他のチェーン内の係数から補間されると悪化する。この問題は、GSMおよびCDMAなどのFDM型セルラ移動システムに起こる。たとえば、（基地局からの送信経路に関して生成される）各ダウンリンク係数の重みづけは、移動ユニットなどの当初のアップリンク送信から決定されるのが普通である。（移動局により用いられる）各アップリンク係数の以降の重みづけは、ダウンリンク係数の移項に基づいて行われる。そのために、１つのチャネルのアップリンクとダウンリンクに異なる周波数を用いることで、返送チャネルの対応する位相成分の決定に関して、生来的に整合性の問題が起こる。これは（干渉を拒否するための）位相成分の重みづけが被受信搬送波の周波数に関連するためである。その結果、両チェーンの個々の誤差の蓄積が起こり、それが受信モードおよび送信モードのビーム・パターンに過剰な差異を生み出す。実際には、受信および送信経路上で正確な較正(calibration)を行わないと、ビームは偏倚することが多くなり、より高いサイドローブ・レベルを有するのが普通である。さらに批判的に述べると、アンテナ・アレイの放射パターンにおけるゼロ（または「ヌル」）の角度位置が変わり、かなりの電力が隣接チャネル資源（たとえば他の共チャネル・ユーザ）の方向に放出されて、それにより隣接チャネル資源に干渉を生み、システム容量に影響を与えることもある。
適応アンテナ・システムにおいては（増幅器などの能動無線周波数（RF）装置の振幅と位相が変動する結果として）、TxおよびRxチェーン（経路）を連続して較正することは困難である。実際、適応アンテナ・システムの較正手順には、固有の位相および振幅差（較正手順において起こるものであっても、システム・コンポーネントが経時的な性能の変動を起こす結果であっても）があってはならないので、個別のTxおよびRxチェーンにおける誤まった較正を導入することができない。
従って、通信システムの送信および受信経路における誤差の導入を軽減する改善された適応アンテナ較正方法と装置が必要である。
発明の概要
本発明の第１局面において、複数の狭帯域チャネルを備える通信システムのための通信装置の較正ネットワークの受信経路および送信経路のうち少なくとも１つにおけるコンポーネントを較正する方法が提供される。本方法は、狭帯域チャネルをテスト・シーケンスを含む比較的広帯域の信号で変調し、被重畳信号チャネルを生成する段階；受信経路と送信経路のうち選択された相補経路を通じて被重畳チャネルを配信する段階であって、選択された経路が被重畳チャネルに振幅および位相変動を導入するコンポーネントを含む段階；被重畳チャネルを復調してテスト・シーケンスを回収する段階；相補的受信および送信経路のうち選択された１つの経路によりテスト・シーケンス内に導入される誤差を決定する段階；テスト・シーケンス内の誤差に応答して、コンポーネントにより導入される振幅および位相変動を解明する段階；これらの振幅および位相変動を補正するのに適した修正率を決定する段階；および修正率を較正ネットワークに適応する段階；によって構成される。
変調および復調の段階は、両段階に関して共通に生成さえる広帯域周波数信号を適応することにより実行される。さらに、テスト・シーケンスは、ビットあたり比較的短いパルス速度と、狭帯域チャネルのノイズ閾値の電力レベルよりも比較的低い電力レベルとを有する。
本発明の第２局面において、複数の狭帯域チャネルを備える通信システムのための装置が提供される。本装置は：較正ネットワークの受信および送信経路のうち少なくとも１つにおいてコンポーネントを較正する較正ネットワーク；狭帯域チャネルをテスト・シーケンスを含む比較的広帯域の信号で変調し、被重畳信号チャネルを生成する手段；受信経路と送信経路のうち選択された相補経路を通じて被重畳チャネルを配信する手段であって、選択された経路が被重畳チャネルに振幅および位相変動を導入するコンポーネントを含む手段；被重畳チャネルを復調してテスト・シーケンスを回収する手段；相補的受信および送信経路のうち選択された１つの経路によりテスト・シーケンス内に導入される誤差を判定する手段；テスト・シーケンス内の誤差に応答して、コンポーネントにより導入される振幅および位相変動を解明する手段；これらの振幅および位相変動を補正するのに適した修正率を決定する手段；および修正率を較正ネットワークに適応する手段；によって構成される。
較正ネットワークは、アンテナ素子の適応アレイのビーム・パターンに関する重みづけ率を提供する。実際には、本装置は適応アンテナである。
本発明は、適応アンテナとの利用に適した通信装置の送信機および受信機チェーンの両方を較正する自己較正手順および装置を提供するという利点を有する。自己較正手順は、進行中事象であり、必要に応じて実行される。さらに、送信機と受信機の両方について１つの較正チェーンだけを使用すれば済むので、TxおよびRx経路間の較正差を排除することができる。また、較正手順は、主にベースバンド（すなわちデジタル形式で）行われるので、信号処理により起こる誤差を実質的に排除する。
この新規の較正法は、適応信号処理に基づいて行われ、複素信号包絡線が振幅についても位相についても較正メカニズムを提供する。
本発明の実施例を添付の図面を参照して説明する。
【図面の簡単な説明】
第１図は、適応アンテナ・アレイを有する、本発明を利用することのできるセルラ通信システムのブロック図である。
第２図は、従来技術による適応アンテナ・アレイのビーム・パターンである。
第３図は、本発明の好適な実施例による関連の較正システムを有するトランシーバの詳細なブロック図である。
第４図は、従来の通信システムの利用可能なシステム帯域幅内の複数のチャネルを示す。
第５図は、本発明による広帯域信号で重畳される通信システムのチャネルを示す。
第６図は、第５図で必要とされるようにチャネルに広帯域信号を重畳するために第３図において用いられる回路構成をより詳細に示す。
第７図は、たとえば従来のトランシーバ装置により導入されるIチャネルおよびQチャネル誤差偏位を示す。
好適な実施例の詳細説明
第１図を参照して、本発明を利用することのできる通信システムであって、適応アンテナ・アレイを有する通信システム１０のブロック図が図示される。通信システム１０は、周波数分割多重（FDM）システム，（汎ヨーロッパ・デジタル移動体GSMセルラ通信システムで用いられるような）時分割多重（TDM）システムまたは符号分割多重接続（CDMA）システムなどのセルラ通信システムであり、従来の六角形パターンに示される複数のセル１２〜２０を具備する。説明のためにパターンの中央のセルすなわちセル１２に注目すると、セル１２は、基地局２２（セル内の通信カバレージを最適化するよう位置決めされる）と、複数の移動ユニット２４〜２６とによって構成される。ここでは、２つの移動ユニットしか図示されておらず、移動ユニット２４が基地局２２と通信状態にある。移動ユニット２４，２６は、音声またはデータ通信に対応し、汎用移動通信システム（UMTS: Universal Mobile Telecommunication Systems）に見られるような多重モード用途に適する。
基地局２２は、トランシーバ回路構成２８と、重みづけネットワーク３０と、制御回路構成３２と、複数のアンテナ素子３５〜３８を有する適応アンテナ・アレイ３４とによって構成される。制御回路構成３０は、トランシーバ・ネットワーク２８および重みづけネットワーク３２の両方に結合され、その動作制御を行う。重みづけネットワーク３２は、トランシーバ・ネットワーク２８および適応アンテナ・アレイ３２にも結合され、複数のアンテナ素子３５〜３８の各々は、制御回路構成３０に応答して重みづけネットワーク３０により生成される時間可変重みづけ率をかけられることは、言うまでもない。第１図の適応アンテナ・アレイ３４に関して、複数のアンテナ素子３５〜３８は、線形アレイ、あるいは２つ以上の隣接する線形アレイによって構成される平面アレイ内に配列される。言うまでもなく、平面アレイを利用すると、方位動作だけでなくビームの（目標に向けての）仰角操作もできるので、平面アレイを利用するほうが線形アレイを利用するより有利である。
第２図には、第１図で実現されるような従来技術による適応アンテナ・アレイのビーム・パターン４０が示される。（第１図の基地局２２のような）基地局４２が、ビーム・パターン４０の生成を受け持ち、この基地局はこの例では、ビーム・パターン４０の中心に向かって位置する。図からわかるように、ビーム・パターン４０は、いくつかのローブ４６〜５０（寸法が異なる）と、対応する数のヌル５１〜５５とを含む。ローブ４６〜５０の性質および寸法と、ヌル５１〜５５の位置は、重みづけネットワーク３０により基地局４２の個別のアンテナ素子にかけられる重みづけ率により決まる。第２図の場合は、移動局４４はローブ４６の周縁に向かって位置して、基地局４２と通信を行う。
次に第３図を参照して、本発明の実施例による関連較正システムを有するトランシーバ７０の詳細なブロック図を示す。トランシーバ７０は、それぞれ信号を送信および受信する送信機部と受信機部とによって構成される。以下の説明は、基地トランシーバ局（BTS: Base Transceiver Station）で使用するトランシーバについて特に言及するが、本発明は、このようなインフラストラクチャ内での利用に限らずたとえば移動通信ユニットに関してトランシーバを適応することが意図されることは言うまでもない。
トランシーバ７０の送信機部を考えると、送信機部は送信に適した形式で信号を生成する機能を受け持つ。（BTSからのデジタル・ベースバンドにおいて）暗号化される信号７２は、ビーム形成ネットワーク７４に送られ、ネットワーク７４は信号を送信するのに適した重みづけ率（係数）をかける。ビーム形成ネットワーク７４の出力は、送信機部の較正に後で用いるために分岐される。各出力は、通常、第１加算ユニット７５において合成されて、独自の特性を有する第１複合信号７６となる。特に、複合信号は、個別の成分ベクトルを全体として表すが、これは、これらのコンポーネントの加算が一意的であるためである。ビーム形成ネットワーク７４からの出力は、誤差修正ネットワーク７７にも送られ、ネットワーク７７はトランシーバ部のコンポーネントにより以降に導入される不一致（誤差）を補正するための重みづけ率を修正する（この不一致は、チェックしないままにしておくと、最終的にトランシーバ７０から送信されるビーム・パターンを適応する）。さらに、依然としてベースバンドにある間に個別の誤差がそれぞれ修正されて、重みづけされた係数がデジタル−アナログ（D/A）変換器７８内でデジタル形式からアナログ形式に変換される。このデジタル形式は、上方変換器ネットワーク８０により、たとえば９００メガヘルツ（MHz）などの割り当てられた無線周波数（RF）においてチャネル上に変調される。言うまでもなく、上方変換器ネットワーク８０は、D/A変換器７８から受信された各アナログ入力を変調するために必要なだけ充分な数のミキサおよび周波数生成器８１によって構成される。上方変換に続いて、電力増幅ネットワーク８２が、これらの信号の各々を第１送受切換器８４に送る前に、各信号を増幅する。第１送受切換器８４の出力は、適応アンテナ・アレイ８６内の各素子に送られ（第１方向性結合器８８内の第経１路を介して）、送信される。第１方向性結合器８８は、帰還ネットワーク内の誤差を削減するために、アンテナ・アレイ８４のすぐ後ろに配置されるのが普通で、わずかな被受信信号および被送信信号を両方とも排除する。
誤差修正ネットワーク７７などの誤差修正ネットワークにより一般に実行される機能に関して、このような回路は、主に、送信機内の上方変換器ネットワーク８０および電力増幅器ネットワーク８２（および受信機内の対応するネットワーク）などの能動コンポーネントにより導入される大きな誤差に関して誤差修正を行う。また、程度は小さいが、第１送受切換器８４などの受動素子により導入されるより小さい誤差も修正する。言うまでもなく、能動コンポーネントにより導入される誤差は、たとえば、温度依存性，能動コンポーネントのエージングにより誘導されるある種の形式の利得の変動または性能の偏差を有する能動コンポーネントから起こる。
アンテナ・アレイ８６，方向性結合器８８および第１送受切換器８４は、トランシーバ７０の受信機部の一部も形成する。このときアンテナ・アレイ８６の各素子において受信される個別のRF信号は、第１方向性結合器８８および第１送受切換器８４を介して低ノイズ増幅器９０の第１バンクに配信される。増幅プロセスに続き、各信号は第１下方変換器ネットワーク９２内でベースバンドまで下方変換され、第１アナログ−デジタル（A/D）変換器９６に個別信号９４を送る。アンテナ・アレイ８６内の素子の各々におり当初受信された信号に対応するデジタル信号は、次に誤差修正ネットワーク９８を通じて送られる。このネットワーク９８は受信チェーン内のコンポーネントにより被受信信号に導入された誤差を修正し、その結果得られる誤差を修正した被受信信号はそれぞれビーム形成ネットワーク１００を介してBTSの受信機回路構成に供給される。結果として得られる誤差を修正した被受信信号９９も、ビーム形成ネットワーク１００に印加される前に分岐されて、受信機部の較正に後で用いられる。このとき各出力は、第２加算ユニット１０２において合成され、独自の特性を有する第２複合信号１０４となるのが普通である。
トランシーバ７０は、デジタル・ベースバンドにおいて動作し、トランシーバ７０内のコンポーネントにより被送信信号および被受信信号内に導入された誤差を、前述のように修正する誤差修正および較正回路構成をさらに含む。言うまでもなく、送信チェーンまたは受信チェーンの較正を行うためには、未処理信号を複製しようとする、すなわち送信チェーンまたは受信チェーンに当初から印加された非改変信号を再生しようとすることが必要である。このため、トランシーバ７０は、第１方向性結合器８８に結合された第２方向性結合器１１０をさらに備える。この第２方向性結合器１１０は、送信経路および受信経路の両方において第１方向性結合器８８を通過した信号を受信するよう配列される。この要領で、アンテナ・アレイ内の各素子に印加（あるいはそこから受信）された信号は、第１方向性結合器１１０にも印加される。較正プロセスは、（同等のRFビーム形成器方法ではなく）ベースバンドビーム形成システムに準拠することは言うまでもない。これは、位相および振幅信号シフトをベースバンドに組み込むほうが容易なためである。
第２送受切換器１１２は、第２方向性結合器１１０に結合され、可変減衰器１１４のバンクの１つ、または低ノイズ増幅器１１６の第２バンクに信号を配信する（信号がアンテナ・アレイ８６に印加されるか、そこから受信されるかにより決まる）。詳しくは、被受信信号は増幅されるが、被送信信号は下方変換およびデジタル形式への変換に必要なダイナミック・レンジまで減衰される。減衰または増幅に続き、信号はコンバイナ・ネットワーク１１８内に配信されてから、第２下方変換器ネットワーク１２０においてベースバンドレベルまで周波数を下方変換されるのが普通である。
低ノイズ増幅器の第１バンク９０および第２バンク１１６は両方とも等しい増幅を行うことは言うまでもない。また、特定の制約信号化帯域幅、たとえば２００kHzに制限される実際の受信チェーンとは異なり、誤差修正および較正回路構成は、帯域幅に制限を受けないので、はるかに大きな帯域幅を有する。
理想的には、トランシーバ内で上方変換され、すぐに下方変換される（あるいはその逆）信号は、元の対応信号に等しくなければならない（すなわち第１誤差修正ネットワーク７７に印加された信号、または第２誤差修正ネットワーク９８から得られた信号に等しい）。しかし、これらの信号の間に不一致があると、この不一致が送信および受信チェーンそれぞれにより導入される誤差を表す。従来の方法では、これらの誤差は、ベクトル修正率（重みづけ率）を、帰還メカニズムを介して、誤差修正ネットワーク７７，９８に印加することにより、先制的に修正される。より明確に述べると、信号１２２は、まず第２A/D変換器１２４内でデジタル形式に変換され、次に誤差修正回路１２６（この目的については後述する）と第３加算ユニット１２８に印加される。ここでも、第３加算ユニット１２８の効果は、第２A/D変換器１２４に当初に印加された個別の信号の特性を模倣する独自の特性を有する第３複合信号x(t)を提供することである。次に、広く理解頂けるように、いずれかの誤差修正ネットワーク７７，９８（または誤差修正回路１２６）内の各信号分岐（経路）に関する重みづけ率が、第３複合信号x(t)と第１複合信号７６または第２複合信号１０４との適切な比較（マッピング）により決定される。この比較の結果得られる信号e(t)が、通常はマイクロプロセッサ内に組み込まれる収束アルゴリズム・ブロック１３０内で適切な収束を受ける。
各経路に関して重みづけ率を決定するために用いることのできるアルゴリズムはいくつかあり、最も単純なものはおそらく最小平均二乗（LMS: Least Mean Square）収束と呼ばれる方法である。（バースト期間が０．５７７msで、比較的遅い較正プロセスを有する）GSMなどのシステムについては、LMSアルゴリズムが最も適する。しかし、高速カルマン（Fast-Kalman）などの他の収束アルゴリズムを用いることもできる。前述のように、LMSアルゴリズムは、特定の信号経路において種々のコンポーネントにより導入される位相および振幅誤差を補正する適切な重みづけ率の計算を受け持つ。言うまでもなく、LMSアルゴリズムは基本的には、信号をその望ましい形態と比較し、その差に基づいて誤差を生成する。従って、充分な未修正観測期間があると、LMSアルゴリズムはトランシーバの誤差修正ネットワークに関して１組の重みづけ率を計算し、コンポーネントにより誘導された振幅および位相の変動の効果を軽減する。
言うまでもなく、ガウス最小偏移変調（GMSK: Gaussian Minimum Shift-Keying）を利用する通信システムは、一定の通信包絡線を必要とし、GSMなどのように、技術規準によってリアルタイムの修正は禁止されることがある。従って、このような環境においては、通信シーケンス内の次のフレームのデータ（または次のバースト送信、たとえば連続するタイム・スロットなど）を修正するのが普通である。実際には、LMSアルゴリズムは、バーストの能動部分の間の修正重みを計算し、次の能動バーストの保護時間の間の誤差を修正するに過ぎない。さらに、トランシーバ７０の受信チェーンに特に言及すると、受信チェーンを繰り返し較正する必要性は、送信チェーンにおける較正の必要性と比べると小さい。これは、受信チェーンのほうが電力の放散が小さく、そのためにコンポーネントは温度により誘導される性能変動に対して感受性が低いためである。
残念ながら、トランシーバ７０の送信および受信両経路におけるコンポーネントにより導入される振幅および位相誤差を修正する帰還メカニズムは、誤差修正および較正回路構成１１０〜１２０には誤差がないことを前提とするが、この前提は破られる。従って、本発明は誤差修正および較正回路構成１１０〜１２０そのものの較正メカニズムとなり、この内的較正メカニズムは、すべてのトランシーバ機能にとって、表面上は存在を感じさせないものである。特に、誤差修正および較正回路構成１１０〜１２０の較正は、広帯域（拡散スペクトル）を規準にする疑似乱数シーケンスを較正回路構成に適応し、誤差修正および較正回路構成の処理利得が変わったか否かを判定することにより行われる。
まず第４図を参照して、固定帯域幅の複数のチャネル１５０〜１６０が、従来の通信システムの総システム帯域幅１６２内に示される。第５図を参照して、これらのチャネル１５４のうち１つ、たとえばチャネル３には、本発明により、広帯域信号１６４が重畳される（説明の目的で）。図からわかるように、チャネル１５４に広帯域信号を重畳する効果は、波形に脈動を生み出すことである。さらに、言うまでもなく、トランシーバ７０は、通信システムに利用可能なすべてのチャネルを受信することができなければならないので、広帯域信号を較正プロセスに利用することができる。従って、GSMなどの通信システムを考察する場合は、広帯域信号は、帯域幅が９００MHzまでの任意のものとすることができ、各個別チャネルは２００kHzの帯域幅を有するに過ぎない。
本発明の好適な実施例により、電力レベルが非常に低く（ノイズ閾値より低い）、ビットあたりのパルスが非常に短い広帯域信号が、実際のリアルタイムの情報を内包する狭帯域信号の上に注入される（重ね合わせられる）（トランシーバ７０のアンテナ・アレイ８６の各素子からの送信またはそれによる受信のために）。そのため、広帯域信号は狭帯域信号を改変しない。詳しくは、第３図を参照して、自己較正ユニットは、疑似乱数シーケンス（PRNS: pseudo-randum number sequence）などのテスト・シーケンスを生成し、このシーケンスが第２D/A変換器内でアナログ形式に変換されてから、変調ネットワーク１８４内でアップリンク変換される。電力スプリッタ１８６を介する通信の後で、デジタル化され変調されたPRNSが第２方向性結合器１１０を通じて配信される。これにより、デジタル化され変調されたPRNSは、送信チャネルまたは受信チャネル上の信号と同じ特性を示し、後続の装置が、前述のように、このデジタル化され変調されたPRNSを第２A/D変換器１２４まで適切に下方変換する。詳しくは、適切なチッピング速度（たとえば、アップリンクおよびダウンリンクに関して２５MHzのスペクトル割当を有するGSM準拠システムについては、８０nsまでのチッピング速度を用いることができる）を有する２つの直交する疑似乱数シーケンスが、選択されたアップリンクまたはダウンリンクの利用可能なスペクトルの中間帯域において直角位相変調される。この複素通過帯域信号が、システムのノイズ下限値より下の電力レベルにおいて、誤差修正および較正ネットワーク１１０〜１３０のＮ個すべての分岐に注入される。用いられるスペクトルの部分により、複素通過帯域信号は、低ノイズ増幅器１１６のバンクまたは可変減衰器１１４のバンクのいずれかを通る適切な経路をとる。コンバイナ・ネットワーク１１８を通過すると、複素通過帯域信号は、ベースバンドに下方変換され、サンプリングされ、デジタル形式に変換される。被受信信号は、次に自己較正の目的で充分な処理利得を得るための適切な時間の間、ＩチャネルおよびQチャネルに用いられる拡散コードと合成され、相関される。元のPRSNと、第２送受切換器１１２を通じて配信された被変調復調PRSNとの間で、以降に行われる相関により、誤差修正および較正ネットワーク１１０〜１３０の誤差が決定される。前述の方法と同様の方法で、LMSなどの適当な収束アルゴリズムが用いられ、誤差修正および較正ネットワーク１１０〜１３０の重みづけ率が決定される。この重みづけ率は、誤差修正回路１２６によりその動作中に適応される。
第６図は、第３図において広帯域信号を第５図で必要とされるようにチャネル上に重畳するために用いられる回路構成をより詳細に示す。好適な実施例の特定的な事例において、自己較正ユニット１８０は、９０度の位相遅延関係を有する直角位相IチャネルおよびQチャネルを設けるよう配列される。Iチャネル成分２００と、Qチャネル成分２０２とは、別個の疑似乱数シーケンス（PRNS_IおよびPRNS_Q）２０４，２０６により、合成ネットワーク２０８，２１０においてそれぞれ暗号化される。次に、IチャネルおよびQチャネルはいずれも、合成ネットワーク２１２，２１４内でそれぞれ広帯域信号（cosω_ctおよびsinω_ct）で変調されてから、加算ネットワーク２１６内で合計されて、複合テスト信号となる。加算ネットワーク２１６により生成される複合テスト信号は、チャネル２１８を表し、この複合テスト信号は、前述の通り、第２方向性結合器１１０内に注入される。複合テスト信号２１８を信号スプリッタ２２０においてI信号成分（２２２）およびQ信号成分（２２４）に分割した後で、I信号成分およびQ信号成分の下方変換が、広帯域信号（cosω_ct，sinω_ct）をミキシング・ネットワーク２２６，２２８内にハード配線して(IチャネルおよびQチャネルに関する）疑似乱数シーケンスを再度生成しようとすることにより実現されるが、再度生成されたシーケンスはそれぞれ振幅および位相変動i,qをそれぞれ含むことがある。
従って、疑似乱数広帯域信号（すなわち複合テスト信号）の各ビットは、たとえば−１４０dBmなどの非常に低い（ノイズ以下の）電力レベルで送信されることを念頭に置き、共通局部発振器を用いて誤差修正および較正ネットワーク１１０〜１３０で用いるIチャネルおよびQチャネル成分を変調（上方変換）および復調（下方変換）すると、注入される疑似乱数シーケンス内に導入される誤差は、すべて第２送受切換器１１０，可変減衰器１１４のバンク，低ノイズ増幅器１１６の第２バンクおよびコンバイナ・ネットワーク１１８により導入される振幅および位相誤差から起こる。従って、言うまでもなく、当初注入された疑似乱数シーケンスの各ビットに、再度生成された疑似乱数シーケンスを乗算し、次にIチャネルおよびQチャネル成分に関して合計することにより、処理利得PG（当初のPRSNの長さから導かれる）を、誤差修正および較正ネットワーク１１０〜１３０の各チャネルについて決定することができる。グラフに示されるように、いずれかの直角位相チャネルの処理利得２３０，２３１が所定の閾値より小さい場合は、誤差修正回路１２６に与えられる重みづけ率を改訂して、振幅および位相変動をすべて適切に補正することが必要である。
第７図は、従来のトランシーバ装置と誤差修正および較正ネットワーク１１０〜１３０により導入されるIチャネルおよびQチャネルの誤差偏位を示す。従って、振幅ΔAは処理利得のピーク値から決定することができるので、位相変動ΔφはLMS変換アルゴリズム（など）と誤差修正回路１２６の適当な重みづけ率（修正ベクトル）とにより決定することができる。その結果、誤差修正および較正回路構成は独立して較正され、表面的には誤差はゼロとなるので、誤差修正ネットワーク７７，９８により、振幅および位相修正のために信号にかけられる重みづけ率（ベクトル）は正しくなければならない。しかし、単独のミキサは、（広い環境温度範囲にわたり）数度の位相変動しか持た図、非常に低い信号電力レベルにさらされるにも関わらず、このミキサだけが未較正であり、自己較正経路の外側に残されることに留意されたい。
言うまでもなく、収束アルゴリズムおよび処理利得は、通常はマイクロプロセッサ（など）の中に組み込まれる。実際に、第３図の較正ボード内で実行される機能の大半は、全体として参照番号２５０により識別されるが、マイクロプロセッサ内で実行される。
また、重みづけ率は、トランシーバ内の各経路が振幅および位相に関してどのように振る舞うかを示す指標であるので、本発明はアンテナ・アレイ８６の欠陥分岐を識別することができる。これは、各経路に関して計算された重みづけ率と、この経路内の振幅および位相変動に関して許容される修正率との間の単純な比較により実行することができる。さらに、本発明の好適な実施例は、ただ１つの収束アルゴリズムの理容師か論じないが、誤差修正および較正ネットワークの自己較正のために別個の収束ループを用いて、同時に較正プロセスを行うことも可能である。また、受信機経路と送信機経路とに別個の下方変換器を用いて、これらの別個の通信機能の並行的な較正プロセスを容易にすることも可能である。
もちろん、上記の説明は例としてあげられたに過ぎず、受信機チェーンと誤差修正および較正ネットワーク１１０〜１３０との間に共通回路コンポーネントを利用して共通コンポーネント数を削減するなどの詳細な修正を、本発明の範囲内で行うことができることは言うまでもない。重畳広帯域疑似乱数信号を用いて較正ネットワークを較正する本発明の技術は、説明を簡単にするためにトランシーバのみに関して説明されるが、分離して用いられる送信機および受信機回路構成にも適応可能であることは明白である。また、本発明は広帯域信号を生成する際に通信装置に利用可能な全体のシステム帯域幅（スペクトル）を利用するが、広帯域信号は狭帯域チャネルと比較した場合に相対的に広ければよいので、全体のシステム帯域幅の一部を用いることができることも言うまでもない。

Claims (14)

1. 複数の狭帯域チャネルを含む通信システムにおいて、適応アンテナを有する通信装置の受信信号および送信信号の誤差を修正するための較正ネットワークの受信経路および送信経路のうちの少なくとも１つの経路においてコンポーネントを自己較正する方法であって、前記較正ネットワークは、該較正ネットワークそのものを較正するための誤差修正回路を含み：
   狭帯域チャネルの狭帯域信号を、テスト・シーケンスを含む相対的に広帯域の信号で変調して、被重畳チャネルの被重畳信号を生成する段階；
   前記被重畳信号を、前記受信および送信経路のうちの選択された経路を通じて配信する段階であって、前記選択された経路が、前記被重畳信号に振幅および位相変動を導入するコンポーネントを含む、前記配信する段階；
   前記被重畳信号を復調して、前記テスト・シーケンスを回収する段階；
   前記受信および送信経路のうちの選択された経路により前記テスト・シーケンスに導入される誤差を決定する段階であって、前記誤差は、前記配信する段階において配信される前の前記被重畳信号における前記テスト・シーケンスと、前記回収する段階において回収されたテスト・シーケンスとの間の差を表す、前記決定する段階；
   前記テスト・シーケンス内の前記誤差に応答して、前記コンポーネントにより導入される振幅および位相変動を解明する段階；
   これらの振幅および位相変動を補正するのに適した修正率を決定する段階；および
   前記誤差修正回路が、前記修正率を前記較正ネットワークに適用する段階；
   によって構成されることを特徴とする方法。
2. 前記変調および復調が、共通の広帯域周波数信号を用いて実行されることを特徴とする請求項１記載の方法。
3. 前記テスト・シーケンスが、比較的短いビット当たりのパルス速度と、前記狭帯域チャネルのノイズ閾値の電力レベルに相対して低い電力レベルとを有することを特徴とする請求項１または２記載の方法。
4. 前記較正ネットワークが、前記通信装置の適応アンテナ・アレイ素子に関するビーム・パターンの重みづけ率を提供することを特徴とする請求項１，２または３記載の方法。
5. 前記誤差決定段階が、前記テスト・シーケンス内に導入された前記誤差に基づいて前記較正ネットワークに関して処理利得を計算する段階を含むことを特徴とする任意の前出の請求項記載の方法。
6. 前記振幅および位相変動を補正するのに適した修正率を決定する前記段階が、収束アルゴリズムを適用することにより決定されることを特徴とする任意の前出の請求項記載の方法。
7. 前記テスト・シーケンスが疑似乱数シーケンスであることを特徴とする任意の前出の請求項記載の方法。
8. 前記テスト・シーケンスが直角位相チャネルに適用されることを特徴とする任意の前出の請求項記載の方法。
9. 前記変調段階がリアルタイムにチャネル上で実行されることを特徴とする任意の前出の請求項記載の方法。
10. 複数の狭帯域チャネルを含む通信システムにおいて、適応アンテナを有する通信装置であって：
    前記通信装置の受信信号および送信信号の誤差を修正するための較正ネットワークであって、さらに、該較正ネットワークの受信経路および送信経路のうちの少なくとも１つの経路のコンポーネントを自己較正する較正ネットワーク；
    狭帯域チャネルの狭帯域信号を、テスト・シーケンスを含む相対的に広帯域の信号で変調して、被重畳チャネルの被重畳信号を生成する手段；
    前記被重畳信号を前記受信および送信経路のうちの選択された経路を通じて配信する手段であって、前記選択された経路が前記被重畳信号に振幅および位相変動を導入するコンポーネントを含む、前記配信する手段；
    前記被重畳信号を復調して、前記テスト・シーケンスを回収する手段；
    前記受信および送信経路のうちの選択された経路により前記テスト・シーケンスに導入される誤差を決定する手段であって、前記誤差は、前記配信する段階において配信される前の前記被重畳信号における前記テスト・シーケンスと、前記回収する段階において回収されたテスト・シーケンスとの間の差を表す、前記決定する段階；
    前記テスト・シーケンス内の前記誤差に応答して、前記コンポーネントにより導入される振幅および位相変動を解明する手段；
    これらの振幅および位相変動を補正するのに適した修正率を決定する手段；および
    前記修正率を前記較正ネットワークに適用する手段；
    によって構成されることを特徴とする装置。
11. 前記変調および復調が、共通の広帯域周波数信号を用いて実行されることを特徴とする請求項１０記載の装置。
12. 前記テスト・シーケンスが、比較的短いビット当たりのパルス速度と、前記狭帯域チャネルのノイズ閾値の電力レベルに相対して低い電力レベルとを有することを特徴とする請求項１０または１１記載の方法。
13. 適応アンテナ・アレイ素子によってさらに構成され、前記較正ネットワークが、前記適応アレイのビーム・パターンの重みづけ率を提供することを特徴とする請求項１０，１１または１２記載の方法。
14. 前記誤差決定手段が、前記テスト・シーケンス内に導入された前記誤差に基づいて前記較正ネットワークに関して処理利得を計算する手段を含むことを特徴とする請求項１０ないし１３のうち任意の請求項記載の方法。

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