JP6432455B2 - アレーアンテナシステム - Google Patents

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Description

本発明は、無線通信システムの基地局装置等に用いられるアレーアンテナシステムに関する。
携帯電話等の無線通信システムの基地局装置には、指向性の調整が可能なアレーアンテナが用いられることがある(例えば、特許文献1参照)。
アレーアンテナは、複数のアンテナ素子と、これら複数のアンテナ素子それぞれに対応して設けられた複数の移相器とを備えている。
アレーアンテナは、外部から与えられる無線周波数のアナログの送信信号を複数のアンテナ素子それぞれに対応して分配し、各送信信号を複数のアンテナ素子を通じて空間に放射する。複数の移相器は、複数の送信信号それぞれの相対的な位相の関係を調整することで、複数のアンテナ素子から放射されたときの送信信号の指向性を調整する。
特開2013−207522号公報
上記従来のアレーアンテナにおいて、各アンテナ素子それぞれには信号ケーブルが接続されており、アナログの送信信号は信号ケーブルを通じて各アンテナ素子に与えられる。
このため、各アンテナ素子に接続される信号ケーブル同士の長さの違いや接続態様等の相違によって複数の送信信号間で遅延誤差が生じる。
ここで、移相器によって上記遅延誤差を含めた位相の調整を行い、上記遅延誤差を解消することが考えられるが、移相器自身が遅延誤差を生じさせる要因となりうるため、精度よく位相調整することが困難な場合がある。
このように、上記従来のアレーアンテナでは、アナログの送信信号を取り扱うことから時間軸上で連続的に処理する必要があり、遅延誤差が生じると当該遅延誤差を吸収することが難しく、複数の送信信号それぞれの相対的な位相の関係を精度よく調整することを困難なものとしていた。
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、各アンテナから送信される送信信号それぞれの相対的な位相の関係を精度よく調整することができるアレーアンテナシステムを提供することを目的とする。
一実施形態であるアレーアンテナシステムは、デジタル送信信号をパルス変調したパルス信号であって前記デジタル送信信号に対応するアナログ送信信号を含んだパルス信号が複数与えられ、複数の前記パルス信号に含まれる複数の前記アナログ送信信号を無線信号として送信する送信部と、前記送信部に与えられる複数の前記パルス信号、及び複数の前記パルス信号に対応する複数の前記デジタル送信信号の少なくともいずれかに対して、複数の前記パルス信号それぞれに含まれる前記アナログ送信信号の相対的な位相の関係を調整する調整処理を行う調整部と、を備えている。
上記アレーアンテナシステムによれば、各アンテナから送信される送信信号それぞれの相対的な位相の関係を精度よく調整することができる。
アレーアンテナシステムを備えた通信装置の一部を示すブロック図である。 デジタルRF信号を通信装置に与えて送信させたときの当該通信装置周囲の信号強度を示すグラフである。 第2実施形態に係るアンテナシステムを備えた通信装置の一部を示すブロック図である。 第3実施形態に係るアンテナシステムを備えた通信装置の一部を示すブロック図である。 校正処理の一例を示す図である。 第3実施形態の変形例に係るアンテナシステムを構成する送信モジュール11を示すブロック図である。 変形例に係るアンテナシステムの校正処理の一例を示す図である。
[実施形態の説明]
まず最初に実施形態の内容を列記して説明する。
(1)一実施形態に係るアレーアンテナシステムは、デジタル送信信号をパルス変調したパルス信号であって前記デジタル送信信号に対応するアナログ送信信号を含んだパルス信号が複数与えられ、複数の前記パルス信号に含まれる複数の前記アナログ送信信号を無線信号として送信する送信部と、前記送信部に与えられる複数の前記パルス信号、及び複数の前記パルス信号に対応する複数の前記デジタル送信信号の少なくともいずれかに対して、複数の前記パルス信号に含まれる複数の前記アナログ送信信号それぞれの相対的な位相の関係を調整する調整処理を行う調整部と、を備えている。
上記のように構成されたアレーアンテナシステムによれば、調整部は、複数のデジタル送信信号、又は複数のパルス信号を調整対象としている。このため、調整部は、各パルス信号それぞれのクロックタイミングや各パルス信号に含まれるアナログ送信信号の位相を精度よく調整することができる。この結果、複数のパルス信号に含められた状態で、送信部に与えられる複数のアナログ送信信号それぞれの相対的な位相の関係を精度よく調整することができ、送信される無線信号それぞれの相対的な位相の関係を精度よく調整することができる。
(2)上記アレーアンテナシステムにおいて、前記調整部は、複数の前記パルス信号それぞれに対応して設けられ、これら複数の前記パルス信号を一時的に記憶して複数の前記パルス信号のクロックタイミングを調整することで前記調整処理を行うバッファであることが好ましい。
この場合、バッファよりも前段において、複数のパルス信号それぞれが遅延誤差を含んでいたとしても、バッファによって複数のパルス信号のクロックタイミングを精度よく調整することができ、複数のパルス信号に含まれるアナログ送信信号の位相を精度よく調整することができる。これにより、複数のアナログ送信信号それぞれの相対的な位相の関係をより精度よく調整することができる。
(3)上記アレーアンテナシステムにおいて、前記調整部は、複数の前記デジタル送信信号それぞれに対して位相を調整することで前記調整処理を行う位相調整部であってもよい。
この場合、複数のデジタル送信信号の位相を調整することで、パルス信号に含まれた状態でのアナログ送信信号の位相を調整でき、複数のパルス信号それぞれに含まれる複数のアナログ送信信号の相対的な位相の関係を精度よく調整することができる。
(4)また、上記(3)において、前記位相調整部は、複数の前記デジタル送信信号それぞれにおける相対的な位相の基準を示す基準位相であって前記送信部から送信される前記無線信号を受信したときの受信強度により校正した基準位相に基づいて位相を調整することで前記調整処理を行うことが好ましい。
この場合、複数のパルス信号それぞれに相対的な遅延誤差が生じているとしても、基準位相に基づいて位相を調整することで、複数のアナログ送信信号それぞれの相対的な位相の関係を適切に調整することができる。
(5)また、上記(1)又は(2)において、前記パルス信号を外部から受け付ける入力部をさらに備えていることが好ましく、この場合、アレーアンテナシステムは、パルス信号を受け付けて送信することができる。
(6)また、上記(1)から(4)において、前記デジタル送信信号を外部から受け付ける入力部と、受け付けた前記デジタル送信信号をパルス変調し、パルス変調して得た前記パルス信号を前記調整部に与える変調部と、をさらに備えていてもよく、この場合、アレーアンテナシステムは、デジタル送信信号を受け付けることができる。
(7)さらに、複数の前記パルス信号は、前記デジタル送信信号をΔΣ変調して得たパルス信号であることが好ましい。
[実施形態の詳細]
以下、好ましい実施形態について図面を参照しつつ説明する。
なお、以下に記載する各実施形態の少なくとも一部を任意に組み合わせてもよい。
〔通信装置について〕
図1は、アレーアンテナシステムを備えた通信装置の一部を示すブロック図である。
この通信装置1は、他の通信装置との間で無線通信を行う機能を有しており、通信信号に関する信号処理を行う信号処理装置2と、アレーアンテナシステム3とを備えている。なお、図1では、通信装置1の送信部を示している。
信号処理装置2は、信号処理部4と、バンドパス型ΔΣ変調器(Band Pass Delta−Sigma Modulator)5とを備えている。
信号処理部4は、デジタルのベースバンド信号(例えば、IQベースバンド信号)に対して、デジタル直交変調などの一次変調を行って、デジタルの送信信号(デジタルRF(Radio Frequency)信号)を生成する。ここで、デジタルRF信号の搬送波周波数はfである。
信号処理部4は、生成したデジタルRF信号を、ΔΣ変調器5に与える。なお、前記一次変調は、直交変調に限られず、ベースバンド信号を搬送波(周波数f)によって変調するものであればよい。
ΔΣ変調器5は、信号処理部4から与えられるデジタルRF信号に対してΔΣ変調を行い、デジタル信号であるパルス信号(量子化信号)を出力する。
信号処理装置2が出力するパルス信号は、搬送波周波数がfのRF信号(アナログ送信信号)を信号成分として含んでおり、搬送波周波数がfのRF信号を表現している。
また、前記パルス信号は、RF信号以外にΔΣ変調によって生じた量子化雑音等といった他の周波数の信号も信号成分として含んでいる。信号処理装置2が出力するパルス信号は、アレーアンテナシステム3(以下、単にアンテナシステム3ともいう)に与えられる。
アンテナシステム3は、無線周波数の信号を送受信するためのアンテナ素子9を複数(図例では4個)備えており、通信装置1が他の通信装置との間で無線通信を行う際に、当該無線通信に係る無線信号を送受信する機能を有している。
各アンテナ素子9は、互いに所定間隔で配列されており、アレーアンテナを構成している。よって、アンテナシステム3は、各アンテナ素子9から送信される各信号それぞれの位相を調整することでビームを形成する機能を有している。
〔第1実施形態に係るアレーアンテナシステムについて〕
アンテナシステム3は、信号処理装置2から与えられるパルス信号を受け付ける入力部10と、アンテナ素子9それぞれに対応して設けられた複数(図例では4つ)の送信モジュール11とを備えている。
入力部10は、信号処理装置2から与えられるパルス信号を受け付けると、このパルス信号を各送信モジュール11に分配するための分配部12に与える。
分配部12は、与えられたパルス信号を各送信モジュール11に分配する。各送信モジュール11に与えられるパルス信号は、一のパルス信号を分配したものなので、各パルス信号が表現するRF信号は互いに同じ位相となっている。
各送信モジュール11は、入力部10及び分配部12を介して信号処理装置2から与えられるパルス信号からアナログのRF信号を取り出してアンテナ素子9から無線送信する機能を有している。各送信モジュール11は、アンテナシステム3の筐体内に収容されている。
各送信モジュール11は、メモリ部15と、アナログのバンドパスフィルタ16と、移相器17と、電力増幅器18と、アンテナ素子9とを含んで構成されている。なお、各送信モジュール11は、それぞれがほぼ同じ構成とされている。
メモリ部15は、分配部12の後段に接続されており、信号処理装置2からのパルス信号が与えられる。メモリ部15は、FiFoメモリ(First−in First−out Memory:先入れ先出しメモリ)によって構成されており、信号処理装置2から与えられるパルス信号を後段のバンドパスフィルタ16に与える。またメモリ部15は、パルス信号を一時的に記憶し、当該パルス信号をバンドパスフィルタ16に向けて出力するタイミングを調整することでパルス信号のクロックタイミングを調整する機能を有している。
バンドパスフィルタ16は、メモリ部15の後段に接続されている。バンドパスフィルタ16が信号の通過を許容する帯域は、搬送波周波数fであるRF信号の周波数帯域を含むように設定されている。
よって、メモリ部15からパルス信号が与えられると、バンドパスフィルタ16は、パルス信号の内、当該パルス信号に含まれているRF信号の周波数成分を通過させ、量子化雑音等の他の周波数成分の通過を阻止する。
パルス信号は、バンドパスフィルタ16を通過することで、量子化雑音等が除去され、アナログの送信信号としてのRF信号となる。
つまり、バンドパスフィルタ16は、メモリ部15から与えられるパルス信号からアナログのRF信号を取り出し、取り出したRF信号を後段の移相器17に与える取出部としての機能を有している。
移相器17は、バンドパスフィルタ16の後段に接続されており、バンドパスフィルタ16から与えられるRF信号の位相を調整する。つまり、移相器17は、アナログ信号用の移相器である。
移相器17は、位相調整したRF信号を後段の電力増幅器18に与える。
電力増幅器18は、移相器17から与えられるRF信号の電力を増幅する。電力増幅器18の出力端には、アンテナ素子9が接続されている。
電力増幅器18は、増幅したRF信号をアンテナ素子9に与える。
アンテナ素子9に与えられたRF信号は、アンテナ素子9から空間に放射され、無線信号として送信される。
なお、バンドパスフィルタ16、移相器17、電力増幅器18、及びアンテナ素子9は、RF信号を含んだパルス信号が与えられ、与えられたパルス信号に含まれるRF信号を無線信号として送信する送信処理部13を構成している。このような、アナログ信号に関する処理を行う送信処理部13は、アンテナ素子9に対応して複数(図例では4つ)設けられている。
これら4つの送信処理部13は、RF信号を含んだパルス信号が複数与えられ、複数のパルス信号に含まれる複数のRF信号を無線信号として送信する送信部14を構成している。
以上のように、各送信モジュール11は、信号処理装置2から与えられ分配されたデジタルのパルス信号からアナログのRF信号を取り出して無線信号として送信する機能を有している。
また、各送信モジュール11は、与えられたパルス信号のクロックタイミングを調整するとともに、バンドパスフィルタ16の後段に接続された移相器17によってアンテナ素子9から送信するRF信号の位相を調整する機能も有している。
アンテナシステム3は、各送信モジュール11のメモリ部15に動作クロックを供給するためのクロック供給部20を備えている。
各送信モジュール11のメモリ部15は、クロック供給部20から与えられる動作クロックのタイミングに従って一時的に記憶したパルス信号をバンドパスフィルタ16に向けて出力する。
クロック供給部20と各メモリ部15とを接続している経路20aは、クロック供給部20が出力した動作クロックが各メモリ部15に到達したときに各メモリ部15の動作タイミングが同期するように、その線路長が調整されている。
よって、各メモリ部15がパルス信号をバンドパスフィルタ16に向けて出力する際のタイミングは互いに同期する。
これにより、各メモリ部15は、各パルス信号それぞれのクロックタイミングを同期させる。
各メモリ部15から出力されるパルス信号は、そのクロックタイミングが互いに同期された状態でバンドパスフィルタ16に与えられる。
このため、例えば、分配部12から各メモリ部15までの間の経路において、各メモリ部15に与えられるパルス信号それぞれに相対的な遅延が生じていたとしても、各メモリ部15が各パルス信号のクロックタイミングを同期させることによって、各メモリ部15後段においては、各パルス信号に生じていた遅延誤差を抑圧することができる。
各メモリ部15によってクロックタイミングが互いに同期するように調整された各パルス信号は、バンドパスフィルタ16を通過することで、量子化雑音等が除去されてRF信号となる。
各パルス信号から取り出された各RF信号は、その位相が互いにほぼ一致した状態となる。
つまり、各パルス信号が表現するRF信号は、上述したように互いに同じ位相なので、各パルス信号に遅延誤差が生じたまま当該各パルス信号をバンドパスフィルタ16に与えると、取り出されるRF信号には互いに遅延が生じ、位相差が生じることとなる。
一方、本実施形態では、各パルス信号は、クロックタイミングが互いに同期された状態でバンドパスフィルタ16に与えられるので、得られるRF信号は、その位相が互いにほぼ一致した状態となる。
その後、各RF信号は、バンドパスフィルタ16後段の移相器17によって、アンテナシステム3に対して予め定められている方向にビームが形成されるように位相調整される。
このとき、各移相器17には、位相が互いにほぼ一致しているRF信号が安定的に与えられるので、各移相器17は、RF信号それぞれの相対的な位相の関係を維持しつつ位相調整を精度よく行うことができる。
以上のように、本実施形態の複数のメモリ部15は、複数のパルス信号それぞれに対応して設けられ、複数のパルス信号を一時的に記憶し、複数のパルス信号のクロックタイミングを調整することで、複数のパルス信号が表現するRF信号それぞれの位相が同期するように調整する調整処理を行うバッファとしての機能を有している。
つまり、複数のメモリ部15は、複数のパルス信号に対して、当該複数のパルス信号が表現するRF信号それぞれの相対的な位相の関係を調整する調整処理を行うように構成されている。
〔効果について〕
本実施形態のアンテナシステム3は、デジタルRF信号(デジタル送信信号)をΔΣ変調(パルス変調)したパルス信号であってデジタルRF信号に対応するRF信号(アナログ送信信号)を含んだパルス信号が複数与えられ、複数のパルス信号に含まれる複数のRF信号を無線信号として送信する送信部14と、送信部14に与えられる複数のパルス信号に対して、複数のパルス信号に含まれる複数のRF信号それぞれの相対的な位相の関係を調整する調整処理を行う調整部としての複数のメモリ部15とを備えている。
上記構成のアンテナシステム3によれば、各メモリ部15は、デジタル信号であるパルス信号を調整対象としている。デジタル信号はアナログ信号と比較して精度よく制御することが容易であるため、各メモリ部15は、各パルス信号それぞれのクロックタイミングを容易に調整することができる。この結果、複数のパルス信号に含められた状態で、送信部14に与えられる複数のRF信号それぞれの相対的な位相の関係を精度よく調整することができ、各アンテナ素子9から送信される無線信号それぞれの相対的な位相の関係を精度よく調整することができる。
また、本実施形態では、複数のメモリ部15は、複数のパルス信号を一時的に記憶し、複数のパルス信号のクロックタイミングを調整することで、複数のパルス信号が表現するRF信号それぞれの位相が同期するように調整する調整処理を行うバッファを構成している。
これにより、複数のメモリ部15よりも前段において、複数のパルス信号それぞれが各部の線路長の差や線路状態の相違等に起因して遅延誤差を含んでいたとしても、複数のメモリ部15によって複数のパルス信号のクロックタイミングが同期するように精度よく調整することができ、複数のパルス信号に含まれるRF信号の位相を精度よく調整することができる。これにより、複数のRF信号それぞれの相対的な位相の関係についてより精度よく調整することができる。
また、本実施形態のアンテナシステム3では、デジタルのパルス信号を外部としての信号処理装置2から受け付ける入力部10を備えているので、アンテナシステム3はパルス信号を受け付けて送信することができる。
〔ビーム形成について〕
本実施形態では、デジタルRF信号に対してΔΣ変調して得たパルス信号をアンテナシステム3に与えた場合を示したが、このようなパルス信号を用いて信号送信を行ってビーム形成が可能であるか否かについてシミュレーションを行い、確認試験を行った。
この確認試験では、2つの送信モジュール11を備えた通信装置を用い、搬送波周波数fが2.14GHzのデジタルRF信号を通信装置に与えて送信させたときの当該通信装置周囲の信号強度を求めた。
図2は、デジタルRF信号を通信装置に与えて送信させたときの当該通信装置周囲の信号強度を示すグラフである。図中、縦軸は、与えられたデジタルRF信号に基づいて通信装置が送信したRF信号の信号強度を示している。横軸は、通信装置の周囲の角度を示しており、角度が0度のときに通信装置が有する2つのアンテナ素子9の正面を示しており、正面を基準としたときの通信装置周囲の角度を示している。
図2中、実線Pは、2つのアンテナ素子9それぞれから同位相のRF信号を送信したときの結果を示している。この実線Pでは、0度、及び、±22.5度近傍で極大値が見られ、±11度、及び、±36度近傍で極小値が見られる。
破線Qは、2つのアンテナ素子9それぞれから逆位相のRF信号を送信したときの結果を示している。この破線Qでは、±11度、及び、±36度近傍で極大値がみられ、0度、及び、±22.5度近傍で極小値が見られる。
つまり、図2からは、デジタルRF信号を通信装置に与えて送信したときにビームが形成されること、及び、形成されるビームは各アンテナ素子9から送信されるRF信号の位相を調整することでビームの方向を調整できることが確認できる。
〔第2実施形態について〕
図3は、第2実施形態に係るアンテナシステム3を備えた通信装置の一部を示すブロック図である。
本実施形態のアンテナシステム3は、各送信モジュール11がΔΣ変調器25を備えている点、及び、アナログの移相器17に代えて、デジタルRF信号の位相を調整する位相調整部26を備えている点である。
本実施形態のアンテナシステム3が接続されている信号処理装置2は、信号処理部4を備えている。この信号処理部4は、第1実施形態と同様、デジタルRF信号を生成する。
信号処理部4は、生成したデジタルRF信号をアンテナシステム3の入力部10に与える。
よって、本実施形態のアンテナシステム3の入力部10は、信号処理装置2から与えられるデジタルRF信号を受け付ける。
入力部10は、信号処理装置2から与えられるデジタルRF信号を受け付けると、このデジタルRF信号を分配部12に与え、デジタルRF信号を各送信モジュール11に分配する。なお、各送信モジュール11に分配されるデジタルRF信号は、互いに同じ位相となっている。
各送信モジュール11は、入力部10及び分配部12を介して信号処理装置2から与えられるデジタルRF信号をΔΣ変調してパルス信号を生成し、このパルス信号からアナログのRF信号を取り出してアンテナ素子9から無線送信する機能を有している。
本実施形態の送信モジュール11は、上述のように、位相調整部26と、ΔΣ変調器25とを備えている。
位相調整部26は、分配部12の後段に接続されており、信号処理装置2からのデジタルRF信号が与えられる。位相調整部26は、与えられたデジタルRF信号の位相を調整する機能を有している。
位相調整部26は、位相を調整した後のデジタルRF信号を後段のΔΣ変調器25に与える。つまり、位相調整部26は、ΔΣ変調前のデジタルRF信号に対して位相を調整することで調整処理を行う。
ΔΣ変調器25は、位相調整部26の後段に接続されている。ΔΣ変調器25は、第1実施形態の信号処理装置2が有するΔΣ変調器5と同様の構成であり、位相調整部26から与えられる位相調整されたデジタルRF信号に対してΔΣ変調を行い、RF信号を表現するパルス信号を出力する。
ΔΣ変調器25は、出力したパルス信号を後段のメモリ部15に与える。
メモリ部15、バンドパスフィルタ16、及び電力増幅器18は、第1実施形態と同様の構成である。
よって、メモリ部15は、ΔΣ変調器25からのパルス信号を一時的に記憶し、他のメモリ部15と同期して記憶したパルス信号をバンドパスフィルタ16に向けて出力し、各パルス信号のクロックタイミングを同期させる。
バンドパスフィルタ16に与えられるパルス信号は、バンドパスフィルタ16を通過することでRF信号となる。パルス信号から取り出されるRF信号は、電力増幅器18及びアンテナ素子9を通じて送信される。
つまり、バンドパスフィルタ16、電力増幅器18、及びアンテナ素子9は、アンテナ部13を構成している。また、送信処理部13は、アンテナ素子9に対応して4つ設けられており、これら4つの送信処理部13は、送信部14を構成している。
本実施形態のアンテナシステム3は、各送信モジュール11の位相調整部26が行うデジタルRF信号に対する位相調整を制御する制御部30を備えている。
制御部30は、各位相調整部26の移相量を制御して、アンテナ素子9から送信されるRF信号が形成するビームの方向を制御する。
各位相調整部26は、制御部30の指示に従ってデジタルRF信号の位相調整を行う。なお、ここで、各位相調整部26が行う位相調整とは、デジタルRF信号のクロックタイミングに対してRF信号を移相させることをいう。
各位相調整部26が位相調整したデジタルRF信号は、それぞれ対応するΔΣ変調器25に与えられる。各ΔΣ変調器25は、位相調整された状態のRF信号を表現するパルス信号を生成する。
各ΔΣ変調器25から出力されるパルス信号は、クロックタイミングを同期させると、各パルス信号が表現するRF信号が、制御部30及び各位相調整部26によって設定された位相の関係を維持した状態となっている。
よって、この状態で各パルス信号それぞれがバンドパスフィルタ16を通過したときに取り出されるRF信号は、制御部30及び位相調整部26によって設定された位相の関係を維持した状態のRF信号として取り出される。
このように、ΔΣ変調前のデジタルRF信号それぞれに対して位相調整を行い、その後パルス信号とされた後、各パルス信号のクロックタイミングを同期させれば、メモリ部15後段までの間に遅延が生じたとしても、その遅延が抑圧され、各位相調整部26による位相調整の精度が低下するのを抑制することができる。
その後、各RF信号は、バンドパスフィルタ16後段の電力増幅器18によって増幅され、各アンテナ素子9から送信される。
以上のように、本実施形態の位相調整部26は、ΔΣ変調前のデジタルRF信号に対して位相を調整することで、複数のパルス信号が表現するRF信号の位相を調整できる。つまり、パルス信号に含まれた状態でのRF信号の位相を調整することができ、複数のパルス信号それぞれに含まれる複数のRF信号の相対的な位相の関係を精度よく調整することができる。この結果、送信部14から複数のアンテナ素子9を介して送信される複数の無線信号の相対的な位相の関係をより精度よく調整することができる。
また、本実施形態では、位相調整部26は、ΔΣ変調前のデジタルRF信号に対して位相を調整するとともに、複数のメモリ部15が複数のパルス信号に対してクロックタイミングを調整するように構成されている。
つまり、本実施形態では、調整部としての位相調整部26及びメモリ部15が、ΔΣ変調前のデジタルRF信号、及び複数のバンドパスフィルタ16に与えられる複数のパルス信号の両方に対して、当該複数のパルス信号が表現するRF信号それぞれの相対的な位相の関係を調整する調整処理を行うように構成されている。
このため、本実施形態によれば、デジタルRF信号に対して位相調整した上で、パルス信号のクロックタイミングを同期させることができ、RF信号それぞれの相対的な位相の関係をさらに精度よく調整することができる。
また、本実施形態のアンテナシステム3の入力部10は、デジタルRF信号を信号処理装置2から受け付けるように構成されているので、アンテナシステム3はデジタルRF信号を受け付けて送信することができる。
〔第3実施形態について〕
図4は、第3実施形態に係るアンテナシステム3を備えた通信装置の一部を示すブロック図である。
本実施形態のアンテナシステム3は、メモリ部15が無い点で第2実施形態と相違している。その他の点については、第2実施形態と同様である。
本実施形態では、第2実施形態のようにメモリ部15がないので、複数のΔΣ変調器25が生成するパルス信号それぞれのクロックタイミングを同期させることができない。
このため、各送信モジュール11が出力するRF信号それぞれの相対的な位相の関係も把握できない。
そこで、本実施形態のアンテナシステム3は、各送信モジュール11が出力するRF信号それぞれの相対的な位相の関係を予め把握するための校正処理を実施し、校正処理によって得られた、各送信モジュール11が出力するRF信号それぞれの相対的な位相の関係に基づいて位相調整を行う。
校正処理では、各送信モジュール11が出力しアンテナ素子9から送信されるRF信号を実際に受信し、そのときの受信強度から各送信モジュール11における位相の基準となる基準位相を求める。
図5は、校正処理の一例を示す図である。
図中、校正処理を行うには、まず、本実施形態のアンテナシステム3の正面に、当該アンテナシステム3が送信するRF信号を受信する受信装置35を所定の距離を置いて設置する。
受信装置35は、アンテナ36によって、アンテナシステム3の各アンテナ素子9から送信されるRF信号を受信する機能を有している。
アンテナシステム3の正面に受信装置35を設置した後、アンテナシステム3にRF信号を送信させる。
このとき、受信装置35は、アンテナシステム3から送信されるRF信号(無線信号)の受信強度を逐次測定し、アンテナシステム3の制御部30に測定した受信強度を示す情報を逐次与える。
アンテナシステム3は、各アンテナ素子9に対応する送信モジュール11の位相調整部26を調整しつつ、送信電力を一定にしてRF信号を送信する。
このときに、アンテナシステム3の制御部30は、受信装置35における受信強度が最大となるように、各位相調整部26を調整する。
ここで、受信装置35における受信強度が最大となるときに、各アンテナ素子9から送信されるRF信号は、アンテナシステム3の正面方向にビームを形成しているといえる。
よって、制御部30は、受信装置35における受信強度が最大となるときの各位相調整部26の位相に関する設定を基準位相として記憶する。
これによって、制御部30は、各位相調整部26の設定を基準位相にすれば、アンテナシステム3の正面方向にビームを形成するように位相調整できる。
上記のように、各位相調整部26の設定を基準位相に設定したとき、各送信モジュール11が出力するRF信号は、アンテナシステム3の正面方向にビームを形成する上で、互いの遅延が抑制されるように精度よく位相調整がなされている。
制御部30は、この基準位相に基づいて各位相調整部26を制御して位相調整を行えば、アンテナシステム3の正面方向だけでなく他の方向に対してもビーム形成することができる。
以上のようにして、制御部30は、校正処理を行うことによって各位相調整部26の基準位相を求めることができる。
本実施形態では、各位相調整部26が、パルス変調前のデジタルRF信号それぞれにおける相対的な位相の基準を示す基準位相であって複数のアンテナ素子9を介して送信部14から送信されるRF信号(無線信号)を受信したときの受信強度による校正処理で求めた基準位相に基づいて位相を調整することで調整処理を行うので、複数のパルス信号それぞれに相対的な遅延誤差が生じているとしても、基準位相に基づいて位相を調整すれば、校正処理にて実際に送信されたRF信号に基づいた位相の設定とすることができるので、RF信号それぞれの相対的な位相の関係を適切に調整することができる。
なお、上記実施形態では、制御部30が各位相調整部26の基準位相を記憶する場合を示したが、制御部30は、求めた基準位相を各位相調整部26に与え各位相調整部26に記憶させてもよい。この場合、各位相調整部26は、記憶した自らの基準位相に基づいて位相調整を行う。
図6は、第3実施形態の変形例に係るアンテナシステム3を構成する送信モジュール11を示すブロック図である。
図6中、この変形例に係るアンテナシステム3の送信モジュール11は、位相調整部26、ΔΣ変調器25、バンドパスフィルタ16、及び電力増幅器18の他、信号処理部4を備えている。
つまり、本実施形態のアンテナシステム3を構成する送信モジュール11は、それぞれ独立して設置され、各送信モジュール11のアンテナ素子9がアレーアンテナを構成して信号を送信することができる。
なお、各送信モジュール11の送信処理部13は、それぞれ独立した状態で送信部14を構成している。
各送信モジュール11の信号処理部4には、予め、アンテナシステム3として送信するRF信号が記憶されており、各送信モジュール11は、互いに同じ情報を含んだRF信号を同期して送信するように設定されている。
図7は、変形例に係るアンテナシステム3の校正処理の一例を示す図である。図7に示すように、本変形例では、上述したように、各送信モジュール11を一つの筐体に収容することなく、互いに適度に離れた位置に配置することができる。
なお、校正処理を行うときには、各送信モジュール11が有する位相調整部26を制御し基準位相を求めるために、制御部30を各送信モジュール11に接続する必要がある。一度、基準位相を求め、各送信モジュール11の位相調整部26等に記憶させれば、各送信モジュール11は、互いに独立して動作することができる。
上記変形例では、各送信モジュール11を離れた位置に配置することができるので、アンテナシステム3を設置する際の自由度を高めることができる。
〔その他〕
上記第1実施形態及び第2実施形態では、複数のメモリ部15が、各パルス信号のクロックタイミングを同期させて調整する場合を例示したが、例えば、各メモリ部15に与える動作クロックをメモリ部15ごとに個別に設定することができるように構成した場合には、各パルス信号のクロックタイミングを同期させるだけでなく、各パルス信号のクロックタイミングを個別に調整し、各パルス信号が表現するRF信号の相対的な位相の関係を調整することもできる。
また、上記各実施形態では、ΔΣ変調によって変調されたパルス信号からRF信号を取り出すためにバンドパスフィルタを用いた場合を示したが、取り出す対象の周波数帯域の信号を取り出すことができれば、バンドパスフィルタに限らず、ローパスフィルタや、その他のフィルタを用いてもよいし、取り出す対象の周波数帯域の信号を取り出すことができる機能を有しているデバイスであれば用いることができる。
〔むすび〕
なお、今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した意味ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味、及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
1 通信装置
2 信号処理装置
3 アレーアンテナシステム
4 信号処理部
5 変調器
9 アンテナ素子
10 入力部
11 送信モジュール
12 分配部
13 送信処理部
14 送信部
15 メモリ部
16 バンドパスフィルタ
17 移相器
18 電力増幅器
20 クロック供給部
20a 経路
25 ΔΣ変調器
26 位相調整部
30 制御部
35 受信装置
36 アンテナ

Claims (5)

  1. デジタル送信信号をパルス変調したパルス信号であって前記デジタル送信信号に対応するアナログ送信信号を含んだパルス信号が複数与えられ、複数の前記パルス信号に含まれる複数の前記アナログ送信信号を無線信号として送信する送信部と、
    前記送信部に与えられる複数の前記パルス信号、及び複数の前記パルス信号に対応する複数の前記デジタル送信信号の少なくともいずれかに対して、複数の前記パルス信号に含まれる複数の前記アナログ送信信号それぞれの相対的な位相の関係を調整する調整処理を行う調整部と、を備え
    前記調整部は、
    複数の前記パルス信号それぞれに対応して設けられ、複数の前記パルス信号を一時的に記憶する複数のメモリ部と、
    前記複数のメモリ部に動作クロックを供給しクロックタイミングが互いに同期した複数の前記パルス信号を前記複数のメモリ部から出力させるクロック供給部と、を備え、
    前記複数のメモリ部から出力された複数の前記パルス信号は、当該複数の前記パルス信号に含まれる複数の前記アナログ送信信号それぞれの相対的な位相の関係が、複数の前記アナログ送信信号それぞれに予め設定された位相の関係となっている
    アレーアンテナシステム。
  2. 前記調整部は、前記複数のメモリ部の前段において、複数の前記デジタル送信信号それぞれに対して位相を調整することで前記調整処理を行う位相調整部をさらに備えている請求項1に記載のアレーアンテナシステム。
  3. 前記パルス信号を外部から受け付ける入力部をさらに備えている請求項1に記載のアレーアンテナシステム。
  4. 前記デジタル送信信号を外部から受け付ける入力部と、
    受け付けた前記デジタル送信信号をパルス変調し、パルス変調して得た前記パルス信号を前記調整部に与える変調部と、をさらに備えている請求項1から請求項3のいずれか一項に記載のアレーアンテナシステム。
  5. 複数の前記パルス信号は、前記デジタル送信信号をΔΣ変調して得たパルス信号である請求項1から請求項4のいずれか一項に記載のアレーアンテナシステム。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10523478B1 (en) * 2018-06-12 2019-12-31 Mitsubishi Electric Research Laboratories, Inc. System and method for generating high speed digitized-RF signals
US11537772B1 (en) * 2018-12-27 2022-12-27 Cadence Design Systems, Inc. Synchronized clock signals for circuit emulators
US11024961B2 (en) * 2019-11-06 2021-06-01 Cisco Technology, Inc. Electronically steerable antenna array
US11469721B2 (en) 2020-01-08 2022-10-11 Qorvo Us, Inc. Uplink multiple input-multiple output (MIMO) transmitter apparatus
US11336240B2 (en) * 2020-01-16 2022-05-17 Qorvo Us, Inc. Uplink multiple input-multiple output (MIMO) transmitter apparatus using transmit diversity
US11387795B2 (en) 2020-01-28 2022-07-12 Qorvo Us, Inc. Uplink multiple input-multiple output (MIMO) transmitter apparatus with pre-distortion
JP7146150B2 (ja) * 2020-09-10 2022-10-03 三菱電機株式会社 出力信号発生装置、制御回路、記憶媒体および位相補正方法

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7869528B2 (en) * 2003-10-31 2011-01-11 Northrop Grumman Systems Corporation Multi-carrier transceiver assembly
US8599861B2 (en) * 2010-06-03 2013-12-03 Kathrein-Werke Kg Active antenna array and method for relaying radio signals
JP5814846B2 (ja) 2012-03-28 2015-11-17 住友電気工業株式会社 アレイアンテナ、及びアンテナシステム
JP2014143552A (ja) * 2013-01-23 2014-08-07 Kddi Corp 送信装置、リモートラジオヘッド、無線通信システム、及び送信方法

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