JP4245794B2

JP4245794B2 - 送信指向性補正装置及び送信指向性補正方法

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Publication number: JP4245794B2
Application number: JP2000325325A
Authority: JP
Inventors: 隆深川; 高明岸上
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2000-10-25
Filing date: 2000-10-25
Publication date: 2009-04-02
Anticipated expiration: 2020-10-25
Also published as: JP2002135033A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は主として、携帯電話等の移動体通信システムの基地局、移動局に用いるアレーアンテナの指向性を制御するシステムにおいて、高精度の送信指向性を形成するための送信指向性補正装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
移動体通信分野で基地局や移動局のアンテナとして、移動局の位置や移動に伴う複雑な電波伝搬環境に対する信号品質の確保や、他の基地局、移動局への干渉軽減、エリア内における移動局収容台数の増大等の目的を実現するために、周辺の電波環境に対して適応的にアンテナ指向性制御を行うアダプティブアレーアンテナは重要な技術である。
【０００３】
アダプティブアレーアンテナを実現するための方式としては代表的なものとして、既知のパイロット信号と実際のアンテナ受信信号とを近づけるようにアンテナ指向性を制御するＭＭＳＥ（最小２乗誤差法）や、電波の到来方向を推定しその結果に基づきアンテナ指向性のピークや零点を向ける方法などが挙げられる。アダプティブアレーアンテナの指向性は、各アルゴリズムにより得られたアレーアンテナの各アンテナ素子に対する振幅、位相の重み付けを送信信号または受信信号に施すことにより決定される。しかし、アルゴリズムにより決定されたアンテナ各素子の振幅、位相の励振分布は各系統の特性が合った状態、すなわち同じ振幅位相を与えたときに同じ振幅位相で送信されることを前提としているため、特性のバラツキや経時変化があった場合、所望のアンテナ指向性は実現できない。
【０００４】
また特に送信を行う時発熱による温度変化によりパワーアンプの特性が系統間でばらつき、これによりやはり所望の指向性が得られない。このため各系統の振幅位相のずれを検出して補正をかける必要がある。受信に限って言えば、パイロット信号等受信信号の情報が既知の場合に用いられる上記ＭＭＳＥは系統間のバラツキも含めた形で振幅、位相が決定されるため受信アンテナ指向性は高精度に形成されるが、送信に対してはそれが反映されない。
【０００５】
送信の補正に関する従来の方法としては、例えば特開平１１−２３６３３号公報に補正の方法が開示されている。この方法によれば、アレーアンテナとは別に受信を行うための対向アンテナを設け、この対向アンテナで受信した受信信号を有線または無線で装置に戻した後、適応フィルタを通過した受信信号と送信ディジタル信号とを比較し両者の誤差が小さくなるように適応フィルタの係数を決定することにより補正を行っている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来の技術を用いた場合、アンテナの指向性を補正するために対向アンテナを用いているが、上記のように送信パワーアンプの経時変化の補正を行う際は実運用中も常に振幅誤差、位相誤差を測定し補正をかけ続ける必要がある。また、上記従来の技術を用いた場合、振幅位相特性を測定するためには対向アンテナを常時設置する必要があり、これにより基地局の設置に制約を与えることになり、また移動局に適用することは不可能である。
【０００７】
本発明は上記技術的課題を解決するものであり、実運用時に経時変化があり補正が必要なアダプティブアレーアンテナにおいて、対向アンテナを常時設置することなく高精度な送信指向性を実現することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
この目的を実現するために本発明は、複数の送信系にモニタ信号を得るために信号結合手段を有し、基準となる送信系のモニタ信号と上記複数の送信系のモニタ信号を順次切り替えて比較することにより振幅、位相の変動誤差を検出して、送信の振幅、位相制御にフィードバックする。また実運用前に、アレーアンテナのうち同振幅逆位相で送信する２つ隣り合うアンテナ素子からの信号を、２つのアンテナ素子から等距離に存在するアンテナ素子で受信し最小振幅となる送信アンテナの振幅、位相を検出し補正値とすることによりアンテナ、伝送線路も含めた送信指向性の補正が可能となる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図１から図８を用いて説明する。
【００１０】
（実施の形態１）
図１は本発明の第１の実施の形態による送信指向性補正装置のブロック結線図である。図１において、１０１はベースバンド信号発生手段、１０２はローカル信号発生手段、１０３は分配器、１０４Ａ、１０４Ｂ、１０４Ｃはローカル信号位相変化手段、１０５Ａ、１０５Ｂ、１０５Ｃは送信信号生成手段、１０６Ａ、１０６Ｂ、１０６Ｃは信号振幅変化手段、１０７Ａ、１０７Ｂは１系統の出力をもつ信号結合手段、１０７Ｃは２系統の出力を持つ信号結合手段、１０８Ａ、１０８Ｂ、１０８Ｃはアレーアンテナを構成するアンテナ素子、１０９は切り替え器、１１０は第１の直交復調手段、１１１は第２の直交復調手段、１１２は振幅位相結合手段、１１３は振幅位相結合手段である。
【００１１】
以上のように構成された送信指向性補正装置について、以下にその動作を説明する。図１において、装置の一例としてアレーアンテナとして３素子、またそれに接続される送信ＲＦ系を３系統持つ構成について説明を行う。
【００１２】
ベースバンド信号発生手段１０１は送出すべきデータやアナログデジタル変換された音声信号などのデジタル信号により、ＰＳＫ（位相シフト変調）やＦＳＫ（周波数シフト変調）等の変調をかけるためのベースバンドＩ信号、Ｑ信号を発生する。一方、ローカル信号発生手段１０２は、ＲＦ送信信号の周波数の無変調信号を発生させる。この装置では送信ＲＦ系が３系統であるため分配器１０３により３分配された後、それぞれの系統で位相が独立に変化できるようにローカル信号位相変化手段１０４Ａ、１０４Ｂ、１０４Ｃに入力され位相が適切に制御できるようにする。ローカル信号位相変化手段１０４Ａ、１０４Ｂ、１０４Ｃは、例えばハイブリッドに接続されたバラクタや注入同期型ＰＬＬシンセサイザの制御電圧を変化させるように構成することで実現できる。
【００１３】
位相制御されたローカル信号は、それぞれ送信信号生成手段１０５Ａ、１０５Ｂ、１０５Ｃに入力されベースバンドＩ信号、Ｑ信号により直交変調されＲＦ送信信号になる。それぞれのＲＦ送信信号は、信号振幅変化手段１０６Ａ、１０６Ｂ、１０６Ｃでそれぞれ独立に振幅を変化させる。信号振幅変化手段１０６Ａ、１０６Ｂ、１０６Ｃは、例えばＡＧＣアンプなどの可変利得増幅器を用いて実現することができる。振幅制御されたＲＦ送信信号は、それぞれ信号結合手段１０７Ａ、１０７Ｂ、１０７Ｃに入力されモニタ信号としてＲＦ送信信号の１０分の１から１００分の１程度の電力がモニタ信号として分離され、その他の電力の信号は、アレーアンテナの各アンテナ素子から送出される。
【００１４】
信号結合手段１０７Ａ、１０７Ｂ、１０７Ｃは全系統数がＮの場合、（Ｎ−１）系統は第１の信号結合手段が１つのモニタ信号を分離し、他の１系統については第２の結合手段が２つのモニタ信号を分離する。本構成例では全体で３系統の送信ＲＦ系があるため、２つの第１の信号結合手段１０７Ａ、１０７Ｂおよび１つの第２の信号結合手段１０７Ｃが存在する。
【００１５】
第１の信号結合手段１０７Ａ、１０７Ｂから出力された２つのモニタ信号および第２の信号結合手段１０７Ｃから出力された２つのモニタ信号のうち１つのモニタ信号は、切り替え器１０９に入力され、それら３個のモニタ信号から順次１つが選択され出力され、直交復調手段１１０によりベースバンドＩ信号、Ｑ信号が復調される。一方、第２の信号結合手段１０７Ｃから出力されたもう一つのモニタ信号は、直交復調手段１１１によりやはりベースバンドＩ信号、Ｑ信号が復調される。直交復調手段１１１の出力が基準となり、この出力と順次切り替えられた出力された直交復調手段１１０の出力を比較することにより全系統に関する相対振幅、相対位相を求める。
【００１６】
切り替え器１０９が信号結合手段１０７Ｃからのモニタ信号を選択した場合、直交復調手段１１０、１１１は同じＲＦ送信信号に対するベースバンドＩ信号、Ｑ信号を復調したことになる。
【００１７】
この場合、これら２つの信号は、切り替え器１０９や２つの直交復調手段１１０、１１１の特性の違いおよび、信号結合手段１０７Ａ、１０７Ｂ、１０７Ｃから切り替え器１０９や直交復調手段１１０、１１１の線路長の違い等により、振幅位相が異なるため一致するとは限らない。しかし、このときの直交復調手段１１１の出力を基準とし、直交復調手段１１０の出力Ｉ信号、Ｑ信号との差をそれぞれ△Ｉ０、△Ｑ０として補正値として求めておき、切り替え器１０９が信号結合手段１０７Ａの出力または１０７Ｂの出力を選択した場合の、直交復調手段１１１の出力に対する直交復調手段１１０の出力Ｉ信号、Ｑ信号の差から上記補正値△Ｉ０、△Ｑ０を差し引くことにより、切り替え器１０９や直交復調手段１１０、１１１の特性差を考慮した上での、相対振幅、相対位相を検出することができる。ただし、３つ信号結合手段１０７Ａ、１０７Ｂ、１０７Ｃと切り替え器１０９との間の線路長はそろえておく必要がある。
【００１８】
このようにして振幅位相検出手段１１２は同じモニタ信号に対する補正値△Ｉ０、△Ｑ０および、信号結合手段１０７Ｃの出力に対する他の信号結合手段１０７Ａ、１０８ＢのＩ信号、Ｑ信号の大きさの差より各系統の相対振幅、位相を求める。振幅位相制御手段１１３は、アンテナ指向性を電波伝搬環境によって適切に指向性を決定する。その制御としては、電波の到来方向推定結果に基づいて所望波にはアンテナ指向性のピーク方向を向けたり、妨害波に対してアンテナ指向性の零点を向ける制御が例として挙げられる。
【００１９】
所望波、妨害波が既知の場合は、そちらの方向にピーク、零点を向けることが可能であり、また別途受信アンテナ指向性制御系を有する場合は、電波の到来方向推定法としてＭＵＳＩＣ法を用いることができ、またアンテナ指向性制御に関しては電波到来方向推定結果に基づきＤＣＭＰ法を用いることができる。送信指向性は、受信系で得られたアンテナ指向性を用いる。
【００２０】
ＭＵＳＩＣ法はアンテナで受信した信号の共分散行列の固有ベクトルを用いて電波到来方向推定を行う手法であり、ＤＣＭＰ法は干渉波に対して電波到来方向が指向性零点となるように拘束をかけつつ出力電力を最小にする手法であるが、詳細については例えば、菊間信良著「アレーアンテナによる適応信号処理」科学技術出版、１９９８年に記載されている。ただし、これはあくまで一例であり送信系の指向性制御は必ずしも受信系の指向性制御を有する必要は無い。
【００２１】
振幅位相制御手段１１３は、この制御を実現するために各系統の振幅、位相を決定し、ローカル信号位相変化手段１０４Ａ、１０４Ｂ、１０４Ｂおよび信号振幅変化手段１０６Ａ、１０６Ｂ、１０６Ｃに対してそれを実現するように制御する。制御した結果は、振幅位相検出手段１１２より相対振幅、位相値として返されるため、系統間誤差、経時変化等の理由で設定値との差がある場合には、補正した振幅、位相を再びローカル信号位相変化手段１０４Ａ、１０４Ｂ、１０４Ｃおよび信号振幅変化手段１０６Ａ、１０６Ｂ、１０６Ｃに与える。
【００２２】
以上のように本実施の形態の発明によれば、２系統の信号結合手段により信号の一部をモニタ信号として取り出し振幅位相の比較を行い、その結果に基づきＲＦ送信信号の振幅位相を補正するため、経時変化のあるシステムで運用中である場合でも、ＲＦ送信信号の変調方式や伝送フォーマットに関わりなく送信指向性の補正を行うことができる。
【００２３】
（実施の形態２）
図２は本発明の第２の実施の形態による送信指向性補正装置のブロック結線図である。図２において、２０１Ａ、２０１Ｂ、２０１Ｃはベースバンド信号発生手段である。２０１Ａ、２０１Ｂ、２０１Ｃのベースバンド信号発生手段が図１の１０１のベースバンド信号発生手段と異なるのは、外部からの制御によりベースバンドＩ信号、Ｑ信号の大きさの補正ができることである。したがって本実施の形態においては図１におけるローカル信号移送変化手段１０４Ａ、１０４Ｂ、１０４Ｃは不要となる。
【００２４】
振幅位相制御手段１１３で決定された振幅、位相は３系統の送信ＲＦ系に接続されたベースバンド信号発生手段２０１Ａ、２０１Ｂ、２０１ＣのそれぞれのＩ信号、Ｑ信号を制御する形で、振幅位相の補正を行う。その他の動作は図１と同様であるので説明を省略する。
【００２５】
以上のように本実施の形態の発明によれば、２系統の信号結合手段により信号の一部をモニタ信号として取り出し振幅位相の比較を行い、その結果に基づきベースバンドＩ信号、Ｑ信号の振幅を変化させることにより、ＲＦ送信信号の振幅位相を補正するため、経時変化のあるシステムで運用中である場合でも、ＲＦ送信信号の変調方式や伝送フォーマットに関わりなく送信指向性の補正を行うことができる。
【００２６】
（実施の形態３）
図３は本発明の第３の実施の形態による送信指向性補正装置のブロック結線図である。図３において、図１に示す実施の形態１と同一の部分は同一符号を付して説明を省略し、図１と異なる部分について説明を行う。図３において、３０１は切り替え器、３０２はレベル検出手段である。
【００２７】
図４は円形アレーアンテナの外観およびアンテナ素子の位置関係を示す図である。図４において４０１は３素子円形アレーの外観、４０２は５素子円形アレーアンテナの外観、４０２Ａ、４０２Ｂ、４０２Ｃ、４０２Ｄ、４０２Ｅはアンテナ素子である。
【００２８】
図５は直線アレーアンテナの外観およびアンテナ素子の位置関係を示す図である。５０１は８素子アレーアンテナの外観、５０２Ａ、５０２Ｂ、５０２Ｃ、５０２Ｄ、５０２Ｅ、５０２Ｆ、５０２Ｇ、５０２Ｈはアンテナ素子である。
【００２９】
以上のように構成された送信指向性補正装置について、以下にその動作を説明する。図３において、円形アレーアンテナの各アンテナ素子１０８Ａ、１０８Ｂ、１０８Ｃは、図４に示す３素子円形アレーアンテナ４０１のような外観で構成される。アンテナ素子１０８Ａ、１０８Ｂ、１０８Ｃとしては、モノポールアンテナ、ダイポールアンテナ、コリニアアンテナ等の水平面内無指向性のアンテナを用いる。これらの素子が、アレーアンテナとしては３素子の位置関係として円周上に互いに等間隔となるように配置される。
【００３０】
アンテナ素子１０８Ａから、アンテナ素子１０８Ｂ、アンテナ素子１０８Ｃは等距離にあり配置も対称的であるためアンテナ素子１０８Ｂ、１０８Ｃから送出したＲＦ送信信号は、同位相でアンテナ素子１０８Ａに到達する。従って、アンテナ素子１０８Ｂ、１０８Ｃが同一振幅、同一位相でＲＦ送信信号を送出すればアンテナ素子１０８Ａでの受信信号振幅は最大となる。
【００３１】
一方、アンテナ素子１０８Ｂ、１０８Ｃが同一振幅、逆相でＲＦ送信信号を送出すれば、アンテナ素子１０８Ａでの受信信号は２つの信号が互いにうち消し合うため最小振幅となる。最小振幅付近での位相に対する振幅の変化量に比較して、最小振幅付近での位相に対する振幅の変化量の方が大きいため、アンテナ素子１０８Ｂ、１０８ＣのＲＦ送信信号が逆相となるように振幅、位相を変化させ受信側での最小振幅点を検出することにより、アンテナ、アンテナ給電線および送信ＲＦ系のすべてを含んだ系統間の相対振幅、位相を正確検出することができることができる。
【００３２】
これを図３の構成にて実現するために、まず運用前の調整時にアンテナ素子１０８Ａを受信状態、アンテナ素子１０８Ｂ、１０８Ｃを送信状態にする。アンテナ素子１０８Ａを受信状態にするためには、振幅位相制御手段１１３が信号振幅変化手段１０６Ａ、１０６Ｂ、１０６Ｃを制御することにより、ＲＦ送信信号の出力が０となるようにすればよい。
【００３３】
アンテナ素子１０８Ａで受信した信号は、切り替え器３０１でアンテナ１０８Ａの信号を受信するように切り替えられた後、レベル検出手段３０２において受信信号振幅の大きさが検出され、データとして振幅位相制御手段１１３に渡される。振幅位相制御手段１１３は初期状態として、信号結合手段１０７Ｂ、１０７Ｃで得られるモニタ信号の振幅が等しく、位相が１８０度異なるように信号振幅変化手段１０６Ｂ、１０６Ｃおよびローカル信号位相変化手段１０４Ｂ、１０４Ｃの制御を行う。具体的な制御方法は、両者の位相が１８０度異なることを除いて実施の形態１に述べた手順と同一である。
【００３４】
この状態で、レベル検出手段３０２の出力を判定しながら振幅位相制御手段１１３は、振幅位相を微小に変化させレベル検出手段３０２での受信レベルが最小になるようにする。振幅位相制御手段１１３ではモニタ信号の制御から得られた振幅位相、およびレベル検出手段３０２から得られた振幅位相の差が得られるので、２つのＩ信号、Ｑ信号の差は信号結合手段１０７Ｂの出力に対して、信号結合手段１０８Ｂの出力に対して（ΔＩＣ、ΔＱＣ）の補正を初期値が得られる。
【００３５】
次に、アンテナ素子１０８Ｂを受信状態とし、アンテナ素子１０８Ｃ、１０８Ａを送信とし同様のことを行う。この場合アンテナ１０８Ｃに接続される系統は上記の処理で用いられた系と共通なので基準とし、振幅位相は変化させず、アンテナ１０８Ａに接続された系について振幅位相を微小変化させて、アンテナ素子１０８Ｂでの受信レベルが最小になるようにする。それにより同様な補正の初期値（ΔＩＡ、ΔＱＡ）がえられる。運用中アンテナの特性はほとんど経時変化しないと考えられるので、これらの補正の初期値を用いて、運用時は実施の形態１に述べた方法にて振幅、位相を補正することにより、モニタ信号を用いるだけで正確な制御を行うことができる。
【００３６】
以上は、アンテナ素子が３素子のものについて説明を行ったが、奇数素子を有するより素子数の多いアレーアンテナでは同様に次のような方法でＲＦ送信信号の振幅位相補正を行う。より素子数の多い円形アレーアンテナとして図４の５素子円形アレーアンテナ４０２を例に挙げて説明を行う。
【００３７】
３素子円形アレーアンテナの時と同様に、モニタ信号を用いて２系統のアンテナ素子から送出するＲＦ送信信号が等振幅、逆相となる振幅、位相の設定値を求めておく。次に、アンテナ素子４０２Ｅ、４０２Ａを送信状態とし、それらのアンテナ素子から等しい距離にあるアンテナ４０２Ｃを受信状態とする。ここで、アンテナ４０２Ｃでの受信信号レベルが最小となる設定振幅位相とモニタ信号を用いて得られた振幅位相の差から、アンテナ、給電線およびＲＦ系を含めたＩＱ信号の補正の初期値を求める。
【００３８】
次にアンテナ素子４０２Ａ、４０２Ｂを送信状態とし４０２Ｄを受信状態とし同様の補正値を求める。このときアンテナ素子４０２Ａに接続される系は前の処理と共通の系であるため振幅位相の微小変化は行わず、アンテナ素子４０２Ｂに接続される系のみ振幅位相の微小変化をさせる。同様に４０２Ｂ、４０２Ｃを送信状態とし４０２Ｅを受信状態とし４０２Ｃに接続される系の振幅位相を微小変化させ補正値を求め、４０２Ｃ、４０２Ｄを送信状態とし４０２Ｅを受信状態として４０２Ｄに接続される系の振幅位相を微小変化させて補正値を求める。これにより順次４０２Ａ、４０２Ｂ、４０２Ｃ、４０２Ｄの補正の初期値を求めるため３素子以上のものについても、運用中にはモニタ信号を用いて実施の形態１に記載した方法と同様に正確に制御を行うことができる。
【００３９】
なお、アレーアンテナとしては円形アレーアンテナ以外にも図５に示す様な直線アレーアンテナを用いることも可能である。直線アレーアンテナの素子間隔は半波長であるとする。直線アレーアンテナでは隣接する２素子の送信アンテナから等距離の受信アンテナは存在しないので、３つの並んだアンテナ素子を用いて補正を行う。まずアンテナ素子５０２Ａ、５０２Ｂを送信アンテナ５０２Ｃを受信アンテナとする。
【００４０】
この場合、受信アンテナ５０２Ｃから５０２Ａおよび５０２Ｂの距離は半波長異なるので、アンテナ素子５０２Ａおよび５０２Ｂが同振幅、同位相で送信を行った場合、受信アンテナ素子５０２Ｃでは両者は打ち消し合い信号レベルは小さくなる。従って、円形アレーアンテナの時と異なり、図３における信号結合手段１０７Ａ、１０７Ｂ、１０７Ｃでのモニタ信号の初期状態は同位相となるように振幅位相制御手段１１３が設定を行い、以後受信レベルが最小となるように振幅位相を微小変化させ補正値を求めた。２つ送信アンテナとして５０２Ｂ、５０２Ｃを選択し受信アンテナとして５０２Ｄを選択し補正値を求めるように同様の処理を、送信アンテナ５０２Ｆ、５０２Ｇ、受信アンテナ５０２Ｈとし補正値が求まるまで続ける。
【００４１】
その後、送信アンテナとして５０２Ｇ、５０２Ｈ、受信アンテナとして５０２Ｆを選択し補正値を求める。直線アレーアンテナの各素子が、同振幅、同相になるように順次補正値の初期値を求めるため、全体の素子が同振幅同位相になるように補正値を求めることができる。この初期値を用いて、運用中には実施の形態１に記載した方法を用いて正確に制御を行うことができる。
【００４２】
なお上記動作の説明では振幅位相制御手段１１３が、ローカル信号位相変化手段１０４Ａ、１０４Ｂ、１０４Ｃと信号振幅変化手段１０６Ａ、１０６Ｂ、１０６Ｃを制御することにより振幅位相を変えていたが、実施の形態２と同様に振幅位相制御手段１１３がベースバンド信号発生手段１０１のＩ信号、Ｑ信号を変化させることにより各系統の振幅位相を変えるようにしても良い。
【００４３】
以上のように本実施の形態の発明によれば、円形アレーアンテナまたは直線アレーアンテナの内の１アンテナを受信アンテナとして用い受信レベルが最小に成るように、送信アンテナの振幅位相の補正を行うため、アンテナの指向性や給電線の特性も含めた振幅位相の補正を行うことができる。
【００４４】
（実施の形態４）
図６は本発明の第４の実施の形態による送信指向性補正装置のブロック結線図である。図６において、図２に示す実施の形態２と同一の部分は同一符号を付して説明を省略し、図２と異なる部分について説明を行う。
【００４５】
図６において、６０１Ａ、６０１Ｂ、６０１Ｈはアレーアンテナのアンテナ素子、６０２Ａ、６０２Ｂ、６０２Ｈは信号結合手段、６０３Ａ、６０３Ｂ、６０３Ｈは信号振幅変化手段、６０４Ａ、６０４Ｂ、６０４Ｈはベースバンド信号発生手段、６０５はモニタアンテナ、６０６はレベル検出手段である。
【００４６】
図７は円形アレーアンテナの例を示す図であり、６１０は８素子円形アレーアンテナの外観である。
【００４７】
以上のように構成された送信指向性補正装置について、以下にその動作を説明する。実施の形態３に示した円形アレーアンテナは素子数が奇数であるため、隣接する２つ送信アレーアンテナから等距離の受信アンテナを選択することができるが、円形アレーアンテナの素子数が偶数の場合には隣接する２つ送信アレーアンテナから等距離の受信アンテナを選択することができない。このため偶数の素子数を持つ円形アレーアンテナでは、アレーの中心にモニタアンテナ６０５を設け受信アンテナとする。受信アンテナは水平面内無指向性であり、円形アレーアンテナの円の中心部に設置されるため、アレーアンテナの各素子からは等距離となり各アンテナ素子が同位相で送信したときはモニタアンテナ６０５は同位相で受信する。
【００４８】
実施の形態３と同様に、運用前の調整時にまずアンテナ素子６０１Ａ、６０１Ｂを送信状態にする。アンテナ素子６０５は受信状態であるため、レベル検出手段６０６において受信信号振幅の大きさが検出され、データとして振幅位相制御手段１１３に渡される。振幅位相制御手段１１３は初期状態として、信号結合手段６０２Ａ、６０２Ｂで得られるモニタ信号の振幅が等しく、位相が１８０度異なるようにベースバンド信号発生手段６０４Ａ、６０４ＢのＩ信号、Ｑ信号出力の制御を行う。具体的な制御方法は、両者の位相が１８０度異なることを除いて実施の形態２に述べた手順と同一である。
【００４９】
この状態で、レベル検出手段６０６の出力を判定しながら振幅位相制御手段１１３は、振幅位相を微小に変化させレベル検出手段６０６での受信レベルが最小になるようにする。このときのモニタ信号を用いて振幅位相を設定する際のＩ信号、Ｑ信号および受信レベルが最小になるように設定する際のＩ信号、Ｑ信号の差は、信号結合手段６０２Ａの出力に対して（ΔＩＡ、ΔＱＡ）、信号結合手段６０２Ｂの出力に対して（ΔＩＢ、ΔＱＢ）であり、アンテナ６０２Ａに接続される系統を基準としたときの補正の初期値が得られる。
【００５０】
その後実施の形態３に述べたのと同様に、アンテナ素子６０１Ｂと６０１Ｃ、６０１Ｃと６０１Ｄ、６０１Ｄと６０１Ｅ、６０１Ｅと６０１Ｆ、６０１Ｆと６０１Ｇ、６０１Ｇと６０１Ｈで同様の補正の初期値を求める。これらの初期値を用いて、運用時は実施の形態２に述べた方法と同様に振幅、位相を補正することにより正確な制御を行うことができる。上記説明はアンテナ素子数を偶数としているが、アンテナ素子数は奇数でも同様である。
【００５１】
なお上記動作の説明では振幅位相制御手段１１３が、ベースバンド信号発生手段６０４Ａ、６０４Ｂ、６０４ＣのＩ信号、Ｑ信号を変化させることにより各系統の振幅位相を変えていたが、実施の形態１の図１と同様に振幅位相制御手段１１３がローカル信号位相変化手段１０４Ａ、１０４Ｂ、１０４Ｃと信号振幅変化手段１０６Ａ、１０６Ｂ、１０６Ｃを制御することにより振幅位相を変えるようにしても良い。
【００５２】
以上のように本実施の形態の発明によれば、円形アレーアンテナの各素子から等距離となる中心に受信アンテナを設け、その受信アンテナにおける受信レベルが最小に成るように、送信アンテナの振幅位相の補正を行うため、アンテナの指向性や給電線の特性も含めた振幅位相の補正を行うことができる。
【００５３】
（実施の形態５）
図８は本発明の第５の実施の形態による送信指向性補正装置のブロック結線図である。図８において、図１に示す実施の形態１と同一の部分は同一符号を付して説明を省略し、図１と異なる部分について説明を行う。
【００５４】
図８において８０１はデータ保持手段である。例えば図４に示す７素子円形アレーアンテナを、電波暗室等で外部試験用対向アンテナを用いて測定する場合、試験用対向アンテナをアンテナ素子４０２Ａ、４０２Ｂの２素子から等距離になるように設置し、実施の形態４に示したのと同様にに試験用対向アンテナでの受信レベルが最小に成るように２素子の振幅、位相を補正するときのデータを初期値としてデータ保持手段に保存しておくことにより、偶数素子数、奇数素子数に係わらずアンテナの補正を、モニタ信号を用いて実運用中に行うことができる。
【００５５】
以上のように本実施の形態の発明によれば、円形アレーアンテナまたは直線アレーアンテナに関して、外部試験用アンテナで測定されたデータをデータ保持手段に保持し、送信アンテナの振幅位相の補正を行うため、アンテナの指向性や給電線の特性も含めた振幅位相の補正を行うことができる。
【００５６】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、実運用時に経時変化があり補正が必要なアダプティブアレーアンテナにおいて、機器内のモニタ信号やアンテナを用いることにより対向アンテナを常時設置することなく高精度な送信指向性を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態による送信指向性補正装置のブロック結線図
【図２】本発明の第２の実施の形態による送信指向性補正装置のブロック結線図
【図３】本発明の第３の実施の形態による送信指向性補正装置のブロック結線図
【図４】円形アレーアンテナの外観およびアンテナ素子の位置関係を示す図
【図５】直線アレーアンテナの外観およびアンテナ素子の位置関係を示す図
【図６】本発明の第４の実施の形態による送信指向性補正装置のブロック結線図
【図７】円形アレーアンテナの例を示す図
【図８】本発明の第５の実施の形態による送信指向性補正装置のブロック結線図
【符号の説明】
１０１、２０１Ａ、２０１Ｂ、２０１Ｃ、６０４Ａ、６０４Ｂ、６０４Ｃベースバンド信号発生手段
１０２ローカル信号発生手段
１０４Ａ、１０４Ｂ、１０４Ｃローカル信号位相変化手段
１０５Ａ、１０５Ｂ、１０５Ｃ、６０３Ａ、６０３Ｂ、６０３Ｃ送信信号生成手段
１０６Ａ、１０６Ｂ、１０６Ｃ信号振幅変化手段
１０７Ａ、１０７Ｂ、６０２Ａ、６０２Ｂ、６０２Ｃ信号結合手段
１０７Ｃ２系統の出力を持つ信号結合手段
１０８Ａ、１０８Ｂ、１０８Ｃ、６０１Ａ、６０１Ｂ、６０１Ｃアンテナ素子
１０９、３０１切り替え器、
１１０、１１１直交復調手段
１１２、１１３振幅位相結合手段
３０２、６０６レベル検出手段
４０１３素子円形アレーアンテナ
４０２５素子円形アレーアンテナ
５０１直線アレーアンテナ
６０５モニターアンテナ
６１０８素子円形アレーアンテナ
８０１データ保持手段

Claims

複数のアンテナ素子から、一つの基準用のアンテナ素子を選択し、選択された前記アンテナ素子に入力される信号を基準信号とし、前記基準信号と選択された以外のアンテナ素子に入力される比較信号との振幅、位相等の差異を求め、その差異分を補正する送信信号補正方法であって、
前記基準信号を２つ取り出し、１つは、前記比較信号の振幅、位相を求める回路と同じ処理回路を通過させ、他の一つは、前記基準信号の振幅、位相を求める回路と同じ処理回路を通過させ、２つの上記処理回路を通過したことにより生じる前記基準信号の前記振幅、前記位相の差異を求め、異なる処理回路を通過したことにより生じる誤差を補正する送信指向性補正方法。
複数のアンテナ素子を有し、前記複数のアンテナの内、一つの基準用のアンテナ素子を選択し、選択された前記アンテナ素子に入力される信号を基準信号とし、前記基準信号と選択された以外のアンテナ素子に入力される比較信号との振幅、位相等の差異を求め、その差異分を補正するアンテナ装置であって、
前記比較信号の振幅、位相を求める直交復調手段１と、前記基準信号の振幅、位相を求める直交復調手段２と、前記直交復調手段１と前記直交復調手段２の出力から、前記基準信号と前記比較信号の誤差を求める振幅位相検出手段と、その誤差を制御する振幅位相制御手段とを有し、
前記基準信号は２つに分けられ、前記直交復調手段１と前記直交復調手段２の両手段で処理され、前記振幅位相検出手段で、前記２つの手段で求めた振幅、位相の差異を求め、前記振幅位相制御手段で、異なる処理回路を通過したことに生じる誤差を補正する送信指向性補正装置。
ベースバンドＩ信号およびＱ信号を発生するベースバンド信号発生手段と、ローカル信号を発生するローカル信号発生手段と、ローカル信号をＮ分配する分配器と、Ｎ分配されたローカル信号の位相をそれぞれ変化させるＮ個のローカル信号位相変化手段と、ベースバンドＩ信号およびＱ信号でＮ分配されたローカル信号をそれぞれ変調しＲＦ送信信号に変換するＮ個の送信信号生成手段と、ＲＦ送信信号の振幅をそれぞれ変化させるＮ個の信号振幅変化手段と、ＲＦ送信信号の一部を１つのモニタ信号として取り出す（Ｎ−１）個の第１の信号結合手段と、ＲＦ送信信号の１部を２つのモニタ信号として取り出す第２の信号結合手段と、モニタ信号以外のＲＦ送信信号を送受信するＮ個のアンテナ素子からなるアレーアンテナと、（Ｎ−１）個の前記第１の信号結合手段の出力および前記第２の信号結合手段の１つの出力を切り替えて１つのモニタ信号を取り出す切り替え器と、１つのモニタ信号をベースバンドＩ信号およびＱ信号に変換する第１の直交復調手段と、前記第２の信号結合手段の他の１つの出力をベースバンドＩ信号およびＱ信号に変換する第２の直交復調手段と、前記第１の直交復調手段および前記第２の直交復調手段の出力である２組のベースバンドＩ信号およびＱ信号からＮ個の送信信号の振幅および位相を検出する振幅位相検出手段と、前記振幅位相検出手段の検出結果に基づき前記ローカル信号位相変化手段と前記ＲＦ信号振幅変化手段の制御を行うことにより振幅位相を変化させる振幅位相制御手段を有することを特徴とする送信指向性補正装置。
ベースバンドＩ信号およびＱ信号を発生するＮ個のベースバンド信号発生手段と、ローカル信号を発生するローカル信号発生手段と、ローカル信号をＮ分配する分配器と、Ｎ分配されたローカル信号の位相をそれぞれ変化させるＮ個のローカル信号位相変化手段と、ベースバンドＩ信号およびＱ信号でＮ分配されたローカル信号をそれぞれ変調しＲＦ送信信号に変換するＮ個の送信信号生成手段と、ＲＦ送信信号の振幅をそれぞれ変化させるＮ個の信号振幅変化手段と、ＲＦ送信信号の一部を１つのモニタ信号として取り出す（Ｎ−１）個の第１の信号結合手段と、ＲＦ送信信号の１部を２つのモニタ信号として取り出す第２の信号結合手段と、モニタ信号以外のＲＦ送信信号を送受信するＮ個のアンテナ素子からなるアレーアンテナと、（Ｎ−１）個の前記第１の信号結合手段の出力および前記第２の信号結合手段の１つの出力を切り替えて１つのモニタ信号を取り出す切り替え器と、１つのモニタ信号をベースバンドＩ信号およびＱ信号に変換する第１の直交復調手段と、前記第２の信号結合手段の他の１つの出力をベースバンドＩ信号およびＱ信号に変換する第２の直交復調手段と、前記第１の直交復調手段および前記第２の直交復調手段の出力である２組のベースバンドＩ信号およびＱ信号からＮ個の送信信号の振幅および位相を検出する振幅位相検出手段と、前記振幅位相検出手段の検出結果に基づきＮ個のベースバンド信号発生手段のＩ信号Ｑ信号の振幅制御を行うことにより振幅位相を変化させる振幅位相制御手段を有することを特徴とする送信指向性補正装置。
アレーアンテナとして奇数の素子が等間隔に円周上に配置された円形アレーアンテナを有し、前記アレーアンテナの各アンテナ素子の受信信号を切り替える切り替え器と、前記切り替え器の出力信号の振幅値を測定するレベル検出手段を有し、前記振幅位相制御手段が初期状態として隣り合う２つのアンテナ素子の放射するＲＦ送信信号が同振幅逆位相となるように制御し次に前記隣り合う２つのアンテナ素子から等距離にあるアンテナ素子の受信信号を前記切り替え器が選択し前記レベル検出手段の出力振幅値が最小となるように前記振幅制御手段が振幅位相を大小微小変化させる制御を行うことを特徴とする請求項３または４に記載の送信指向性補正装置。
アレーアンテナとして複数の素子が半波長間隔で直線上に配置された直線アレーアンテナを有し、前記アレーアンテナの各アンテナ素子の受信信号を切り替える切り替え器と、前記切り替え器の出力信号の振幅値を測定するレベル検出手段を有し、前記振幅位相制御手段が初期状態として隣り合う２つのアンテナ素子の放射するＲＦ送信信号が同振幅同位相となるように制御し次に前記隣り合う２つのアンテナ素子に隣接するアンテナ素子の受信信号を前記切り替え器が選択し前記レベル検出手段の出力振幅値が最小となるように前記振幅制御手段が振幅位相を大小微小変化させる制御を行うことを特徴とする請求項３または４に記載の送信指向性補正装置。
複数のアンテナ素子を有するアレーアンテナと、前記複数のアンテナ素子から等距離に設置され、前記アレーアンテナの各ＲＦ送信信号を受信するモニタアンテナと、前記モニタアンテナの受信信号の振幅値を測定するレベル検出手段を有し、前記振幅位相制御手段が初期状態として任意の２つの前記アレーアンテナのアンテナ素子の放射するＲＦ送信信号が同振幅逆位相となるように制御し、次に前記モニタアンテナが受信した前記任意の２つのアンテナ素子からのＲＦ送信信号を前記レベル検出手段の検出振幅値が最小となるように前記振幅制御手段が振幅位相を大小微小変化させる制御を行うことを特徴とする請求項３または４に記載の送信指向性補正装置。
前記振幅位相制御手段が初期状態として隣り合う２つのアンテナ素子の放射するＲＦ送信信号が同振幅逆位相となるように制御し、前記アレーアンテナの隣接する２素子から等距離に設置した試験対向アンテナで受信した受信信号の振幅が最小となるように振幅位相を大小微小変化させる制御を行うことを特徴とする請求項３または４に記載の送信指向性補正装置。
前記振幅位相制御手段が初期状態として隣り合う２つのアンテナ素子の放射するＲＦ送信信号が同振幅逆位相となるように制御した時の振幅位相検出手段の出力と、次に前記レベル検出手段の出力振幅値が最小となるように振幅位相を大小微小変化させる制御をしたときの振幅位相検出手段の出力との差を補正値として振幅位相制御手段が振幅位相を制御することを特徴とする請求項５から８のいずれかに記載の送信指向性補正装置。
前記振幅位相制御手段が初期状態として隣り合う２つのアンテナ素子の放射するＲＦ送信信号が同振幅逆位相となるように制御した時の振幅位相検出手段の出力と、次に前記レベル検出手段の出力振幅値が最小となるように振幅位相を大小微小変化させる制御をしたときの振幅位相検出手段の出力との差を補正値データとして保持するデータ保持手段を有し、前記振幅位相制御手段がデータ保持手段の保持されたデータに基づき補正を行い振幅位相制御を行うことを特徴とする請求項８に記載の送信指向性補正装置。