JP4704306B2 - Wireless communication apparatus and calibration method - Google Patents
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Description
本発明は、無線通信装置およびキャリブレーション方法に関する。 The present invention relates to a wireless communication apparatus and a calibration method.
従来、時分割複信(Time Division Duplex:TDD)方式の移動通信システムにおいて、複数のアンテナ素子を有するアレーアンテナを備えた無線通信装置を対象にしたキャリブレーション技術が、例えば特許文献1に記載されている。この特許文献1に記載の従来技術では、実際の通信用の送受回路を有する基地局送受信部とは別に、実際の通信には使用されない、キャリブレーション専用の送受回路を有するキャリブレーション部を設ける(特許文献1の図3参照)。そして、そのキャリブレーション部を用いてアレーアンテナの受信系及び送信系の測定を行い、キャリブレーションウェイトを算出している。
しかし、上述した特許文献1に記載の従来技術では、実際の通信には使用されない送受回路を設けるので、装置のコスト面や小型化の面でよろしくない。 However, in the conventional technique described in Patent Document 1 described above, since a transmission / reception circuit that is not used for actual communication is provided, there is no problem in terms of cost and miniaturization of the apparatus.
本発明は、このような事情を考慮してなされたもので、その目的は、キャリブレーション測定時と実際の通信時において、送受回路を共用することのできる無線通信装置およびキャリブレーション方法を提供することにある。 The present invention has been made in consideration of such circumstances, and an object of the present invention is to provide a wireless communication apparatus and a calibration method capable of sharing a transmission / reception circuit during calibration measurement and during actual communication. There is.
上記の課題を解決するために、本発明に係る無線通信装置は、アンテナ素子の各々に対応して設けられる送信系と受信系の伝送特性を測定し、該送信系と受信系の伝送特性の差を補正する無線通信装置において、第1の前記アンテナ素子の送信系の信号を、該第1のアンテナ素子に供給するか、若しくは、全ての前記アンテナ素子の受信系に分配するかを切り替える第1のスイッチ手段と、前記第1のスイッチ手段から供給された信号を全ての前記アンテナ素子の受信系に分配する分配手段と、全ての前記アンテナ素子の送信系の信号を合成する合成手段と、前記第1のアンテナ素子の受信系に、該第1のアンテナ素子の受信信号を供給するか、若しくは、前記合成手段により合成された信号を供給するかを切り替える第2のスイッチ手段と、を備え、受信系特性の測定の場合には、前記第1のスイッチ手段が、前記第1のアンテナ素子の送信系の信号を前記分配手段に供給し、送信系特性の測定の場合には、前記第2のスイッチ手段が、前記第1のアンテナ素子の受信系に、前記合成手段により合成された信号を供給する、ことを特徴とする。
この構成によれば、第1のアンテナ素子に対応して設けられる送信系と受信系は、実際の通信時には第1のアンテナ素子を介して信号を送信、受信するとともに、キャリブレーション測定時には受信系特性の測定用の信号経路、送信系特性の測定用の信号経路として利用することができる。
In order to solve the above problems, a wireless communication apparatus according to the present invention measures transmission characteristics of a transmission system and a reception system provided corresponding to each antenna element, and determines transmission characteristics of the transmission system and the reception system. In the wireless communication apparatus that corrects the difference, the first switching is performed between whether the signal of the transmission system of the first antenna element is supplied to the first antenna element or distributed to the reception systems of all the antenna elements. 1 switch means, a distribution means for distributing the signal supplied from the first switch means to the receiving systems of all the antenna elements, and a combining means for combining the signals of the transmission systems of all the antenna elements, Second switch means for switching whether to supply a reception signal of the first antenna element to the reception system of the first antenna element or to supply a signal synthesized by the synthesis means; Comprising a, in the case of the measurement of the reception system characteristic, said first switch means, a signal transmission system of the first antenna element is supplied to the distribution means, in the case of the measurement of the transmission system characteristics, The second switch means supplies the signal combined by the combining means to the reception system of the first antenna element .
According to this configuration, the transmission system and the reception system provided corresponding to the first antenna element transmit and receive signals via the first antenna element during actual communication, and at the time of calibration measurement, the reception system. It can be used as a signal path for measuring characteristics and a signal path for measuring transmission system characteristics.
本発明に係る無線通信装置においては、前記第1および第2のスイッチ手段の両方を一つの2-to-2スイッチで構成し、前記2-to-2スイッチは、前記第1のアンテナ素子に入力する信号を出力し且つ前記第1のアンテナ素子から出力された信号を入力する入出力端子と、前記第1のアンテナ素子の送信系の信号を入力する入力端子と、前記第1のアンテナ素子の受信系に供給する信号を出力する出力端子と、前記分配手段に入力する信号を出力し且つ前記合成手段から出力された信号を入力する入出力端子と、を有し、受信系特性の測定の場合には、前記2-to-2スイッチが、前記第1のアンテナ素子の送信系の信号を前記分配手段に供給し、送信系特性の測定の場合には、前記2-to-2スイッチが、前記第1のアンテナ素子の受信系に、前記合成手段により合成された信号を供給する、ことを特徴とする。 In the wireless communication apparatus according to the present invention, both the first and second switch means are configured by a single 2-to-2 switch, and the 2-to-2 switch is connected to the first antenna element. An input / output terminal for outputting a signal to be input and a signal output from the first antenna element, an input terminal for inputting a transmission system signal of the first antenna element, and the first antenna element An output terminal for outputting a signal to be supplied to the receiving system, and an input / output terminal for outputting the signal input to the distributing means and for inputting the signal output from the synthesizing means, and measuring the receiving system characteristics In this case, the 2-to-2 switch supplies a signal of the transmission system of the first antenna element to the distribution means, and in the case of measurement of transmission system characteristics, the 2-to-2 switch Is added to the receiving system of the first antenna element by the combining means. Supplying the combined signals, characterized in that.
本発明に係る無線通信装置においては、前記第1および第2のスイッチ手段を、全ての前記アンテナ素子に対して設け、前記分配手段により分配される信号を供給する送信系、および、前記合成手段により合成された信号が供給される受信系を、いずれか一つの前記アンテナ素子の送信系および受信系に選択する第3のスイッチ手段をさらに備え、受信系特性の測定の場合には、前記第3のスイッチ手段が、前記分配手段により分配される信号を供給する送信系を選択し、送信系特性の測定の場合には、前記第3のスイッチ手段が、前記合成手段により合成された信号が供給される受信系を選択する、ことを特徴とする。
この構成によれば、キャリブレーション測定に利用する送信系と受信系を第3のスイッチ手段の切り替えによって任意に変更可能である。
In the wireless communication apparatus according to the present invention, the first and second switch means are provided for all the antenna elements, and a transmission system for supplying a signal distributed by the distribution means, and the combining means And a third switch means for selecting a receiving system to which the signal synthesized by the above is supplied as a transmission system and a receiving system of any one of the antenna elements . 3 switch means selects a transmission system that supplies a signal distributed by the distribution means, and in the case of measurement of transmission system characteristics, the third switch means determines that the signal synthesized by the synthesis means The receiving system to be supplied is selected .
According to this configuration, the transmission system and reception system used for calibration measurement can be arbitrarily changed by switching the third switch means.
本発明に係るキャリブレーション方法は、アンテナ素子の各々に対応して設けられる送信系と受信系の伝送特性を測定し、該送信系と受信系の伝送特性の差を補正するキャリブレーション方法であって、受信系特性の測定の場合には、第1の前記アンテナ素子の送信系の信号を、該第1のアンテナ素子への供給から、全ての前記アンテナ素子の受信系に分配するように切り替える過程と、前記第1のアンテナ素子の送信系の信号を全ての前記アンテナ素子の受信系に分配する過程と、を有し、送信系特性の測定の場合には、全ての前記アンテナ素子の送信系の信号を合成する過程と、前記第1のアンテナ素子の受信系に供給する信号を、該第1のアンテナ素子の受信信号から、前記合成手段により合成された信号に切り替える過程と、を有することを特徴とする。 The calibration method according to the present invention is a calibration method for measuring transmission characteristics of a transmission system and a reception system provided corresponding to each antenna element and correcting a difference in transmission characteristics between the transmission system and the reception system. In the case of measuring the reception system characteristics, the transmission system signal of the first antenna element is switched from being supplied to the first antenna element to being distributed to the reception systems of all the antenna elements. And a process of distributing a transmission system signal of the first antenna element to the reception systems of all the antenna elements, and in the case of measuring transmission system characteristics, transmission of all the antenna elements And a process of switching a signal supplied to the reception system of the first antenna element from a reception signal of the first antenna element to a signal synthesized by the synthesis means. You It is characterized in.
本発明によれば、キャリブレーション測定時と実際の通信時において、送受回路を共用することができる。 According to the present invention, the transmission / reception circuit can be shared during calibration measurement and during actual communication.
以下、図面を参照し、本発明の各実施形態について説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[第1実施形態]
図1は、本発明の第1実施形態に係る無線通信装置の構成を示すブロック図である。図1に示される無線通信装置は、TDD方式の移動通信システムにおいて、基地局に用いられる。
図1において、無線通信装置は、アレーアンテナを構成する複数のアンテナ素子ANTと、アンテナ素子ANTの各々に対応して設けられる高周波部10a,10bと、通信用ベースバンド信号処理部20と、キャリブレーション用ベースバンド信号処理部30を備える。高周波部10aは、一つのアンテナ素子ANTのみに対して設けられている。その他のアンテナ素子ANTに対しては、高周波部10bが設けられている。
[First Embodiment]
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a wireless communication apparatus according to the first embodiment of the present invention. The radio communication device shown in FIG. 1 is used for a base station in a TDD mobile communication system.
In FIG. 1, the wireless communication apparatus includes a plurality of antenna elements ANT constituting an array antenna,
高周波部10aは、カプラ11、2-to-2スイッチ12a、低雑音増幅器(Low Noise Amplifier:LNA)13、ダウンコンバータ14、アップコンバータ15、大電力増幅器(High Power Amplifier:HPA)16、減衰器(Attenuator:ATT)17および合成・分配器18を有する。高周波部10bは、カプラ11、2-to-1スイッチ12b、LNA13、ダウンコンバータ14、アップコンバータ15およびHPA16を有する。
The high-frequency unit 10a includes a
高周波部10aにおいて、カプラ11は、2-to-2スイッチ12aとアンテナ素子ANTを接続する信号線に対して、合成・分配器18からの信号線を電気的に結合し、両信号線間で相互に信号を分岐および合成する。これにより、2-to-2スイッチ12aからアンテナ素子ANTに供給された信号は、合成・分配器18にも供給される。また、合成・分配器18からカプラ11に供給された信号は、2-to-2スイッチ12aにも供給される。
In the high frequency unit 10a, the
2-to-2スイッチ12aは、二つの入出力端子、一つの出力端子および一つの入力端子を有し、端子間の接続を切り替えることができる。その一つの入出力端子はカプラ11に接続され、もう一つの入出力端子はATT17に接続され、一つの出力端子はLNA13に接続され、一つの入力端子はHPA16に接続されている。実際の通信時には、2-to-2スイッチ12aは、TDD方式の送受切替タイミングで、カプラ11からの入力信号をLNA13に出力するか(受信状態)、又は、HPA16からの入力信号をカプラ11に出力するか(送信状態)、を切り替える。キャリブレーション測定時の2-to-2スイッチ12aの設定については、後述する。
The 2-to-2
LNA13は、2-to-2スイッチ12aの出力信号を増幅する。ダウンコンバータ14は、LNA13の出力信号(無線周波数帯の信号)をベースバンド信号に周波数変換する。アップコンバータ15は、ベースバンド信号を無線周波数帯の信号に周波数変換する。HPA16は、アップコンバータ15の出力信号を増幅し、2-to-2スイッチ12aに出力する。ATT17は、2-to-2スイッチ12aと合成・分配器18の間で送受される信号のレベルを減衰させる。合成・分配器18は、ATT17の出力信号を入力し、該入力信号を複数に分配して出力する。その分配先は、自高周波部10a内のカプラ11と、他の高周波部10b内のカプラ11である。また、合成・分配器18は、それら分配先の複数のカプラ11の出力信号を入力し、該入力信号を合成してATT17に出力する。
The LNA 13 amplifies the output signal of the 2-to-2
一方、高周波部10bにおいては、2-to-2スイッチ12aの代わりに2-to-1スイッチ12bを設ける。実際の通信時には、2-to-1スイッチ12bは、TDD方式の送受切替タイミングで、カプラ11からの入力信号をLNA13に出力するか(受信状態)、又は、HPA16からの入力信号をカプラ11に出力するか(送信状態)、を切り替える。キャリブレーション測定時の2-to-1スイッチ12bの設定については、後述する。高周波部10bのその他の各部11,13,14,15,16については高周波部10aと同様であり、その説明を省略する。
On the other hand, in the
通信用ベースバンド信号処理部20は、ADコンバータ(Analog-to-Digital Converter)21、DAコンバータ(Digital-to-Analog Converter)22、受信ビーム形成部23、受信ビーム制御部24、送信ビーム制御部25、送信ビーム形成部26、受信部27および送信部28を備える。
The communication baseband
通信用ベースバンド信号処理部において、ADコンバータ21は、各高周波部10a,10bのダウンコンバータ14の出力信号をデジタル信号に変換し、受信ビーム形成部23に出力する。DAコンバータ22は、送信ビーム形成部26から入力される各アンテナ素子ANTに対応した送信データをそれぞれアナログ信号に変換し、それぞれ対応する高周波部10a,10bのアップコンバータ15に出力する。受信ビーム形成部23は、ADコンバータ21から入力されるアンテナ素子数分のベースバンド信号を復調し、各復調信号間の相関値を算出する。受信ビーム制御部24は、受信ビーム形成部23により算出された相関値に基づいて受信アレー重みを算出する。送信ビーム制御部25は、受信ビーム制御部24により算出された受信アレー重みにキャリブレーション補正係数を乗じて、送信アレー重みを算出する。キャリブレーション補正係数は、キャリブレーション用ベースバンド信号処理部30で算出される。送信ビーム形成部26は、送信部28から受け取った送信信号をアンテナ素子数分だけコピーし、その各送信信号を変調し、その各変調信号に送信アレー重みを乗じてDAコンバータ22に出力する。受信部27は、受信ビーム形成部23による受信ビームパターンにより、所望の端末局から送信された信号を受信する受信処理を行う。
In the communication baseband signal processing unit, the
キャリブレーション用ベースバンド信号処理部30は、キャリブレーション用信号生成部31、送受信系キャリブレーション基礎補正係数算出部32およびキャリブレーション補正係数算出部33を備える。
The calibration baseband
キャリブレーション用ベースバンド信号処理部30において、キャリブレーション用信号生成部31は、キャリブレーション用信号(以下、Cal信号と称する)を生成する。送受信系キャリブレーション基礎補正係数算出部32は、キャリブレーション測定時に、受信ビーム形成部23によりCal信号について復調された復調信号に基づいて、送受信系のキャリブレーション基礎補正係数を算出する。なお、送信系のキャリブレーション基礎補正係数をTxCal基礎補正係数と称し、受信系のキャリブレーション基礎補正係数をRxCal基礎補正係数と称する。キャリブレーション補正係数算出部33は、RxCal基礎補正係数およびTxCal基礎補正係数に基づいて、キャリブレーション補正係数(以下、Cal補正係数と称する)を算出する。
In the calibration baseband
図1に示す無線通信装置は、上述の構成により、送信ビーム制御を行う。具体的には、アンテナ素子ANTから送信する各々の送信信号に対して送信アレー重みを乗じることにより、各送信信号の振幅および位相を操作する。これにより、所望の端末局方向には高利得の指向性(ビーム)を形成し、また、非所望の端末局方向には送信信号を打ち消すヌルを形成するような、任意な送信ビームパターンを形成することができる。同様に、受信ビーム制御によって受信ビームパターンを形成することができる。その送信ビーム制御および受信ビーム制御により、移動通信システムにおいて、時間および周波数とは独立した空間(ビームパターン)を用いた空間分割多元接続(Space Division Multiple Access:SDMA)を実現することができる。SDMAによれば、周波数利用効率の改善を図ることが可能になる。 The radio communication apparatus shown in FIG. 1 performs transmission beam control with the above-described configuration. Specifically, the amplitude and phase of each transmission signal are manipulated by multiplying each transmission signal transmitted from the antenna element ANT by a transmission array weight. As a result, a high gain directivity (beam) is formed in the desired terminal station direction, and an arbitrary transmission beam pattern is formed in the undesired terminal station direction to form a null that cancels the transmission signal. can do. Similarly, a reception beam pattern can be formed by reception beam control. With the transmission beam control and the reception beam control, it is possible to realize space division multiple access (SDMA) using a space (beam pattern) independent of time and frequency in the mobile communication system. According to SDMA, it becomes possible to improve frequency utilization efficiency.
ここで、TDD方式の移動通信システムでは、無線伝搬路の伝送特性の変動速度に対して、十分高速に、送信時と受信時の時間スロットを切り替えることができるならば、送信時と受信時で同一伝搬路であるとみなすことができる。この場合、上述の図1の構成により、受信ビーム制御で用いた受信アレー重みを送信アレー重みに利用することが可能である。ただし、図1に示されるように、アンテナ素子は送信系と受信系で共通であるが、その他の回路は送信系と受信系で異なるために、送信系と受信系で伝送特性の差が生じる。このため、その伝送特性の差を補正するためのキャリブレーションが必要になる。
以下、そのキャリブレーションについて詳細に説明する。
Here, in the mobile communication system of the TDD scheme, if the time slot at the time of transmission and reception can be switched at a sufficiently high speed with respect to the fluctuation speed of the transmission characteristics of the radio propagation path, it can be changed between transmission and reception. It can be regarded as the same propagation path. In this case, with the configuration of FIG. 1 described above, the reception array weight used in the reception beam control can be used as the transmission array weight. However, as shown in FIG. 1, the antenna element is common to the transmission system and the reception system, but other circuits are different between the transmission system and the reception system, so that there is a difference in transmission characteristics between the transmission system and the reception system. . For this reason, calibration for correcting the difference in the transmission characteristics is required.
Hereinafter, the calibration will be described in detail.
本実施形態に係るキャリブレーション方法では、まずRxCal基礎補正係数およびTxCal基礎補正係数をそれぞれ算出する。次いで、そのRxCal基礎補正係数およびTxCal基礎補正係数からCal補正係数を算出する。そして、Cal補正係数を受信アレー重みに乗じて送信アレー重みを算出することで、キャリブレーションが行われる。 In the calibration method according to the present embodiment, first, an RxCal basic correction coefficient and a TxCal basic correction coefficient are respectively calculated. Next, a Cal correction coefficient is calculated from the RxCal basic correction coefficient and the TxCal basic correction coefficient. Then, the calibration is performed by calculating the transmission array weight by multiplying the reception correction weight by the Cal correction coefficient.
まず、図2を参照して、本実施形態に係るRxCal基礎補正係数の算出時の動作を説明する。図2には、RxCal基礎補正係数算出用のキャリブレーション測定時におけるCal信号の伝送経路(図中の太い矢印線)が示されている。
RxCal基礎補正係数算出用のキャリブレーション測定時には、高周波部10aの2-to-2スイッチ12aを、「カプラ11からの入力信号をLNA13に出力し、且つ、HPA16からの入力信号をATT17に出力する」ように設定する。また、各高周波部10bの2-to-1スイッチ12bを、「カプラ11からの入力信号をLNA13に出力する」ように設定する。
First, with reference to FIG. 2, the operation at the time of calculating the RxCal basic correction coefficient according to the present embodiment will be described. FIG. 2 shows a Cal signal transmission path (thick arrow line in the figure) at the time of calibration measurement for calculating the RxCal basic correction coefficient.
At the time of the calibration measurement for calculating the RxCal basic correction coefficient, the 2-to-2
キャリブレーション用信号生成部31はCal信号を生成し出力する。送信ビーム形成部26は、そのCal信号を「高周波部10aに対応する要素を1、その他の高周波部10bに対応する要素を0とした送信アレー重み」で重み付けして、高周波部10a向けのポートのみからDAコンバータ22に出力する。そのCal信号は、DAコンバータ22から高周波部10aに出力され、その後、高周波部10a内のアップコンバータ15、HPA16、2-to-2スイッチ12a、ATT17を経由して合成・分配器18に入力される。合成・分配器18から分配出力された各Cal信号は、各高周波部10a,10bのカプラ11に入力され、それぞれの高周波部10a,10bにおいて、カプラ11からスイッチ12a,12b、LNA13、ダウンコンバータ14を経由してADコンバータ21に入力され、デジタル信号に変換されて受信ビーム形成部23に入力される。なお、高周波部10aのHPA16と各高周波部10bのLNA13によって、信号レベルが2段階で増幅されてしまうので、その分をATT17で減衰し、信号レベルを調整する。
The
ここで、複素信号表記の変数を用いて以降の説明を行う。
キャリブレーション用信号生成部31で生成されるCal信号をcRx (t)とする。第kアンテナ素子に対応する高周波部10a,10bに関し、その送信系(DAコンバータ22の出力からアップコンバータ15およびHPA16次いでスイッチ12a,12bまで)の伝送特性をhTx (k) (t)、受信系(スイッチ12a,12bからLNA13およびダウンコンバータ14次いでADコンバータ21の入力まで)の伝送特性をhRx (k) (t)とする。高周波部10aにおいて2-to-2スイッチ12aからATT17を経由して合成・分配器18までの伝送特性をaRxとする。合成・分配器18の出力からカプラ11を経由してスイッチ12a,12bまでの伝送特性をdRx (k)とする。
Here, the following description will be made using variables of complex signal notation.
Let the Cal signal generated by the
すると、第kアンテナ素子に対応する高周波部10a,10bから受信ビーム形成部23に入力されるCal信号y Rx (k) (t)は、(1)式で表される。
y Rx (k) (t) = cRx (t)・hTx (l) (t)・aRx・dRx (k)・hRx (k) (t) ・・・(1)
但し、高周波部10aに対応するアンテナ素子は第lアンテナ素子(k=l)である。
Then, the Cal signal y Rx (k) (t) input from the high-
y Rx (k) (t) = c Rx (t) • h Tx (l) (t) • a Rx • d Rx (k) • h Rx (k) (t) (1)
However, the antenna element corresponding to the high-frequency unit 10a is the l-th antenna element (k = l).
受信ビーム形成部23は、Cal信号cRx (t)を基準信号として、各Cal信号y Rx (k) (t)を復調する。送受信系キャリブレーション基礎補正係数算出部32は、その各復調信号から、Cal信号cRx (t)を参照信号とした相関値CR Rx (k)を(2)式により算出する。
CR Rx (k) (t) = E[y Rx (k) (t)・cRx (t)*]
= hTx (l) (t)・aRx・dRx (k)・hRx (k) (t) ・・・(2)
但し、E[]は時間平均を表す。*は複素共役を表す。
The reception
CR Rx (k) (t) = E [y Rx (k) (t) ・ c Rx (t) * ]
= h Tx (l) (t) ・ a Rx・ d Rx (k)・ h Rx (k) (t) (2)
However, E [] represents a time average. * Represents a complex conjugate.
キャリブレーション補正係数算出部33は、アンテナ素子毎の相関値CR Rx (k)をRxCal基礎補正係数として保持する。
The calibration correction
次に、図3を参照して、本実施形態に係るTxCal基礎補正係数の算出時の動作を説明する。図3には、TxCal基礎補正係数算出用のキャリブレーション測定時におけるCal信号の伝送経路(図中の太い矢印線)が示されている。
TxCal基礎補正係数算出用のキャリブレーション測定時には、高周波部10aの2-to-2スイッチ12aを、「HPA16からの入力信号をカプラ11に出力し、且つ、ATT17からの入力信号をLNA13に出力する」ように設定する。また、各高周波部10bの2-to-1スイッチ12bを、「HPA16からの入力信号をカプラ11に出力する」ように設定する。
Next, with reference to FIG. 3, the operation at the time of calculating the TxCal basic correction coefficient according to the present embodiment will be described. FIG. 3 shows a Cal signal transmission path (thick arrow line in the figure) at the time of calibration measurement for calculating the TxCal basic correction coefficient.
At the time of calibration measurement for calculating the TxCal basic correction coefficient, the 2-to-2
キャリブレーション用信号生成部31はCal信号を生成し出力する。送信ビーム形成部26は、そのCal信号を「送信アレー重み=Cal補正係数」で重み付けして、全ての高周波部10a,10b向けのポートからDAコンバータ22に出力する。このとき、まだCal補正係数が算出されていない場合には、全ての高周波部10a,10bに対応する送信アレー重みの要素にCal補正係数の初期値「1」を使用する。また、送信ビーム形成部26は、どの高周波部10a,10b向けに出力したCal信号であるのかを識別することができるようにしておく。例えば、時分割多重または符号分割多重を用いることにより、各高周波部10a,10b向けに出力したCal信号をそれぞれ判別することができる。
The
送信ビーム形成部26から出力されたCal信号は、DAコンバータ22から各高周波部10a,10bに出力され、その後、各高周波部10a,10bにおいて、アップコンバータ15、HPA16、スイッチ12a,12b、カプラ11を経由して合成・分配器18に入力される。合成・分配器18は、それら入力信号を合成して、高周波部10aのATT17に出力する。ATT17から出力された信号は、高周波部10aの2-to-2スイッチ12a、LNA13、ダウンコンバータ14を経由してADコンバータ21に入力され、デジタル信号に変換されて受信ビーム形成部23に入力される。なお、各高周波部10bのHPA16と高周波部10aのLNA13によって、信号レベルが2段階で増幅されてしまうので、その分をATT17で減衰し、信号レベルを調整する。
The Cal signal output from the transmission
ここで、複素信号表記の変数を用いて以降の説明を行う。
第kアンテナ素子に対応する高周波部10a,10b向けに送信ビーム形成部26から出力されるCal信号をcTx (k) (t)とする。第kアンテナ素子に対応するCal補正係数をα (k) (t)とする。2-to-1スイッチ12bの出力からカプラ11を経由して合成・分配器18までの伝送特性の伝送特性をdTx (k)とする。合成・分配器18からATT17を経由して2-to-2スイッチ12aまでの伝送路特性をaTxとする。第kアンテナ素子に対応する高周波部10a,10bの送信系の伝送特性をhTx (k) (t)、および、受信系の伝送特性をhRx (k) (t)については、上述のRxCal基礎補正係数の算出時と同じである。
Here, the following description will be made using variables of complex signal notation.
The Cal signal output from the transmission
すると、第kアンテナ素子に対応する高周波部10a,10bから受信ビーム形成部23に入力されるCal信号y Tx (k) (t)は、(3)式で表される。
y Tx (k) (t) = cTx (k) (t)・α (k) (t)・hTx (k) (t)・dTx (k)・aTx・hRx (l) (t) ・・・(3)
但し、高周波部10aに対応するアンテナ素子は第lアンテナ素子(k=l)である。
Then, the Cal signal y Tx (k) (t) input from the high-
y Tx (k) (t) = c Tx (k) (t) ・ α (k) (t) ・ h Tx (k) (t) ・ d Tx (k)・ a Tx・ h Rx (l) ( t) (3)
However, the antenna element corresponding to the high-frequency unit 10a is the l-th antenna element (k = l).
受信ビーム形成部23は、Cal信号cTx (k) (t)を基準信号として、各Cal信号y Tx (k) (t)を復調する。送受信系キャリブレーション基礎補正係数算出部32は、その各復調信号から、Cal信号cTx (k) (t)を参照信号とした相関値CR Tx (k)を(4)式により算出する。
CR Tx (k) (t) = E[y Tx (k) (t)・cTx (k) (t)*]
=α (k) (t)・hTx (k) (t)・dTx (k)・aTx・hRx (l) (t) ・・・(4)
The reception
CR Tx (k) (t) = E [y Tx (k) (t) ・ c Tx (k) (t) * ]
= α (k) (t) ・ h Tx (k) (t) ・ d Tx (k)・ a Tx・ h Rx (l) (t) (4)
キャリブレーション補正係数算出部33は、アンテナ素子毎の相関値CR Tx (k)をTxCal基礎補正係数として保持する。
The calibration correction
次に、RxCal基礎補正係数およびTxCal基礎補正係数からCal補正係数を算出する方法を説明する。
RxCal基礎補正係数CR Rx (k)およびTxCal基礎補正係数CR Tx (k)を用いると、受信系の伝送特性hRx (k) (t)と送信系の伝送特性hTx (k) (t)の比「hRx (k) (t)/hTx (k) (t)」は、(5)式で表される。
hRx (k) (t)/hTx (k) (t)={CR Rx (k) (t)/(hTx (l) (t)・a Rx・d Rx (k))}/{CR Tx (k) (t) /(α(k) (t)・d Tx (k)・a Tx・hRx (l) (t))} ・・・(5)
Next, a method for calculating the Cal correction coefficient from the RxCal basic correction coefficient and the TxCal basic correction coefficient will be described.
Using RxCal basic correction coefficient CR Rx (k) and TxCal basic correction coefficient CR Tx (k) , the transmission characteristic h Rx (k) (t) of the receiving system and the transmission characteristic h Tx (k) (t) of the transmitting system The ratio “h Rx (k) (t) / h Tx (k) (t)” is expressed by equation (5).
h Rx (k) (t) / h Tx (k) (t) = {CR Rx (k) (t) / (h Tx (l) (t) · a Rx · d Rx (k) )} / { CR Tx (k) (t) / (α (k) (t) • d Tx (k) • a Tx • h Rx (l) (t))} (5)
ここで、TDD方式の場合、「a Rx = a Tx」及び「d Rx (k) = d Tx (k)」が成り立つとみなせることから、(5)式は(6)式に変形することができる。
hRx (k) (t)/hTx (k) (t)=(CR Rx (k) (t)/CR Tx (k) (t))・(hRx (l) (t)/hTx (l) (t))・α(k) (t) ・・・(6)
Here, in the case of the TDD system, since it can be considered that “a Rx = a Tx ” and “d Rx (k) = d Tx (k) ” are satisfied, the equation (5) can be transformed into the equation (6). it can.
h Rx (k) (t) / h Tx (k) (t) = (CR Rx (k) (t) / CR Tx (k) (t)) ・ (h Rx (l) (t) / h Tx (l) (t)) ・ α (k) (t) (6)
また、「hRx (l) (t)/hTx (l) (t)」については、全アンテナ素子に共通の係数であるので、送信ビーム制御に対して影響を与えない。これにより、「hRx (l) (t)/hTx (l) (t)」の影響を無視して、「hRx (k) (t)/hTx (k) (t)」が1になるように補正するためのCal補正係数α(k) (t)を求めればよい。従って、キャリブレーション補正係数算出部33は、(7)式が成り立つように、Cal補正係数α(k) (t)を算出する。
α(k) (t) = 1/(CR Rx (k) (t)/CR Tx (k) (t))
= CR Tx (k) (t))/CR Rx (k) (t) ・・・(7)
Further, since “h Rx (l) (t) / h Tx (l) (t)” is a coefficient common to all antenna elements, it does not affect transmission beam control. As a result, the influence of “h Rx (l) (t) / h Tx (l) (t)” is ignored, and “h Rx (k) (t) / h Tx (k) (t)” is 1. The Cal correction coefficient α (k) (t) for correction to be Therefore, the calibration correction
α (k) (t) = 1 / (CR Rx (k) (t) / CR Tx (k) (t))
= CR Tx (k) (t)) / CR Rx (k) (t) (7)
そのCal補正係数α(k) (t)の算出方法としては、最小二乗誤差法による最適化制御技術を利用することができる。具体的には、TxCal基礎補正係数CR Tx (k)とRxCal基礎補正係数CR Rx (k)の比「CR Tx (k) (t)/CR Rx (k) (t)」とCal補正係数α(k) (t)の差を誤差関数e(t)として定義する。そして、(8)式により、その期待値の二乗を最小化するように制御を行う。
E[|e(t)| 2] = E[|(CR Tx (k) (t)/CR Rx (k) (t)) − α(k) (t)|2] ・・・(8)
As a method for calculating the Cal correction coefficient α (k) (t), an optimization control technique based on the least square error method can be used. Specifically, the ratio “CR Tx (k) (t) / CR Rx (k) (t)” between the TxCal basic correction coefficient CR Tx (k) and the RxCal basic correction coefficient CR Rx (k) and the Cal correction coefficient α (k) The difference between (t) is defined as an error function e (t). Then, control is performed so as to minimize the square of the expected value by the equation (8).
E [| e (t) | 2 ] = E [| (CR Tx (k) (t) / CR Rx (k) (t)) − α (k) (t) | 2 ] (8)
上述した第1実施形態によれば、高周波部10a内の送受回路を、キャリブレーション測定時と実際の通信時において共用することができる。これにより、
移動通信システムの基地局の装置コストや小型化に寄与することが可能になる。
According to the first embodiment described above, the transmission / reception circuit in the high frequency unit 10a can be shared during calibration measurement and during actual communication. This
It becomes possible to contribute to the apparatus cost and size reduction of the base station of a mobile communication system.
[第2実施形態]
図4は、本発明の第2実施形態に係る無線通信装置の構成を示すブロック図である。図2において、図1の各部に対応する部分には同一の符号を付け、その説明を省略する。
第2実施形態では、図4に示されるように、全てのアンテナ素子ANTに対して、2-to-2スイッチ12aを有する高周波部10cを設ける。高周波部10cにおいて、2-to-1スイッチ12bの代わりに2-to-2スイッチ12aを設ける点以外の構成は、図1に示す高周波部10bと同じである。また、図1に示す高周波部10aに設けられていたATT17および合成・分配器18については、高周波部10cの外部に設ける。また、n-to-1スイッチ41(nは高周波部10cの個数)を設ける。
[Second Embodiment]
FIG. 4 is a block diagram showing a configuration of a wireless communication apparatus according to the second embodiment of the present invention. In FIG. 2, the same reference numerals are given to the portions corresponding to the respective portions in FIG.
In the second embodiment, as shown in FIG. 4, a high-
n-to-1スイッチ41の多端子側の各入出力端子は、各高周波部10cの2-to-2スイッチ12aの一つの入出力端子(図1中のATT17に接続されていた入出力端子に相当)と接続される。n-to-1スイッチ41の一端子側の入出力端子は、ATT17と接続される。
Each input / output terminal on the multi-terminal side of the n-to-1
n-to-1スイッチ41は、キャリブレーション測定時と実際の通信時において共用する高周波部10cを選択するために使用するものである。つまり、n-to-1スイッチ41によってATT17に接続される高周波部10cが、図1に示す高周波部10aに対応するものとなり、キャリブレーション測定時と実際の通信時において共用される。なお、実際のキャリブレーション測定時の動作は、図1に示す第1実施形態と同様である。また、n-to-1スイッチ41は、全ての高周波部10cに対して共通の信号経路上にあるので、Cal補正係数の算出には影響しない。
The n-to-1
上述した第2実施形態によれば、全ての高周波部10cがいずれもキャリブレーション測定に対応することができる。従って、キャリブレーション測定に対応可能な高周波部10cが固定されず、キャリブレーション測定に利用する高周波部10cをn-to-1スイッチ41の切り替えによって任意に変更可能である。これにより、キャリブレーション測定に利用していた高周波部10cが故障したとしても、n-to-1スイッチ41の切り替えを行うだけで他の高周波部10cに変更することができ、第1実施形態と同様にキャリブレーション測定を行うことができる。このため、送信ビーム制御機能の稼動を保障することができるとともに、装置保守に必要となる労力を削減することができる。
According to the second embodiment described above, all the high-
以上、本発明の実施形態を図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。 The embodiment of the present invention has been described in detail with reference to the drawings. However, the specific configuration is not limited to this embodiment, and includes design changes and the like within a scope not departing from the gist of the present invention.
10a,10b,10c…高周波部、11…カプラ、12a…2-to-2スイッチ、12b…2-to-1スイッチ、13…低雑音増幅器(LNA)、14…ダウンコンバータ、15…アップコンバータ、16…大電力増幅器(HPA)、17…減衰器(ATT)、18…合成・分配器、20…通信用ベースバンド信号処理部、21…ADコンバータ、22…DAコンバータ、23…受信ビーム形成部、24…受信ビーム制御部、25…送信ビーム制御部、26…送信ビーム形成部、27…受信部、28…送信部、30…キャリブレーション用ベースバンド信号処理部、31…キャリブレーション用信号生成部、32…送受信系キャリブレーション基礎補正係数算出部、33…キャリブレーション補正係数算出部、41…n-to-1スイッチ、ANT…アンテナ素子
10a, 10b, 10c ... high frequency section, 11 ... coupler, 12a ... 2-to-2 switch, 12b ... 2-to-1 switch, 13 ... low noise amplifier (LNA), 14 ... down converter, 15 ... up converter, DESCRIPTION OF
Claims (4)
第1の前記アンテナ素子の送信系の信号を、該第1のアンテナ素子に供給するか、若しくは、全ての前記アンテナ素子の受信系に分配するかを切り替える第1のスイッチ手段と、
前記第1のスイッチ手段から供給された信号を全ての前記アンテナ素子の受信系に分配する分配手段と、
全ての前記アンテナ素子の送信系の信号を合成する合成手段と、
前記第1のアンテナ素子の受信系に、該第1のアンテナ素子の受信信号を供給するか、若しくは、前記合成手段により合成された信号を供給するかを切り替える第2のスイッチ手段と、を備え、
受信系特性の測定の場合には、前記第1のスイッチ手段が、前記第1のアンテナ素子の送信系の信号を前記分配手段に供給し、
送信系特性の測定の場合には、前記第2のスイッチ手段が、前記第1のアンテナ素子の受信系に、前記合成手段により合成された信号を供給する、
ことを特徴とする無線通信装置。 In a wireless communication apparatus that measures transmission characteristics of a transmission system and a reception system provided corresponding to each antenna element and corrects a difference in transmission characteristics of the transmission system and the reception system,
First switch means for switching whether a signal of the transmission system of the first antenna element is supplied to the first antenna element or distributed to the reception system of all the antenna elements;
Distributing means for distributing the signal supplied from the first switch means to the receiving systems of all the antenna elements;
Combining means for combining signals of transmission systems of all the antenna elements;
Second switch means for switching whether to supply a reception signal of the first antenna element or a signal synthesized by the synthesis means to the reception system of the first antenna element; ,
In the case of measurement of reception system characteristics, the first switch means supplies the signal of the transmission system of the first antenna element to the distribution means,
In the case of measuring transmission system characteristics, the second switch means supplies the signal synthesized by the synthesis means to the reception system of the first antenna element.
A wireless communication apparatus.
前記2-to-2スイッチは、前記第1のアンテナ素子に入力する信号を出力し且つ前記第1のアンテナ素子から出力された信号を入力する入出力端子と、前記第1のアンテナ素子の送信系の信号を入力する入力端子と、前記第1のアンテナ素子の受信系に供給する信号を出力する出力端子と、前記分配手段に入力する信号を出力し且つ前記合成手段から出力された信号を入力する入出力端子と、を有し、
受信系特性の測定の場合には、前記2-to-2スイッチが、前記第1のアンテナ素子の送信系の信号を前記分配手段に供給し、
送信系特性の測定の場合には、前記2-to-2スイッチが、前記第1のアンテナ素子の受信系に、前記合成手段により合成された信号を供給する、
ことを特徴とする請求項1に記載の無線通信装置。 Both the first and second switch means comprise a single 2-to-2 switch ;
The 2-to-2 switch outputs an input signal to the first antenna element and inputs and outputs a signal output from the first antenna element; and transmission of the first antenna element An input terminal for inputting a system signal, an output terminal for outputting a signal to be supplied to the receiving system of the first antenna element, a signal to be input to the distributing means, and a signal output from the combining means. An input / output terminal for input,
In the case of measurement of reception system characteristics, the 2-to-2 switch supplies a signal of the transmission system of the first antenna element to the distribution unit,
In the case of measurement of transmission system characteristics, the 2-to-2 switch supplies the signal synthesized by the synthesis means to the reception system of the first antenna element.
The wireless communication apparatus according to claim 1.
前記分配手段により分配される信号を供給する送信系、および、前記合成手段により合成された信号が供給される受信系を、いずれか一つの前記アンテナ素子の送信系および受信系に選択する第3のスイッチ手段をさらに備え、
受信系特性の測定の場合には、前記第3のスイッチ手段が、前記分配手段により分配される信号を供給する送信系を選択し、
送信系特性の測定の場合には、前記第3のスイッチ手段が、前記合成手段により合成された信号が供給される受信系を選択する、
ことを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の無線通信装置。 Providing the first and second switch means for all the antenna elements;
A transmission system for supplying a signal distributed by the distribution means and a reception system for supplying a signal combined by the combining means are selected as a transmission system and a reception system for any one of the antenna elements . The switch means is further provided ,
In the case of measurement of reception system characteristics, the third switch means selects a transmission system that supplies a signal distributed by the distribution means,
In the case of measuring transmission system characteristics, the third switch means selects a reception system to which the signal synthesized by the synthesis means is supplied.
The wireless communication apparatus according to claim 1, wherein the wireless communication apparatus is a wireless communication apparatus.
受信系特性の測定の場合には、
第1の前記アンテナ素子の送信系の信号を、該第1のアンテナ素子への供給から、全ての前記アンテナ素子の受信系に分配するように切り替える過程と、
前記第1のアンテナ素子の送信系の信号を全ての前記アンテナ素子の受信系に分配する過程と、を有し、
送信系特性の測定の場合には、
全ての前記アンテナ素子の送信系の信号を合成する過程と、
前記第1のアンテナ素子の受信系に供給する信号を、該第1のアンテナ素子の受信信号から、前記合成手段により合成された信号に切り替える過程と、を有する、
ことを特徴とするキャリブレーション方法。 A calibration method for measuring transmission characteristics of a transmission system and a reception system provided corresponding to each antenna element and correcting a difference in transmission characteristics of the transmission system and the reception system,
In the case of measurement of reception system characteristics,
Switching the first antenna element transmission system signal from being supplied to the first antenna element to being distributed to all the antenna element reception systems;
Distributing the signal of the transmission system of the first antenna element to the reception system of all the antenna elements,
When measuring transmission system characteristics,
Synthesizing transmission signals of all the antenna elements;
Switching the signal supplied to the reception system of the first antenna element from the reception signal of the first antenna element to the signal synthesized by the synthesis means,
A calibration method characterized by that.
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