JP4401055B2

JP4401055B2 - 偏差補償装置

Info

Publication number: JP4401055B2
Application number: JP2001533594A
Authority: JP
Inventors: 周磁小早川
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 1999-10-28
Filing date: 1999-10-28
Publication date: 2010-01-20
Anticipated expiration: 2019-10-28
Also published as: EP1227542A4; US6654618B2; US20020123372A1; CN1190873C; CN1373915A; EP1227542A1; WO2001031745A1

Description

【０００１】
技術分野
本発明は偏差補償装置に関し、特に信号を装置内の各伝送経路に伝送した際に生じる振幅偏差及び位相偏差の少なくとも一方を含む偏差を補償する偏差補償装置に関する。
【０００２】
背景技術
近年、無線基地局に複数のアンテナ素子（マルチビームアンテナ、アダプティブアレーアンテナ等）を設けて、送受信する信号に対して、デジタル信号処理を施すセルラ移動通信システムが注目されている。
【０００３】
図１８はアダプティブアレーアンテナを適用したシステムの構成を示す概略図である。図は受信部の構成を示している。複数（例えば、４本）のアンテナ１０１ａ〜１０１ｄが配置された伝送経路に対し、ＬＮＡ（低雑音増幅器）１０２ａ〜１０２ｄ、周波数変換器１０３、１０５、アンプ１０４ａ〜１０４ｄ、Ａ／Ｄ変換器１０６ａ〜１０６ｄ、乗算器１０７ａ〜１０７ｄ、合成部１０８がそれぞれ配置されている。周波数変換器１０３、１０５は、ＬＯ（ローカルオシレータ）、ミキサで構成される。
【０００４】
アンテナ１０１ａで受信した信号は、ＬＮＡ１０２ａを通じて、低雑音かつ高利得で出力され、周波数変換器１０３でＲＦ信号からＩＦ信号に変換される。そして、アンプ１０４ａで増幅されたＩＦ信号は、周波数変換器１０５でベースバンド信号に変換された後に、Ａ／Ｄ変換器１０６ａでデジタル信号に変換され、乗算器１０７ａでウエイトＷが重み付けされる。アンテナ１０１ｂ〜１０１ｄに対しても同様である。そして、重み付けされた信号は、合成部１０８で合成される。なお、受信信号（または送信信号）は、振幅ａ、位相θを持つ複素関数で表される。
【０００５】
図１９はアレーアンテナのビームパタンを示す図である。アンテナ１０１ａ〜１０１ｄに対して、図１８に示す到来方向φから無線信号を受信した場合、アンテナ１０１ａを基準にするとアンテナ１０１ｂ〜１０１ｄに行路差Ａ１〜Ａ３による位相差が生じ、これをキャンセルするようなウエイトを乗算器１０７ａ〜１０７ｄで重み付けする。そして、合成部１０８で合成すると、合成部１０８からの出力信号は、図に示すＢ１のビームパタンで受信した信号と等価となる。
【０００６】
ここで、アダプティブアレーアンテナで受信した際のビームパタンＢ１と、１本のアンテナで受信した際のビームパタンＢ２とを比較する。希望ユーザ信号の到来方向がφ、干渉ユーザ信号の到来方向がη、それぞれのビームで受信する希望ユーザ及び干渉ユーザの信号レベルをＰ１、Ｐ２及びＰ３、Ｐ４とすると、ビームパタンＢ２ではＰ３とＰ４でレベル差Ｌａはあまりないが、ビームパタンＢ１ではＰ１とＰ２のレベル差Ｌｂが大きいため、その分Ｓ／Ｉを向上させることができる。
【０００７】
したがって、マルチビームアンテナ、アダプティブアレーアンテナ等を適用したセルラ移動通信システムでは、等価的にビームパタンがシャープになることにより、エリア内の干渉を低減することができ、かつ利得が向上するために、１つのセルに収容できるユーザ数を増大することが可能になる。
【０００８】
また、上述のようなシステムでビーム成形を実現しようとする場合、図１８に示したように、受信に対しては、各アンテナ１０１ａ〜１０１ｄで受信するＲＦ信号をベースバンドまで変換する過程で、ＬＮＡ１０２ａ〜１０２ｄやミキサ等の非線形素子が必要になる。
【０００９】
さらに、送信に対しては（送信部は図示せず）、ベースバンド信号をＩＦ信号、ＲＦ信号に周波数変換するミキサやＲＦ信号のＨＰＡ（高出力増幅器）等の非線形素子が各アンテナブランチに必要となる。
【００１０】
しかしながら、これらの各回路を構成する非線形素子は、個々に特性が異なり、また、温度変化等の環境条件や経年変化、入力レベルによっても変化する。このため、各アンテナブランチで独立した振幅偏差及び位相偏差が生じてしまうために、効率のよいビーム成形ができず特性の劣化を招いてしまう。
【００１１】
したがって、これらの振幅偏差及び位相偏差を補償することは、マルチビームアンテナまたはアダプティブアレーアンテナの導入にあたっての極めて重要な問題になる。
【００１２】
このため、従来では、定期的に（１日に１回など) 各アンテナブランチ間のキャリブレーション（較正）を行う方法が一般的に行われていた。
または、パイロット信号を受信させて、各アンテナブランチ毎に振幅偏差及び位相偏差を補償する従来技術がある。図２０は従来技術を説明するための図である。
【００１３】
アンテナ１０１ａ〜１０１ｄが配置された伝送経路に対し、非線形素子を含む各種の回路（ＬＮＡやミキサ等）１１０ａ〜１１０ｄがそれぞれ配置される。
図に示すように、アンテナ１０１ａ〜１０１ｄに対して、位相差が生じない方向からパイロット信号ａ・ｅｘｐ（ｊθ）を送信する。そして、回路１１０ａ〜１１０ｄで処理されて出力される信号をａ１・ｅｘｐ（ｊθ１）〜ａ４・ｅｘｐ（ｊθ４）とする。
【００１４】
ここで、アンテナ１０１ａのブランチの出力信号ａ１・ｅｘｐ（ｊθ１）を基準としてアンテナ１０１ｂとの比をとると、（ａ１／ａ２）・ｅｘｐ〔ｊ（θ１−θ２）〕となる。これを元のアンテナ１０１ｂのブランチ出力信号ａ２・ｅｘｐ（ｊθ２）に乗算すれば、ａ１・ｅｘｐ（ｊθ１）となり、アンテナ１０１ａとアンテナ１０１ｂの振幅偏差及び位相偏差が補償される。したがって、この値をアンテナ１０１ｂの補償値とすればよい。これはその他のブランチについても同様である。
【００１５】
従来技術では、パイロット信号にもとづき、このような補償値を各アンテナブランチ毎に求めて、振幅偏差及び位相偏差の補償を行っていた。
しかし、上記のような従来の定期的に各アンテナブランチ間のキャリブレーションを行う方法では、振幅偏差及び位相偏差はダイナミックに変化するので、定期的に行うキャリブレーションでは、不確定な補償条件でビームフォーミングを行っていることになり、システムの信頼性が低いといった問題があった。
【００１６】
一方、上述のパイロット信号を用いた従来技術では、すべてのセルあるいはセクタの中にパイロット信号を発生させる専用の装置を設けなければならないため、経済的に負担が大きいといった問題があった。
【００１７】
また、このパイロット信号は干渉源となり、さらに干渉源となるパイロット信号を処理するために、上述した演算を行う回路を設ける必要があるため、システムとして非効率的であるといった問題があった。
【００１８】
発明の開示
本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、振幅偏差及び位相偏差を効率よく補償し、システムの信頼性及び通信品質の向上を図った偏差補償装置を提供することを目的とする。
【００１９】
本発明では上記課題を解決するために、図１のような、信号Ｘｎ（ｔ）を装置内の各伝送経路に伝送した際に生じる振幅偏差及び位相偏差の少なくとも一方を含む偏差を補償する偏差補償装置１０において、偏差を受ける前の各伝送経路の信号Ｘｎ（ｔ）を合成して、第１の合成信号ｒ（ｔ）を生成する第１の合成手段１１−１と、偏差を受けた後の各伝送経路の信号Ｚｎ（ｔ）を合成して、第２の合成信号Ｙ（ｔ）を生成する第２の合成手段１１−２と、第１の合成信号ｒ（ｔ）と、第２の合成信号Ｙ（ｔ）と、偏差を受ける前または偏差を受けた後の各伝送経路の信号Ｕｎ（ｔ）とにもとづいて、偏差を補償するための補正値Ｗｎ（ｔ）を各伝送経路毎に算出する補正値算出手段１２と、補正値Ｗｎ（ｔ）にもとづいて、偏差を動的に補償する補償手段１３と、を有することを特徴とする偏差補償装置１０が提供される。
【００２０】
ここで、第１の合成手段１１−１は、偏差を受ける前の各伝送経路の信号Ｘｎ（ｔ）を合成して、第１の合成信号ｒ（ｔ）を生成する。第２の合成手段１１−２は、偏差を受けた後の各伝送経路の信号Ｚｎ（ｔ）を合成して、第２の合成信号Ｙ（ｔ）を生成する。補正値算出手段１２は、第１の合成信号ｒ（ｔ）と、第２の合成信号Ｙ（ｔ）と、偏差を受ける前または偏差を受けた後の各伝送経路の信号Ｕｎ（ｔ）とにもとづいて、偏差を補償するための補正値Ｗｎ（ｔ）を各伝送経路毎に算出する。補償手段１３は、補正値Ｗｎ（ｔ）にもとづいて、偏差を動的に補償する。
【００２１】
本発明の上記および他の目的、特徴および利点は本発明の例として好ましい実施の形態を表す添付の図面と関連した以下の説明により明らかになるであろう。
発明を実施するための最良の形態
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。図１は偏差補償装置の原理図である。偏差補償装置１０は、並列に複数の信号を装置内の複数の伝送経路（ブランチ）に伝送した時、伝送経路に生じた振幅偏差及び位相偏差を含む偏差を各伝送経路毎に補償する。
【００２２】
分岐手段１４ａは、偏差を受ける前の各伝送経路を通る信号を分岐して、信号Ｘｎ（ｔ）（ｎはブランチ番号、ｔは時間）を第１の合成手段１１−１へ出力する。第１の合成手段１１−１は、信号Ｘｎ（ｔ）を合成して、第１の合成信号ｒ（ｔ）を生成する。
【００２３】
分岐手段１４ｃは、偏差を受けた後の各伝送経路を通る信号を分岐して、信号Ｚｎ（ｔ）を第２の合成手段１１−２へ出力する。第２の合成手段１１−２は、信号Ｚｎ（ｔ）を合成して、第２の合成信号Ｙ（ｔ）を生成する。なお、第２の合成手段１１−２の合成方法は、第１の合成手段１１−１の合成方法と同じ合成方法である。
【００２４】
分岐手段１４ｂは、各伝送経路を通る信号を分岐して、信号Ｕｎ（ｔ）を出力する。補正値算出手段１２は、第１の合成信号ｒ（ｔ）と、第２の合成信号Ｙ（ｔ）と、信号Ｕｎ（ｔ）とにもとづいて、偏差を補償するための補正値Ｗｎ（ｔ）を各伝送経路毎に算出する。なお、信号Ｕｎ（ｔ）は、偏差を受けていても、いなくてもどちらでもよい。
【００２５】
補償手段１３は、各伝送経路の補正値Ｗｎ（ｔ）にもとづいて、各伝送経路に対応する偏差を動的に補償する。また、図中の領域Ｒ１〜Ｒ３の少なくとも１つは、偏差を受ける領域を示しており、この領域が図に示すどの位置にあっても偏差を補償できる。
【００２６】
次に動作について説明する。分岐手段１４ａで分岐され、第１の合成手段１１−１へ入力する信号Ｘｎ（ｔ）は、この時点では、各伝送経路において偏差を受けていない。第１の合成手段１１−１は、信号Ｘｎ（ｔ）をＶｎのウエイトで合成して信号ｒ（ｔ）を生成する。信号ｒ（ｔ）は式（１）のようになる。
【００２７】
【数１】

【００２８】
ただし、Ｎはブランチ数、ｎはブランチ番号である。一方、分岐手段１４ｃで分岐され、第２の合成手段１１−２へ入力する信号Ｚｎ（ｔ）は、各伝送経路においてそれぞれ異なる偏差及び補正ウエイトの演算を受けている。
【００２９】
第２の合成手段１１−２は、信号Ｚｎ（ｔ）を第１の合成手段１１−１と同様のＶｎのウエイトで合成して、信号Ｙ（ｔ）を生成する。信号Ｙ（ｔ）は式（２）のようになる。
【００３０】
【数２】

【００３１】
また、分岐手段１４ｂで分岐され、補正値算出手段１２へ入力する信号Ｕｎ（ｔ）は、偏差を受けていない信号でも、偏差を受けた信号でもどちらでもよい。
補正値算出手段１２は、上記の入力信号ｒ（ｔ）、Ｙ（ｔ）、Ｕｎ（ｔ）を用いて、式（３）、式（４）のような演算を逐次的に行って、各伝送経路に対応する偏差の補正ウエイトを求め、補償手段１３へ出力する。ただし、μはステップサイズ、Δｔは補正間隔であり、Ａ* はＡの共役複素数である。
【００３２】
【数３】

【００３３】
【数４】

【００３４】
補償手段１３は、逐次計算された補正値Ｗｎ（ｔ）を用いて、式（５）のような補正を行う。ただし、ｘｎ（ｔ）は偏差補正後のｎ番目経路を伝送される信号である。また、Ｐｎ（ｔ）は、補償手段１３に入力される各伝送経路の信号であり、システム中の補償手段１３の位置により偏差を受ける前の信号、偏差を受けた後の信号の場合がある。
【００３５】
【数５】

【００３６】
このように、偏差補償装置１０は、偏差を受けていない信号の第１の合成信号ｒ（ｔ）と、偏差を受けた後の信号の第２の合成信号Ｙ（ｔ）との誤差ｅ（ｔ）を最小にするアルゴリズムで補正ウエイトを更新していく。すなわち、アルゴリズムとして、ＬＭＳ（Least Mean Square)等のＭＭＳＥ（Minimum Mean Square Error)法の適用が可能である。
【００３７】
また、通常、伝送経路上に設けられた、周波数変換や増幅等を行う回路などの非線形素子は、製造誤差を含む個体差、経年変化及び温度特性等により、それぞれの伝送経路に対して独立した偏差を生じるが、ダイナミックに変動するこれらの偏差をリアルタイムに効率よく補償することが可能になる。
【００３８】
次に偏差補償装置１０をアレーアンテナシステムに適用した際の実施の形態について以降説明する。
図２は第１の実施の形態を示す図である。偏差補償装置１０を組み込んだ下りリンク（送信系）アレーアンテナシステムを示している。なお、上述した構成手段と同一の構成手段には、同じ番号を付して説明は省略する。
【００３９】
ユーザ信号生成手段２−１〜２−ｎは、各ブランチ毎のユーザ信号を生成する。多重化手段３−１〜３−ｎは、ユーザ信号を各ブランチ毎に多重化して多重化信号を生成する。送信手段４−１〜４−ｎは、多重化信号に対して、Ｄ／Ａ変換、周波数変換、増幅等の処理を施す。そして、送信手段４−１〜４−ｎで処理された信号は、各アンテナ１−１〜１−ｎから送信される。
【００４０】
この場合、送信手段４−１〜４−ｎは、非線形素子を用いているため、各アンテナブランチ毎に独立の偏差を受ける。このような偏差は、信号の入力レベルや時間の経過とともにダイナミックに変化しているため、リアルタイムでこの偏差を補償する必要がある。
【００４１】
ここで、各ブランチの多重信号は、送信手段４−１〜４−ｎに入力するまで偏差を受けておらず、またここまではデジタル信号である。分岐手段１４ａは、各アンテナブランチの信号を分岐する。そして、第１の合成手段１１−１は、例えば同相、等振幅の合成方法で、全アンテナブランチの信号を合成した信号を生成する。この合成信号は、振幅偏差及び位相偏差がないレファレンス信号ｒ（ｔ）（式（１））である。
【００４２】
一方、ディレクショナルカップラ１４ｃ−１〜１４ｃ−ｎで分岐した各アンテナブランチの信号を、第２の合成手段１１−２で第１の合成手段１１−１と同様の方法で合成して、合成信号Ｙ（ｔ）（式（２））を生成する。
【００４３】
合成信号Ｙ（ｔ）は、各アンテナブランチで偏差を受けた信号をすべて用いた合成信号である。また、送信手段４−１〜４−ｎでまったく偏差を受けない場合は、合成信号ｒ（ｔ）と相関が強く、相関係数が１となる。
【００４４】
また、ここでは、送信手段４−１〜４−ｎで周波数変換を行う構成としているため、合成信号ｒ（ｔ）と比較するために、周波数変換手段５ａで、合成信号Ｙ（ｔ）をベースバンドのデジタル信号に変換している。
【００４５】
補正値算出手段１２は、差分演算手段１２ａと補正値演算手段１２ｂで構成される。差分演算手段１２ａは、合成信号ｒ（ｔ）と、合成信号Ｙ（ｔ）をベースバンドのデジタル信号に変換した信号と、の差を求め、誤差信号ｅ（ｔ）（式（４））として出力する。
【００４６】
補正値演算手段１２ｂは、誤差信号ｅ（ｔ）と、分岐手段１４ｂで各アンテナブランチの信号を分岐した信号Ｕｎ（ｔ）とを用い、式（３）にしたがって、各アンテナブランチの偏差の補正値Ｗｎ（ｔ）を逐次的に求める。
【００４７】
そして、乗算器１３−１〜１３−ｎで構成される補償手段１３は、その補正値Ｗｎ（ｔ）を用いて、式（５）のような補正を行い、振幅偏差及び位相偏差を補償する。
【００４８】
次に第２の実施の形態について説明する。図３は第２の実施の形態を示す図である。偏差補償装置１０を組み込んだ下りリンク（送信系）アレーアンテナシステムを示している。なお、上述した構成手段と同一の構成手段には、同じ番号を付して説明は省略する。
【００４９】
図２に示した第１の実施の形態と異なる点は、補償手段１３の位置が送信手段４−１〜４−ｎの出力段にあることである。すなわち、偏差を受けた後に補償する構成となっている。
【００５０】
この場合、補償手段１３の処理はＲＦ信号で行われ、補正値演算手段１２ｂの補正値の演算は、ベースバンドデジタルで行われる。したがって、周波数変換手段６−１〜６−ｎを補正値演算手段１２ｂの出力段に設けて、補正値Ｗｎ（ｔ）をＲＦ信号に変換する。
【００５１】
次に第３の実施の形態について説明する。図４は第３の実施の形態を示す図である。偏差補償装置１０を組み込んだ上りリンク（受信系）アレーアンテナシステムを示している。なお、上述した構成手段と同一の構成手段には、同じ番号を付して説明は省略する。
【００５２】
各アンテナ１−１〜１−ｎで受信された信号は、受信手段７−１〜７−ｎで増幅、周波数変換、Ａ／Ｄ変換等を受けてベースバンドのデジタル信号に変換され、図示しない復調回路へ入力される。
【００５３】
この場合、受信手段７−１〜７−ｎは、非線形素子を用いているため、各アンテナブランチ毎に独立の偏差を受ける。このような偏差は、信号の入力レベルや時間の経過とともにダイナミックに変化しているため、リアルタイムでこの偏差を補償する必要がある。
【００５４】
アンテナ１−１〜１−ｎで受信した信号は、１４ａ−１〜１４ａ−ｎのディレクショナルカップラで信号が分岐される。そして、第１の合成手段１１−１は、例えば同相、等振幅の合成方法で、全アンテナブランチの信号を合成した信号を生成する。この合成信号は、振幅偏差及び位相偏差がないレファレンス信号ｒ（ｔ）（式（１））である。
【００５５】
一方、分岐手段１４ｃで分岐した各アンテナブランチの信号を、第２の合成手段１１−２で第１の合成手段１１−１と同様の方法で合成して、合成信号Ｙ（ｔ）（式（２））を生成する。
【００５６】
また、ここでは、受信手段７−１〜７−ｎの入力段の信号はＲＦ信号である。したがって、第２の合成手段１１−２の合成出力Ｙ（ｔ）と比較するために、周波数変換手段５ｂを第１の合成手段１１−１の出力段に設けて、ベースバンドのデジタル信号に変換する。なお、補正値を算出して補償するまでの一連の処理は上述したので説明は省略する。
【００５７】
次に第４の実施の形態について説明する。図５は第４の実施の形態を示す図である。偏差補償装置１０を組み込んだ上りリンク（受信系）アレーアンテナシステムを示している。なお、上述した構成手段と同一の構成手段には、同じ番号を付して説明は省略する。
【００５８】
第４の実施の形態では、第１の合成手段１１−１は、自己が行った合成方法にもとづくウエイトを、ウエイト設定手段８ａ、８ｂ及び第２の合成手段１１−２へ通知する。
【００５９】
ウエイト設定手段８ａは、第１の合成手段１１−１から通知されたウエイトを乗算手段９ａ−１〜９ａ−ｎへ出力する。ウエイト設定手段８ｂは、第１の合成手段１１−１から通知されたウエイトの逆数を乗算手段（逆演算手段に該当）９ｂ−１〜９ｂ−ｎへ出力する。
【００６０】
乗算手段９ａ−１〜９ａ−ｎは、各ブランチに設けられ、ウエイト設定手段８ａから出力されたウエイトを各ブランチの信号に乗算する。乗算手段９ｂ−１〜９ｂ−ｎは、各ブランチに設けられ、ウエイト設定手段８ｂから出力されたウエイトの逆数を各ブランチの信号に乗算して、逆演算を行う。
【００６１】
また、第２の合成手段１１−２は、第１の合成手段１１−１から通知されたウエイトにもとづいて、第１の合成手段１１−１と同様の合成方法で合成信号を生成する。
【００６２】
このように、第１の合成手段１１−１からどのような合成方法（合成ウエイト）としたかの情報をウエイト設定手段８ａ、８ｂ及び第２の合成手段１１−２に通知して、偏差の補償を行う構成としたので、任意の合成方法に柔軟に対応することができる。
【００６３】
なお、ウエイト設定手段８ａと乗算手段９ａ−１〜９ａ−ｎは、受信手段７−１〜７−ｎの入力段に配置しても同様の効果があるが、その場合、乗算はＲＦ信号で行うことになる。
【００６４】
次に第５の実施の形態について説明する。図６は第５の実施の形態を示す図である。第５の実施の形態は、図５に示した第４の実施の形態を送信系のアレーアンテナシステムに適用した場合の図である。基本的な構成と動作は、第４の実施の形態と同様なので説明は省略する。
【００６５】
次に第１の合成手段１１−１と第２の合成手段１１−２について説明する。図７は第１の合成手段１１−１と第２の合成手段１１−２の構成を示す図である。
ウエイト計算手段１１ａ−１は、合成出力を任意レベル以上とするように、ウエイト乗算手段１１ｂ−１に与えるべきウエイトを計算する。ウエイト乗算手段１１ｂ−１は、ウエイト計算手段１１ａ−１から与えられたウエイトを、信号Ｘｎ（ｔ）に乗算する。加算手段１１ｃ−１は、ウエイト乗算手段１１ｂ−１で乗算された信号を加算して、加算結果を補正値算出手段１２内の差分演算手段１２ａに出力する。
【００６６】
ウエイト受信手段１１ａ−２は、ウエイト計算手段１１ａ−１から通知されたウエイトを受信する。ウエイト乗算手段１１ｂ−２は、ウエイト受信手段１１ａ−２から与えられたウエイトを、信号Ｚｎ（ｔ）に乗算する。加算手段１１ｃ−２は、ウエイト乗算手段１１ｂ−２で乗算された信号を加算して、加算結果を補正値算出手段１２内の差分演算手段１２ａに出力する。
【００６７】
以下にウエイトの更新手順を示す。第１の合成手段１１−１に入力するそれぞれのアンテナブランチに対応する信号Ｘ１（ｔ）〜ＸＮ（ｔ）を式（６−１）〜式（６−ｎ）のように定義する。
【００６８】
【数６】

【００６９】
ただし、Ａ１（ｔ）〜ＡＮ（ｔ）は各伝送経路の振幅、α1 （ｔ）〜αN （ｔ）は各伝送経路の位相、Ｎはブランチ数である。
ここで、Ｘ１（ｔ）を基準にして、式（７）を計算する。
【００７０】
【数７】

【００７１】
ｎはｎ番目のブランチである。そして、そのｎ番目ブランチに対応する位相項を式（８）のように抽出する。
【００７２】
【数８】

【００７３】
ウエイト計算手段１１ａ−１では、式（８）を用いて、式（９）のように、各伝送経路に対応する位相量に変換して出力する。
【００７４】
【数９】

【００７５】
そして、各ブランチに、この位相回転を与えて、式（１０）のように各伝送経路の信号を加算手段１１ｃ−１で合成する。
【００７６】
【数１０】

【００７７】
また、この合成ウエイトの情報は、ウエイト受信手段１１ａ−２に伝えられ、ここからウエイト乗算手段１１ｂ−２に同じ合成ウエイトが与えられ、偏差を受けた後の各ブランチ信号と乗算され、加算手段１１ｃ−２で合成される。また、この情報は、ウエイト設定手段８ａ、８ｂにも伝えられ、同様の演算あるいはこれとは逆の演算が行われる。
【００７８】
次に第１の合成手段１１−１と第２の合成手段１１−２の第１の変形例について説明する。図８は第１の変形例の構成を示す図である。この変形例の場合は、任意のユーザ信号の到来角が既知の場合を想定している。
【００７９】
この場合、主に下りリンクのビームフォーミングに対しては容易に実現される。下りリンクのビームフォーミングを行うには、上りリンクのユーザ信号から到来角を推定し、この角度方向にビームを向けるように、下りリンクのビームフォーミングのウエイトを決めることが一般的であり、下りではこの方向づけが基地局において既知である。
【００８０】
ウエイト計算手段１１ａ−１は、到来角情報から式（１１）のようなウエイトを計算して、ウエイト乗算手段１１ｂ−１に対する重み付けを行う。
【００８１】
【数１１】

【００８２】
ただし、Ｋは２π／λ (λ：下り周波数自由空間波長) 、ｄはアンテナ間隔、θ（ｔ）は任意のユーザ信号到来角、Ｎはアンテナ数である。
また、この合成ウエイトの情報は、ウエイト受信手段１１ａ−２に伝えられ、ここからウエイト乗算手段１１ｂ−２に同じ合成ウエイトが与えられ、偏差を受けた後の各ブランチ信号と乗算され、加算手段１１ｃ−２で合成される。また、この情報は、ウエイト設定手段８ａ、８ｂにも伝えられ、同様の演算あるいはこれとは逆の演算が行われる。
【００８３】
このような構成にすることで、第１の合成手段１１−１と第２の合成手段１１−２の合成出力は、常に高レベルに保たれ、その信号を用いて差分演算手段１２ａで誤差信号が計算されるため、合成方法を固定した方式に比べて、信頼性の高い振幅偏差及び位相偏差の補償を行うことができる。
【００８４】
次に第１の合成手段１１−１と第２の合成手段１１−２の第２の変形例について説明する。図９は第２の変形例の構成を示す図である。合成処理手段１１１−１〜１１１−ｎは、信号Ｘｎ（ｔ）の合成処理をそれぞれ異なる方法で行う。
【００８５】
合成処理手段１１２−１〜１１２−ｎそれぞれは、合成処理手段１１１−１〜１１１−ｎのそれぞれの合成処理ブロックに対応しており、信号Ｚｎ（ｔ）の合成処理を行う。
【００８６】
セレクタ１１１ａは、合成処理手段１１１−１〜１１１−ｎからの合成出力の内、例えば信号レベルが最大のものを選んで、差分演算手段１２ａへ出力する。また、セレクタ１１１ａは、この情報をセレクタ１１２ａとウエイト設定手段８ａ、８ｂへ通知する。
【００８７】
セレクタ１１２ａは、通知された情報にもとづいて、合成処理手段１１１−１〜１１１−ｎの中で選択された合成処理手段に対応する（同じ合成処理）ブロックを合成処理手段１１２−１〜１１２−ｎの中から選択し、その合成出力信号を差分演算手段１２ａへ出力する。
【００８８】
このような構成にすることにより、複数の合成処理の中から任意の合成出力を選択できるので、より柔軟な合成処理を実現することが可能になる。
次に第１の合成手段１１−１と第２の合成手段１１−２の第３の変形例について説明する。図１０は第３の変形例の構成を示す図である。合成処理手段１１１、１１２は、複数入力、複数出力の合成回路であり、例えば、ＦＦＴ（高速フーリエ変換）やバトラーマトリクス等が適用される。
【００８９】
セレクタ１１１ａは、合成処理手段１１１からの複数の合成出力の内、例えば信号レベルが最大のものを選んで、差分演算手段１２ａへ出力する。また、セレクタ１１１ａは、この情報をセレクタ１１２ａとウエイト設定手段８ａ、８ｂへ通知する。
【００９０】
セレクタ１１２ａは、通知された情報にもとづいて、合成処理手段１１２からの複数の合成出力の内、合成処理手段１１１に対応する合成出力信号を選択して、差分演算手段１２ａへ出力する。
【００９１】
このような構成にすることにより、複数の合成処理の中から任意の合成出力を選択できるので、より柔軟な合成処理を実現することが可能になる。
次に第１の合成手段１１−１と第２の合成手段１１−２の第４の変形例について説明する。図１１は第４の変形例の構成を示す図である。第４の変形例では、第１の合成手段１１−１が図１０の第３の変形例にもとづいた構成をとり、第２の合成手段１１−２が図８の第１の変形例にもとづいた構成をとる。
【００９２】
このように、偏差を受ける前の信号を合成する回路だけに複数入出力の合成処理手段１１１を含む第１の合成手段１１−１を用いることで、回路の簡略化を図ることが可能になる。なお、図９と図１０の組み合わせも可能であり、同様の効果がある。
【００９３】
次に偏差補償装置１０の第６の実施の形態について説明する。図１２は第６の実施の形態を示す図である。偏差補償装置１０を組み込んだ上りリンク（受信系）のアレーアンテナシステムに適用した場合の図である。なお、上述した構成手段と同一の構成手段には、同じ番号を付して説明は省略する。
【００９４】
図５で示した第４の実施の形態と異なる点は、乗算手段９ｂ−１〜９ｂ−ｎが分岐手段１４ｃの後段に設けられている点である。これにより、第２の合成手段１１−２の合成方法を第１の合成手段１１−１と同様の合成方法としなくても、簡単な等振幅、同位相の合成回路のみで対応でき、第１の合成手段１１−１からの通知情報も不要となる。
【００９５】
なお、ウエイト設定手段８ａと乗算手段９ａ−１〜９ａ−ｎは、受信手段７−１〜７−ｎの入力段に配置しても同様の効果があるが、その場合、乗算はＲＦ信号で行うことになる。
【００９６】
次に第７の実施の形態について説明する。図１３、図１４は第７の実施の形態を示す図である。偏差補償装置１０を組み込んだ上りリンク（受信系）アレーアンテナシステムを示している。なお、上述した構成手段と同一の構成手段には、同じ番号を付して説明は省略する。
【００９７】
受信手段７−１〜７−ｎの前段にディレクショナルカップラ１４ａ−１〜１４ａ−ｎを設け、分岐した信号に対して、第１の合成手段１１−１や補正値算出手段１２を通じて、偏差の補正値を求め、補償手段１３へ与えるべきウエイトを逐次更新していく。
【００９８】
また、分岐手段１４ｂの後段に遅延手段１５−１〜１５−ｎが設けられ、主線路の各ブランチ信号は遅延手段１５−１〜１５−ｎを通り、乗算手段９ｂ−１〜９ｂ−ｎにおいて補償手段１３へ与えられたウエイトと同じウエイトが乗算され、振幅偏差及び位相偏差が補償される。
【００９９】
このような分岐の仕方をして信号処理を行い、さらに第２の合成手段１１−２を簡単な等振幅、同位相の合成回路で構成することにより、ウエイト設定手段８ｂは不要となる。なお、この場合、ディレクショナルカップラ１４ａ−１〜１４ａ−ｎは、受信手段７−１〜７−ｎの出力段側に配置することはできない。
【０１００】
次に第８の実施の形態について説明する。図１５は第８の実施の形態を示す図である。第８の実施の形態は、図１２に示した第６の実施の形態を送信系のアレーアンテナシステムに適用した場合の図である。基本的な構成と動作は、第６の実施の形態と同様なので説明は省略する。
【０１０１】
次に第９の実施の形態について説明する。図１６、図１７は第９の実施の形態を示す図である。偏差補償装置１０を組み込んだ上りリンク（受信系）アレーアンテナシステムを示している。なお、上述した構成手段と同一の構成手段には、同じ番号を付して説明は省略する。
【０１０２】
ディレクショナルカップラ１４ａ−１〜１４ａ−ｎで分岐された偏差を受ける前の各ブランチの信号は、図９、図１０で示すような複数の合成方法を持つ第１の合成手段１１−１へ入力される。複数の補正部２０−１〜２０−ｎそれぞれは、同機能を持っており、第１の合成手段１１−１内部にあるセレクタ出力に対応して配置される。また、分岐手段１４ｂから分岐された信号も補正部２０−１〜２０−ｎへ入力する。
【０１０３】
補正部２０−１〜２０−ｎ内の補正値算出手段１２からの出力信号は、補正値制御手段３０へ入力される。補正値制御手段３０は、補正部２０−１〜２０−ｎから送信されるこれら補正値の平均処理等を行って、最終的に各ブランチに対応する１つの偏差補正値を求め、乗算手段９ｂ−１〜９ｂ−ｎへそれぞれ出力する。
【０１０４】
なお、乗算手段９ｂ−１〜９ｂ−ｎに入力される主線路の信号は、遅延手段１５−１〜１５−ｎで、補正部２０−１〜２０−ｎ及び補正値制御手段３０の処理遅延に対応する遅延を受ける。
【０１０５】
このような構成にすることにより、１つの補正値で行う補償よりも信頼性が向上し、より正確な偏差補償を行うことができる。
以上説明したように、偏差補償装置１０は、偏差を受ける前の各伝送経路の合成信号をレファレンス信号とした逐次処理により、補正値を算出して、振幅偏差及び位相偏差を補償する構成にした。
【０１０６】
これにより、装置内の伝送経路の位相偏差及び振幅偏差を補償することが可能になる。また、専用のパイロット信号及びその発生装置が不要であり、さらに、ダイナミックな偏差にリアルタイムで対応できる。また、偏差補償後の信号によるアダプティブ処理の信頼性が高く、効率のよいビームフォーミングが上り／下りリンク双方で可能になる。
【０１０７】
したがって、デジタル領域でのマルチビームアンテナ、アダプティブアレーアンテナを適用したセルラ移動通信システムの無線基地局の実現に寄与するところが大きい。
【０１０８】
以上説明したように、偏差補償装置は、偏差を受ける前の各伝送経路の信号を合成して生成した第１の合成信号と、偏差を受けた後の各伝送経路の信号を合成して生成した第２の合成信号と、偏差を受ける前または偏差を受けた後の各伝送経路の信号とにもとづいて、偏差を補償するための補正値を算出し、この補正値にもとづいて、偏差を補償する構成とした。これにより、振幅偏差及び位相偏差を効率よく補償し、システムの信頼性及び通信品質の向上を図ることが可能になる。
【０１０９】
上記については単に本発明の原理を示すものである。さらに、多数の変形、変更が当業者にとって可能であり、本発明は上記に示し、説明した正確な構成および応用例に限定されるものではなく、対応するすべての変形例および均等物は、添付の請求項およびその均等物による本発明の範囲とみなされる。
【図面の簡単な説明】
図１は偏差補償装置の原理図である。
図２は第１の実施の形態を示す図である。
図３は第２の実施の形態を示す図である。
図４は第３の実施の形態を示す図である。
図５は第４の実施の形態を示す図である。
図６は第５の実施の形態を示す図である。
図７は第１の合成手段と第２の合成手段の構成を示す図である。
図８は第１の変形例の構成を示す図である。
図９は第２の変形例の構成を示す図である。
図１０は第３の変形例の構成を示す図である。
図１１は第４の変形例の構成を示す図である。
図１２は第６の実施の形態を示す図である。
図１３は第７の実施の形態を示す図である。
図１４は第７の実施の形態を示す図である。
図１５は第８の実施の形態を示す図である。
図１６は第９の実施の形態を示す図である。
図１７は第９の実施の形態を示す図である。
図１８はアダプティブアレーアンテナを適用したシステムの構成を示す概略図である。
図１９はビームパタンを示す図である。
図２０は従来技術を説明するための図である。

Claims

信号を装置内の各伝送経路に伝送した際に生じる振幅偏差及び位相偏差の少なくとも一方を含む偏差を補償する偏差補償装置において、
前記偏差を受ける前の各伝送経路の信号を合成して、第１の合成信号を生成する第１の合成手段と、
前記偏差を受けた後の各伝送経路の信号を合成して、第２の合成信号を生成する第２の合成手段と、
前記第１の合成信号と、前記第２の合成信号と、前記偏差を受ける前または前記偏差を受けた後の各伝送経路の信号とにもとづいて、前記偏差を補償するための補正値を各伝送経路毎に算出する補正値算出手段と、
前記補正値にもとづいて、前記偏差を動的に補償する補償手段と、
を有することを特徴とする偏差補償装置。
前記第１の合成手段及び前記第２の合成手段は、等振幅、同位相の合成処理を行うことを特徴とする請求項１記載の偏差補償装置。
前記第２の合成手段は、前記第１の合成手段が用いた合成ウエイトと同じ合成ウエイトで合成処理を行うことを特徴とする請求項１記載の偏差補償装置。
前記補償手段は、前記偏差を受ける前の各伝送経路の信号に対して、前記補正値を用いた演算処理を施して、前記偏差を補償することを特徴とする請求項１記載の偏差補償装置。
前記補償手段は、前記偏差を受けた後の各伝送経路の信号に対して、前記補正値を用いた演算処理を施して、前記偏差を補償することを特徴とする請求項１記載の偏差補償装置。
前記信号に重みを乗算して、任意の振幅及び位相回転を与える乗算手段と、前記乗算手段が行う乗算演算の逆演算を行う逆演算手段とを、前記伝送経路それぞれに有することを特徴とする請求項１記載の偏差補償装置。
前記第１の合成手段は、前記偏差を受ける前の各伝送経路の信号の合成出力が、任意レベル以上となるように合成ウエイトを更新することを特徴とする請求項１記載の偏差補償装置。
前記信号に重みを乗算する乗算手段をさらに有し、前記乗算手段は、任意レベル以上となった合成ウエイトを、前記信号に乗算することを特徴とする請求項７記載の偏差補償装置。
前記第２の合成手段は、任意レベル以上となった合成ウエイトを用いて、前記偏差を受けた後の各伝送経路の信号を合成することを特徴とする請求項７記載の偏差補償装置。
前記第１の合成手段は、合成方法の異なる合成回路を複数個備え、前記合成回路の中の出力から１つを選択することを特徴とする請求項１記載の偏差補償装置。
前記信号に重みを乗算する乗算手段をさらに有し、前記乗算手段は、選択された前記合成回路が用いたウエイトを、前記信号に乗算することを特徴とする請求項１０記載の偏差補償装置。
前記第２の合成手段は、合成方法の異なる合成回路を複数個備え、前記第１の合成手段が選択した合成回路と同様な処理を行う合成回路を選択することを特徴とする請求項１０記載の偏差補償装置。
前記第１の合成手段は、複数入力、複数出力の合成回路で構成され、１つの出力を選択することを特徴とする請求項１記載の偏差補償装置。
前記信号に重みを乗算する乗算手段をさらに有し、前記乗算手段は、選択された出力に対応するウエイトを、前記信号に乗算することを特徴とする請求項１３記載の偏差補償装置。
前記第２の合成手段は、複数入力、複数出力の合成回路で構成され、前記第１の合成手段と同じ出力を選択することを特徴とする請求項１３記載の偏差補償装置。
前記補正値算出手段及び前記補償手段を含む複数の補正部をさらに有し、複数の補正値を用いて前記偏差の補償を行うことを特徴とする請求項１記載の偏差補償装置。
前記補正値算出手段は、逐次処理を行ってウエイトを更新していくことを特徴とする請求項１記載の偏差補償装置。
前記補正値を求める演算に用いる各信号の周波数帯域を、同じ帯域にそろえる周波数変換手段をさらに有することを特徴とする請求項１記載の偏差補償装置。