JP5051385B2

JP5051385B2 - アレーアンテナを用いた無線通信装置、その校正方法、及び無線通信基地局システム

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Publication number: JP5051385B2
Application number: JP2008129655A
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Inventors: 正司平部
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Priority date: 2008-05-16
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Publication date: 2012-10-17
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Description

本発明は、アレーアンテナを用いた無線通信装置、その校正方法、及び無線通信基地局システムに係り、特にＴＤＤ（Time Division Duplex）方式の無線通信基地局の適応アレーアンテナシステムで用いられる校正装置及び校正方法に関する。

一般に、複数のアンテナ素子を有する適応アレーアンテナシステムでは、各素子に対応する複数の送受信部の特性（振幅、位相）のばらつきがヌル形成等のビームフォーミングに関する性能劣化の要因となるため、これらを考慮した振幅、位相の校正（キャリブレーション）を行う必要がある。このような校正を行う装置の一例を図５に示す。

図５に示す関連技術のアレーアンテナを用いた無線通信装置は、ＴＤＤ方式の無線通信基地局装置に用いられるもので、適応アレーアンテナシステムのアンテナ素子を構成する複数（図中の例では４つ）のアンテナ（以下、「第１〜第４アンテナ」と呼ぶ。）１０１−１０４を有する。第１〜第４アンテナ１０１−１０４の各信号経路（アンテナ経路）には、送信、受信を切り替えるためのＴＤＤ用送受切り替えスイッチである複数のスイッチ（以下、「第１〜第４スイッチ」と呼ぶ。）４０１−４０４が接続される。第１〜第４スイッチ４０１−４０４の受信側及び送信側には、通信用送受信装置が接続される。

通信用送受信装置は、送信側に、複数の電力増幅器（ＰＡ：パワーアンプ）（以下、「第１〜第４電力増幅器」と呼ぶ。）５０１−５０４と、複数のアップコンバータ（以下、「第１〜第４アップコンバータ」と呼ぶ。）７０１−７０４と、複数のデジタルアナログ変換器（ＤＡＣ：Digital to Analog Converter）（以下、「第１〜第４ＤＡＣ」と呼ぶ。）９０１−９０４を有している。また、通信用送受信装置は、受信側に、複数の低雑音増幅器（ＬＮＡ：ローノイズアンプ）（以下、「第１〜第４低雑音増幅器」と呼ぶ。）６０１−６０４と、複数のダウンコンバータ（以下、「第１〜第４ダウンコンバータ」と呼ぶ。）８０１−８０４と、複数のアナログデジタル変換器（ＡＤＣ：Analog to Digital Converter）（以下、「第１〜第４アナログデジタル変換器」と呼ぶ。）１１１−１１４を有している。この通信用送受信装置には、ビームフォーミングの重み付けを行う機能を有するベースバンド信号処理部１４が接続される。

また、第１〜第４アンテナ１０１−１０４と第１〜第４スイッチ４０１−４０４との間には、第１〜第４アンテナ１０１−１０４に信号を入出力する信号経路から校正用信号を取り出したり、入力したりするための素子である複数の方向性結合器（Directional Coupler）（以下、「第１〜第４方向性結合器」呼ぶ。）２０１−２０４が結合される。第１〜第４方向性結合器２０１−２０４には、第１〜第４アンテナ１０１−１０４の信号経路と結合する複数の信号経路を有する電力分配合成器（ＤＩＶ（Divider）／ＣＯＭ（Combiner））３が接続される。電力分配合成器３には、送信、受信を切り替えるためのスイッチ（以下、「校正用切り替えスイッチ」と呼ぶ。）４０５が接続される。校正用切り替えスイッチ４０５の送信側及び受信側に校正用送受信装置が接続される。

校正用送受信装置は、送信側にアップコンバータ７０５とＤＡＣ９０５を有し、受信側にダウンコンバータ８０５とアナログデジタル変換器１１５を有している。校正用送受信装置には、校正用信号を発生する機能を持ち、校正用信号の信号処理により各アンテナ経路の特性のばらつきを補正する係数（補正値）を求める校正信号処理部１３が接続される。校正信号処理部１３は、ベースバンド信号処理部１４に接続される。

上記構成において、送信時には、ベースバンド信号処理部１４でビームフォーミングの重み付けが行われたベースバンド信号が、第１〜第４ＤＡＣ９０１−９０４でアナログ信号に変換され、第１〜第４アップコンバータ７０１−７０４でＲＦ（Radio Frequency）周波数の信号に変換され、第１〜第４電力増幅器５０１−５０４で増幅され、第１〜第４スイッチ４０１−４０４を介して、第１〜第４アンテナ１０１−１０４から送信される。また、受信時には、第１〜第４アンテナ１０１−１０４で受信されたＲＦ周波数の信号は、第１〜第４スイッチ４０１−４０４を介して、第１〜第４低雑音増幅器６０１−６０４で増幅され、第１〜第４ダウンコンバータ８０１−８０４で中間周波数の信号に変換され、第１〜第４アナログデジタル変換器１１１−１１４でデジタル信号に変換され、ベースバンド信号処理部１４で重み付けされてビームフォーミングされる。

一方、通信用送受信装置の受信側（第１〜第４低雑音増幅器６０１−６０４、第１〜第４ダウンコンバータ８０１−８０２、第１〜第４アナログデジタル変換器１１１−１１４）の校正時には、校正信号処理部１３により校正用信号が生成され、その校正用信号がＤＡＣ９０５でアナログ信号に変換され、アップコンバータ７０５でＲＦ周波数の信号に変換され、校正用切り替えスイッチ４０５を介して、電力分配合成器３で分配され、第１〜第４方向性結合器２０１−２０４で各アンテナ経路と結合する。各アンテナ経路と結合した校正信号は、第１〜第４スイッチ４０１−４０４を介して、第１〜第４低雑音増幅器６０１−６０４で増幅され、第１〜第４ダウンコンバータ８０１−８０２、第１〜第４アナログデジタル変換器１１１−１１４を通って、ベースバンド信号に変換され、ベースバンド信号処理部１４を介して、校正信号処理部１３に入力される。これにより、入力された校正信号は、校正信号処理部１３で信号処理され、受信側の各アンテナ経路の振幅、位相、遅延の測定が行われ、その測定結果に基づき受信側の各アンテナ経路の特性のばらつきを補正する係数が求められる。

また、通信用送受信装置の送信側（第１〜第４ＤＡＣ９０１−９０４、第１〜第４アップコンバータ７０１−７０４、第１〜第４電力増幅器５０１−５０４）の校正時には、ベースバンド信号処理部１４により校正用信号が生成され、その校正用信号がＤＡＣ９０１−９０４でアナログ信号に変換され、第１〜第４アップコンバータ７０１−７０４でＲＦ周波数の信号に変換され、第１〜第４電力増幅器５０１−５０４で増幅される。増幅された校正信号は、第１〜第４スイッチ４０１−４０４を通り、第１〜第４方向性結合器２０１−２０４で結合し、電力分配合成器３で合成される。合成された校正信号は、校正用切り替えスイッチ４０５を介して、ダウンコンバータ８０５で中間周波数の信号に変換され、アナログデジタル変換器１１５を通ってデジタル信号に変換され、校正信号処理部１３に入力される。これにより、入力された校正信号は、校正信号処理部１３で信号処理され、送信側の各アンテナ経路の振幅、位相、遅延の測定が行われ、その測定結果に基づき送信側の各アンテナ経路の特性のばらつきを補正する係数が求められる。

上記に関連して、例えば特許文献１には、ｎ個（ｎは１以上の整数）のアンテナ素子を配置したアレーアンテナと、各アンテナ素子に対応して設けられたｎ個の無線送受信部と、ユーザ数に対応するユーザ信号処理部とを有するアレーアンテナ送受信装置において、送信時または受信時に、キャリブレーション信号をユーザ送受信信号に多重して各無線送受信部に供給し、各無線送受信部の内部で生じる振幅／位相変動を補償するキャリブレーション手段を備えたアレーアンテナ送受信装置が開示されている。
特開２００２−３５３８６５号公報

しかしながら、上述した関連技術のアレーアンテナを用いた無線通信装置では、通信用送受信装置であるアップコンバータ７０１−７０４、デジタルアナログ変換器９０１−９０４、ダウンコンバータ８０１−８０４、アナログデジタル変換器１１１−１１４とは別に、校正用送受信装置であるアップコンバータ７０５、デジタルアナログ変換器９０５、ダウンコンバータ８０５、アナログデジタル変換器１１５が必要になるため、部品点数が増え、装置が大きくなり、コストも高くなったりするという問題があった。これは、特許文献１に開示されているアレーアンテナ送受信装置でも同様であった。このアレーアンテナ送受信装置では、ｎ個の無線送受信部とは別に、キャリブレーション手段としてキャリブレーション信号送受信処理部が必要になるため、上記と同様の問題があった。

本発明は、このような問題を解決するもので、校正用送受信装置による部品点数の増加を抑制して装置の大きさを小さくし、コストを下げることができるアレーアンテナを用いた無線通信装置、その校正方法、及び無線通信基地局システムを提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明に係るアレーアンテナを用いた無線通信装置は、アレーアンテナを構成する複数のアンテナ素子と、前記複数のアンテナ素子にそれぞれ対応して設けられ、前記複数のアンテナ素子の信号経路にそれぞれ接続される複数の通信用送受信装置と、各前記アンテナ素子の信号経路及び各前記通信用送受信装置間にそれぞれ接続される複数の方向性結合器と、前記複数の方向性結合器を介して前記複数のアンテナ素子の信号経路と結合する複数の信号経路を有する電力分配合成器とを有し、各前記通信用送受信装置は、送信側として電力増幅器とアップコンバータを、受信側として低雑音増幅器とダウンコンバータを有し、前記複数の通信用送受信装置のうちの１つが校正用送受信装置として共用され、各前記アンテナ素子と対応する各前記通信用送受信装置との間に各前記アンテナ素子を前記送信側の電力増幅器か前記受信側の低雑音増幅器かに切り替えて接続する複数の送受信切り替えスイッチが設けられ、前記校正用送受信装置として共用される通信用送受信装置の前記アップコンバータの出力側に送信側スイッチが、前記ダウンコンバータの入力側に受信側スイッチが設けられ、前記送信側スイッチ及び受信側スイッチと前記電力分配合成器との間に校正用切り替えスイッチが設けられ、前記通信用送受信装置の受信側の校正時に、前記送信側スイッチと前記校正用切り替えスイッチとは互いに接続されるように切り替えられ、前記受信側スイッチは前記低雑音増幅器側に、各前記送受信切り替えスイッチは各対応する前記通信用送受信装置の前記低雑音増幅器側に切り替えられ、校正用信号を前記校正用送受信装置として共用される通信用送受信装置の前記アップコンバータ、前記送信側スイッチ、前記校正用切り替えスイッチを介して前記電力分配合成器に供給し、前記電力分配合成器で各信号経路に分配された校正用信号を各前記方向性結合器、各前記送受信切り替えスイッチ、各前記通信用送受信装置の前記低雑音増幅器、前記ダウンコンバータを介して受信し、前記通信用送受信装置の送信側の校正時に、前記受信側スイッチと前記校正用切り替えスイッチとは互いに接続されるように切り替えられ、前記送信側スイッチは前記電力増幅器側に、各前記送受信切り替えスイッチは各対応する前記通信用送受信装置の前記電力増幅器側に切り替えられ、校正用信号を各前記通信用送受信装置の送信側の前記アップコンバータ、前記電力増幅器、前記送受信切り替えスイッチ、各前記方向性結合器を介して前記電力分配合成器の各信号経路に供給し、前記電力分配合成器で合成された校正用信号を前記校正用切り替えスイッチ、前記校正用送受信装置として共用される通信用送受信装置の前記受信側スイッチ、前記ダウンコンバータを介して受信することを特徴とする。

また、本発明に係るアレーアンテナを用いた無線通信装置の校正方法は、アレーアンテナを構成する複数のアンテナ素子と、前記複数のアンテナ素子にそれぞれ対応して設けられ、前記複数のアンテナ素子の信号経路にそれぞれ接続される複数の通信用送受信装置と、各前記アンテナ素子の信号経路及び各前記通信用送受信装置間にそれぞれ接続される複数の方向性結合器と、前記複数の方向性結合器を介して前記複数のアンテナ素子の信号経路と結合する複数の信号経路を有する電力分配合成器とを有する無線通信装置の校正方法であって、各前記通信用送受信装置は、送信側として電力増幅器とアップコンバータを、受信側として低雑音増幅器とダウンコンバータを有し、前記複数の通信用送受信装置のうちの１つが校正用送受信装置として共用され、各前記アンテナ素子と対応する各前記通信用送受信装置との間に各前記アンテナ素子を前記送信側の電力増幅器か前記受信側の低雑音増幅器かに切り替えて接続する複数の送受信切り替えスイッチが設けられ、前記校正用送受信装置として共用される通信用送受信装置の前記アップコンバータの出力側に送信側スイッチが、前記ダウンコンバータの入力側に受信側スイッチが設けられ、前記送信側スイッチ及び受信側スイッチと前記電力分配合成器との間に校正用切り替えスイッチが設けられた無線通信装置の校正方法であって、前記通信用送受信装置の受信側の校正時に、前記送信側スイッチと前記校正用切り替えスイッチとは互いに接続されるように切り替え、前記受信側スイッチは前記低雑音増幅器側に、各前記送受信切り替えスイッチは各対応する前記通信用送受信装置の前記低雑音増幅器側に切り替え、校正用信号を前記校正用送受信装置として共用される通信用送受信装置の前記アップコンバータ、前記送信側スイッチ、前記校正用切り替えスイッチを介して前記電力分配合成器に供給し、前記電力分配合成器で各信号経路に分配された校正用信号を各前記方向性結合器、各前記送受信切り替えスイッチ、各前記通信用送受信装置の前記低雑音増幅器、前記ダウンコンバータを介して受信し、前記通信用送受信装置の送信側の校正時に、前記受信側スイッチと前記校正用切り替えスイッチとは互いに接続されるように切り替え、前記送信側スイッチは前記電力増幅器側に、各前記送受信切り替えスイッチは各対応する前記通信用送受信装置の前記電力増幅器側に切り替え、校正用信号を各前記通信用送受信装置の送信側の前記アップコンバータ、前記電力増幅器、前記送受信切り替えスイッチ、各前記方向性結合器を介して前記電力分配合成器の各信号経路に供給し、前記電力分配合成器で合成された校正用信号を前記校正用切り替えスイッチ、前記校正用送受信装置として共用される通信用送受信装置の前記受信側スイッチ、前記ダウンコンバータを介して受信することを特徴とする。

本発明によれば、アレーアンテナを用いた無線通信装置において、通信用送受信装置と校正用送受信装置を共用することにより、必要なデバイスが少なくなるため、部品点数の増加を抑制して装置の大きさを小さくすることができ、コストを下げることができる。

次に、本発明に係るアレーアンテナを用いた無線通信装置、及びその校正方法、並びに無線通信基地局システムの実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、図５の関連技術と同様の構成要素については、同一符号を付しその説明を簡略する。

図１に示す本実施の形態に係るアレーアンテナを用いた無線通信装置は、ＴＤＤ方式の無線通信基地局装置に用いられるもので、適応アレーアンテナシステムのアンテナ素子を構成する第１〜第４アンテナ１０１−１０４を有する。第１〜第４アンテナ１０１−１０４の信号経路（素子系統）には、送信、受信を切り替えるためのＴＤＤ用送受切り替えスイッチである第１〜第４スイッチ４０１−４０４が接続される。第１〜第４スイッチ４０１−４０４の受信側及び送信側には、通信用送受信装置が接続される。

通信用送受信装置は、送信側に、第１〜第４電力増幅器５０１−５０４と、第１〜第４アップコンバータ７０１−７０４と、第１〜第４デジタルアナログ変換器９０１−９０４を有している。また、通信用送受信装置は、受信側に、第１〜第４低雑音増幅器６０１−６０４と、第１〜第４ダウンコンバータ８０１−８０４と、第１〜第４アナログデジタル変換器１１１−１１４を有している。この通信用送受信装置には、ビームフォーミングの重み付けを行う機能を有するベースバンド信号処理部１４が接続される。

また、第１〜第４アンテナ１０１−１０４と第１〜第４スイッチ４０１−４０４との間には、第１〜第４アンテナ１０１−１０４に信号を入出力する信号経路から校正用信号を取り出したり、入力したりするための素子である第１〜第４方向性結合器２０１−２０４が結合される。第１〜第４方向性結合器２０１−２０４には、第１〜第４アンテナ１０１−１０４の信号経路と結合する複数の信号経路を有する電力分配合成器３が接続される。電力分配合成器３には、送信、受信を切り替えるための校正用切り替えスイッチ４０５が接続される。

校正用切り替えスイッチ４０５の送信側と受信側には、校正用送受信装置として、通信時と校正時の信号経路を切り替えるための送信側スイッチ４１４と受信側スイッチ４２４が接続される。送信側スイッチ４１４は、通信用送受信装置の送信側における第４アップコンバータ７０４の出力端に接続され、通信時に第４電力増幅器５０４側の信号経路に接続すると共に、校正時に校正用切り替えスイッチ４０５側の信号経路に接続するように切り替え可能となっている。受信側スイッチ４２４は、通信用送受信装置の受信側における第４ダウンコンバータ８０４の入力端に接続され、通信時に第４低雑音増幅器６０４の信号経路に接続すると共に、校正時に校正用切り替えスイッチ４０５側の信号経路に接続するように切り替え可能となっている。

通信用送受信装置の送信側における第４デジタルアナログ変換器９０４の入力端と受信側における第４アナログデジタル変換器１１４の出力端には、校正信号処理部１３が接続される。校正信号処理部１３は、適応アレーアンテナシステムの各アンテナ素子に対応する通信用送受信装置の複数の送受信部の特性（振幅、位相）のばらつきを補正するための基準となる校正用信号を発生する機能を持ち、校正用信号の信号処理により各アンテナ経路の特性のばらつきを補正する補正値である係数を求める。校正用信号及びその信号処理方法に関して、適応アレーアンテナシステムの各アンテナ素子における送受信部の位相、振幅の校正が可能なものであれば、既知のものも含めて、いずれのものでも適用可能である。校正信号処理部１３は、ベースバンド信号処理部１４に接続される。

上記構成において、通信時には、送信側スイッチ４１４は第４電力増幅器５０４側に繋がり、受信側スイッチ４２４は第４低雑音増幅器６０４側に繋がっている。また、第１〜第４スイッチ４０１−４０４は、送信時に第１〜第４電力増幅器５０１−５０４側に、受信時に第１〜第４低雑音増幅器６０１−６０４側に繋がっている。

この状態で、送信時には、ベースバンド信号処理部１４でビームフォーミングの重み付けが行われたベースバンド信号が、第１〜第４デジタルアナログ変換器９０１−９０４でアナログ信号に変換され、第１〜第４アップコンバータ７０１−７０４でＲＦ周波数の信号に変換され、第１〜第４電力増幅器５０１−５０４で増幅され、第１〜第４スイッチ４０１−４０４を介して、第１〜第４アンテナ１０１−１０４から送信される。

また、受信時には、第１〜第４アンテナ１０１−１０４で受信されたＲＦ周波数の信号は、第１〜第４スイッチ４０１−４０４を介して、第１〜第４低雑音増幅器６０１−６０４で増幅され、第１〜第４ダウンコンバータ８０１−８０４で中間周波数の信号に変換され、第１〜第４アナログデジタル変換器１１１−１１４でデジタル信号に変換され、ベースバンド信号処理部１４で重み付けされてビームフォーミングされる。

次に、校正時の動作について説明する。

最初に、図２を用いて、通信用送受信装置の受信側の各アンテナ経路（第１〜第４アナログデジタル変換器１１１−１１４、第１〜第４ダウンコンバータ８０１−８０４、第１〜第４低雑音増幅器６０１−６０４）の校正時の動作について説明する。

受信側の校正時のタイミングでは、送信側スイッチ４１４は校正用切り替えスイッチ４０５側に繋がり、受信側スイッチ４２４は第４低雑音増幅器６０４側に繋がっている。この状態で、校正信号処理部１３により校正用信号が発生され、その校正用信号が第４デジタルアナログ変換器９０４でアナログ信号に変換され、第４アップコンバータ７０４でＲＦ信号に変換される。送信側スイッチ４１４は校正用切り替えスイッチ４０５側に繋がっているため、ＲＦ変換された校正用信号は、校正用切り替えスイッチ４０５側に供給される。ここで、校正用切り替えスイッチ４０５は、送信側スイッチ４１４側に繋がっているため、供給された校正用信号は、校正用切り替えスイッチ４０５を介して、電力分配合成器３側に供給される。供給された校正用信号は、電力分配合成器３で各信号経路に分配され、分配された各信号経路を介して第１〜第４方向性結合器２０１−２０４で第１〜第４アンテナ素子１０１−１０４の各信号経路に結合する。

この時、結合した校正用信号を通信用送受信装置の受信側で受信するため、第１〜第４スイッチ４０１−４０４は第１〜第４低雑音増幅器６０１−６０４側に繋がっている。このため、校正用信号は、第１〜第４スイッチ４０１−４０４を介して、第１〜第４低雑音増幅器６０１−６０４側に供給される。供給された校正用信号は、第１〜第４低雑音増幅器６０１−６０４で増幅され、第１〜第４ダウンコンバータ８０１−８０２で中間周波数の信号に変換され、第１〜第４アナログデジタル変換器１１１−１１４を通ってデジタル信号（ベースバンド信号）に変換され、ベースバンド信号処理部１４を介して、校正信号処理部１３に入力される。これにより、入力された校正用信号は、校正信号処理部１３で信号処理され、受信側の各アンテナ経路の振幅、位相、遅延の測定が行われ、その測定結果に基づき受信側の各アンテナ経路の特性のばらつきを補正する係数が求められる。

次に、図３を用いて、通信用送受信装置の送信側の各アンテナ経路（第１〜第４デジタルアナログ変換器９０１−９０４、第１〜第４アップコンバータ７０１−７０４、第１〜第４電力増幅器５０１−５０４）の校正時の動作について説明する。

送信側の校正時のタイミングでは、送信側スイッチ４１４は第４電力増幅器５０１側に繋がり、受信側スイッチ４２４は校正用切り替えスイッチ４０５側に繋がっている。この状態で、ベースバンド信号処理部１４で校正用信号が発生され、その校正用信号が第１〜第４デジタルアナログ変換器９０１−９０４でアナログ信号に変換され、第１〜第４アップコンバータ７０１−７０４でＲＦ周波数の信号に変換される。この時、第１〜第４スイッチ４０１−４０４は第１〜第４電力増幅器５０１−５０４側に接続されている。このため、ＲＦ周波数の信号に変換された校正信号は、第１〜第４スイッチ４０１−４０４を通り、第１〜第４方向性結合器２０１−２０４で電力分配合成器３側の各信号経路にそれぞれ結合する。結合した各校正信号は、電力分配合成器３で合成され、校正用切り替えスイッチ４０５側に供給される。

この時、校正用切り替えスイッチ４０５は受信側スイッチ４２４側に繋がっており、受信側スイッチ４２４は校正用切り替えスイッチ４０５側に繋がっている。このため、電力分配合成器３で合成された校正信号は、校正用切り替えスイッチ４０５及び受信側スイッチ４２４を介して、第４ダウンコンバータ８０４で中間周波数の信号に変換され、第４アナログデジタル変換器１１４を通ってデジタル信号に変換され、校正信号処理部１３に入力される。これにより、入力された校正信号は、校正信号処理部１３で信号処理され、送信側の各アンテナ経路の振幅、位相、遅延の測定が行われ、その測定結果に基づき送信側の各アンテナ経路の特性のばらつきを補正する係数が求められる。

以上のように本実施の形態では、第４アップコンバータ７０４の出力端に送信側スイッチ４１４を設け、第４アップコンバータ７０４の出力端に受信側スイッチ４２４を設け、通信時と校正時の信号経路を切り替えることにより、通信用送受信装置と校正用送受信装置を共用している。すなわち、通信用送受信装置である第４アップコンバータ７０４、第４デジタルアナログ変換器９０４、第４ダウンコンバータ８０４、第４アナログデジタル変換器１１４を校正用送受信装置としても使用している。従って、本実施の形態では、ＴＤＤ方式の無線通信基地局装置に用いられるアレーアンテナを用いた無線通信装置及びその校正方法において、通信用送受信装置と校正用送受信装置を共用する構成としたため、必要なデバイスが少なくなり、部品点数の増加を抑制して装置の大きさを小さくすることができ、コストを下げることができる。

なお、上記実施の形態では、４つのアンテナのうち１つのアンテナに対応するアップコンバータの出力端及びダウンコンバータの入力端にそれぞれ送信側スイッチ及び受信側スイッチを設けた場合を説明しているが、本発明はこの構成に限定されるものではない。

例えば、本発明の他の実施の形態として、図４に示すように第１〜第４アップコンバータ７０１−７０４の出力端に第１〜第４送信側スイッチ４１１、４１２、４１３、４１４をそれぞれ設け、第１〜第４ダウンコンバータ８０１−８０４の入力端に第１〜第４受信側スイッチ４２１、４２２、４２３、４２４をそれぞれ設けてもよい。この場合、第４アンテナ１０４の系が故障しても、他の第１〜第３アンテナ１０１−１０３の系の通信用送受信装置を校正用送受信装置と共用することができる。

また、上記実施の形態では、アレーアンテナとして４つのアンテナ素子を用いた場合を説明しているが、複数のアンテナ素子は４つに限定されず、アレーアンテナとして機能するものであれば、いずれの構成でも適用可能である。

さらに、上記実施の形態では、通信用送受信装置の送信側（送信回路、送信装置、又は送信機）に電力増幅器、アップコンバータ、及びデジタルアナログ変換器を、またその受信側（受信回路、受信装置、又は受信機）に低雑音増幅器、ダウンコンバータ、及びアナログデジタル変換器をそれぞれ備える場合を説明しているが、本発明は必ずしもこれに限定されるものではなく、適応アレーアンテナシステムとして機能するものであれば、いずれの構成でも適用可能である。

以上、上記実施の形態を参照して本願発明を説明したが、本願発明は上記実施の形態に限定されるものではない。本願発明の構成や詳細には、本願発明の範囲内で当業者が理解し得る様々な変更をすることができる。

本発明は、アレーアンテナを用いた無線通信装置、その校正方法、及び無線通信基地局システムに利用でき、特にＴＤＤ方式の無線通信基地局で用いられる適応アレーアンテナシステムの校正装置及び校正方法の用途等に利用可能である。

本発明の実施の形態に係るアレーアンテナを用いた無線通信装置の構成を示すブロック図である。本発明の実施の形態に係るアレーアンテナを用いた無線通信装置による受信側の校正時の動作を説明するブロック図である。本発明の実施の形態に係るアレーアンテナを用いた無線通信装置による送信側の校正時の動作を説明するブロック図である。本発明の他の実施の形態に係るアレーアンテナを用いた無線通信装置の構成を示すブロック図である。関連技術のアレーアンテナを用いた無線通信装置の構成を示すブロック図である。

符号の説明

３電力分配合成器
１３校正信号処理部
１４ベースバンド信号処理部
１０１−１０４第１〜第４アンテナ
１１１−１１４第１〜第４アナログデジタル変換器
２０１−２０４第１〜第４方向性結合器
４０１−４０４第１〜第４スイッチ
４０５校正用切り替えスイッチ
４１１−４１４送信側スイッチ
４２１−４２４受信側スイッチ
５０１−５０４第１〜第４電力増幅器
６０１−６０４第１〜第４低雑音増幅器
７０１−７０４第１〜第４アップコンバータ
８０１−８０４第１〜第４ダウンコンバータ
９０１−９０４第１〜第４デジタルアナログ変換器

Claims

アレーアンテナを構成する複数のアンテナ素子と、
前記複数のアンテナ素子にそれぞれ対応して設けられ、前記複数のアンテナ素子の信号経路にそれぞれ接続される複数の通信用送受信装置と、
各前記アンテナ素子の信号経路及び各前記通信用送受信装置間にそれぞれ接続される複数の方向性結合器と、
前記複数の方向性結合器を介して前記複数のアンテナ素子の信号経路と結合する複数の信号経路を有する電力分配合成器とを有し、
各前記通信用送受信装置は、送信側として電力増幅器とアップコンバータを、受信側として低雑音増幅器とダウンコンバータを有し、前記複数の通信用送受信装置のうちの１つが校正用送受信装置として共用され、
各前記アンテナ素子と対応する各前記通信用送受信装置との間に各前記アンテナ素子を前記送信側の電力増幅器か前記受信側の低雑音増幅器かに切り替えて接続する複数の送受信切り替えスイッチが設けられ、
前記校正用送受信装置として共用される通信用送受信装置の前記アップコンバータの出力側に送信側スイッチが、前記ダウンコンバータの入力側に受信側スイッチが設けられ、前記送信側スイッチ及び受信側スイッチと前記電力分配合成器との間に校正用切り替えスイッチが設けられ、
前記通信用送受信装置の受信側の校正時に、前記送信側スイッチと前記校正用切り替えスイッチとは互いに接続されるように切り替えられ、前記受信側スイッチは前記低雑音増幅器側に、各前記送受信切り替えスイッチは各対応する前記通信用送受信装置の前記低雑音増幅器側に切り替えられ、
校正用信号を前記校正用送受信装置として共用される通信用送受信装置の前記アップコンバータ、前記送信側スイッチ、前記校正用切り替えスイッチを介して前記電力分配合成器に供給し、前記電力分配合成器で各信号経路に分配された校正用信号を各前記方向性結合器、各前記送受信切り替えスイッチ、各前記通信用送受信装置の前記低雑音増幅器、前記ダウンコンバータを介して受信し、
前記通信用送受信装置の送信側の校正時に、前記受信側スイッチと前記校正用切り替えスイッチとは互いに接続されるように切り替えられ、前記送信側スイッチは前記電力増幅器側に、各前記送受信切り替えスイッチは各対応する前記通信用送受信装置の前記電力増幅器側に切り替えられ、
校正用信号を各前記通信用送受信装置の送信側の前記アップコンバータ、前記電力増幅器、前記送受信切り替えスイッチ、各前記方向性結合器を介して前記電力分配合成器の各信号経路に供給し、前記電力分配合成器で合成された校正用信号を前記校正用切り替えスイッチ、前記校正用送受信装置として共用される通信用送受信装置の前記受信側スイッチ、前記ダウンコンバータを介して受信することを特徴とするアレーアンテナを用いた無線通信装置。
各前記通信用送受信装置に接続され、前記校正用信号を生成する機能を有するベースバンド信号処理部と、
前記ベースバンド信号処理部及び前記校正用送受信装置として共用される前記通信用送受信装置に接続され、前記校正用信号を生成する機能を有する校正信号処理部とをさらに有し、
前記通信用送受信装置の受信側の校正時に、前記校正信号処理部からの前記校正用信号を前記校正用送受信装置として共用される通信用送受信装置の前記アップコンバータ、前記送信側スイッチ、前記校正用切り替えスイッチを介して前記電力分配合成器に供給し、前記電力分配合成器で各信号経路に分配された校正用信号を各前記方向性結合器、各前記送受信切り替えスイッチ、各前記通信用送受信装置の前記低雑音増幅器、前記ダウンコンバータ、前記ベースバンド信号処理部を介して前記校正信号処理部で受信し、
前記通信用送受信装置の送信側の校正時に、前記ベースバンド信号処理部からの前記校正用信号を各前記通信用送受信装置の送信側の前記アップコンバータ、前記電力増幅器、前記送受信切り替えスイッチ、各前記方向性結合器を介して前記電力分配合成器の各信号経路に供給し、前記電力分配合成器で合成された校正用信号を前記校正用切り替えスイッチ、前記校正用送受信装置として共用される通信用送受信装置の前記受信側スイッチ、前記ダウンコンバータを介して前記校正信号処理部で受信することを特徴とする請求項１に記載のアレーアンテナを用いた無線通信装置。
前記送信側スイッチ及び前記受信側スイッチは、前記複数のアンテナ素子毎に複数設けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載のアレーアンテナを用いた無線通信装置。
アレーアンテナを構成する複数のアンテナ素子と、
前記複数のアンテナ素子にそれぞれ対応して設けられ、前記複数のアンテナ素子の信号経路にそれぞれ接続される複数の通信用送受信装置と、
各前記アンテナ素子の信号経路及び各前記通信用送受信装置間にそれぞれ接続される複数の方向性結合器と、
前記複数の方向性結合器を介して前記複数のアンテナ素子の信号経路と結合する複数の信号経路を有する電力分配合成器とを有する無線通信装置の校正方法であって、
各前記通信用送受信装置は、送信側として電力増幅器とアップコンバータを、受信側として低雑音増幅器とダウンコンバータを有し、前記複数の通信用送受信装置のうちの１つが校正用送受信装置として共用され、
各前記アンテナ素子と対応する各前記通信用送受信装置との間に各前記アンテナ素子を前記送信側の電力増幅器か前記受信側の低雑音増幅器かに切り替えて接続する複数の送受信切り替えスイッチが設けられ、
前記校正用送受信装置として共用される通信用送受信装置の前記アップコンバータの出力側に送信側スイッチが、前記ダウンコンバータの入力側に受信側スイッチが設けられ、前記送信側スイッチ及び受信側スイッチと前記電力分配合成器との間に校正用切り替えスイッチが設けられた無線通信装置の校正方法であって、
前記通信用送受信装置の受信側の校正時に、前記送信側スイッチと前記校正用切り替えスイッチとは互いに接続されるように切り替え、前記受信側スイッチは前記低雑音増幅器側に、各前記送受信切り替えスイッチは各対応する前記通信用送受信装置の前記低雑音増幅器側に切り替え、
校正用信号を前記校正用送受信装置として共用される通信用送受信装置の前記アップコンバータ、前記送信側スイッチ、前記校正用切り替えスイッチを介して前記電力分配合成器に供給し、前記電力分配合成器で各信号経路に分配された校正用信号を各前記方向性結合器、各前記送受信切り替えスイッチ、各前記通信用送受信装置の前記低雑音増幅器、前記ダウンコンバータを介して受信し、
前記通信用送受信装置の送信側の校正時に、前記受信側スイッチと前記校正用切り替えスイッチとは互いに接続されるように切り替え、前記送信側スイッチは前記電力増幅器側に、各前記送受信切り替えスイッチは各対応する前記通信用送受信装置の前記電力増幅器側に切り替え、
校正用信号を各前記通信用送受信装置の送信側の前記アップコンバータ、前記電力増幅器、前記送受信切り替えスイッチ、各前記方向性結合器を介して前記電力分配合成器の各信号経路に供給し、前記電力分配合成器で合成された校正用信号を前記校正用切り替えスイッチ、前記校正用送受信装置として共用される通信用送受信装置の前記受信側スイッチ、前記ダウンコンバータを介して受信することを特徴とするアレーアンテナを用いた無線通信装置の校正方法。
各前記通信用送受信装置に接続され、前記校正用信号を生成する機能を有するベースバンド信号処理部と、
前記ベースバンド信号処理部及び前記校正用送受信装置として共用される前記通信用送受信装置に接続され、前記校正用信号を生成する機能を有する校正信号処理部とをさらに有し、
前記通信用送受信装置の受信側の校正時に、前記校正信号処理部からの前記校正用信号を前記校正用送受信装置として共用される通信用送受信装置の前記アップコンバータ、前記送信側スイッチ、前記校正用切り替えスイッチを介して前記電力分配合成器に供給し、前記電力分配合成器で各信号経路に分配された校正用信号を各前記方向性結合器、各前記送受信切り替えスイッチ、各前記通信用送受信装置の前記低雑音増幅器、前記ダウンコンバータ、前記ベースバンド信号処理部を介して前記校正信号処理部で受信し、
前記通信用送受信装置の送信側の校正時に、前記ベースバンド信号処理部からの前記校正用信号を各前記通信用送受信装置の送信側の前記アップコンバータ、前記電力増幅器、前記送受信切り替えスイッチ、各前記方向性結合器を介して前記電力分配合成器の各信号経路に供給し、前記電力分配合成器で合成された校正用信号を前記校正用切り替えスイッチ、前記校正用送受信装置として共用される通信用送受信装置の前記受信側スイッチ、前記ダウンコンバータを介して前記校正信号処理部で受信することを特徴とする請求項４に記載のアレーアンテナを用いた無線通信装置の校正方法。
請求項１から３のいずれか１項に記載のアレーアンテナを用いた無線通信装置を備えたことを特徴とする無線通信基地局システム。