JP4718621B2 - 無線基地局装置 - Google Patents

Description

本発明は、セルラ通信を行う無線基地局装置に係り、特に、アレイアンテナを具備して基地局のアンテナからのビーム形成を調整する手段を備える無線基地局装置に関する。

近年、セルラ通信の需要が拡大しており、それに伴って、干渉キャンセラやアダプティブアレイアンテナ等の信号処理技術によるトラヒック増加のための技術が注目されている。アダプティブアレイアンテナは、複数のアンテナ素子を使用してそれぞれのアンテナ素子に供給する信号の位相、振幅を特定の値にすることにより、空間信号合成を実現して特定方位に対するアンテナの利得を制御する技術である。

そして、ディジタル信号処理技術の進歩に伴い、アダプティブアレイアンテナの制御をベースバンド帯域で行う方式が注目されている。この技術は、各ユーザに対して個別にアレイアンテナに対する処理を行い、該ビームが各ユーザを追尾することを可能にしたものである。

前述したようなアダプティブアレイアンテナの制御に関する従来技術として、例えば、非特許文献１等に記載された技術が知られている。この従来技術は、ＭＭＳＥ／ＬＭＳによる制御方法に関するもので、ＣＤＭＡ方式においてアダプティブアレイアンテナを適用し、各ユーザからマルチパスにより信号が到来する場合に、各パスを追従するようアレイアンテナの放射パターンを制御するというものである。そして、ユーザからのビームが捕らえる各パスは、Ｒａｋｅ受信機によってパスダイバーシチ処理が行われている。この従来技術は、パスサーチをオムニアンテナを使用して行っており、通信量が多く干渉電力が大きい場合、パスサーチが困難となるものである。

「１９９９電子情報通信学会総合大会Ｂ−４−４１」

一般に、基地局において、アレイアンテナから信号を送信するとき、ベースバンドによりアレイアンテナ制御が行われた信号は、ベースバンド信号をアップコンバートして電力増幅を行う無線部や、アンテナまで信号を伝達するためのケーブルを経由するため、各アンテナへの信号の相対関係に偏差が発生し、所望のアンテナパターンにより信号を送信することができない。このため、ベースバンド処理の回路は、この無線部、ケーブルで発生する信号のレベルや位相偏差を推定し、補償する回路が必要となる。また、ケーブル長が長くなると、温度変化によりケーブル長が伸縮するため、このための補償回路としては、適応処理回路を使用することが必要がある。

近年、スペクトラム拡散を使用したＣＤＭＡ方式による移動通信システムが注目されており、このシステムに適合する位相、振幅制御方法が望まれている。ＣＤＭＡ方式は、前述でも説明したように、マルチパスを分離して処理を行うパスダイバーシチが可能であり、このためにはパスサーチが必須である。

前述した従来技術は、前述したような適応処理回路による補償についての配慮がなされていないため、所望のアンテナパターンにより信号を送信することができないという問題点を有している。

また、前述した従来技術は、オムニアンテナを使用してパスサーチを行っているため、通信量が多く干渉電力が大きい場合に安定したパスサーチを行うことができないという問題点を有している。

さらに、前述した従来技術は、エレメントスペースからビームスペースへの変換に必要となる固定ビームの形成をベースバンドで実施する場合、先に延べた送信時と同様に、ケーブルや無線部のレベルや位相偏差を考慮していないため、所望のアンテナパターンでの信号を受信することができないという問題点を有している。

本発明の目的は、前述した従来技術の問題点を解決し、所望のアンテナパターンにより、信号の送受信を行うことが可能にアンテナアレイの重みを適応制御するため、実信号に殆ど干渉を与えないプローブ信号をケーブルや無線部に印加し、その応答を測定する適応処理回路を備えた無線基地局装置を提供することにある。

一般に、移動体通信において、通信領域であるセルの範囲を広げるため、通常、アンテナは、高い鉄塔やビルの屋上に設置され、基地局本体（無線部、ベースバンド部、制御部等）からは分離されている。そのため、ケーブルを数十ｍ引き回す必要があり、各アンテナ系の信号を、位相関係を保ったまま伝送することは困難である。また、基地局を構成する無線部は、アンプによる信号増幅を行っているが、各系のＮＦ、増幅度を均一に保ってそれぞれの信号を増幅することが困難である。従って、基地局としては、何らかの方法によりレベルおよび位相の補償を行う手段を備えること必要となる。

基地局装置の受信系（移動端末→基地局）は、アダプティブアレイアンテナを採用する限りにおいて、上記のレベル、位相補償を行う必要はない。これは最適なアレイ重み制御を求める過程で、自動的に位相偏差やレベル偏差が補償されるためである。他方、送信系（基地局→移動端末）は、上り回線である受信系で推定されたアレイ重みを基にアレイ重みの制御を行うため、受信系で発生するレベル及び位相の偏差と、送信系で発生するレベルおよび位相の偏差を補償する仕組みが必要となる。アレイ重みの制御は、ユーザに対して個別で行うため、ＣＤＭＡシステムの場合、ベースバンドによるアレイ制御を行うことが望ましい。従って、ベースバンド信号により作られた信号を振幅関係や位相関係を保ったまま、アンテナから送信する必要がある。

本発明の目的は、前述したような点を解決しようとするものである。

また、ＣＤＭＡシステムは、受信信号の拡散符号の位相を検出するためにピーク検出を行う必要がある。アダプティブアレイアンテナを使用する場合、例えば、前述した「１９９９電子情報通信学会総合大会Ｂ−４−４１」に示されるように、オムニアンテナで受信した信号からピーク検出を行う方法や、アレイアンテナの１本のアンテナが受信した信号からピーク検出する方法が検討されている。しかし、これらの方法は、接続チャネル数が増加するなどして干渉電力が大きい場合に、アレイ利得が得られないためピーク検出がうまく動作しない不具合がある。これを解決するためには、各アンテナ素子が受信した信号（エレメントスペース）を、固定の重みをもったビーム形成により独立なビーム群（ビームスペース）に変換し、受信信号の信号対干渉電力比を向上させる方法が有効である。

固定ビームの作成には、ピーク検出感度を向上させるため、そのトラヒックや地形などの時間選択性あるいは空間選択性に応じてビーム形状が可変であることが望まれる。このため、ビームスペースへの変換用ビーム形成手段をベースバンドで実施する方法が都合よい。この半固定ビーム形成は、特定の信号に対して適応するアレイ応答ベクトルを求めるのではなく、与えられた指向性パタンをビーム形成部で実現するものであるため、送信系と同様にケーブルや無線部においてレベルや位相偏差が発生すると、希望する指向性パタンを作成することができなくなる。このため、レベル及び位相の偏差を補償する仕組みが必要である。

本発明の目的は、この補償を効果的に行う無線基地局装置の実現にある。

前述した本発明の課題を解決するには、受信信号補正系統、あるいは、受信信号補正系統と送信信号補正系統とを具備する必要がある。そして、ケーブルや無線部でのレベル、位相偏差を調査するため、プローブ信号の付加が必要である。

受信信号補正系統は、アンテナ端においてプローブ信号を付加する必要がある。付加するプローブ信号は、通信に与える影響を最小限にするため、電力制御される必要がある。各アンテナ間の位相関係は、プローブ信号の逆拡散結果に対して相関演算することで求めることができる。相関が特定の関係になっていれば、受信信号も特定の関係になっていることが補償されるため、レベル、位相の各偏差を測定することができる。

従って、本発明の目的は、複数のアンテナ素子を持つアレイアンテナを具備して構成される無線基地局装置において、前記アレイアンテナのアンテナ素子により受信された受信信号のそれぞれにプローブ信号を付加する手段と、前記プローブ信号が付加された受信信号に含まれるプローブ信号に対する逆拡散を行うプローブ信号逆拡散手段と、該逆拡散手段からの信号に基づいて、各受信信号の位相、振幅の補正に必要な補正量を算出する補正量算出手段と、該補正量算出手段からの補正量に基づいて、前記各受信信号の位相、振幅を補正する手段とを備えることにより達成される。

具体的には、前記目的は、複数のアンテナ素子を持つアレイアンテナを具備して構成される無線基地局装置において、
特定の符号系列を特定の拡散符号により拡散する受信プローブ信号拡散手段と、該受信プローブ信号拡散手段の出力信号を電力制御する電力制御手段と、該電力制御手段の出力信号を無線周波数に変換しプローブ信号を生成するプローブ信号無線部と、前記アレイアンテナのアンテナ素子により受信された受信信号のそれぞれに前記プローブ信号を付加する結合器と、前記プローブ信号が付加された受信信号をベースバンド信号に変換する受信信号無線部と、前記ベースバンド信号に対して付加されたプローブ信号を取り出すための逆拡散を行うプローブ信号逆拡散手段と、該逆拡散手段からの信号に基づいて相関行列を求め、該相関行列から信号サブスペースを得て、該信号サブスペースから固有ベクトルを計算して得られた情報を、予め決まっている値と比較することにより、各受信信号の位相、振幅の補正に必要な補正量を算出する補正量算出手段と、該補正量算出手段からの補正量に基づいて、前記各受信信号の位相、振幅を補正するビーム形成手段と、前記結合器によって取り出され、前記プローブ信号無線部によりベースバンド信号に変換された信号を逆拡散する逆拡散手段と、該逆拡散手段において逆拡散された信号に基づいて、前記補正量算出手段において相関行列を求め、該相関行列から信号サブスペースを得て、該信号サブスペースから固有ベクトルを計算して得られた情報を、予め決まっている値と比較して算出された送信信号の補正量が入力されることにより送信信号の補正を行う送信信号補正部とを備え、
前記プローブ信号無線部に使われる局部発振器は、前記受信信号無線部に使用されている局部発振器を用いることにより達成される。

本発明によれば、アレイアンテナに対して、基地局装置との間のケーブルや基地局装置内のアンプによって発生する信号の振幅や位相の偏差をベースバンドで補正することができ、調整作業を容易に行うことができる無線基地局装置を提供することができ、この無線基地局装置をＣＤＭＡ方式による通信方式に適用した場合に、他の通信に与える干渉電力を少なく抑えることができる。

本発明の実施形態による無線基地局装置の構成を示すブロック図である。 相関行列演算手段の構成を示すブロック図である。 本発明の他の実施形態による無線基地局装置の構成を示すブロック図である。 本発明の実施形態によるアンテナ装置の構成例を説明する図である。 本発明の他の実施形態によるアンテナ装置の構成例を説明する図である。 本発明のさらに他の実施形態によるアンテナ装置の構成例を説明する図である。

以下、本発明による無線基地局装置の実施形態を図面により詳細に説明する。

図１は本発明の実施形態による無線基地局装置の構成を示すブロック図、図２は相関行列演算手段の構成を示すブロック図である。図１、図２において、１はアンテナ装置、２は結合部、３、２０は無線部（ＲＦ部）、４、２１はＡＤ変換部、６は受信ビーム形成部、７、２２は逆拡散部、８は時空間復調部、９はプローブ信号逆拡散部、１０、１９はＤＡ変換部、１１は送信補正部、１２はチャネル間合成部、１３は拡散部、１４は時空間変調部、１５はプローブ信号拡散部、１６は相関行列演算手段１７はプローブ信号拡散部、１８は電力制御部、２３は信号入力線、２４はマルチプレクサ、２５は共役演算器、２６は遅延素子、２７は掛け算器、２８はメモリである。

本発明の実施形態が対象とする無線基地局装置は、無線通信方式にＣＤＭＡ方式を採用し、アレイアンテナを使用してチャネル間干渉を削減して、通信容量を増加させることができるものであり、受信調整系統と送信調整系統とを含んで構成される。これらは、片方のみを利用する形態もあり、本発明の範疇にある。但し、送信調整系統を実現するためには、受信調整系と送信調整系との両方が必要となる。

本発明の実施形態による無線基地局装置は、図１に示すように、複数のアンテナ素子からなるアンテナ装置１と、各アンテナ素子の基地局装置側の端子近傍に設けられる結合器２と、受信信号をベースバンド信号に変換し、送信信号を無線周波数に変換すると共に電力制御を行う無線部３と、受信したベースバンド信号をディジタル信号に変換するＡＤ変換部４と、ディジタル変換された受信信号に半固定重みを掛け合わせる受信ビーム形成部６と、この信号を逆拡散する逆拡散部７と、逆拡散された信号によりユーザデータを復調する時空間復調部８と、ＡＤ変換部４の出力信号の逆拡散を行うプローブ信号逆拡散部９と、ユーザデータを変調する空間変調器１４と、このユーザ信号を拡散する拡散部１３と、拡散部１３からの信号のチャネル間合成を行うチャネル間合成部１２と、本発明による信号の調整を制御する送信補正部１１と、ディジタル信号である補正部１１からの信号をアナログ信号に変換して無線部３に送り込むＤＡ変換部１０と、受信調整系と送信調整系を制御するプローブ信号を作成すると共に、受信信号の位相、振幅の補正に必要な補正量を算出する手段である相関行列演算手段１６と、プローブ信号を拡散する拡散部１７と、プローブ信号の電力を制御する電力制御部１８と、プローブ信号をアナログ信号に変換するＤＡ変換部１９と、無線部３と同等の機能を有し、プローブ信号を結合器２に入力すると共に、結合器２からの信号をベースバンド信号に変換する無線部２０と、結合器２からの信号をディジタル信号に変換するＡＤ変換部２１と、この信号を逆拡散する逆拡散部２２とを備えて構成される。

次に、前述のように構成される基地局装置における受信調整系統について説明する。なお、図１において、太線で示す信号経路は、アンテナ装置２におけるアンテナ素子数分あることを示している。また、太線で示す信号経路を入力と出力とに持つ構成機器も、アンテナ装置２におけるアンテナ素子数分ある。

図１においてアンテナ装置１が受信した信号は、結合器２によって別途基地局内で作られたプローブ信号と混合される。結合器は、アンテナ素子の数だけあり、混入されるプローブ信号は、それぞれのアンテナ素子に分岐して印加される。プローブ信号は、１本の供給線により結合器２に供給される。結合器２と信号供給線との物理的関係から、各アンテナ素子に供給されるプローブ信号の複素振幅が決まる。実験室等の既知の環境においてこの関係を導き出しておくことにより、供給されるプローブ信号のレベル、位相関係を知ることができる。実フィールドでは、これらの既知のデータに基づいて、結合器２と無線部２との間のケーブルや無線部を経由したことにより発生した信号のレベルや位相の偏差を検知する。

プローブ信号の元となるデータは、オール０等の特定信号であり、相関行列演算手段１６がこれを作成する。作成されたデータは、プローブ用拡散手段１７により拡散される。プローブ信号の電力は、他の通信信号に対して充分小さい必要がある。この理由は、プローブ信号の電力が大きいと、プローブ信号による干渉が他の通信に大きな影響を与えてしまい、通信容量を減少させてしまうからである。このため、電力制御部１８は、プローブ信号の電力を必要最小限に保っている。電力制御が行われた信号は、Ｄ／Ａ変換器１９によりアナログ信号に変換される。変換されたプローブ信号は、無線部２０において周波数変換と電力調整が行われ、供給線を介して結合器２に入力されて受信信号に加算される。

さて、アンテナ装置１の複数のアンテナ素子から受信されプローブ信号が加算された受信信号は、無線部３において周波数変換が行われ、アンテナ素子毎にベースバンド信号に変換され、さらに、Ａ／Ｄ変換器４によりディジタル信号に変換される。Ａ／Ｄ変換器４によりディジタル信号に変換された信号は、ビーム形成部６において半固定のアレイ重み（アレイ応答ベクトル）と掛け合わされて、アンテナ装置１の特定方向に主ビームを持ったビームスペースに置き換えられる。このとき、アレイ重みのビット幅が充分あれば、ビーム形成だけでなく、ケーブルや無線部で発生するレベル、位相偏差についても同時に補正することができる。この関係は式１で表わすことができる。

式１において、ｘはビームスペースでの信号ベクトル、ｒはエレメントスペースの信号ベクトル、Ｃはエレメントスペースにおける補正操作を示す。また、Ｗはエレメントスペースからビームスペースへの変換操作を示している。第３行目の式で、ＷとＣとからなる行列の積をＱとして１つにまとめている。この操作が本発明による補正とアレイ重みの演算とを示している。図１におけるビーム形成部６は、後述する相関行列演算手段１６からの制御信号により、行列Ｑを受信信号に乗じて、ビーム形成と各エレメント補正とを一括処理する操作を行っている。これにより、ビーム形成部から得ることができる信号は、特定の方向（形成されたビーム内）からの信号が大きな値とされて出力されることになる。

ビームスペースに変換された信号は、逆拡散部７において、ピーク検出が行われ、得られたパス位相に基づいて逆拡散操作が行われる。すでに説明したように、ビームスペースに変換することにより空間選択性を持つものとなった希望波信号は、信号対干渉電力比が改善されており、ピーク検出が行いやすくなっている。逆拡散部７により逆拡散された信号は、復号手段である時空間復調部８によりユーザ信号に戻される。時空間復調部８による復号により、復調されたユーザ信号は、空間、時間方向に散らばっている信号を適当な重みで合成してダイバーシチ効果を得たものとなる。

前述したビーム形成手段６で利用される補正情報は、以下に説明する手順により求めることができる。

Ａ／Ｄ変換器４によってディジタル信号に変換された信号には、まだ各アンテナ素子で発生したレベル及び位相偏差が残っている。逆拡散部９は、このレベル及び位相偏差を取り出し、信号に含まれているプローブ信号を対象として逆拡散操作を行う。これにより逆拡散部９から取り出された信号は、各アンテナ素子端で印可されたプローブ信号に、結合器２と無線部３とを接続するケーブル及び無線部３でのレベル及び位相偏差が付加された信号となっている。このプローブ信号逆拡散部９の出力信号は、相関行列演算手段１６に印加され、レベル及び位相関係を取り出すための相関行列を作成するために使用される。

相関行列演算手段１６は、プローブ信号逆拡散部９からの信号に基づいて相関行列を求める。求められた相関行列は、信号サブスペースと干渉サブスペースとの和からなる。干渉サブスペースは、他の通信が空間選択性を持つ場合に誤差要因となるため、削除することが望ましい。干渉サブスペースは、わざと使用されていない拡散符号によって拡散した結果に関して同様の相関行列を求めることにより得ることができる。前述の干渉サブスペースは、式２に示すように、拡散符号をプローブ信号に合わせて得られた相関行列Ｓからわざと使われていない拡散符号で逆拡散して得られた相関行列Ｉを差し引くことにより、信号サブスペースＡとして得ることができる。

得られた信号サブスペースＡから最大となる固有値を持つ固有ベクトルを計算することにより得られた情報のエレメントスペースシグネチャ（Element space signature)を得ることができる。この情報は、エレメントスペースにおいて印加された信号がどのようなレベル、位相関係で受信されたかを示している。得られた情報は、アンテナのトポロジーやプローブ信号を印可する系統の結合関係とによって予め決まっている値（ターゲット）になるべきである。測定値とターゲットとのずれが補正値となる。予め求めるべき相関行列（ターゲット）は、電波暗室等の特殊測定環境でアレイパタンを望むべき特性に調整し、その場合に得られる測定値を使うことができる。これをターゲットとして補正行列Ｃを求めることにより、実環境においても所望のアレイパタンを再生することが可能となる。

次に、補正値の求め方について説明する。式３は予め実験室等で測定されたケーブルや無線部によるレベル偏差や位相偏差がない場合、あるいは、補正されている場合のプローブ信号サブスペースＡを示す行列である。行列Ａから最大固有値の固有ベクトルαを求めることができる。式４はαが行列Ａの固有ベクトルであることを示している。

式４における演算 eigは、最大固有値の固有ベクトルを取出す関数を意味する。他方、実際の環境で測定された信号サブスペースＢを式５で示す。行列Ｂの最大固有値の固有ベクトルも同様の計算により求めることができる。式６には行列Ｂの固有ベクトルβを示しいる。そして、エレメントスペースの補正行列は式７により得ることができる。

補正行列Ｃが求まれば、式１で示したアレイ制御方法により、エレメントスペースからビームスペースへの変換と、エレメントスペースでのレベル、位相偏差の補正とを一括して行うことができる。

ここで重要なポイントは、アンテナ端で印加されたプローブ信号が、伝搬路を経由しないため、フェージングの影響を受けていないこと、及び、プローブ信号の情報が既知であることである。これより、逆拡散操作を容易に行うことができる。また、もう１つの重要なポイントは、プローブ信号の作成及び受信が、同一あるいは近接された装置で行われることである。これより、無線部での周波数変換やタイミング生成のもとに使用される局部発振器を共通化することができる。 本発明の実施形態は、前述の構成を備えることにより、周波数誤差やタイミング誤差を発生させず、非常に長い時間の同相加算を容易に実現することができる。また、ケーブルや無線部で発生する位相や振幅の変動は受信信号のチップレートに対して非常に遅いため、長い測定時間をかけて相関行列を推定することは実用上問題とならない。そのため、拡散率を高くすることによりプローブ信号が他の通信に与える影響を非常に小さくすることが可能である。プローブ信号の信号強度は、信号サブスペースの対角要素により知ることができる。そして、対角要素が充分な信号強度になるように、また必要以上に強くならないように、電力制御部１８を制御することにより、プローブ信号が他の通信に与える影響を非常に小さくすることができる。また、前述した本発明の実施形態は、ベースバンド部で各系のレベル、位相偏差の補正を行っている。これにより調整作業を削減し、製品コストを削減することができる。

前述した本発明の実施形態は、信号サブスペースを得る際に複数あるアンテナ素子からの信号を同時に逆拡散する構成を説明した。しかし、補正行列の更新周期は符号速度に比べ充分遅いため、補正行列の更新を、時間分割処理により行うことができる。

時分割処理による補正行列を生成する場合の相関行列演算手段１６の回路構成を図２に示しており、以下、これについて説明する。この例による相関行列演算手段１６は、マルチプレクサ２４と、共役演算器２５と、複数の遅延素子２６と、複数の掛け算器２７と、複数のメモリ２８とを備えて構成されている。

図２において、信号入力線２３に入力される信号は、各アンテナ素子からの信号であり、図１におけるプローブ信号逆拡散部９からの信号であり、各アンテナ素子端で印加されたプローブ信号と、結合器２と無線部３との間のケーブル及び無線部で印加されたレベル、位相偏差とである。信号入力線２３からの信号を受けるマルチプレクサ２４は、図示例の場合、６つの入力信号を順番に時分割する機能を持つ。

マルチプレクサ２４により順番に時分割されて出力されてくる信号は、共役演算器２５に入力されると共に、共役演算器２５及び直列接続されている各遅延素子２６の出力側に接続されている掛け算器２７とに入力される。遅延素子２６は、マルチプレクサ２４と同期して動作しており、演算器２７は、遅延素子２６により遅延された信号とたった今入力された信号との相関演算を行うことになる。この演算により得られた結果は、メモリ２８に蓄積される。この結果、マルチプレクサ２４において６素子分の時多重が終了した時点でメモリ２８に相関行列が蓄積されている。このメモリ２８に蓄積された情報は、図１のビーム形成部６に与えられ、ビーム形成部６において本発明によるベースバンドにおいて重み補正の処理が行われる。なお、メモリー２８に蓄積された内容は、必要によって更に平均処理して使用することもでき、これにより、補正の精度を高めることが可能である。

次に、図１に示すように構成される基地局装置における送信系統について説明する。

図１において、作成されたユーザデータは、空間変調部１４により空間変調される。空間変調とは、通常の変調回路に加え、ビームを形成するためにそれぞれのアンテナ素子に適当な位相、振幅を与える操作を含めた変調回路である。各ユーザの情報は、拡散部１３によってユーザ個別に異なる拡散符号により拡散される。拡散されたデータは、チャネル間合成部１２において、加算され、アンテナ素子数分の情報に集約される。アンテナ素子数分に集約された信号は、補正部１１により、ケーブル、アンプ等で受けるレベル偏差、位相回転が相関行列演算手段１６からの信号に基づいて前置補正される。補正された信号は、ＤＡ変換部１０においてアナログ信号に変換され、無線部３においてアップコンバート、電力増幅を受けて各アンテナ素子に入力されてアンテナ装置２から送信される。

相関行列演算手段１６による送信信号の補正ベクトルの求め方は、前述で説明した受信系統の場合とほぼ同一である。

すなわち、相関演算部１６で作られた参照信号（例えば、オール０の信号）が、拡散部１５で特定の拡散符号によって拡散される。拡散された信号は、各アンテナ素子に対応する信号線に、補正部１１とＡＤ変換部１０との間で加算される。このとき、同時に全てのアンテナ素子に信号を分配するのではなく、１本ずつ時分割で交互に加算する。このようにすることにより、受信側でどのアンテナ素子からの信号であるかを明確に区別することができる。各アンテナ素子に印加する信号は、個別の拡散符号によって拡散してもよい。但し、この場合、測定系が与える干渉がアンテナ素子数倍増加する。

各アンテナ素子端には結合器２が設けられており、結合器２によって送信される信号の一部が取り出される。取出された信号は、無線部２０によりダウンコンバートされる。この後、無線部２０からの信号は、ＡＤ変換器２１により、ディジタル信号に変換され、変換されたされた信号は、逆拡散部２２により逆拡散されて相関行列演算手段１６に入力される。相関行列演算手段１６は、前述で説明した式１〜７で示した方法により補正行列Ｃを計算する。算出された補正行列Ｃは、補正部１１に入力されて送信信号の補正を行う。

前述による、本発明の実施形態は、送信系統においても、ケーブル、アンプ等による振幅、位相偏差を校正することができる。

前述までに説明した本発明の実施形態による無線基地局装置は、図１における無線部３と無線部２０とが同一の局部発振器を用いるものとして説明したが、本発明は、これらの無線部３、２０で異なる局部発振器を用いてもよく、この場合ＡＦＣ機能を用いることにより拡散利得を得ることができる。

図３は本発明の他の実施形態による無線基地局装置の構成を示すブロック図であり、以下、これについて説明する。図３において、５は補正部であり、他の符号は、図１の場合と同一である。

図３に示す実施形態は、図１で説明した実施形態における受信補正系のビーム形成部６を、ビーム形成部６と補正部５とに分離して構成した点、プローブ信号の取り出し点が補正部５の出力端である点、及び、送信補正系の参照信号を拡散した信号を拡散部１３の出力端にから入力することとした点で、図１に示す実施形態と相違している。このような構成としても、信号に対する一連の操作結果は不変であり、図１の場合と同様な効果を得ることができる。

前述した本発明の実施形態は、プローブ信号を、拡散部１５、１７により拡散するとしている。しかし、他の信号が拡散されているため、プローブ信号を拡散しなくても他の通信と分離することが可能である。すなわち、拡散符号がオール０である信号で拡散されている信号とみなすことができるからである。このため、前述した本発明の実施形態は、拡散部１５、１７を省略することができ、装置を簡易化することができる。但し、無線基地局装置にキャリヤリークがある、あるいは、他の通信システムがあってキャリヤ周波数に希望しない信号が多く存在する場合、拡散部１５、１７を省略することができない。

図４〜図６は本発明の実施形態によるアンテナ装置の構成例を説明する図であり、以下、アンテナの構造について説明する。図４〜図６において、２９はアンテナ素子、３０は信号線、３１はプローブ用信号線、３２は放射素子、３３、３４、３７はプローブ信号用素子、３８〜４０はアレイアンテナである。

前述で説明した本発明の実施形態は、アンテナ端子の後段に結合器を設けたとして説明した。しかし、テスト等により電波暗室等でターゲットを求める場合、アンテナそのものに結合器が内装されている構成が都合よい。図４に示す実施形態によるアンテナ装置は、複数のアンテナ素子２９により構成されるアレイアンテナである。アンテナ素子２９の端子に接続される信号線３０は、無線部３に接続され、また、プローブ用信号線３１は、無線部２０に接続される。

結合器２を構成する部分の拡大図を円内に示しており、結合器２は、各アンテナ素子２９の信号線３０に接続される放射素子３２に弱結合する金属片により構成されるプローブ信号用素子３３が設けられて構成され、このプローブ信号用素子３３に信号線３１が接続されている。そして、信号線３０が接続されるアンテナ素子２９の端子とプローブ用信号線３１が接続されるプローブ信号用素子３３の端子とは、アイソレーション２０ｄＢ程度で弱結合していればよい。

図４に示す本発明の実施形態によるアンテナ装置は、アンテナ装置１と結合器２と一括して構成することができ、使い勝手のよいアンテナ装置を構成することができる。

図５に本発明の他の実施形態によるアンテナ装置の構成を示している。このアンテナ装置は、図４に示すものと同様なアレイアンテナであり、結合器２を構成する部分を、複数のアンテナ素子２９の近傍に各素子に対して共通に、プローブ信号放射用のアンテナ素子としてのプローブ信号用素子３４を設けた構造として構成したものである。このように、結合素子を放射素子として空間に配置しても、図４により説明したアンテナの放射素子に対して弱結合により信号の入出力を行う場合と同様の効果を得ることができる。

図６に本発明のさらに他の実施形態によるアンテナ装置の構成を示している。このアンテナ装置は、図５により説明したアレイアンテナの複数とプローブ用放射素子とにより構成したアンテナ装置の構成例である。

図６に示すアンテナ装置は、アレイアンテナ３８〜４０を正三角形に、三角柱となるように配置し、その中心部にプローブ信号用素子３７を設けて構成したものである。図６に示す例では、三角形の辺にあたる部分のアレインテナが、地板（反射素子）３８’〜４０’と、その表面に配置されている放射素子３８”〜４０”により構成されている。この実施形態は、アレイアンテナ３８〜４０により囲まれる空洞の中心にプローブ信号用素子３７を配置しているため、アレイアンテナとプローブ信号用素子との距離が近いが、反射版があるためその結合が弱くなる。また、各アレイアンテナは、全面が反射版で覆われるため、プローブ用アンテナの放射する信号電力が他の通信に与える干渉電力を小さくすることができる。

図６により説明したアンテナ装置は、アレイアンテナを三角柱となるように配置して構成したが、本発明は、複数のアレイアンテナ、あるいは、アンテナ素子を多角柱状となるように、あるいは、アンテナ素子を円柱状になるように配置する構成であってもよく、プローブ信号用素子が、アレイアンテナが作る多角柱、円柱の内部にあれば、同様な効果を得ることができる。

１ アンテナ
２ 結合部
３、２０ 無線部（ＲＦ部）
４、２１ ＡＤ変換部
５ 受信補正部
６ 受信ビーム形成部
７、２２ 逆拡散部
８ 時空間復調部
９ プローブ信号逆拡散部
１０、１９ ＤＡ変換部
１１ 送信補正部
１２ チャネル間合成部
１３ 拡散部
１４ 時空間変調部
１５ プローブ信号拡散部
１６ 相関行列演算手段
１７ プローブ信号拡散部
１８ 電力制御部
２３ 信号入力線
２４ マルチプレクサ
２５ 共役演算器
２６ 遅延素子
２７ 掛け算器
２８ メモリ
２９ アンテナ素子
３０ 信号線
３１ プローブ用信号線
３２ 放射素子
３３、３４、３７ プローブ用素子
３８〜４０ アレイアンテナ

Claims (3)

1. 複数のアンテナ素子を持つアレイアンテナを具備して構成される無線基地局装置において、
   特定の符号系列を特定の拡散符号により拡散する受信プローブ信号拡散手段と、該受信プローブ信号拡散手段の出力信号を電力制御する電力制御手段と、該電力制御手段の出力信号を無線周波数に変換しプローブ信号を生成するプローブ信号無線部と、前記アレイアンテナのアンテナ素子により受信された受信信号のそれぞれに前記プローブ信号を付加する結合器と、前記プローブ信号が付加された受信信号をベースバンド信号に変換する受信信号無線部と、前記ベースバンド信号に対して付加されたプローブ信号を取り出すための逆拡散を行うプローブ信号逆拡散手段と、該逆拡散手段からの信号に基づいて相関行列を求め、該相関行列から信号サブスペースを得て、該信号サブスペースから固有ベクトルを計算して得られた情報を、予め決まっている値と比較することにより、各受信信号の位相、振幅の補正に必要な補正量を算出する補正量算出手段と、該補正量算出手段からの補正量に基づいて、前記各受信信号の位相、振幅を補正するビーム形成手段と、前記結合器によって取り出され、前記プローブ信号無線部によりベースバンド信号に変換された信号を逆拡散する逆拡散手段と、該逆拡散手段において逆拡散された信号に基づいて、前記補正量算出手段において相関行列を求め、該相関行列から信号サブスペースを得て、該信号サブスペースから固有ベクトルを計算して得られた情報を、予め決まっている値と比較して算出された送信信号の補正量が入力されることにより送信信号の補正を行う送信信号補正部とを備え、
   前記プローブ信号無線部に使われる局部発振器は、前記受信信号無線部に使用されている局部発振器を用いることを特徴とする無線基地局装置。
2. 前記プローブ信号は、拡散率が他の通信の信号に比較して大きいことを特徴とする請求項１記載の無線通信基地局装置。
3. 前記プローブ信号は、プローブ信号拡散手段により拡散されていない正弦波であることを特徴とする請求項１または２記載の無線通信基地局装置。

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