JP5186748B2

JP5186748B2 - 無線通信装置および無線通信方法

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Publication number: JP5186748B2
Application number: JP2006266178A
Authority: JP
Inventors: 正中村
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 2006-09-29
Filing date: 2006-09-29
Publication date: 2013-04-24
Anticipated expiration: 2026-09-29
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Description

本発明は無線通信装置および無線通信方法に関し、特にアダプティブアレイアンテナ（Adaptive Array Antenna）を用いて無線通信を行う無線通信装置および無線通信方法に関する。

ワイヤレスマルチメディア通信を実現する次世代移動通信システムとして、DS-CDMA（Direct Spread Code Division Multiple Access）技術を用いたディジタルセルラ無線通信システムの開発が進められている。

一般的な無線通信システムでは、加入者容量の増加またはセル半径の拡大を狙って、アダプティブアレイアンテナシステムの導入を行っている。アダプティブアレイアンテナシステムは、複数のアンテナをアレイ状に並べ、指向性を電波環境の変化に合わせて動的に変更できるようにしたシステムである。

図７はアダプティブアレイアンテナシステムの概略構成図である。図はアダプティブアレイアンテナシステムの基本的な受信動作を示すためのモデルであり、説明に必要な構成要素のみ示している。

アダプティブアレイアンテナシステム１０は、アンテナブランチ１０−１〜１０−４とデータ復調部１ｃを含む。アンテナブランチ１０−１〜１０−４はそれぞれ、アンテナ１−１〜１−４、アナログ増幅部１０ｂ−１〜１０ｂ−４、Ａ／Ｄ部１０ｃ−１〜１０ｃ−４から構成される。データ復調部１ｃは、乗算器１１−１〜１１−４、加算器１２、重み係数設定部１ｃ−１から構成される。

アンテナ１−１〜１−４は、無線信号を受け、アナログ増幅部１０ｂ−１〜１０ｂ−４は受信信号を増幅し、Ａ／Ｄ部１０ｃ−１〜１０ｃ−４は、アナログ増幅信号をディジタル信号ｄ１〜ｄ４に変換する（ブランチ内の周波数変換部などの構成要素は省略している）。

重み係数設定部１ｃ−１は、設定情報Ａにもとづき、重み係数を決定し、乗算器１１−１〜１１−４は、Ａ／Ｄ部１０ｃ−１〜１０ｃ−４からの出力信号ｄ１〜ｄ４に対し、重み係数設定部１ｃ−１から設定された重み係数Ｗ１〜Ｗ４を乗算する。加算器１２は、重み付けされた４つの信号を合成して出力する。

ここで、アンテナ１−１〜１−４は、到来角φで無線信号を受信した場合、アンテナ１−１を基準にして位相面を設定すると、アンテナ１−２〜１−４のそれぞれには行路差による位相差λ、２λ、３λが生じていることになる（互いのアンテナ間の位相差はλである）。

重み係数設定部１ｃ−１は、アンテナ１−２につながる乗算器１１−２に対しては、λの位相を回転させるための重み係数Ｗ２を生成して乗算器１１−２へ送信し、乗算器１１−２は、重み係数Ｗ２と信号ｄ２とを乗算して位相差λを補正する。また、アンテナ１−３につながる乗算器１１−３に対しては、２λの位相を回転させるための重み係数Ｗ３を生成して乗算器１１−３へ送信し、乗算器１１−３は、重み係数Ｗ３と信号ｄ３とを乗算して位相差２λを補正する。さらに、アンテナ１−４につながる乗算器１１−４に対しては、３λの位相を回転させるための重み係数Ｗ４を生成して乗算器１１−４へ送信し、乗算器１１−４は、重み係数Ｗ４と信号ｄ４とを乗算して位相差３λを補正する。

このような、重み付け演算を行うことで、アンテナ１−１〜１−４における、互いのアンテナ間に生じていた位相差λはすべてキャンセルされて、乗算器１１−１〜１１−４からは同一位相の信号が出力され、加算器１２では、同一位相の信号の同相加算を行うことになるので、高利得の受信を行うことが可能になる。

一方、アンテナ１−１〜１−４で受信された後の信号は、アナログ増幅やＡ／Ｄ変換などの処理が施されるが、これらの機能を構成する非線形回路素子は、個々に特性が異なり、また温度変化の環境条件や経年変化などによっても特性が変動する。このため、アンテナブランチ１０−１〜１０−４の位相特性（位相回転）は厳密には揃わず、アンテナブランチ１０−１〜１０−４毎に位相特性にばらつきが生じることになる。

したがって、アンテナブランチ１０−１〜１０−４のそれぞれに対して、固有の位相ずれが含まれることになるため、それらの位相ずれを除去しておかなければ、上記のような、位相差を正確にキャンセルした同相加算を行うといったことができなくなる。

このため、無線機内部のアンテナブランチ毎に存在する位相特性のばらつきを検出し、そのばらつきを除去するキャリブレーション（Calibration）の制御を行うことが必要であり、このような制御を行う回路はキャリブレータ（Calibrator）と呼ばれている。キャリブレータによって、各アンテナブランチの位相ずれを補正することで、データ復調部１ｃで行われる、アンテナ出力に重み付けを行うための重み付け演算を精度よく実現することが可能になる。

従来のアダプティブアレイアンテナ技術として、ビーム形成を行ってビーム毎に遅延プロファイルを生成し、遅延プロファイルをもとにパス検出を行うことで、アンテナ素子数が増えた場合でも回路規模の増大を抑える技術が提案されている（例えば、特許文献１）。
特開２００３−２８３４０４号公報（段落番号〔００２２〕〜〔００２９〕，第１図）

アダプティブアレイアンテナシステムでは、アレイアンテナのビーム指向性を適応的に形成制御するビームフォーミングを実施して、希望局方向に狭いビームを向けて送受信を行う。

アダプティブアレイアンテナを備えた基地局では、基地局から端末機方向へ信号を送信する際のDL（Down Link）のビームフォーミングを行う場合、UL（Up Link）の上り信号から推定した、端末機からの送信信号の到来方向（DoA：Direction of Arrival）に、ビームの指向性が最大となるように制御を行う。DLのビームフォーミング時に、このような到来方向（到来角）を推定する制御を行う回路は、アダプティブアレイサーチャ（Adaptive array searcher）と呼ばれている。

上記のように、アダプティブアレイアンテナシステムでは、キャリブレータとアダプティブアレイサーチャの機能を有するが、従来システムでは、キャリブレータ回路とアダプティブアレイサーチャ回路には共通に使用できる機能ブロックが存在するにもかかわらず、別個に実装して同等の機能を有する回路部分を同時に作動させており、回路規模及び消費電力が増大するといった問題があった。

本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、キャリブレータとアダプティブアレイサーチャに共通に使用可能な機能ブロックを共用化させて回路規模及び消費電力の削減を図った無線通信装置および無線通信方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、無線通信装置が提供される。無線通信装置は、アレイ状に配置された複数のアンテナと、前記アンテナ間の位相差を検出し、受信電波の到来方向を推定するアダプティブアレイサーチャと、を有し、前記アダプティブアレイサーチャは、マッチドフィルタを含み、前記マッチドフィルタは、前記アンテナ間で発生する位相差を補正するキャリブレーションの実行時には、補正の基準となるリファレンス信号に対し、前記アンテナを流れてきたリファレンス信号と、既知のリファレンス信号パターンとの同期補足を行って、リファレンス信号の復調処理を行い、到来方向推定処理のデータ復調時には、既知のデータパターンとユーザデータの相関を取り、前記ユーザデータの遅延プロファイルの瞬時値を計算して、前記ユーザデータの復調処理を行う。

回路規模及び消費電力の削減を図ることが可能になる。

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は無線通信装置の原理図である。無線通信装置１は、アレイ状に配置された複数のアンテナ１−１〜１−ｎ、アダプティブアレイサーチャ１ａ、データ復調部１ｃから構成される。

アダプティブアレイサーチャ１ａは、アンテナ１−１〜１−ｎ間の位相差を検出し、受信電波の到来方向を推定する。データ復調部１ｃは、重み係数設定部１ｃ−１を含み、重み係数設定部１ｃ−１により、アンテナ１−１〜１−ｎの出力に重み付けを行うための重み係数を設定し、アンテナ１−１〜１−ｎで受信された受信データ（ユーザデータ）の復調処理を行う。

また、アダプティブアレイサーチャ１ａは、装置内部のアンテナ系列（上述のアンテナブランチと同じ意味）毎に発生する位相差を補正するキャリブレーションを行うキャリブレータ１ｂと共通に使用可能な一部の回路を共用化して、キャリブレーション機能を組み込んだ構成を有する（詳細回路構成は図４で後述する）。

次にキャリブレータ単体の回路構成及び動作について説明する。図２はキャリブレータと周辺の回路構成を示す図である。キャリブレータ３は、受信部２３−１〜２３−４を介してリファレンス信号結合部２０と接続する。リファレンス信号結合部２０は、リファレンス信号分配部（Power Divider）２１、方向性結合器（Directional Coupler）２２−１〜２２−４から構成される。

キャリブレータ３は、リファレンス信号発生部３１、乗算器３２−１〜３２−４、マッチドフィルタ（Matched Filter）３３ａ〜３３ｄ、合成部３４、乗算器３５ａ〜３５ｃ、キャリブレーションタイミング計算部３６、同期タイミング確定部３７、バッファ３８、平均化処理部３９から構成される。

リファレンス信号発生部３１は、キャリブレーションを行うための基準となるリファレンス信号を出力する。なお、リファレンス信号には拡散信号（ＰＮ（Pseudo Noise）符号）が用いられる。リファレンス信号分配部２１は、受信したリファレンス信号を４本のリファレンス信号に電力分配して方向性結合器２２−１〜２２−４へ送信する。

方向性結合器２２−１は、アンテナ１−１が接続するラインＬ１にリファレンス信号を乗せてリファレンス信号を受信部２３−１へ出力する。同様に、方向性結合器２２−２〜２２−４は、アンテナ１−２〜１−４が接続するラインＬ２〜Ｌ４にリファレンス信号をそれぞれ乗せて、リファレンス信号を受信部２３−２〜２３−４へ出力する。

なお、方向性結合器２２−１〜２２−４に入力するリファレンス信号は拡散信号であるので、アンテナ１−１〜１−４で受信される無線信号に対しては、非常に小さな雑音としか見えない。したがって、アンテナ１−１〜１−４からの無線信号は、方向性結合器２２−１〜２２−４によって、リファレンス信号と結合しても後段の処理には影響を与えないため、運用中においてキャリブレーションを行うことができる。

受信部２３−１〜２３−４は、リファレンス信号を受信して乗算器３２−１〜３２−４へ送信する。なお、乗算器３２−１〜３２−４からの出力信号は２分岐されて、一方は図３に示すアダプティブアレイサーチャ側へ、他方はマッチドフィルタ３３ａ〜３３ｄへ送信される。

マッチドフィルタ３３ａ〜３３ｄは、同期タイミング確定部３７から出力されるキャリブレーションタイミング信号ｔｃにもとづき、既知のリファレンス信号パターンと各アンテナ系列を流れてきたリファレンス信号との同期補足を行って復調し、復調信号（リファレンス信号の遅延プロファイル）ａ１〜ａ４を出力する。合成部３４は、復調信号ａ１〜ａ４を合成して合成信号を出力する。

キャリブレーションタイミング計算部３６は、合成信号を受信すると、合成信号の一定区間の中で最も大きな電力（ピーク）があるタイミング（リファレンス信号の逆拡散タイミングに該当）を算出する。同期タイミング確定部３７は、キャリブレーションタイミング計算部３６で算出されたタイミングを受信すると、リファレンス信号の遅延プロファイルの中で最も大きなピークを持つタイミングのリファレンス信号を確定するためのキャリブレーションタイミング信号ｔｃを生成し、マッチドフィルタ３３ａ〜３３ｄへ送信してリファレンス信号のシンボル同期をとる。

乗算器３５ａは、復調信号ａ１、ａ２を乗算して、アンテナ１−１系列の位相特性とアンテナ１−２系列の位相特性との位相差を表す乗算信号ｍ２を生成してバッファ３８へ送信する。乗算器３５ｂは、復調信号ａ２、ａ３を乗算して、アンテナ１−２系列の位相特性とアンテナ１−３系列の位相特性との位相差を表す乗算信号ｍ３を生成してバッファ３８へ送信する。乗算器３５ｃは、復調信号ａ３、ａ４を乗算して、アンテナ１−３系列の位相特性とアンテナ１−４系列の位相特性との位相差を表す乗算信号ｍ４を生成してバッファ３８へ送信する。

平均化処理部３９は、バッファ３８を介して送信された乗算信号ｍ２〜ｍ４を平均化して、キャリブレーション用の重み係数ｗｃ２〜ｗｃ４を生成する。そして、重み係数ｗｃ２を乗算器３２−２へ送信し、重み係数ｗｃ３を乗算器３２−３へ送信し、重み係数ｗｃ４を乗算器３２−４へ送信する。

乗算器３２−２は、ユーザデータに重み係数ｗｃ２を乗算して、アンテナ１−２系列にある回路素子で生じる位相差の補正を行う。乗算器３２−３は、ユーザデータに重み係数ｗｃ３を乗算して、アンテナ１−３系列にある回路素子で生じる位相差の補正を行う。乗算器３２−４は、受信信号に重み係数ｗｃ４を乗算して、アンテナ１−４系列にある回路素子で生じる位相差の補正を行う。

なお、ここではアンテナ１−１系列の位相を基準にして、アンテナ１−１の位相に対して、アンテナ１−２〜１−４の位相を合わせて、アンテナ系列間の位相差を除去したので、乗算器３２−１に対する位相差補正のための重み係数ｗｃ１は与えない（アンテナ１−１には位相回転を与えない）。

次にアダプティブアレイサーチャ単体の回路構成および動作について説明する。図３はアダプティブアレイサーチャの回路構成を示す図である。アダプティブアレイサーチャ４は、マッチドフィルタ４−１〜４−４、タイミング計算制御部４０、DoA（Direction of Arrival：到来方向）計算部５０、復調インタフェース部６０から構成される。

タイミング計算制御部４０は、バッファ４１、乗算器４２−１〜４２−４、同相合成部４３、タイミング計算部４４から構成される。DoA計算部５０は、乗算器５１ａ〜５１ｃ、同相合成部５２、DoA情報生成部５３、DoAプロファイルメモリ５４、DoA／重み係数変換部５５、DoA情報選択部５６から構成される。

なお、アダプティブアレイサーチャ４は、前段のキャリブレータ３によって装置内部の各アンテナ系列の位相差がキャンセルされた後のユーザデータを受信するので、実際にアンテナ間で生じている位相差だけを認識してDoAの推定処理を行うことになる。したがって、DoAを推定するには、アンテナ間の位相差を検出すればよい（例えば、図７において、アンテナ間の位相差λを検出することは、到来方向（到来角φ）を推定することと同じことである）。

マッチドフィルタ４−１〜４−４は、既知のデータパターンと、受信したユーザデータとの相関を取ることにより、ユーザデータの遅延プロファイルの瞬時値を計算し、ユーザデータを復調して復調信号ｂ１〜ｂ４を生成する。復調信号ｂ１〜ｂ４は２分岐されて、一方はタイミング計算制御部４０内のバッファ４１へ、他方はDoA計算部５０内の乗算器５１ａ〜５１ｃへ送信される。

乗算器５１ａは復調信号ｂ１、ｂ２を乗算し、アンテナ１−１とアンテナ１−２との間の位相差λ１を出力する。乗算器５１ｂは復調信号ｂ２、ｂ３を乗算し、アンテナ１−２とアンテナ１−３との間の位相差λ２を出力する。乗算器５１ｃは復調信号ｂ３、ｂ４を乗算し、アンテナ１−３とアンテナ１−４との間の位相差λ３を出力する。

同相合成部５２は、位相差λ１〜λ３を同相合成して１つの位相差信号を出力する。なお、互いの隣接アンテナ間に生じている位相差λ１〜λ３は理想的には３つとも同じ値λであるが、実際には雑音の影響などにより値が異なって誤差が生じるので、同相合成部５２によって１つの位相差信号を得るように合成している。

DoA情報生成部５３は、１シンボル区間に得られるｎ個の位相差信号（λ₁〜λ_n）を平均化して、１シンボルの受信データに対するDoA情報を生成する。DoAプロファイルメモリ５４は、DoA情報を格納する。DoA／重み係数変換部５５は、DoA情報を重み係数に変換処理する。

バッファ４１は、マッチドフィルタ４−１〜４−４で復調された復調信号ｂ１〜ｂ４を格納する。なお、バッファ４１から復調信号ｂ１〜ｂ４が出力する場合、復調信号ｂ１〜ｂ４に対応するDoA情報が作成されて、DoAプロファイルメモリ５４に格納された後に、復調信号ｂ１〜ｂ４はバッファ４１から読み出される。乗算器４２−１〜４２−４は、バッファ４１から出力された信号と、DoA／重み係数変換部５５から送信された重み係数とをそれぞれ乗算して乗算信号を出力する。同相合成部４３は、乗算信号の同相合成を行い、タイミング計算部４４は、同相合成された信号から最もピークの高いタイミング（ユーザデータの逆拡散タイミングに該当）を検出し、ユーザデータタイミング信号ｔｄを復調インタフェース部６０とDoA情報選択部５６へ送信する。

DoA情報選択部５６は、DoAプロファイルメモリ５４から送信されたDoA情報の中からユーザデータタイミング信号ｔｄのタイミングに一致するDoA情報を選択し、選択DoA情報Ｄ１を復調インタフェース部６０へ送信する。復調インタフェース部６０は、ユーザデータタイミング信号ｔｄと、選択DoA情報Ｄ１（具体的にはアンテナ間位相差λを示す情報である）とを受信すると、後段に位置する図１に示したデータ復調部１ｃへ通知する。なお、データ復調部１ｃでは、ユーザデータタイミング信号ｔｄはユーザデータの逆拡散タイミングなので、このタイミングで受信したユーザデータの復調が可能であり、また、重み係数設定部１ｃ−１において選択DoA情報Ｄ１（λ）により重み係数を算出できる。

次に図３に示したアダプティブアレイサーチャ４に対して、図２に示したキャリブレータ３を組み込んだ本発明の無線通信装置１の回路構成及び動作について説明する。図４は無線通信装置１の回路構成を示す図である。

無線通信装置１は、アンテナ１−１〜１−４、リファレンス信号結合部２０、受信部２３−１〜２３−４、アダプティブアレイサーチャ１ａ、データ復調部１ｃを有する。アダプティブアレイサーチャ１ａは、リファレンス信号発生部３１、マッチドフィルタｃ０−１〜ｃ０−４、乗算器３２−１〜３２−４、タイミング計算制御部４０、DoA計算部５０、復調インタフェース部６０、セレクタ７０、同期制御部７１、キャリブレーション制御部１ｂ−１から構成される。

タイミング計算制御部４０は、バッファ４１、乗算器４２−１〜４２−４、同相合成部ｃ２、タイミング計算部ｃ３から構成される。DoA計算部５０は、乗算器ｃ１−１〜ｃ１−３、同相合成部５２、DoA情報生成部５３、DoAプロファイルメモリ５４、DoA／重み係数変換部５５、DoA情報選択部５６から構成される。キャリブレーション制御部１ｂ−１は、キャリブレーション重み情報生成部３ａ、バッファ３８、平均化処理部３９から構成される。

なお、図２で示したキャリブレータ３と、図３で示したアダプティブアレイサーチャ４とで共用化する主な回路ブロックは、マッチドフィルタｃ０−１〜ｃ０−４、乗算器ｃ１−１〜ｃ１−３（乗算器ｃ１−１〜ｃ１−３は位相差検出部に該当）、同相合成部ｃ２、タイミング計算部ｃ３である。

次に無線通信装置１のキャリブレーション動作について説明する。リファレンス信号発生部３１は、キャリブレーションを行うための基準となるリファレンス信号（拡散信号である）を出力する。リファレンス信号結合部２０は、受信したリファレンス信号を、アンテナ１−１〜１−４に対応して、４本のリファレンス信号に電力分配し、内部の方向性結合器によって、ラインＬ１〜Ｌ４にリファレンス信号をそれぞれ結合させる。

受信部２３−１〜２３−４は、リファレンス信号を受信してマッチドフィルタｃ０−１〜ｃ０−４へ送信する。マッチドフィルタｃ０−１〜ｃ０−４は、既知のリファレンス信号パターンと各アンテナ系列を流れてきたリファレンス信号との同期補足を行って復調し、リファレンス信号の復調信号（リファレンス信号の遅延プロファイルであり、以下、リファレンス復調信号とも呼ぶ）を生成し、乗算器３２−１〜３２−４へ送信する。乗算器３２−１〜３２−４からの出力信号は、２分岐されて、一方はタイミング計算制御部４０のバッファ４１へ、他方はDoA計算部５０内の乗算器ｃ１−１〜ｃ１−３へ送信される。

乗算器３２−１〜３２−４からの出力信号は、バッファ４１、乗算器４２−１〜４２−４を介して送信され、同相合成部ｃ２で受信される。同相合成部ｃ２は、リファレンス復調信号を合成して合成信号を出力する。

タイミング計算部ｃ３は、合成信号を受信すると、合成信号の一定区間の中で最も大きな電力（ピーク）があるタイミング（リファレンス信号の逆拡散タイミングに該当）を算出し、そのリファレンスタイミング信号ｔｃをキャリブレーション重み情報生成部３ａへ送信する。

一方、乗算器ｃ１−１は、乗算器３２−１、３２−２から出力されたリファレンス復調信号を乗算して、アンテナ１−１系列の位相特性とアンテナ１−２系列の位相特性との位相差を表す乗算信号を生成してバッファ３８へ送信する。乗算器ｃ１−２は、乗算器３２−２、３２−３から出力されたリファレンス復調信号を乗算して、アンテナ１−２系列の位相特性とアンテナ１−３系列の位相特性との位相差を表す乗算信号を生成してバッファ３８へ送信する。乗算器ｃ１−３は、乗算器３２−３、３２−４から出力されたリファレンス復調信号を乗算して、アンテナ１−３系列の位相特性とアンテナ１−４系列の位相特性との位相差を表す乗算信号を生成してバッファ３８へ送信する。

キャリブレーション重み情報生成部３ａは、タイミング計算部ｃ３から出力されるリファレンスタイミング信号ｔｃにもとづき、受信した乗算信号から、キャリブレーション用の重み係数の情報であるキャリブレーション重み情報（キャリブレーション用重み係数Ｗｃ）を生成して、DoA情報選択部５６へ送信する。また、リファレンスタイミング信号ｔｃにもとづいて、バッファ３８から出力された乗算信号を平均化処理部３９へ送信する。

平均化処理部３９は、キャリブレーション重み情報生成部３ａを介して、リファレンスタイミング信号ｔｃで送信された乗算信号を受信すると、これらを平均化してキャリブレーション用の重み係数ｗｃ２〜ｗｃ４を生成する。そして、重み係数ｗｃ２を乗算器３２−２へ送信し、重み係数ｗｃ３を乗算器３２−３へ送信し、重み係数ｗｃ４を乗算器３２−４へ送信する。

乗算器３２−２は、ユーザデータに重み係数ｗｃ２を乗算して、アンテナ１−２系列にある回路素子で生じる位相差の補正を行う。乗算器３２−３は、ユーザデータに重み係数ｗｃ３を乗算して、アンテナ１−３系列にある回路素子で生じる位相差の補正を行う。乗算器３２−４は、ユーザデータに重み係数ｗｃ４を乗算して、アンテナ１−４系列にある回路素子で生じる位相差の補正を行う。

なお、ここではアンテナ１−１系列の位相を基準にして、アンテナ１−１のアンテナ系列の位相にアンテナ１−２〜１−４のアンテナ系列の位相を合わせて、アンテナ系列間の位相差を除去したので、乗算器３２−１に対する位相差補正のための重み係数は与えない。

次に無線通信装置１のDoA推定処理動作について説明する。受信部２３−１〜２３−４は、アンテナ１−１〜１−４で受信された無線信号に対しては、増幅処理、ダウンコンバートなどの処理を行ってユーザデータとして、マッチドフィルタｃ０−１〜ｃ０−４へ送信する。

マッチドフィルタｃ０−１〜ｃ０−４は、既知のデータパターンとユーザデータの相関を取ることにより、ユーザデータの遅延プロファイルの瞬時値を計算し、ユーザデータを復調して復調信号（ユーザ復調信号）を生成する。ユーザ復調信号は、乗算器３２−１〜３２−４を介して送信され、乗算器３２−１〜３２−４の出力段で２分岐され、一方はタイミング計算制御部４０内のバッファ４１へ、他方はDoA計算部５０内の乗算器ｃ１−１〜ｃ１−３へ送信される。

乗算器ｃ１−１は、乗算器３２−１、３２−２から出力されたユーザ復調信号を乗算し、アンテナ１−１とアンテナ１−２との間の位相差λ１を出力する。乗算器ｃ１−２は、乗算器３２−２、３２−３から出力されたユーザ復調信号を乗算し、アンテナ１−２とアンテナ１−３との間の位相差λ２を出力する。乗算器ｃ１−３は、乗算器３２−３、３２−４から出力されたユーザ復調信号を乗算し、アンテナ１−３とアンテナ１−４との間の位相差λ３を出力する。

同相合成部５２は、位相差λ１〜λ３を同相合成して１つの位相差信号を出力する。なお、位相差λ１〜λ３は理想的には３つとも同じ値λであるが、実際には雑音の影響などにより値が異なって誤差が生じるので、同相合成部５２によって１つの位相差信号を得るように合成している。

DoA情報生成部５３は、１シンボル区間に得られる位相差信号を平均化して、１シンボル区間の受信データに対する複数のDoA情報を生成する。DoAプロファイルメモリ５４は、DoA情報を格納する。DoA／重み係数変換部５５は、DoA情報を重み係数に変換処理する。

バッファ４１は、マッチドフィルタｃ０−１〜ｃ０−４で復調されたユーザ復調信号を格納する。なお、バッファ４１からユーザ復調信号が出力する場合、ユーザ復調信号に対応するDoA情報が作成されて、DoAプロファイルメモリ５４に、そのDoA情報が格納された後に、ユーザ復調信号はバッファ４１から読み出される。

同期制御部（キャリブレータ３の同期タイミング確定部３７の回路を使用可）７１は、上位から送信される図示しない外部信号にもとづき、キャリブレーション動作とDoA推定処理とを切り替えるための同期タイミング信号ｔ１を生成してセレクタ７０へ送信する。セレクタ７０は、同期制御部７１から出力される同期タイミング信号ｔ１を受信すると、DoA／重み係数変換部５５から送信された重み係数を乗算器４２−１〜４２−４へ送信する。

乗算器４２−１〜４２−４は、バッファ４１から出力された信号と、セレクタ７０を介して、DoA／重み係数変換部５５から送信された重み係数とをそれぞれ乗算して乗算信号を出力する。同相合成部ｃ２は、乗算信号の同相合成を行い、タイミング計算部ｃ３は、同相合成された信号から最もピークの高いタイミング（ユーザデータの逆拡散タイミングに該当）を検出し、検出したタイミングをユーザデータタイミング信号ｔｄとして、復調インタフェース部６０とDoA情報選択部５６へ送信する。

DoA情報選択部５６は、DoAプロファイルメモリ５４から送信されたDoA情報の中からユーザデータタイミング信号ｔｄのタイミングに一致するDoA情報を選択し、選択DoA情報Ｄ１として復調インタフェース部６０へ送信する。復調インタフェース部６０は、ユーザデータタイミング信号ｔｄと、選択DoA情報（具体的にはアンテナ間位相差λを示す情報である）Ｄ１とを受信すると、設定情報Ａ（設定情報Ａの内容は、図５、図６で後述）を生成して、データ復調部１ｃへ通知する。なお、データ復調部１ｃでは、ユーザデータタイミング信号ｔｄはユーザデータの逆拡散タイミングなので、このタイミングで受信ユーザデータの復調が可能であり、また、重み係数設定部１ｃ−１において選択DoA情報Ｄ１（λ）により重み係数を算出できる。

なお、図には示していないが、データ復調部１ｃは、受信部２３−１〜２３−４から出力されるユーザデータ（図７の信号ｄ１〜ｄ４に該当）を受信する。そして、データ復調部１ｃ内の重み係数設定部１ｃ−１は、設定情報Ａにもとづき、アンテナ出力であるユーザデータに対して重み付け演算を行う。

次にDoA情報選択部５６の構成について説明する。図５はDoA情報選択部の構成を示す図である。DoA情報選択部５６−１は、内部セレクタ５６ａを有する。内部セレクタ５６ａは、タイミング計算部ｃ３から出力されたユーザデータタイミング信号（ユーザデータの逆拡散タイミング情報）ｔｄと、DoAプロファイルメモリ５４から出力されたDoA情報とを受信し、ユーザデータタイミング信号ｔｄにタイミングが一致するDoA情報を、選択DoA情報Ｄ１として復調インタフェース部６０へ送信する。また、キャリブレーション重み情報生成部３ａから出力されたキャリブレーション用の重み係数Ｗｃを受信して、スルーで復調インタフェース部６０へ送信する。

データ復調部１ｃ内の重み係数設定部１ｃ−１は、復調インタフェース部６０を介して送信された、設定情報Ａ（選択DoA情報Ｄ１＋キャリブレーション用の重み係数Ｗｃ）を受信すると、図７に示すように、アンテナ１−１〜１−４間の位相差を補正する重み係数Ｗ１〜Ｗ４を算出し、乗算器１１−１〜１１−４へ重み係数Ｗ１〜Ｗ４を送信して、アンテナ間の位相差補正を行う。

図６はDoA情報選択部の構成を示す図である。DoA情報選択部５６−２は、内部セレクタ５６ａと乗算器５６ｂを有する。内部セレクタ５６ａは、タイミング計算部ｃ３から出力されたユーザデータタイミング信号（ユーザデータの逆拡散タイミング情報）ｔｄと、DoAプロファイルメモリ５４から出力されたDoA情報とを受信し、ユーザデータタイミング信号にタイミングが一致するDoA情報を、選択DoA情報Ｄ１として出力する。

乗算器５６ｂは、選択DoA情報Ｄ１と、キャリブレーション重み情報生成部３ａから出力されたキャリブレーション用の重み係数Ｗｃとを乗算して、キャリブレーション後のアンテナ間位相差を補正する重み係数Ｗ１〜Ｗ４を生成して、復調インタフェース部６０へ送信する。

データ復調部１ｃ内の重み係数設定部１ｃ−１は、復調インタフェース部６０を介して送信された、設定情報Ａである重み係数Ｗ１〜Ｗ４を受信すると、図７に示すように、乗算器１１−１〜１１−４へ、その重み係数Ｗ１〜Ｗ４を送信して、アンテナ１−１〜１−４間の位相差補正を行う。このように、アダプティブアレイサーチャ１ａ側で、アンテナ１−１〜１−４間の位相差補正を行うための重み係数計算もすべて行って、計算結果のみをデータ復調部１ｃへ送信する構成にしてもよい。

（付記１）アダプティブアレイアンテナを用いて無線通信を行う無線通信装置において、
アレイ状に配置された複数のアンテナと、
前記アンテナ間の位相差を検出し、受信電波の到来方向を推定するアダプティブアレイサーチャと、
を有し、
前記アダプティブアレイサーチャは、装置内部のアンテナ系列毎に発生する位相差を補正するキャリブレーションを行うキャリブレータの一部の回路を共用化したことを特徴とする無線通信装置。

（付記２）前記アダプティブアレイサーチャは、マッチドフィルタを含み、前記マッチドフィルタは、前記到来方向の推定処理に必要な、受信信号の復調処理と、前記キャリブレーションに必要な、基準信号の復調処理とを、共用化して行うことを特徴とする付記１記載の無線通信装置。

（付記３）前記アダプティブアレイサーチャは、位相差検出部を含み、前記位相差検出部は、前記到来方向の推定処理に必要な、前記アンテナ間の位相差検出処理と、前記キャリブレーションに必要な、基準信号の位相差検出処理とを、共用化して行うことを特徴とする付記１記載の無線通信装置。

（付記４）前記アダプティブアレイサーチャは、同相合成部及びタイミング計算部を含み、前記到来方向の推定処理に必要な、マッチドフィルタで復調された受信信号の同相合成処理及び同相合成された信号から前記ユーザデータの逆拡散タイミングを算出する処理と、前記キャリブレーションに必要な、前記マッチドフィルタで復調された基準信号の同相合成処理及び同相合成された信号から前記基準信号の逆拡散タイミングを算出する処理とを、共用化して行うことを特徴とする付記１記載の無線通信装置。

（付記５）前記アンテナの出力に重み付けを行うための重み係数を設定する重み係数設定部を有し、前記アダプティブアレイサーチャは、受信信号の逆拡散タイミングに同期する到来方向情報を生成し、前記到来方向情報と、前記キャリブレーションによって取得した装置内部のアンテナ系列毎に発生する位相差補正量とから、前記重み係数を算出して前記重み係数設定部へ送信することを特徴とする付記１記載の無線通信装置。

（付記６）アンテナ間の位相差を検出し、受信電波の到来方向を推定するアダプティブアレイサーチャにおいて、
受信したユーザデータの復調処理と、装置内部のアンテナ系列毎に発生する位相差を補正するキャリブレーションに必要な、補正の基準となるリファレンス信号の復調処理とを行うマッチドフィルタと、
前記アンテナ間の位相差検出処理と、前記リファレンス信号の位相差検出処理とを行う位相差検出部と、
を有することを特徴とするアダプティブアレイサーチャ。

無線通信装置の原理図である。キャリブレータと周辺の回路構成を示す図である。アダプティブアレイサーチャの回路構成を示す図である。無線装置の回路構成を示す図である。 DoA情報選択部の構成を示す図である。 DoA情報選択部の構成を示す図である。アダプティブアレイアンテナシステムの概略構成図である。

符号の説明

１無線通信装置
１−１〜１−ｎアンテナ
１ａアダプティブアレイサーチャ
１ｂキャリブレータ
１ｃデータ復調部
１ｃ−１重み係数設定部

Claims

アレイ状に配置された複数のアンテナと、
前記アンテナ間の位相差を検出し、受信電波の到来方向を推定するアダプティブアレイサーチャと、
を有し、
前記アダプティブアレイサーチャは、マッチドフィルタを含み、
前記マッチドフィルタは、
前記アンテナ間で発生する位相差を補正するキャリブレーションの実行時には、補正の基準となるリファレンス信号に対し、前記アンテナを流れてきたリファレンス信号と、既知のリファレンス信号パターンとの同期補足を行って、リファレンス信号の復調処理を行い、
到来方向推定処理のデータ復調時には、既知のデータパターンとユーザデータの相関を取り、前記ユーザデータの遅延プロファイルの瞬時値を計算して、前記ユーザデータの復調処理を行う、
ことを特徴とする無線通信装置。
前記アダプティブアレイサーチャは、前記到来方向の推定に必要な、前記アンテナ間の位相差検出処理を行う位相差検出部を含み、前記位相差検出部が、前記キャリブレーションに必要な、基準信号の位相差検出処理を行うことを特徴とする請求項１記載の無線通信装置。
前記アダプティブアレイサーチャは、前記到来方向の推定に必要な、復調された受信信号の同相合成処理および同相合成された信号からユーザデータの逆拡散タイミングを算出する処理を行う同相合成部およびタイミング計算部を含み、前記同相合成部および前記タイミング計算部が、前記キャリブレーションに必要な、復調された基準信号の同相合成処理および同相合成された信号から前記基準信号の逆拡散タイミングを算出する処理を行うことを特徴とする請求項１記載の無線通信装置。
前記アンテナの出力に重み付けを行うための重み係数を設定する重み係数設定部を有し、前記アダプティブアレイサーチャは、受信信号の逆拡散タイミングに同期する到来方向情報を生成し、前記到来方向情報と、前記キャリブレーションによって取得した装置内部のアンテナ系列毎に発生する位相差補正量とから、前記重み係数を算出して前記重み係数設定部へ送信することを特徴とする請求項１記載の無線通信装置。
無線通信方法において、
アレイ状に配置された複数のアンテナと、前記アンテナ間の位相差を検出し、受信電波の到来方向を推定するアダプティブアレイサーチャとに対して、
前記アダプティブアレイサーチャは、マッチドフィルタを含み、
前記マッチドフィルタは、
前記アンテナ間で発生する位相差を補正するキャリブレーションの実行時には、補正の基準となるリファレンス信号に対し、前記アンテナを流れてきたリファレンス信号と、既知のリファレンス信号パターンとの同期補足を行って、リファレンス信号の復調処理を行い、
到来方向推定処理のデータ復調時には、既知のデータパターンとユーザデータの相関を取り、前記ユーザデータの遅延プロファイルの瞬時値を計算して、前記ユーザデータの復調処理を行う、
ことを特徴とする無線通信方法。