JP4394416B2 - 無線通信装置 - Google Patents
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Description
また、このような基地局装置では、各アンテナにおける送信処理と受信処理との間の誤差や、複数のアンテナにおける送信処理の間の誤差或いは受信処理の間の誤差を補正(キャリブレーション)するために、アンテナのキャリブレーションの処理が行われる(例えば、特許文献1参照。)。
本発明は、このような従来の事情に鑑み為されたもので、例えば、運用中にアンテナのキャリブレーションに関する特性が変化するような場合においても、適切なアンテナキャリブレーションを実現することができる無線通信装置を提供することを目的とする。
すなわち、アンテナ割り当て切り替え手段が、複数のアンテナの中で、無線通信に用いるアンテナとアンテナ系に関するキャリブレーション処理を実行するために用いるアンテナの割り当てを切り替える。そして、無線通信手段が、アンテナ割り当て切り替え手段により無線通信に用いるものとして割り当てられたアンテナを用いて、無線により通信する。また、アンテナキャリブレーション処理実行手段が、アンテナ割り当て切り替え手段によりアンテナ系に関するキャリブレーション処理を実行するために用いるものとして割り当てられたアンテナを用いて、アンテナ系に関するキャリブレーション処理を実行する。
また、無線通信に用いられるアンテナの数としては、特に限定はなく、1つであってもよく、或いは、2以上であってもよい。
また、アンテナ系に関するキャリブレーション処理を実行するために用いられるアンテナの数としては、特に限定はなく、1つであってもよく、或いは、2以上であってもよい。
また、アンテナ系に関するキャリブレーション処理としては、種々な処理が用いられてもよく、例えば、無線通信に用いられるアンテナの系の送信や受信や送受信に関する信号振幅の誤差や信号位相の誤差を補正するための処理が用いられる。
また、アンテナ割り当て切り替え手段による切り替えを行うタイミングとしては、種々なタイミングが用いられてもよく、例えば、定期的なタイミングが用いられてもよく、また、例えば、ガードタイムの期間のように、実質的に情報の無線通信が行われない期間にアンテナ割り当ての切り替えを行うような態様を用いることもできる。
すなわち、無線通信手段により通信相手から無線受信する通信信号の周波数(第1周波数)と、無線通信手段により通信相手に対して無線送信する通信信号の周波数(第2周波数)とは異なっている。
そして、それぞれのアンテナ系では、受信信号処理経路とキャリブレーション処理系路を備え、使用処理経路切り替え手段が受信信号処理系路とキャリブレーション処理経路とで使用する処理系路を切り替える。
また、キャリブレーション処理系路では、第2周波数成分抽出手段がアンテナにより無線受信される信号から第2周波数の成分を抽出し、減衰手段が第2周波数成分抽出手段による抽出結果を減衰させ、第2の周波数変換手段が減衰手段による減衰結果を所定の周波数の信号へ変換する。
また、通信相手から無線受信する通信信号や、通信相手に対して無線送信する通信信号としては、それぞれ、種々な信号が用いられてもよい。
また、アンテナ系のキャリブレーション処理を実行するために使用される信号としては、例えば、通信相手に対して無線送信する通信信号が用いられてもよく、或いは、キャリブレーションに専用の信号が用意されて用いられてもよい。
ここで、それぞれのアンテナとしては、種々なアンテナが用いられてもよい。また、種々なアンテナの配置が用いられてもよい。
一構成例として、無線通信に用いられるアンテナから無線送信される信号(例えば、通信信号、或いは、キャリブレーション用の信号)を、アンテナ系に関するキャリブレーション処理を実行するために用いられるアンテナにより受信し、当該受信結果に基づいて、アンテナ系に関するキャリブレーション処理を実行する。例えば、アンテナ系について送信と受信との間のキャリブレーション(送受信キャリブレーション)などを実行する。
一構成例として、複数のアンテナの中で、1つのアンテナがアンテナ系に関するキャリブレーション処理を実行するために用いられ、残りのアンテナが無線通信に用いられる。
一構成例として、無線通信では、複数のアンテナがアレイアンテナとして用いられる。例えば、複数のアンテナがアダプティブアレイアンテナとして用いられる。
ここで、アンテナ系の障害としては、種々なものが用いられてもよく、例えば、アンテナの障害や、アンテナ以外の受信回路などの障害が用いられる。
一構成例として、いずれかのアンテナに障害が発生した場合には、その旨を管理側などへ通知する。
本実施例では、複数である(N+1)個の系から構成されたアダプティブアレイアンテナを備えた移動体無線通信の基地局装置に本発明を適用した場合を示す。また、本実施例では、アンテナの送受信キャリブレーションなどのキャリブレーション処理を行う場合を示す。
図1には、本発明の第1実施例に係る基地局装置のアダプティブアレイアンテナに関する部分の構成例を示してある。
本例の基地局装置には、(N+1)個の系のそれぞれに、アンテナA1〜AN、Acと、送受切り替え用のスイッチ(SW)B1〜BN、Bcと、受信回路(Rx)C1〜CN、Ccと、A/D(Analog to Digital)変換器(ADC)D1〜DN、Dcと、各アンテナA1〜AN、Acの受信信号に対して各アンテナA1〜AN、Acの受信ウエイトを乗算するための乗算器E1〜EN、Ecと、送信信号に対して各アンテナA1〜AN、Acの送信ウエイトを乗算するための乗算器F1〜FN、Fcと、D/A(Digital to Analog)変換器(DAC)G1〜GN、Gcと、送信回路(Tx)H1〜HN、Hcが備えられている。
本例の受信回路C1には、アイソレータ11と、2つの信号処理系を切り替えるための2つのスイッチ12、21と、受信信号の中間周波数(IF:Intermediate Frequency)帯のバンドパスフィルタ(BPF:Band Pass Filter)22が備えられている。また、一方の信号処理系として、送信周波数帯のバンドパスフィルタ(TxBPF)13と、可変減衰器14と、発信器15と、周波数変換ミキサ16が備えられており、他方の信号処理系として、受信周波数帯のバンドパスフィルタ(RxBPF)17と、増幅器18と、発信器19と、周波数変換ミキサ20が備えられている。
本例の基地局装置では、複数のアンテナ素子A1〜AN、Ac毎に、受信系統と送信系統をスイッチB1〜BN、Bcで分波する。
各アンテナA1〜AN、Acにより無線受信された信号は、それぞれのスイッチB1〜BN、Bcを経由してそれぞれの受信回路C1〜CN、Ccに入力される。
そして、キャリブレーションを行う場合には、スイッチ12により一方の信号処理系へ切り替える。この場合、信号が送信周波数帯のバンドバスフィルタ13を通過した後に、位相特性や振幅特性が既知の可変減衰器14により当該信号のレベルを適切なレベルにコントロールし、その後、当該信号の周波数をミキサ16により受信IF周波数帯と同じ周波数にして、当該信号がスイッチ21を経て受信IF周波数帯のバンドパスフィルタ22を通して出力される。
また、本例の基地局装置の受信回路部C1〜CN、Ccでは、キャリブレーションのために機能するときには送信信号を抽出して出力し、受信機として機能するときには受信信号を抽出して出力するが、必ずしも本例の構成に限られず、同様な処理が実現される他の種々な構成が用いられてもよい。
なお、重み付けでは、各アンテナA1〜AN、Acによる受信信号と各アンテナA1〜AN、Acに対応した受信ウエイトとが各乗算器E1〜EN、Ecにおいて乗算される。
ウエイト計算・キャリブレーション回路2は、例えば、DSP(Digital Signal Processor)やFPGA(Field Programmable Gate Array)などのように、デジタル信号処理を容易に実現することができるものから構成されるのが好ましい。
図3には、本例の基地局装置のアダプティブアレイアンテナに関する部分の構成例を示してある。
本例の基地局装置では、例えば上記図1に示した構成例と比べて、各アンテナ系において、送受切り替え用のスイッチB1〜BN、Bcが備えられてなく、受信専用のアンテナI1〜IN、Icと、送信専用のアンテナQ1〜QN、Qcが備えられている。
図4(a)には、基地局装置の全体的な構成の一例を示してある。
同図(a)に示した基地局装置には、例えばアンテナや送受信部やウエイト計算部を含んで構成されるアダプティブアレイアンテナ部(AAA部)41と、通信信号の変復調を行うモデム部(変復調部)42と、ベースバンド(BB:Base Band)処理を行うベースバンド部(BB部)43と、これら各処理部41〜43を制御する制御部44が備えられており、また、基地局制御装置等45が備えられている。
なお、基地局装置の全体的な構成や、アダプティブアレイアンテナに関する構成としては、必ずしも本実施例で示したものに限られず、種々な構成が用いられてもよい。
本実施例に係る基地局装置では、例えば、このようなガードフレームの期間などのように、データが通信中ではない領域であるときに、アレイ用のアンテナとキャリブレーション用のアンテナとを入れ替える(切り替える)動作を行う。これにより、アレイ用のアンテナとキャリブレーション用のアンテナとの切り替えを効率的に行うことができる。
このように、アレイアンテナが(N+1)本存在しており、通常は、N本をアレイアンテナの素子として利用し、残りをキャリブレーション用アンテナの素子として用いる。
また、本実施例に係る基地局装置では、例えば、アダプティブアレイ基地局が運用中に、1つ或いは2以上のアレイアンテナ素子に障害が発生したときには、運用は継続するが、障害を管理センタへ通知する。
また、本実施例に係る基地局装置では、例えば制御部(図示せず)が複数のアンテナA1〜AN、Ac(或いは、I1〜IN、Ic、Q1〜QN、Qc)の中で無線通信に用いるアンテナとキャリブレーション処理に用いるアンテナの割り当てを切り替える機能によりアンテナ割り当て切り替え手段が構成されており、アンテナを用いて無線通信を行う機能により無線通信手段が構成されており、アンテナを用いてアンテナ系に関するキャリブレーション処理を実行する機能によりアンテナキャリブレーション処理実行手段が構成されている。
また、本実施例に係る基地局装置では、キャリブレーション処理経路において、送信周波数帯のバンドパスフィルタ13の機能により第2周波数成分抽出手段が構成されており、可変減衰器14の機能により減衰手段が構成されており、発信器15の機能及び周波数変換ミキサ16の機能により第2の周波数変換手段が構成されている。
例えば、移動体無線通信において、高速通信実現のために、アダプティブアレイアンテナシステムを用いることは非常に有効なことである。アダプティブアレイアンテナシステムは、各アレイ系列の位相や振幅を変更することにより、所望のユーザが存在する方向ヘアンテナパターンのピークを向けることができる。これは、アダプティブなビームフォーミングである。また、アダプティブアレイアンテナシステムでは、例えば、複数であるN素子のアンテナの場合には、#1から#NまでのN個の系列を有する。
そして、アダプティブアレイアンテナシステムでは、通信を行う移動体通信端末に対しては最大の送信電力で通信するアダプティブビームフォーミングを行い、通信を行っていない他の干渉移動体通信端末に対しては影響を与えないようにするアダプティブヌルスティアリングを行うことができる。
具体的には、アダプティブアレイアンテナを搭載した基地局装置のアンテナ61及びそのアンテナパターン(指向性パターン)と、複数の移動体通信端末装置71〜73を示してある。
希望波に対応する移動体端末装置72の方向にはビームを向け、妨害波に対応する移動体端末装置71、73の方向にはヌルを向けている。
具体的には、複数であるN個の系のそれぞれに、アンテナR1〜RNと、送受切り替え用のスイッチ(SW)S1〜SNと、受信回路(Rx)T1〜TNと、A/D(Analog to Digital)変換器(ADC)U1〜UNと、各アンテナの受信信号に対して各アンテナの受信ウエイトを乗算するための乗算器V1〜VNと、送信信号に対して各アンテナの送信ウエイトを乗算するための乗算器W1〜WNと、D/A(Digital to Analog)変換器(DAC)X1〜XNと、送信回路(Tx)Y1〜YNが備えられている。
例えば、各アレイ系列の送信アナログ部や受信アナログ部の通過振幅特性及び通過位相特性に偏差(バラツキ)があるため、受信と送信で同じ重みに対する周波数差成分を含めた補正ウエイトを用いた場合においても、受信パターンと送信パターンが異なり、所望方向への利得が低くなったり干渉ユーザヘの利得が高くなったりして、所望のアンテナパターンを生成することができないことがある。
そして、図示されるように、受信パターンZ1から推定したヌル(NULL)角度において、送信パターンのサイドローブピークが向いてしまうようなことが生じ、所望の送信パターンにならない。
これに対して、本発明では、以上に説明したように、このような従来の問題を解消することができ、有効な効果を実現することができる。
また、本発明の適用分野としては、必ずしも以上に示したものに限られず、本発明は、種々な分野に適用することが可能なものである。
また、本発明は上記の制御プログラムを格納したフロッピー(登録商標)ディスクやCD(Compact Disc)−ROM等のコンピュータにより読み取り可能な記録媒体や当該プログラム(自体)として把握することもでき、当該制御プログラムを当該記録媒体からコンピュータに入力してプロセッサに実行させることにより、本発明に係る処理を遂行させることができる。
2、32・・ウエイト計算・キャリブレーション回路、
11・・アイソレータ、
13、17、22・・バンドパスフィルタ、
14・・可変減衰器、 15、19・・発信器、
16、20・・ミキサ、 18・・増幅器、
41・・アダプティブアレイアンテナ部、 42・・モデム部、
43・・ベースバンド部、 44・・制御部、
45・・基地局制御装置等、 71〜73・・移動体通信端末装置、
82・・ウエイト計算回路、
61、A1〜AN、Ac、I1〜IN、Ic、Q1〜QN、Qc、R1〜RN・・アンテナ、
12、21、B1〜BN、Bc、S1〜SN・・スイッチ、
C1〜CN、Cc、J1〜JN、Jc、T1〜TN・・受信回路、
D1〜DN、Dc、K1〜KN、Kc、U1〜UN・・A/D変換器、
E1〜EN、Ec、F1〜FN、Fc、L1〜LN、Lc、M1〜MN、Mc、V1〜VN、W1〜WN・・(複素)乗算器、
G1〜GN、Gc、O1〜ON、Oc、X1〜XN・・D/A変換器、
H1〜HN、Hc、P1〜PN、Pc、Y1〜YN・・送信回路、
Claims (2)
- 複数のアンテナを備え、1又は2以上のアンテナを用いて無線により通信するとともに、1又は2以上のアンテナを用いてアンテナ系に関するキャリブレーション処理を実行する無線通信装置であって、
複数のアンテナの中で無線通信に用いるアンテナとアンテナ系に関するキャリブレーション処理を実行するために用いるアンテナの割り当てを切り替えるアンテナ割り当て切り替え手段と、
アンテナ割り当て切り替え手段により無線通信に用いるものとして割り当てられたアンテナを用いて無線により通信する無線通信手段と、
アンテナ割り当て切り替え手段によりアンテナ系に関するキャリブレーション処理を実行するために用いるものとして割り当てられたアンテナを用いてアンテナ系に関するキャリブレーション処理を実行するアンテナキャリブレーション処理実行手段と、
を備え、
無線通信手段により通信相手から無線受信する通信信号の周波数である第1周波数と無線通信手段により通信相手に対して無線送信する通信信号の周波数である第2周波数とは異なっており、
それぞれのアンテナ系には、アンテナにより無線受信される信号から第1周波数の成分を抽出する第1周波数成分抽出手段及び第1周波数成分抽出手段による抽出結果を増幅させる増幅手段及び増幅手段による増幅結果を所定の周波数の信号へ変換する第1の周波数変換手段を含んで構成される受信信号処理経路と、アンテナにより無線受信される信号から第2周波数の成分を抽出する第2周波数成分抽出手段及び第2周波数成分抽出手段による抽出結果を減衰させる減衰手段及び減衰手段による減衰結果を所定の周波数の信号へ変換する第2の周波数変換手段を含んで構成されるキャリブレーション処理経路と、受信信号処理系路とキャリブレーション処理経路とで使用する処理系路を切り替える使用処理経路切り替え手段と、を備えた、
ことを特徴とする無線通信装置。 - 請求項1に記載の無線通信装置において、
それぞれのアンテナについて、送信系と受信系とで共通のアンテナが共用される、或いは、送信系と受信系とで別個なアンテナが用いられる、
ことを特徴とする無線通信装置。
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