JP6646544B2 - Wireless communication device and wireless communication method - Google Patents

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Description

本発明は、無線通信装置及び無線通信方法に関する。   The present invention relates to a wireless communication device and a wireless communication method.

[第5世代移動通信を取り巻く背景]
現在、スマートフォンなどの高機能な移動通信端末が爆発的に普及している。携帯電話に関しては、第3世代移動通信から第4世代移動通信に移行し、現在ではさらに先の第5世代移動通信(通称「5G」)に関する研究開発が進められている。この5Gに関して行われている検討のひとつに、マクロセルとスモールセルの利用がある。
[Background surrounding 5th generation mobile communication]
At present, high-performance mobile communication terminals such as smartphones are exploding. With regard to mobile phones, the third generation mobile communication has shifted to the fourth generation mobile communication, and research and development on the further fifth generation mobile communication (commonly known as "5G") are currently underway. One of the studies performed on 5G is the use of macro cells and small cells.

これまでの携帯電話では、ひとつのサービスエリアを半径数キロメートル程度に設定し、このマクロセルのエリアをひとつの基地局装置がカバーしていた。しかし、この様なマクロセル内には非常に膨大な数のユーザが存在する。全体の限りあるシステム容量は各ユーザでシェアされることになるため、膨大な数のユーザを収容するときには、個々のユーザ毎のスループットは低下する。   In conventional mobile phones, one service area is set to a radius of several kilometers, and one macro station area is covered by one base station device. However, there is a very large number of users in such a macrocell. Since the entire system capacity is shared by each user, when accommodating an enormous number of users, the throughput for each user decreases.

この様なスループットの低下を回避するために、トラヒックが集中するような人口密集地に、半径数十メートル程度の非常に小さなサービスエリアであるスモールセルを設定する技術が開発されている。この技術では、スモールセルを活用することで、マクロセルを介さずにスポット的なトラヒックをネットワークにオフロードする。ここでは、スモールセルにおける通信能力とマクロセルにおける通信能力を同時並行的に利用可能な端末装置を想定する。このような端末装置を用いることで、制御情報についてはマクロセルを活用して情報交換を行いながら、ユーザデータをスモールセル側において収容する。これによって、マクロセルとスモールセルのメリットを最大限活用することが可能になる。   In order to avoid such a decrease in throughput, a technology for setting a small cell, which is a very small service area with a radius of about several tens of meters, in a densely populated area where traffic is concentrated has been developed. In this technology, small traffic is used to offload spot-like traffic to a network without going through a macro cell. Here, it is assumed that the terminal device can simultaneously and concurrently use the communication capability in the small cell and the communication capability in the macro cell. By using such a terminal device, user data is accommodated on the small cell side while exchanging control information using a macro cell. This makes it possible to maximize the advantages of the macro cell and the small cell.

先に述べた5Gでは、伝送速度の目標値に10Gbit/s(ギガビット毎秒)以上が設定されており、このスモールセルでも同様の大容量の通信を行うことでトラヒックの効率的なオフロードを実現する必要がある。マクロセルにおいては長距離伝搬を許容するために周波数の低いマイクロ波帯を利用することが前提となる。しかし、既に周波数資源が枯渇しつつあるマイクロ波帯の現状を考慮し、比較的近距離での通信を想定するスモールセルでは、比較的周波数の高い準ミリ波帯またはミリ波帯の利用が想定されている。この高周波数帯の特徴は、周波数の2乗に反比例して伝搬減衰が大きくなることである。従って、スモールセル基地局は理想的にはユーザ端末に近い場所に設置されることが好ましい。例えば、ビルの屋上の様な設置が容易な場所では、ユーザ端末と基地局との距離が離れ過ぎてしまい、回線設計上、好ましくない。   In 5G described above, the target value of the transmission rate is set to 10 Gbit / s (gigabits per second) or more, and even in this small cell, the same large-capacity communication is performed to achieve efficient offload of traffic. There is a need to. In a macro cell, it is assumed that a microwave band having a low frequency is used to allow long-distance propagation. However, in consideration of the current situation of the microwave band where frequency resources are already depleted, small cells that are expected to communicate at relatively short distances are expected to use quasi-millimeter wave bands or millimeter wave bands with relatively high frequencies. Have been. The feature of this high frequency band is that the propagation attenuation increases in inverse proportion to the square of the frequency. Therefore, it is preferable that the small cell base station is ideally installed at a location close to the user terminal. For example, in a place where installation is easy, such as on the roof of a building, the distance between the user terminal and the base station is too large, which is not preferable in line design.

一方、スモールセルはトラヒックが集中する場所に設定されることになるため、そこまで光ファイバを敷設することが困難な場所であっても、基地局装置の設置が強く望まれるケースがある。例えば新宿や渋谷などの駅前などの様に非常に人が多く密集する場所にスモールセルの基地局装置を設置する場合を想定すると、その様な場所に隣接するビルの屋上では伝搬減衰が大きくなる。そのため、ビルの屋上よりも高さの低い場所、例えばビルの壁面などへの設置が求められることがある。しかし、既設のビルの壁面に光ファイバを敷設するのは困難な場合があり、その様な場合には無線回線を用いてその基地局装置へのバックホール回線を提供する必要に迫られることがある。   On the other hand, since the small cell is set in a place where traffic is concentrated, even in a place where it is difficult to lay an optical fiber, there is a case where the installation of the base station device is strongly desired. For example, assuming that small cell base station equipment is installed in a place where there are very many people, such as in front of a station such as Shinjuku or Shibuya, propagation attenuation increases on the rooftop of a building adjacent to such a place. . Therefore, installation on a place lower than the roof of the building, for example, on the wall surface of the building, may be required. However, it may be difficult to lay optical fiber on the wall of an existing building, and in such cases, it may be necessary to provide a backhaul line to the base station device using a wireless line. is there.

この様なバックホール回線を提供する場合、スモールセルにおいて求められる10Gbit/s以上の大容量伝送に対応するために、同様にミリ波帯を活用して10Gbit/s以上の大容量伝送を行う必要がある。この様な環境では、対向する無線局装置は双方が安定的な場所に固定設置されるため、当然ながら見通しが安定的に確保され、且つ、指向性アンテナを相互に向け合うことが一般的である。この場合、ビル間の反射波などはある程度は存在するが、受信される信号の殆どは見通し波成分であり、マルチパス環境とは言いにくい状態であると予想される。この状況は、スモールセル用の基地局装置がビル壁面などの高所に設置され、上方から下方のユーザを見下ろす形で、概ね見通し環境で利用するならば、アクセス系に関しても同様である。   When such a backhaul line is provided, it is necessary to perform a large-capacity transmission of 10 Gbit / s or more by utilizing a millimeter wave band in order to cope with a large-capacity transmission of 10 Gbit / s or more required in a small cell. There is. In such an environment, since both opposing radio station devices are fixedly installed in a stable place, it is natural that the line of sight is generally secured naturally and the directional antennas are directed toward each other. is there. In this case, although reflected waves between buildings and the like exist to some extent, most of the received signals are line-of-sight components and are expected to be in a state that is difficult to say in a multipath environment. This situation is the same for the access system if the small cell base station device is installed in a high place such as a building wall surface and is generally used in a line-of-sight environment in a manner of looking down on the user from above.

次に、5Gで求められる伝送速度である10Gbit/s以上の大容量伝送については、ミリ波帯の活用により非常に広い帯域幅の周波数資源を利用することが可能になり、これにより実現可能性は高まっている。例えば、ミリ波帯を用いたバックホール回線を想定するならば、一例としてEバンド(71〜76GHz及び81〜86GHz)などを用い、仮に1GHzの帯域幅を用いるとすれば、周波数利用効率は10bit/s/Hzで済むことになる。しかし、10bit/s/Hzの周波数利用効率を達成するための既存の無線設備は、概ねMIMO(Multiple-Input Multiple-Output)チャネルを利用した空間多重伝送を採用している。空間多重伝送は一般にはマルチパス環境を利用しており、MIMOチャネルの伝達関数を行列形式で表現したチャネル行列Hの特異値分解を行った際に、その結果得られる特異値の絶対値の分布が、その空間多重伝送の特性を表す。具体的には、特異値の絶対値の2乗値は信号対雑音電力比SNR(Signal to Noise Ratio)に比例した値であり、空間多重伝送のためには第1特異値のみならず、第2特異値以降も十分に大きな値を持たなければ通信が成り立たない。アクセス系であるスモールセルにおける大容量伝送でも同様であるが、この様な見通し波が支配的な環境での空間多重伝送を実現することが、目的とする無線システムの実現には必要不可欠である。   Next, for large-capacity transmission of 10 Gbit / s or more, which is the transmission rate required for 5G, frequency resources with a very wide bandwidth can be used by utilizing the millimeter wave band. Is growing. For example, if a backhaul line using a millimeter wave band is assumed, the E-band (71 to 76 GHz and 81 to 86 GHz) is used as an example, and if a 1 GHz bandwidth is used, the frequency utilization efficiency is 10 bits. / S / Hz. However, existing radio equipment for achieving a frequency utilization efficiency of 10 bit / s / Hz generally employs spatial multiplexing transmission using a multiple-input multiple-output (MIMO) channel. Spatial multiplexing transmission generally uses a multipath environment, and when a singular value decomposition of a channel matrix H expressing a transfer function of a MIMO channel in a matrix format is performed, a distribution of an absolute value of a singular value obtained as a result is obtained. Represents the characteristics of the spatial multiplexing transmission. Specifically, the square of the absolute value of the singular value is a value proportional to the signal-to-noise ratio (SNR). Communication is not established unless it has a sufficiently large value after the second singular value. The same applies to large-capacity transmission in small cells that are access systems, but realizing spatial multiplexing transmission in an environment where such line-of-sight waves are dominant is indispensable for realizing a target wireless system. .

上述のように、5Gではアクセス系及びバックホール回線共に、ミリ波帯の利用が期待される。また、先に述べたように、高周波数帯の特徴は、周波数の2乗に反比例して伝搬減衰が大きくなることである。例えば2GHz帯(既存のアクセス系)と80GHz帯(ミリ波帯を用いる将来システム)とを比較すれば40倍の周波数であるために、伝搬減衰は1600倍であり、32dBの回線利得が不足することになる。もちろん、マクロセルほど広範囲をカバーする必要はないので32dBの全てを補う必要はないが、一方で高周波数帯では送信段でのハイパワーアンプはあまり高出力のデバイスが存在しないため、この点も加味すれば数10dBレベルでの追加の回線利得の確保をしなければならないと考えられる。さらには、その様な環境で空間多重伝送も期待されるため、基地局及び端末局の双方において、従来技術に比べて格段に多くのアンテナ素子を備えた無線システムが検討されるようになった。この様な技術をMassive MIMOと呼ぶ。以下に、Massive MIMOに関する従来技術を紹介する。   As described above, in 5G, use of the millimeter wave band is expected for both the access system and the backhaul line. As described above, the characteristic of the high frequency band is that the propagation attenuation increases in inverse proportion to the square of the frequency. For example, comparing the 2 GHz band (existing access system) with the 80 GHz band (future system using the millimeter wave band), since the frequency is 40 times, the propagation attenuation is 1600 times and the line gain of 32 dB is insufficient. Will be. Of course, it is not necessary to cover all of 32 dB because it is not necessary to cover a wider area than a macro cell. However, in a high frequency band, a high power amplifier in a transmission stage does not have a high output device. In this case, it is considered that additional line gain must be secured at a level of several tens of dB. Furthermore, since spatial multiplexing transmission is also expected in such an environment, a radio system equipped with a much larger number of antenna elements than in the prior art has been studied in both the base station and the terminal station. . Such a technique is called Massive MIMO. In the following, conventional techniques related to Massive MIMO are introduced.

非特許文献1では、基地局側が256素子、端末局側が16素子のアンテナを備え、256×16のサイズのチャネル行列を活用して16ストリームの空間多重伝送を目指している。この非特許文献1では、複数の信号系列(ストリーム)を伝送するために、その指向性形成を、無線のアナログ回路における複素位相量の回転を用いたアナログビームフォーミングと、デジタル・ベースバンド回路におけるデジタル領域でのデジタルビームフォーミングとを併用して行う。これにより、アナログ/デジタル(A/D)変換器及びデジタル/アナログ(D/A)変換器の多用を避け、消費電力の低減とチャネル情報のフィードバック時の回線利得不足対策を行っている。以下、非特許文献1に示された技術の概要を説明する。   In Non-Patent Document 1, the base station side has 256 elements and the terminal station side has 16 elements, and aims at spatial multiplexing transmission of 16 streams using a channel matrix of 256 × 16 size. In this Non-Patent Document 1, in order to transmit a plurality of signal sequences (streams), the directivity is formed by analog beamforming using rotation of a complex phase amount in a wireless analog circuit and digital baseband circuit. Performed in conjunction with digital beamforming in the digital domain. This avoids heavy use of analog / digital (A / D) converters and digital / analog (D / A) converters, and reduces power consumption and takes measures against insufficient line gain when feeding back channel information. Hereinafter, an outline of the technology disclosed in Non-Patent Document 1 will be described.

図11は、従来技術における無線局装置の構成例を示す機能ブロック図である。同図に示す無線局装置は、変調器901−1〜901−N(MOD#1〜MOD#N)と、プリコーダ902と、IFFT(Inverse Fast Fourier Transform:高速逆フーリエ変換)&GI(Guard Interval)付与回路903−1〜903−Nと、D/A変換器904−1〜904−Nと、アップコンバータ(UC)905−1〜905−Nと、ダウンコンバータ(DC)906−1〜906−Nと、A/D変換器907−1〜907−Nと、GI除去&FFT(Fast Fourier Transform:高速フーリエ変換)回路908−1〜908−Nと、ポストコーダ909と、復調器910−1〜910−N(DEM#1〜DEM#N)と、TDDスイッチ(TDD−SW)911と、分配結合器(HYB)912−1〜912−Nと、移相器913−1−1〜913−N−Mと、分配結合器(HYB)915−1〜915−Mと、アンテナ素子916−1〜916−Mとを備える。ここでNは空間多重を行う際の多重数(ストリーム数)に相当し、Nはデジタル的な指向性形成のための信号処理を行う信号系統数を、Mはアンテナ素子数を表している(M≧N≧N)。さらにアンテナ素子916−1〜916−Mは、全体としてアレーアンテナを構成している。 FIG. 11 is a functional block diagram illustrating a configuration example of a wireless station device according to the related art. The wireless station apparatus shown in FIG. 1 includes modulators 901-1 to 901-N (MOD # 1 to MOD # N), a precoder 902, an IFFT (Inverse Fast Fourier Transform) and a GI (Guard Interval). and applying circuit 903-1~903-N 0, a D / a converter 904-1~904-N 0, the up-converter (UC) 905-1~905-N 0, downconverter (DC) 906-1 a ~906-N 0, and a / D converter 907-1~907-N 0, GI removal & FFT: a (fast Fourier transform) circuit 908-1~908-N 0, the postcoder 909, a demodulator 910-1~910-N (DEM # 1~DEM # N), a TDD switch (TDD-SW) 911, a distributor coupler (HYB) 912-1~912-N 0, the phase shifter 913 -1 Comprises a -1~913-N 0 -M 0, and distributor coupler (HYB) 915-1~915-M 0, and antenna element 916-1~916-M 0. Where N corresponds to the number of multiplexed time of performing spatial multiplexing (the number of streams), N 0 is the number of signal lines for performing signal processing for digitally beamforming, M 0 is representative of the number of antenna elements (M 0 ≧ N 0 ≧ N). Furthermore the antenna elements 916-1~916-M 0 constitute an array antenna as a whole.

分配結合器912−1〜912−Nからアンテナ素子916−1〜916−Mは送受信で共通である。また、TDDスイッチ911は、分配結合器912−1〜912−Nからアンテナ素子916−1〜916−Mへの接続を、送信系に相当する変調器901−1〜901−Nからアップコンバータ905−1〜905−Nと、受信系に相当するダウンコンバータ906−1〜906−Nから復調器910−1〜910−Nとの間で切り替える。例えば、送信時にはアップコンバータ905−nと分配結合器912−nが接続され、受信時にはダウンコンバータ906−nと分配結合器912−nが接続される(n=1,…,N)。ここには図示していない全体の制御回路が、フレーム周期や送受信タイミングを管理し、TDDスイッチ911の切り替えもこの制御回路により実施される。 Antenna element 916-1~916-M 0 from the distributor coupler 912-1~912-N 0 is common to transmission and reception. Also, TDD switches 911, up from the distributor coupler 912-1~912-N 0 a connection to the antenna element 916-1~916-M 0, from the modulator 901-1~901-N corresponding to the transmission system converter and 905-1~905-N 0, switching between the demodulator 910-1~910-N from the down-converter 906-1~906-N 0 corresponding to the receiving system. For example, the up converter 905-n and the distribution coupler 912-n are connected during transmission, and the down converter 906-n and the distribution coupler 912-n are connected during reception (n = 1,..., N 0 ). An entire control circuit (not shown) manages the frame period and the transmission / reception timing, and switching of the TDD switch 911 is also performed by this control circuit.

また、移相器913−1−1〜913−N−Mは、事前に定められたビームパターンに応じて送受信信号の位相関係を調整し、図示していない制御回路によりこの位相回転量も管理される。ここでの位相は、フェーズドアレーアンテナにおける指向性制御と同様である。例えば、アンテナ素子916−1〜916−M全体で所定の方向への指向性利得が最大となる様に、その方向からの到来波に対して各アンテナ素子916−1〜916−Mにおける経路長差を波長で除算した値に相当する複素位相を調整する。これにより、各アンテナ素子916−1〜916−Mが同位相で信号を送受信できるようにする。 Further, the phase shifter 913-1-1~913-N 0 -M 0 adjusts the phase relationship between the transmit and receive signals in accordance with the beam pattern defined in advance, the phase rotation amount by the control circuit (not shown) Is also managed. The phase here is the same as the directivity control in the phased array antenna. For example, as directional gain in a predetermined direction across the antenna elements 916-1~916-M 0 is the maximum, at each antenna element 916-1~916-M 0 against incoming waves from that direction A complex phase corresponding to a value obtained by dividing the path length difference by the wavelength is adjusted. Thus, each antenna element 916-1~916-M 0 to be able to transmit and receive signals in phase.

なお、ここでの指向性は水平方向の方位角θ及び垂直方向の方位角φを所定の角度の刻み幅で分割し、選択可能な(θ,φ)のメニューごとに、対応する複素位相の組をセットとして移相器913−n−1〜913−n−M(n=1,…,N)の位相量の調整を行う。この結果、例えば、アンテナ素子916−1〜916−M、移相器913−n−1〜913−n−M、分配結合器912−n全体でn番目の信号系列ついてのひとつの仮想的指向性アンテナとして振る舞う。これらの仮想的指向性アンテナは物理的には分配結合器915−1〜915−Mを介して、アンテナ素子916−1〜916−Mを共用することになる。 Here, the directivity is obtained by dividing a horizontal azimuth angle θ and a vertical azimuth angle φ by a predetermined angle step size, and selecting a corresponding complex (θ i , φ j ) for each menu. phase shifter sets of phase as a set 913-n-1~913-n- M 0 (n = 1, ..., n 0) to adjust the amount of phase. As a result, for example, one virtual element for the n-th signal sequence in the whole antenna elements 916-1 to 916 -M 0 , the phase shifters 913 -n-1 to 913 -n-M 0 , and the distribution coupler 912-n Behave as a directional antenna. These virtual directional antenna is physically via distribution couplers 915-1~915-M 0, will share the antenna element 916-1~916-M 0.

さらに以下の説明では、一例としてOFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing:直交周波数分割多重)変調方式の様に周波数軸上の信号を形成して通信を行う場合を例に取り説明する。なお、シングルキャリア伝送の場合であっても周波数軸上での等化処理を行う場合には一旦周波数軸の信号に変換するので、プリコーディング処理及びポストコーディング処理に関しては、この様な周波数軸上の信号に変換した後の処理と見なせば、OFDMかシングルキャリア伝送かの区別なく、同様の議論は可能である。   Further, in the following description, as an example, a case is described in which communication is performed by forming a signal on the frequency axis as in an OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) modulation method. Note that even in the case of single carrier transmission, when performing equalization processing on the frequency axis, the signal is temporarily converted to a signal on the frequency axis. The same discussion is possible without regard to OFDM or single-carrier transmission, assuming that the processing is performed after the signal has been converted into a signal of the same type.

具体的な信号の流れは以下の通りである。まず信号の送信について説明する。変調器901−1〜901−Nは、それぞれで空間多重を行う各ストリームの送信信号を生成する。プリコーダ902は、複数の仮想的指向性アンテナ間の間で信号合成を適宜行い、受信局側での信号分離が効率的に実施できるようにする。このプリコーディング処理は、例えばN系統の仮想的指向性アンテナと実際に送受信するN系統の信号系統間のMIMOチャネル行列を特異値分解した際のユニタリー変換行列の乗算に相当する。これにより、所謂、固有モード伝送を実現し、効率的な伝送を実現する。IFFT&GI付与回路903−1〜903−Nは、この様にして形成された送信信号系列を、周波数軸上の信号から時間軸上の信号に変換し、ガードインターバルを付与する。必要に応じて、シンボル間の波形整形などもここで行うものとする。D/A変換器904−1〜904−Nは、この様にして生成されたデジタル信号を、アナログ信号に変換する。アップコンバータ905−1〜905−Nは、このアナログ信号を、ベースバンド信号から無線周波数帯の信号に変換する。 The specific signal flow is as follows. First, signal transmission will be described. Each of the modulators 901-1 to 901-N generates a transmission signal of each stream to be spatially multiplexed. The precoder 902 appropriately performs signal synthesis between a plurality of virtual directional antennas, and enables efficient signal separation on the receiving station side. The pre-coding processing is equivalent to multiplication example N 0 systematic virtual directional antenna actually unitary transformation matrix at the time of singular value decomposition of the MIMO channel matrix between the signal lines of the N lines for transmitting and receiving. Thereby, so-called eigenmode transmission is realized, and efficient transmission is realized. IFFT & GI imparting circuit 903-1~903-N 0 is a transmission signal sequence formed in this way, into a signal on the time axis from the signal on the frequency axis, imparting guard intervals. If necessary, waveform shaping between symbols is also performed here. D / A converter 904-1~904-N 0 is a digital signal generated in this manner, into an analog signal. Upconverter 905-1~905-N 0 is the analog signal, converts the baseband signal to the radio frequency signals.

送信時においてTDDスイッチ911は、アップコンバータ905−nと分配結合器912−nを接続する(n=1,…,N)。なお、添え字の1〜Nは全て同様に振る舞う。分配結合器912−n(n=1,…,N)は、無線周波数帯の信号をアンテナ系統数Mだけの信号に分配し、これを移相器913−n−1〜913−n−Mに入力する。例えば移相器913−1−1〜913−1−Mは、第1の信号系列に対応する指向性の方位(θ,φ)に対応した所定の複素位相の調整をアナログ信号上で実施し、調整後の第1の信号系列を分配結合器915−1〜915−Mを介してアンテナ素子916−1〜916−Mから送信する。同様に移相器913−N−1〜913−N−Mは、第Nの信号系列に対応する指向性の方位(θi’,φj’)に対応した所定の複素位相の調整をアナログ信号上で実施し、調整後の第Nの信号系列を分配結合器915−1〜915−Mを介してアンテナ素子916−1〜916−Mから送信する。なお、分配結合器915−m(m=1,…,M)は、対応する移相器913−1−m、913−2−m、…、913−N−mから入力した信号を合成し、アンテナ素子916−mに出力する。 At the time of transmission, the TDD switch 911 connects the up-converter 905-n and the distribution coupler 912-n (n = 1,..., N 0 ). It should be noted, 1~N 0 of subscript is all behave in the same way. The distributing coupler 912-n (n = 1,..., N 0 ) distributes the signal in the radio frequency band to signals of the number of antenna systems M 0 , and disperses the signals to the phase shifters 913-n-1 to 913-n. input to -M 0. For example the phase shifter 913-1-1~913-1-M 0 is first directional orientation corresponding to the signal sequence (θ i, φ j) on an analog signal to adjust the predetermined complex phase corresponding in is performed to transmit a first signal sequence after the adjustment from the antenna elements 916-1~916-M 0 through the distribution coupler 915-1~915-M 0. Similarly, the phase shifters 913 -N 0-1 to 913 -N 0 -M 0 are provided with a predetermined complex phase corresponding to the directivity direction (θ i ′ , φ j ′ ) corresponding to the N 0 th signal sequence. the adjustments performed on the analog signal and transmits the signal sequence of the N after adjustment from the antenna elements 916-1~916-M 0 through the distribution coupler 915-1~915-M 0. Incidentally, the distribution coupler 915-m (m = 1, ..., M 0) , the corresponding phase shifters 913-1-m, 913-2-m, ..., a signal input from 913-N 0 -m The signals are combined and output to the antenna element 916-m.

次に信号の受信について説明する。アンテナ素子916−1〜916−Mが受信した信号は分配結合器915−1〜915−Mにより、それぞれN系統の信号に分配され、それぞれが対応する移相器913−1−1〜913−N−Mに出力される。
例えば移相器913−1−1〜913−1−Mは、第1の信号系列に対応する指向性の方位(θ,φ)に対応した所定の複素位相の調整をアナログ信号上で実施し、調整後の第1の信号系列を分配結合器912−1に入力する。分配結合器912−1は入力されたこれらの信号を合成し、合成された信号を、TDDスイッチ911を介してダウンコンバータ906−1に入力する。
同様に、移相器913−N−1〜913−N−Mは、第Nの信号系列に対応する指向性の方位(θi’,φj’)に対応した所定の複素位相の調整をアナログ信号上で実施し、調整後の第Nの信号系列を分配結合器912−Nに入力する。分配結合器912−Nは、入力されたこれらの信号を合成し、合成された信号を、TDDスイッチ911を介してダウンコンバータ906−Nに入力する。
Next, reception of a signal will be described. The signals received by the antenna elements 916-1 to 916 -M 0 are respectively distributed to the N 0 signals by the distribution couplers 915-1 to 915 -M 0 , and the respective phase shifters 913-1-1 correspond to the respective N 0 systems. It is output to the ~913-N 0 -M 0.
For example the phase shifter 913-1-1~913-1-M 0 is first directional orientation corresponding to the signal sequence (θ i, φ j) on an analog signal to adjust the predetermined complex phase corresponding The adjusted first signal sequence is input to the distribution coupler 912-1. The distribution coupler 912-1 combines these input signals, and inputs the combined signal to the down converter 906-1 via the TDD switch 911.
Similarly, the phase shifters 913 -N 0-1 to 913 -N 0 -M 0 are provided with a predetermined complex phase corresponding to the direction (θ i ′ , φ j ′ ) of the directivity corresponding to the Nth signal sequence. the adjustments performed on the analog signal, and inputs the N-th signal sequence after the adjustment to the distributor coupler 912-N 0. Distributor coupler 912-N 0 synthesizes these input signals, and inputs the combined signal, the down-converter 906-N 0 via the TDD switch 911.

ダウンコンバータ906−1〜906−Nは、無線周波数の信号をベースバンド信号にダウンコンバートする。A/D変換器907−1〜907−Nは、ダウンコンバートにより得られたアナログのベースバンド信号をデジタルのベースバンド信号に変換する。ここでは図示していないタイミング検出回路にて管理されるシンボルタイミングに基づき、GI除去&FFT回路908−1〜908−Nは、デジタルのベースバンド信号からガードインターバルを除去し、時間軸の信号を周波数軸の信号に変換する。ポストコーダ909は、GI除去&FFT回路908−1〜908−Nにより処理された各信号系列(ストリーム)間のクロストーク成分を周波数軸上で信号分離し、クロストーク成分分離後の信号を対応する復調器910−1〜910−Nに出力する。復調器910−1〜910−Nは、所定の信号検出処理により、データを再生して出力する。 Downconverter 906-1~906-N 0 is down-converts the signal of the radio frequency into a baseband signal. The A / D converters 907-1 to 907 -N 0 convert an analog baseband signal obtained by down-conversion into a digital baseband signal. Here, based on the symbol timing managed by the timing detection circuit (not shown), GI removal & FFT circuit 908-1~908-N 0 removes a guard interval from the digital baseband signal, the signal in the time axis Convert to frequency axis signal. Postcoder 909, the cross talk component between the signal sequence (stream) which has been processed by the GI removal & FFT circuit 908-1~908-N 0 and signal separation in the frequency domain, corresponding signals after the crosstalk component separation To demodulators 910-1 to 910-N. The demodulators 910-1 to 910-N reproduce and output data by a predetermined signal detection process.

なお、ここでは送信側のパワーアンプ及び受信側のローノイズアンプは明示的に記載していないが、一般にはアップコンバータ905−1〜905−Nの後段(符号「A」〜「AN0」の位置)にパワーアンプを設置し、ダウンコンバータ906−1〜906−Nの前段(符号「B」〜「BN0」の位置)にローノイズアンプを設置する。このパワーアンプとローノイズアンプは個別に複素位相回転量が異なり、更には周波数毎に移送回転量が異なる場合もある。しかし、TDDスイッチ911とアンテナ素子916−1〜916−Mの間には送信と受信で位相回転量に差がつく要因は排除されており、送信時と受信時でのチャネルの対称性が保存される。このため、移相器913−1−1〜913−N−Mの位相回転量の設定は、送信時と受信時で同じ値を用いることが可能である。 Here, although low-noise amplifier of the power amplifier and the receiver of the transmission side is not explicitly described, generally downstream of the up-converter 905-1~905-N 0 (code "A 1" - "A N0" the power amplifier installed in the position), front (code "B 1" in the down converter 906-1~906-N 0 ~ installing low-noise amplifier in a position) of the "B N0". The power amplifier and the low-noise amplifier have different amounts of complex phase rotation, and the amount of transfer rotation may be different for each frequency. However, factors to get a difference in phase rotation amount on both transmit and receive between the TDD switch 911 and antenna element 916-1~916-M 0 is excluded, the symmetry of the channel at the time of reception and time of transmission Will be saved. Therefore, setting the phase rotation quantity of the phase shifter 913-1-1~913-N 0 -M 0, it is possible to use the same value when it transmits and receives.

以上がハイブリッド・ビームフォーミングを用いたMassive MIMO技術の概要である。ここでは移相器913−1−1〜913−N−Mで設定する位相回転量ないしは各信号系列に対応する指向性の方位(上述の例では、移相器913−1−1〜913−1−Mでは(θ,φ)、移相器913−N−1〜913−N−Mでは(θi’,φj’))などの取得方法は本願発明の特徴に直接関係ないために省略するが、非特許文献1などの従来技術により取得可能である。 The above is the outline of the Massive MIMO technology using hybrid beamforming. Here in the example directional orientation (above corresponding to the phase rotation amount or the signal sequence for setting in phase shifters 913-1-1~913-N 0 -M 0, the phase shifter 913-1-1~ in 913-1-M 0 (θ i, φ j), the phase shifter 913-N 0 -1~913-N 0 -M 0 (θ i ', φ j')) acquisition method, such as the present invention Although not described because it is not directly related to the features described above, it can be obtained by a conventional technique such as Non-Patent Document 1.

[見通し波が支配的な場合のMassive MIMO技術の拡張]
以上のMassive MIMO技術の説明では、主としてアクセス系での利用を想定していたために、概ねマルチパス環境であることを前提としていた。しかし、アクセス系であってもスモールセル基地局が上方に設置され、見下ろす格好で概ね見通しが確保できる場合には、非マルチパス環境での運用が余儀なくされる場合がある。特にバックホール回線の場合にはそれが顕著で、所謂、ライス係数Kが10dB以上となる、見通し波成分の1/10以下程度しかマルチパス成分が伴わない環境での利用が想定される。この場合、第1特異値に相当する回線利得と第2特異値以上に相当する回線利得差が20dB、ないしはそれ以上となることが予想され、実質的に2ストリーム以上の空間多重伝送は非効率となることが予想される。
[Expansion of Massive MIMO technology when line of sight is dominant]
In the above description of the Massive MIMO technology, since it is mainly assumed to be used in an access system, it is generally assumed that the environment is a multipath environment. However, even in the access system, if the small cell base station is installed at the top, and it is possible to look down and look roughly, it may be necessary to operate in a non-multipath environment. This is particularly remarkable in the case of a backhaul line, and is assumed to be used in an environment in which a so-called Rice coefficient K is 10 dB or more and a multipath component is only about 1/10 or less of a line-of-sight component. In this case, the difference between the line gain corresponding to the first singular value and the line gain corresponding to the second singular value or more is expected to be 20 dB or more, and spatial multiplex transmission of two or more streams is inefficient. It is expected that

この様な環境では、非特許文献2に示される様に、第1特異値に対応する回線利得の効率の高さを活用して、全アンテナ素子を複数のセットに分割し、セット毎にサブアレー構成をとることが有効になる。そして、そのサブアレーを空間的に離して設置することで、サブアレー間の相関を低下させ、第1特異値に対応した伝送を低相関で並列伝送することが有効になる。また、同様に非特許文献3では、ここでのサブアレーのアンテナ開口長が狭く、見通し波が支配的で十分にサブアレー内の各アンテナ素子間の相関が強い場合、各アンテナ素子の送受信ウエイトは周波数依存性を持たない定数として扱うことが可能であり、この場合には時間軸上のサンプリングデータ単位でウエイトの乗算が可能であるという「時間軸ビームフォーミング技術」が提案されている。   In such an environment, as shown in Non-Patent Document 2, all antenna elements are divided into a plurality of sets by utilizing the high line gain efficiency corresponding to the first singular value, and a sub-array is set for each set. The configuration is effective. By arranging the sub-arrays spatially separated, it is effective to reduce the correlation between the sub-arrays and to transmit the transmission corresponding to the first singular value in parallel with low correlation. Similarly, in Non-Patent Document 3, when the antenna aperture length of the subarray here is narrow, the line of sight wave is dominant, and the correlation between the antenna elements in the subarray is sufficiently strong, the transmission / reception weight of each antenna element is the frequency. A "time-axis beamforming technique" has been proposed, which can be treated as a constant having no dependence, and in this case, weight multiplication can be performed in units of sampling data on the time axis.

これは、素子間隔が狭くアンテナ素子の相関が強い場合、アンテナ素子毎の相対的なチャネル情報(ある基準となるアンテナ素子でのチャネル情報に対するチャネル情報の相対値であり、具体的には基準アンテナ素子の第k周波数成分のチャネル情報の複素位相をψref (k)とした場合に、各アンテナ素子にExp{−jψref (k)}を乗算して得られる情報)の複素位相の周波数依存性は、概ね一定となっていることに起因した方式である。例えば受信時においては、これらの各アンテナ素子の受信信号を複素位相が同位相になる様に信号合成するための受信ウエイトの複素位相は、全周波数帯域において概ね一定となっており、全周波数帯で同一の定数の受信ウエイトを用いることが可能となる。一般に、周波数軸上で定数となる関数をフーリエ変換するとδ関数になるため、周波数軸の受信ウエイトをIFFTにより時間軸上に変換したウエイトは、t=0の成分のみを考慮すればよいことになる。つまり、遅延波成分を考慮した信号処理が不要であることから、アナログ・ベースバンドの受信信号をA/D変換器でサンプリングしたサンプリングデータに、直接、アンテナ素子毎の所定の係数である時間軸受信ウエイトを乗算すれば、受信信号をFFT処理などにより一度も周波数軸上の信号に変換することなく、完全に時間軸の信号処理だけで指向性形成を実現することが可能になる。 This is a relative value of channel information for each antenna element (a relative value of channel information with respect to channel information of an antenna element serving as a reference, when the element spacing is narrow and the correlation of antenna elements is strong, If the complex phase of the channel information of the k-th frequency component of the element is ψ ref (k) , the frequency dependence of the complex phase of information obtained by multiplying each antenna element by Exp {−j ref (k) } The gender is a method based on the fact that it is almost constant. For example, at the time of reception, the complex phase of the reception weight for synthesizing the received signals of these antenna elements such that the complex phases are the same is substantially constant in the entire frequency band, and Thus, it is possible to use reception weights having the same constant. Generally, a Fourier transform of a function that becomes a constant on the frequency axis becomes a δ function. Therefore, the weight obtained by transforming the reception weight on the frequency axis on the time axis by IFFT only needs to consider the component at t = 0. Become. In other words, since it is not necessary to perform signal processing in consideration of the delay wave component, the time base, which is a predetermined coefficient for each antenna element, is directly added to the sampling data obtained by sampling the analog / baseband received signal by the A / D converter. If the reception weight is multiplied, the directivity can be completely formed only by signal processing on the time axis without converting the reception signal into a signal on the frequency axis by FFT processing or the like.

時間軸ウエイトとして乗算する複素位相の回転のための係数は以下の式(1)〜式(3)により求められる。   The coefficient for rotation of the complex phase to be multiplied as the time axis weight is obtained by the following equations (1) to (3).

Figure 0006646544
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Figure 0006646544
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上記の式において、S(n)は、受信したトレーニング信号の中で、第iアンテナの第nサンプルのサンプリングデータを表し、S(n)は、S(n)の複素共役を表す。NFFTは所定の周期性を想定し、例えばOFDMのFFTポイント数の様な相関検出において意味を持つ周期性の値を示す。ψは時間軸ビームフォーミングで実施する(受信側の)複素位相の回転量である。関数angle(x)は複素数xの複素位相を表す関数であり、xの実数部とxの虚数部の比及び実部と虚部の符号により定まる値である。また、式(1)における相関演算においては所定の周期性としてOFDM信号の場合にはFFTポイント数であるNFFTサンプルに渡り相関演算を行うとしたが、例えばNFFTの整数倍であっても周期性は維持される様に、その他のサンプル数に渡る相関演算を行っても構わない。 In the above equation, S i (n) represents the sampling data of the n-th sample of the i-th antenna in the received training signal, and S i (n) * represents the complex conjugate of S i (n). Represent. N FFT assumes a predetermined periodicity, and indicates a periodicity value that is significant in correlation detection, such as the number of FFT points in OFDM. ψ j is the amount of rotation of the complex phase (on the receiving side) performed by time axis beamforming. The function angle (x) is a function representing the complex phase of the complex number x, and is a value determined by the ratio of the real part of x to the imaginary part of x and the sign of the real part and the imaginary part. Although the in the correlation calculation in the formula (1) performs a correlation operation over N FFT samples is the number of FFT points in the case of the OFDM signal as a predetermined periodicity, be an integer multiple of example N FFT Correlation calculations over other sample numbers may be performed so that periodicity is maintained.

ここで式(2)より明らかな様に、上記式(1)で与えられる複素係数cの複素位相と、上記式(2)で与えられる時間軸ウエイトwの複素位相は符号が反転したものとなっている。この意味で、後述する本発明の実施形態において、相対的なチャネル情報に対応する式(1)で与えられる複素係数cの複素位相を求めることと、時間軸ウエイトwの複素位相を求めることは等価である。 Here, as is clear from the equation (2), the complex phase of the complex coefficient c j given by the above equation (1) and the complex phase of the time axis weight w j given by the above equation (2) have inverted signs. It has become something. In this sense, in an embodiment of the present invention to be described later, the complex phase of the complex coefficient c j given by the equation (1) corresponding to the relative channel information and the complex phase of the time axis weight w j are found. Are equivalent.

図12は、非特許文献3に記載の従来技術における時間軸ビームフォーミングを用いた無線局装置の構成例(サブアレー分離型)を示す機能ブロック図である。同図に示す無線局装置は、ベースバンド信号処理回路140と、送受信信号処理回路929−1〜929−Nとを備える。ベースバンド信号処理回路140は、変調器120−1〜120−N(MOD#1〜MOD#N)と、信号分離回路141と、復調器130−1〜130−N(DEM#1〜DEM#N)とを備える。送受信信号処理回路929−n(n=1,…,N)は、時間軸送信ウエイト乗算回路921−nと、D/A変換器922−n−1〜922−n−Mと、アップコンバータ923−n−1〜923−n−Mと、ダウンコンバータ(DC)924−n−1〜924−n−Mと、A/D変換器925−n−1〜925−n−Mと、時間軸受信ウエイト乗算回路926−nと、TDDスイッチ(TDD−SW)927−nとを備える。TDDスイッチ927−nは、アンテナ素子928−n−1〜928−n−Mと接続される。ここでNは空間多重を行う際の多重数(ストリーム数)に相当し、送受信信号処理回路929−1〜929−Nは全体でN系統分だけ実装されている。またMは、各送受信信号処理回路929−1〜929−Nに実装されるサブアレーのアンテナ素子数を表している。図11の説明では全アンテナ素子数をMとしていたが、ここではアンテナ全体をサブアレー構成としているので個々のサブアレーのアンテナ素子数は異なる値Mと標記した。 FIG. 12 is a functional block diagram illustrating a configuration example (sub-array separation type) of a wireless station device using time-axis beamforming in the related art described in Non-Patent Document 3. The wireless station device shown in FIG. 1 includes a baseband signal processing circuit 140 and transmission / reception signal processing circuits 929-1 to 929 -N. The baseband signal processing circuit 140 includes modulators 120-1 to 120-N (MOD # 1 to MOD # N), a signal separation circuit 141, and demodulators 130-1 to 130-N (DEM # 1 to DEM #). N). The transmission / reception signal processing circuit 929-n (n = 1,..., N) includes a time axis transmission weight multiplication circuit 921-n, D / A converters 922-n-1 to 922-n-M, and an up converter 923. -N-1 to 923-n-M, down converter (DC) 924-n-1 to 924-n-M, A / D converters 925-n-1 to 925-n-M, and time axis A reception weight multiplication circuit 926-n and a TDD switch (TDD-SW) 927-n are provided. TDD switch 927-n is connected to antenna elements 928-n-1 to 928-n-M. Here, N corresponds to the multiplexing number (the number of streams) when performing spatial multiplexing, and the transmission / reception signal processing circuits 929-1 to 929 -N are mounted in N systems in total. M represents the number of antenna elements of the sub-array mounted on each of the transmission / reception signal processing circuits 929-1 to 929-N. In the description of Figure 11 it had a total number of antenna elements and M 0, but here since the subarray constitute the entire antenna number of antenna elements of each subarray were labeled as different values M.

ここで送受信信号処理回路929−1〜929−N(送受信信号処理回路929−nにはサブアレーのアンテナ素子928−n−1〜928−n−Mが付随している)は、非特許文献2の様に空間的に離して設置することが想定されている。また、ベースバンド信号処理回路140は、送受信信号処理回路929−1〜929−Nそれぞれと有線接続され、この有線上でデジタル・ベースバンド信号が転送されている。また、図11の場合と同様に、ここには図示していない全体の制御回路がベースバンド信号処理回路140上に実装され、フレーム周期や送受信タイミングを管理し、ここでTDDスイッチ927−1〜927−Nの切り替えもここで管理される。   Here, the transmission / reception signal processing circuits 929-1 to 929-N (the transmission / reception signal processing circuit 929-n has sub-array antenna elements 928-n-1 to 928-n-M) are described in Non-Patent Document 2. It is assumed that they are installed spatially apart from each other. In addition, the baseband signal processing circuit 140 is connected to each of the transmission / reception signal processing circuits 929-1 to 929 -N by wire, and the digital baseband signal is transferred over this wire. As in the case of FIG. 11, an entire control circuit (not shown) is mounted on the baseband signal processing circuit 140 to manage a frame cycle and transmission / reception timing. Switching of 927-N is also managed here.

さらに時間軸ビームフォーミング技術では、基本的に時間軸での信号処理を前提とするが、OFDM変調方式の様に周波数軸上の信号を形成する場合でもFFT処理及びIFFT処理により周波数軸上の信号は時間軸上の信号に変換可能であり、この時間軸信号への信号処理の実施により、シングルキャリア伝送と共にOFDM変調方式でも同様に時間軸ビームフォーミング技術を適用可能である。ただし、図11では周波数軸上の信号処理を想定し、IFFT処理のためのIFFT&GI付与回路903−1〜903−NとFFT処理のためのGI除去&FFT回路908−1〜908−Nとを、変調器901−1〜901−N及び復調器910−1〜910−Nとは分離して表記していたが、ここでは周波数軸上の信号処理を前提としないため、図12では仮にOFDM変調方式などを用いる場合であっても、変調器120−1〜120−N及び復調器130−1〜130−N(または信号分離回路141)内部にFFT処理及びIFFT処理の機能が含まれているものと見做し、これらの表記は省略することとした。したがって、OFDM変調方式やシングルキャリア伝送の如何にかかわらず、変調器120−1〜120−N及び復調器130−1〜130−Nからの入出力信号は時間軸上の信号であるものとする。また、信号分離回路141では各信号系列間の信号分離を行うが、ここでは時間軸での信号分離を行うことも可能であるし、一旦、FFTにより周波数軸の信号に変換し、周波数軸で周波数依存性のある信号分離を実施しても構わない。この意味で、復調器130−1〜130−Nへの入力は、時間軸の信号である場合と周波数軸の信号である場合が想定されるが、ここでは簡単のために時間軸での信号を入力するものとして説明する。 Furthermore, the time-axis beamforming technology basically presupposes signal processing on the time axis. However, even when a signal on the frequency axis is formed as in the OFDM modulation method, the signal on the frequency axis is formed by FFT processing and IFFT processing. Can be converted into a signal on the time axis, and by performing signal processing on the time axis signal, the time axis beamforming technique can be similarly applied to the OFDM modulation method together with the single carrier transmission. However, assuming the signal processing on the frequency axis in FIG. 11, a GI removal & FFT circuit 908-1~908-N 0 for IFFT & GI imparting circuit 903-1~903-N 0 and FFT processing for IFFT processing Has been described separately from the modulators 901-1 to 901-N and the demodulators 910-1 to 910-N. However, since signal processing on the frequency axis is not assumed here, FIG. Even when the OFDM modulation method is used, the functions of the FFT processing and the IFFT processing are included in the modulators 120-1 to 120-N and the demodulators 130-1 to 130-N (or the signal separation circuit 141). Therefore, these notations are omitted. Therefore, irrespective of the OFDM modulation method or single carrier transmission, the input / output signals from the modulators 120-1 to 120-N and the demodulators 130-1 to 130-N are signals on the time axis. . Further, the signal separation circuit 141 performs signal separation between the respective signal sequences. Here, it is also possible to perform signal separation on the time axis. Frequency-dependent signal separation may be performed. In this sense, it is assumed that the input to the demodulators 130-1 to 130-N is a signal on the time axis and a signal on the frequency axis. The description will be made assuming that the user inputs "."

具体的な信号の流れは以下の通りである。まず信号の送信について説明する。変調器120−1〜120−Nは、それぞれで空間多重を行う各ストリームの時間軸デジタル・ベースバンドの送信信号を生成し、それぞれを時間軸送信ウエイト乗算回路921−1〜921−Nに入力する。時間軸送信ウエイト乗算回路921−n(n=1,…,N)は、変調器120−nから入力されたデジタル信号を、送受信信号処理回路929−nで指向性形成するためのサブアレーの各アンテナ素子928−n−1〜928−n−Mに対応した送信ウエイトを乗算したデジタル信号に変換する。D/A変換器922−n−1〜922−n−Mは、送信ウエイトが乗算されたデジタル信号をアナログ・ベースバンド信号に変換し、アップコンバータ923−n−1〜923−n−Mは、アナログ・ベースバンド信号を無線周波数帯の信号に変換する。送信時において、TDDスイッチ927−nは、アップコンバータ923−n−m(mは1以上M以下の整数)をアンテナ素子928−n−mに接続する。各アンテナ素子928−n−1〜928−n−Mからは、アップコンバータ923−n−1〜923−n−Mから入力されたそれぞれの信号が送信され、送受信信号処理回路929−1〜929−N毎に指向性ビームが形成される。   The specific signal flow is as follows. First, signal transmission will be described. The modulators 120-1 to 120-N generate transmission signals of the time base digital baseband of the respective streams to be spatially multiplexed, and input these to the time base transmission weight multiplying circuits 921-1 to 921-N. I do. The time-axis transmission weight multiplying circuits 921-n (n = 1,..., N) are each a sub-array for forming the directivity of the digital signal input from the modulator 120-n by the transmission / reception signal processing circuit 929-n. The signal is converted into a digital signal obtained by multiplying the transmission weights corresponding to the antenna elements 928-n-1 to 928-n-M. The D / A converters 922-n-1 to 922-n-M convert the digital signal multiplied by the transmission weight into an analog baseband signal, and the up-converters 923-n-1 to 923-n-M , Convert the analog baseband signal into a signal in a radio frequency band. At the time of transmission, the TDD switch 927-n connects the upconverter 923-nm (m is an integer of 1 or more and M or less) to the antenna element 928-nm. The signals input from the up-converters 923-n-1 to 923-n-M are transmitted from the antenna elements 928-n-1 to 928-n-M, and the transmission / reception signal processing circuits 929-1 to 929 are transmitted. A directional beam is formed every −N.

次に信号の受信について説明する。アンテナ素子928−n−1〜928−n−M(n=1,…,N)が受信した信号はTDDスイッチ927−nを介してダウンコンバータ924−n−1〜924−n−Mに入力される。ダウンコンバータ924−n−1〜924−n−Mは、無線周波数の信号をアナログ・ベースバンド信号に変換する。A/D変換器925−n−1〜925−n−Mは、アナログ・ベースバンド信号を、デジタル・ベースバンド信号に変換する。このデジタル・ベースバンド信号は時間軸受信ウエイト乗算回路926−nに入力される。時間軸受信ウエイト乗算回路926−nは、入力された信号それぞれに、各アンテナ素子928−n−1〜928−n−Mに対応した受信ウエイトを乗算し、受信ウエイト乗算後の信号を加算合成してそれぞれ1系統の信号系列に変換する。すなわち、時間軸受信ウエイト乗算回路926−1〜926−Nにより、合計でN系統の信号系列(ストリーム)に変換され、これらの信号は信号分離回路141に入力される。信号分離回路141は、各ストリーム間のクロストーク成分を抑圧して信号分離を行い、この分離された信号を対応する復調器130−1〜130−Nに入力する。復調器130−1〜130−Nは、所定の信号検出処理により、データを再生して出力する。   Next, reception of a signal will be described. The signals received by the antenna elements 928-n-1 to 928-n-M (n = 1,..., N) are input to the down converters 924-n-1 to 924-n-M via the TDD switch 927-n. Is done. The down converters 924-n-1 to 924-n-M convert radio frequency signals into analog baseband signals. The A / D converters 925-n-1 to 925-n-M convert an analog baseband signal into a digital baseband signal. This digital baseband signal is input to the time axis reception weight multiplying circuit 926-n. The time axis reception weight multiplying circuit 926-n multiplies each of the input signals by the reception weight corresponding to each of the antenna elements 928-n-1 to 928-n-M, and adds and synthesizes the signals after the reception weight multiplication. And converts them into a single signal sequence. That is, the signals are converted into a total of N signal sequences (streams) by the time axis reception weight multiplying circuits 926-1 to 926 -N, and these signals are input to the signal separating circuit 141. The signal separation circuit 141 performs signal separation by suppressing a crosstalk component between the streams, and inputs the separated signals to the corresponding demodulators 130-1 to 130-N. The demodulators 130-1 to 130-N reproduce and output data by a predetermined signal detection process.

信号分離回路141で行うクロストーク成分の抑圧は、時間軸上で実施することも可能であるし、一旦、FFT処理により周波数軸信号に変換して周波数軸上で実施することも可能である。ないしは、送受信信号処理回路929−1〜929−Nで行う信号処理のみで済ませ、信号分離回路141では特に何も処理を行わなくてもよい。ただしいずれにしても、ここでの信号分離の方法の詳細は本願に直接関係ないために省略する。   The suppression of the crosstalk component performed by the signal separation circuit 141 can be performed on the time axis, or can be temporarily converted to a frequency axis signal by FFT processing and then performed on the frequency axis. Alternatively, only the signal processing performed by the transmission / reception signal processing circuits 929-1 to 929 -N may be performed, and the signal separation circuit 141 may not perform any processing. However, in any case, the details of the signal separation method here are omitted because they are not directly related to the present application.

また、時間軸送信ウエイト乗算回路921−1〜921−Nで用いる時間軸送信ウエイト及び時間軸受信ウエイト乗算回路926−1〜926−Nで用いる時間軸受信ウエイトのそれぞれは、ここでは図示していない時間軸送受信ウエイト取得手段において取得する。そして、同様にここでは図示していない制御回路が、そこで用いる時間軸送受信ウエイトの値を管理する。例えば、通信相手となる無線局が送信したトレーニング信号に対し、A/D変換器925−n−1〜925−n−Mで取得したサンプリングデータを基に、所定のサンプル数に渡り基準アンテナ素子(例えば928−n−1)とのアンテナ素子間の相関値を求め、この複素位相を基に定めてもよい。時間軸受信ウエイトと時間軸送信ウエイトの複素位相の値は、ここでは図示していないパワーアンプとローノイズアンプなどの複素位相の回転量が個々のアンプで異なるため一般には一致しないが、従来技術のインプリシットフィードバックのキャリブレーション手法を用いることで、時間軸受信ウエイトから時間軸送信ウエイトへの変換は可能である。この様にして取得した送受信ウエイトを対応する無線局装置毎にメモリに記憶しておく。そして、送信時及び受信時にはこれらの送受信ウエイトの値を基に時間軸送信ウエイト乗算回路921−1〜921−N、時間軸受信ウエイト乗算回路926−1〜926−Nにてウエイトの乗算を行うことになる。   The time axis transmission weights used in the time axis transmission weight multiplying circuits 921-1 to 921-N and the time axis reception weights used in the time axis reception weight multiplication circuits 926-1 to 926-N are shown here. The time axis transmission / reception weight acquisition means obtains it. Similarly, a control circuit (not shown) manages the value of the time axis transmission / reception weight used there. For example, based on the sampling data obtained by the A / D converters 925-n-1 to 925-n-M for a training signal transmitted by a wireless station as a communication partner, the reference antenna element is transmitted over a predetermined number of samples. A correlation value between the antenna elements (for example, 928-n-1) may be determined, and the correlation value may be determined based on the complex phase. The complex phase values of the time axis reception weight and the time axis transmission weight generally do not match because the amount of rotation of the complex phase of a power amplifier and a low noise amplifier (not shown) is different between individual amplifiers. By using the calibration method of the implicit feedback, it is possible to convert the time axis reception weight into the time axis transmission weight. The transmission / reception weights thus obtained are stored in the memory for each corresponding wireless station device. Then, at the time of transmission and reception, the time axis transmission weight multiplication circuits 921-1 to 921-N and the time axis reception weight multiplication circuits 926-1 to 926-N perform weight multiplication based on the values of these transmission and reception weights. Will be.

図13は、非特許文献3に記載の従来技術における時間軸ビームフォーミングを用いた無線局装置の構成例(サブアレー共用型)を示す機能ブロック図である。同図において、図12と共通の機能には同一の図番号を付与している。同図において、無線局装置942は、ベースバンド信号処理回路140と、送受信信号処理回路929−1〜929−Nと、分配結合器(HYB)941−1〜941−Mと、アンテナ素子928−1〜928−Mとを備える。図12では、送受信信号処理回路929−1〜929−Nは、サブアレー毎に空間的に分離した場所に設置することを想定して異なる筐体に収容され、別筐体のベースバンド信号処理回路140との間で有線接続されている構成を示した。一方、図13では、全ての送受信信号処理回路929−1〜929−Nとベースバンド信号処理回路140を同一筐体の無線局装置942として構成し、アンテナ素子928−1〜928−Mを全体で共用している。このため、例えば送信時においては各送受信信号処理回路929−1〜929−NのTDDスイッチ927−1〜927−Nからの信号を分配結合器941−1〜941−Mで合成し、合成された信号をアンテナ素子928−1〜928−Mから送信する。同様に受信時には、アンテナ素子928−1〜928−Mのそれぞれが受信した信号を分配結合器941−1〜941−Mにより分配する。つまり、分配結合器941−m(m=1,…,M)は、アンテナ素子928−mが受信した信号を、TDDスイッチ927−1〜927−Nに分配して入力する。これ以外の信号処理は全て図12と図13で共通である。   FIG. 13 is a functional block diagram showing a configuration example (shared sub-array type) of a wireless station device using time-axis beam forming in the conventional technology described in Non-Patent Document 3. In the figure, functions common to those in FIG. 12 are given the same figure numbers. In the figure, a radio station apparatus 942 includes a baseband signal processing circuit 140, transmission / reception signal processing circuits 929-1 to 929-N, distribution couplers (HYB) 941-1 to 941-M, and an antenna element 928- 1 to 928-M. In FIG. 12, the transmission / reception signal processing circuits 929-1 to 929-N are housed in different housings on the assumption that they are installed in places spatially separated for each sub-array, and the baseband signal processing circuit of another housing is provided. 140 shows a configuration in which a wired connection is made between the wireless LAN and the wireless LAN. On the other hand, in FIG. 13, all of the transmission / reception signal processing circuits 929-1 to 929 -N and the baseband signal processing circuit 140 are configured as a wireless station device 942 in the same housing, and the antenna elements 928-1 to 928 -M are formed as a whole. Is shared by For this reason, for example, at the time of transmission, signals from the TDD switches 927-1 to 927-N of the respective transmission / reception signal processing circuits 929-1 to 929-N are combined by the distribution couplers 941-1 to 941-M and combined. The transmitted signal is transmitted from the antenna elements 928-1 to 928-M. Similarly, at the time of reception, the signals received by the antenna elements 928-1 to 928-M are distributed by the distribution couplers 941-1 to 941-M. That is, the distribution coupler 941-m (m = 1,..., M) distributes the signal received by the antenna element 928-m to the TDD switches 927-1 to 927-N and inputs the signal. All other signal processing is common to FIG. 12 and FIG.

同様に、図14は、非特許文献3に記載の従来技術における時間軸ビームフォーミングを用いた無線局装置の別の構成例(サブアレー共用型)の機能ブロック図である。同図において、図13に示す無線局装置と同一の部分には同一の符号を付し、その説明を省略する。同図に示す無線局装置945は、ベースバンド信号処理回路140と、時間軸送信ウエイト乗算回路921−1〜921−Nと、加算合成器943−1〜943−Mと、D/A変換器922−1〜922−Mと、アップコンバータ923−1〜923−Mと、ダウンコンバータ924−1〜924−Mと、A/D変換器925−1〜925−Mと、複製器944−1〜944−Mと、時間軸受信ウエイト乗算回路926−1〜926−Nと、TDDスイッチ927と、アンテナ素子928−1〜928−Mとを備える。   Similarly, FIG. 14 is a functional block diagram of another configuration example (sub-array shared type) of a wireless station device using time-axis beamforming in the related art described in Non-Patent Document 3. In the figure, the same parts as those of the radio station apparatus shown in FIG. The wireless station device 945 shown in the figure includes a baseband signal processing circuit 140, time-base transmission weight multiplying circuits 921-1 to 921-N, summing and combining units 943-1 to 943-M, and a D / A converter. 922-1 to 922-M, up converters 923-1 to 923-M, down converters 924-1 to 924-M, A / D converters 925-1 to 925-M, and a duplicator 944-1. To 944-M, a time axis reception weight multiplying circuit 926-1 to 926-N, a TDD switch 927, and antenna elements 928-1 to 928-M.

図13では、送受信信号処理回路929−1〜929−Nをサブアレー毎に個別に実装したが、D/A変換器922−n−1〜922−n−M、アップコンバータ923−n−1〜923−n−M、ダウンコンバータ924−n−1〜924−n−M、A/D変換器925−n−1〜925−n−M、TDDスイッチ927−1〜927−Nはそれぞれ共通化可能である(n=1,…,N)。そこで、図14では時間軸送信ウエイト乗算回路921−1〜921−N(全体でN面が実装されている)で生成したN系統のデジタル・ベースバンド信号をサンプリングデータ単位で加算合成器943−1〜943−Mで加算合成し、それぞれを1系統に集約したものをD/A変換器922−1〜922−Mにてデジタル信号からアナログ信号に変換する。同様に受信側では、複製器944−1〜944−Mは、A/D変換器925−1〜925−Mで生成したデジタル・ベースバンド信号をサンプリングデータ単位でN系統の信号に複製し、複製された信号を時間軸受信ウエイト乗算回路926−1〜926−N(全体でN面が実装されている)に入力する。時間軸受信ウエイト乗算回路926−1〜926−Nのそれぞれは、入力された信号に受信ウエイトを乗算し、その結果を加算合成することでそれぞれ1系統の信号に変換する。すなわち、時間軸受信ウエイト乗算回路926−1〜926−Nにより、合計N系統の信号に変換され、これらの信号は信号分離回路941に入力される。   In FIG. 13, the transmission / reception signal processing circuits 929-1 to 929-N are individually mounted for each sub-array, but the D / A converters 922-n-1 to 922-n-M and the up-converters 923-n-1 to 923-n-1 923-n-M, down converters 924-n-1 to 924-n-M, A / D converters 925-n-1 to 925-n-M, and TDD switches 927-1 to 927-N are shared. It is possible (n = 1,..., N). Therefore, in FIG. 14, an N-system digital baseband signal generated by the time-base transmission weight multiplying circuits 921-1 to 921-N (N planes are mounted as a whole) is added to the adder / synthesizer 943 in sampling data units. 1-943-M, the signals are combined into one system, and D / A converters 922-1 to 922-M convert the digital signals into analog signals. Similarly, on the receiving side, the duplicators 944-1 to 944-M duplicate the digital baseband signals generated by the A / D converters 925-1 to 925-M into N-system signals in sampling data units, The duplicated signal is input to the time axis reception weight multiplying circuits 926-1 to 926-N (N planes are mounted as a whole). Each of the time axis reception weight multiplication circuits 926-1 to 926 -N multiplies the input signal by the reception weight, and adds and combines the results to convert them into one system signal. That is, the signals are converted into a total of N signals by the time axis reception weight multiplying circuits 926-1 to 926 -N, and these signals are input to the signal separating circuit 941.

これにより、D/A変換器922−n−1〜922−n−Mの重複実装、アップコンバータ923−n−1〜923−n−Mの重複実装、ダウンコンバータ924−n−1〜924−n−Mの重複実装、A/D変換器925−n−1〜925−n−Mの重複実装、TDDスイッチ927−1〜927−Nの重複実装を避け、回路規模の縮小と消費電力等の削減につなげている。   Thereby, the D / A converters 922-n-1 to 922-n-M are redundantly mounted, the up-converters 923-n-1 to 923-n-M are redundantly mounted, and the down-converters 924-n-1 to 924-924 are mounted. Avoid duplicate implementation of nM, duplicate implementation of A / D converters 925-n-1 to 925-n-M, duplicate implementation of TDD switches 927-1 to 927-N, reduce circuit scale, reduce power consumption, etc. Has led to the reduction of

ここで実際の運用においては、図12に示す無線局装置と、図13又は図14に示す無線局装置とが対向して通信を行う。例えば、基地局装置については、ビル屋上の様に設置自由度があり、複数個所にサブアレーを設置可能である。一方で、端末局装置側は、ビル壁面などの設置に関する制約が大きい場合、図12を基地局装置、図13又は図14を端末局装置とする構成により、端末局装置はサブアレーをひとつのアレーアンテナで共用する形で設置自由度を高めることが可能である。あるいは、例えば端末局装置当たりの伝送容量が空間多重を必要としない程度であれば、図13又は図14を基地局装置、図12を送受信信号処理回路929−1〜929−Nのうち1系統のみ(例えば、図12の送受信信号処理回路929−1のみ)を実装した端末局装置とすることを想定し、複数の端末局装置と一つの基地局装置とによりマルチユーザMIMO伝送を行う構成とすることも可能である。   Here, in actual operation, the wireless station device shown in FIG. 12 and the wireless station device shown in FIG. 13 or FIG. For example, the base station apparatus has a degree of freedom in installation as on the roof of a building, and a sub-array can be installed at a plurality of locations. On the other hand, when there is a large restriction on the installation of a building wall or the like, the terminal station apparatus has a configuration in which FIG. 12 is a base station apparatus and FIG. 13 or FIG. 14 is a terminal station apparatus. It is possible to increase the degree of freedom in installation by sharing the antenna. Alternatively, for example, if the transmission capacity per terminal station device does not require spatial multiplexing, FIG. 13 or FIG. 14 shows the base station device, and FIG. 12 shows one of the transmission / reception signal processing circuits 929-1 to 929-N. Assuming that the terminal station apparatus is equipped with only the terminal station apparatus (for example, only the transmission / reception signal processing circuit 929-1 in FIG. 12), multi-user MIMO transmission is performed by a plurality of terminal station apparatuses and one base station apparatus. It is also possible.

なお、図11と図12、図13及び図14との対応に関しては、例えば図11の移相器913−1−1〜913−N−Mで行う複素位相の回転量をψα(αは移相器913−1−1〜913−N−Mに対する識別番号に相当)とするならば、時間軸送信ウエイト乗算回路921−1〜921−N、時間軸受信ウエイト乗算回路926−1〜926−Nが、対応するアンテナ素子の信号系列に対しExp{jψα}を乗算することに相当する。つまり、図11では各アンテナ素子から送受信する信号をアナログ回路(すなわち移相器913−1−1〜913−N−M)で変換処理していたのに対し、図12、図13及び図14では各アンテナ素子から送受信する信号をデジタル回路(すなわち時間軸送信ウエイト乗算回路921−1〜921−N、時間軸受信ウエイト乗算回路926−1〜926−N)で変換処理することに相当する。これにより、図11ではA/D変換器907−1〜907−N及びD/A変換器904−1〜904−Nの数を抑えることが可能であるという利点を備える一方、図12、図13及び図14では、非特許文献3に記載の通り、指向性形成の分解能を高めると共に、簡易で効率的なチャネル情報のフィードバックが可能であるという利点を備えている。 Incidentally, 11 and 12, with regard to the correspondence between FIGS. 13 and 14, for example a phase shifter 913-1-1~913-N 0 rotation amount of complex phase carried out by -M 0 in FIG. 11 [psi alpha ( α is a phase shifter 913-1-1~913-N 0 if the corresponding) to the identification number for the -M 0, the time axis transmission weight multiplying circuit 921-1~921-N, the time axis reception weight multiplication circuits 926 -1 to 926-N correspond to multiplying the signal sequence of the corresponding antenna element by Exp {j} α }. In other words, while was conversion of an analog circuit the signals transmitted and received from each antenna element in Fig. 11 (i.e. the phase shifter 913-1-1~913-N 0 -M 0), 12, 13 and In FIG. 14, it is equivalent to converting a signal transmitted / received from each antenna element by a digital circuit (that is, a time axis transmission weight multiplication circuit 921-1 to 921-N, a time axis reception weight multiplication circuit 926-1 to 926-N). I do. This has the advantage that the number of A / D converters 907-1 to 907-N 0 and the number of D / A converters 904-1 to 904-N 0 can be reduced in FIG. 11, while FIG. 13 and FIG. 14, as described in Non-Patent Document 3, has the advantage that the resolution of directivity formation is increased and that simple and efficient feedback of channel information is possible.

なお、移相器による位相回転は、通常はデバイス上で位相回転量に相当する遅延線を選択的に経由させることで位相回転を与える。そのため、絶対値としてxの位相回転を与えると、信号としては位相xに相当する遅延に伴い複素位相回転量はマイナスの位相回転(遅延)が行われることになり、符号の整合性が取れない。しかし、以降の説明では便宜上、信号として係数Exp{jψα}の乗算に相当する位相回転を移相器で与える場合に「移相器で行う複素位相の回転量をψα」と呼ぶことにする。 It should be noted that the phase rotation by the phase shifter normally gives phase rotation by selectively passing through a delay line corresponding to the amount of phase rotation on the device. Therefore, when a phase rotation of x is given as an absolute value, a negative phase rotation (delay) of the complex phase rotation amount is performed with a delay corresponding to the phase x as a signal, and code consistency cannot be obtained. . However, in the following description for convenience, will be referred to as "the rotation amount of complex phase carried out in the phase shifter [psi alpha" when giving a phase rotation equivalent to multiplication of the coefficient Exp {jψ α} as a signal with the phase shifter I do.

[チャネル情報フィードバックにおけるキャリブレーション技術]
一般に、送信側において複数アンテナ素子を用いて指向性形成を行う場合には、上述の非特許文献1から非特許文献3までの技術も含めてMIMOチャネルのチャネル情報のフィードバックが必要である。この際、アンテナ素子数が膨大になるとフィードバックすべきチャネル情報の情報量が膨大となるために、様々な工夫が必要となる。上述の様なMassive MIMOシステムにおいては、送信方向のフォワードリンクのチャネル情報を取得するために、受信方向のリバースリンクのチャネル情報を用い、受信時に用いるローノイズアンプ等の回路によって生じる受信信号の複素位相の回転量と、送信時に用いるハイパワーアンプ等の回路によって生じる送信信号の複素位相の回転量との関係を換算し、リバースリンクのチャネル情報に所定のキャリブレーション係数を乗算することでフォワードリンクのチャネル情報を取得することが可能である。一般に、これらの技術は、インプリシットフィードバック技術として知られている(例えば、非特許文献4参照)。以下にキャリブレーション処理の詳細を示す。
[Calibration technology in channel information feedback]
In general, when directivity is formed using a plurality of antenna elements on the transmission side, it is necessary to feed back MIMO channel information including the techniques described in Non-Patent Documents 1 to 3. At this time, if the number of antenna elements becomes enormous, the amount of channel information to be fed back becomes enormous, so various measures are required. In the Massive MIMO system as described above, in order to acquire channel information of a forward link in a transmission direction, channel information of a reverse link in a reception direction is used, and a complex phase of a reception signal generated by a circuit such as a low noise amplifier used at the time of reception is used. The relationship between the amount of rotation and the amount of rotation of the complex phase of the transmission signal generated by a circuit such as a high power amplifier used at the time of transmission is converted, and the channel information of the reverse link is multiplied by a predetermined calibration coefficient to convert the It is possible to obtain channel information. Generally, these techniques are known as implicit feedback techniques (for example, see Non-Patent Document 4). The details of the calibration process will be described below.

実際の無線通信装置では、送信側の信号処理において、送信の直前にハイパワーアンプにて信号増幅を行うことが多い。この場合、ハイパワーアンプの個体差により増幅率に誤差があるとともに、ハイパワーアンプ内で複素位相がハイパワーアンプごとに異なる値で回転する場合がある。同様に、受信側の信号処理において、受信の直後にローノイズアンプにて信号増幅を行うことが多い。この場合、ローノイズアンプの個体差により増幅率に誤差があるとともに、ローノイズアンプ内で複素位相がローノイズアンプごとに異なる値で回転する場合がある。場合によっては、この増幅率及び位相回転量には周波数依存性が伴うこともある。増幅率及び複素位相の回転量の個体差が無視できないほどに大きい場合には、アップリンクのチャネル情報からダウンリンクのチャネル情報を推定する際に、キャリブレーション処理を施す必要がある。この増幅率及び位相回転量の誤差は時間的にはほぼ安定しているため、増幅率及び位相回転量の誤差を事前に測定しておき、誤差の影響をキャンセルするための係数を用いてアップリンクのチャネル情報からダウンリンクのチャネル情報に換算する。以下の説明では、複数のアンテナ素子を備える基地局装置側で行うキャリブレーション処理を中心に説明を行うが、同様のことは端末局装置側においても可能であり、一般的な無線局装置共通の説明である。   In an actual wireless communication apparatus, in signal processing on the transmission side, signal amplification is often performed by a high power amplifier immediately before transmission. In this case, the amplification factor may have an error due to the individual difference of the high power amplifier, and the complex phase may rotate in the high power amplifier with a different value for each high power amplifier. Similarly, in signal processing on the receiving side, signal amplification is often performed by a low noise amplifier immediately after reception. In this case, the amplification factor has an error due to the individual difference of the low-noise amplifier, and the complex phase in the low-noise amplifier may rotate with a different value for each low-noise amplifier. In some cases, the amplification factor and the amount of phase rotation may have frequency dependency. When the individual difference between the amplification factor and the rotation amount of the complex phase is so large that it cannot be ignored, it is necessary to perform a calibration process when estimating the downlink channel information from the uplink channel information. Since the errors in the amplification factor and the amount of phase rotation are substantially stable in time, the errors in the amplification factor and the amount of phase rotation are measured in advance, and are increased using a coefficient for canceling the influence of the error. The link channel information is converted into downlink channel information. In the following description, the calibration process performed on the base station device side having a plurality of antenna elements will be mainly described. It is an explanation.

先の説明において、ハイパワーアンプやローノイズアンプ(厳密にはその他のフィルタ等の回路を含めた送信系及び受信系の回路等)により、振幅や複素位相が変化する場合がある。この場合、振幅や複素位相の変化に応じた補正をするためのキャリブレーション係数を事前に取得しておき、これを補正に用いると説明した。キャリブレーション処理は、公知の技術を用いても構わないが、以下にキャリブレーション処理の一例を説明する。   In the above description, the amplitude and the complex phase may be changed by a high-power amplifier or a low-noise amplifier (strictly, a circuit of a transmission system and a reception system including circuits of other filters and the like). In this case, it has been described that the calibration coefficient for performing the correction according to the change in the amplitude or the complex phase is acquired in advance, and this is used for the correction. A known technique may be used for the calibration processing, but an example of the calibration processing will be described below.

図15は、アップリンクとダウンリンクとのチャネル情報の非対称性を示す図である。同図において、符号955−1〜955−3は無線モジュールを示し、符号951−1〜951−3はハイパワーアンプ(HPA)を示し、符号952−1〜952−3はローノイズアンプ(LNA)を示し、符号953−1〜符号953−3はTDDスイッチを示し、符号954−1〜954−3はアンテナ素子を示している。   FIG. 15 is a diagram illustrating asymmetry of channel information between the uplink and the downlink. In the figure, reference numerals 955-1 to 955-3 indicate wireless modules, reference numerals 951-1 to 951-3 indicate high power amplifiers (HPAs), and reference numerals 952-1 to 952-3 indicate low noise amplifiers (LNA). Reference numerals 953-1 to 953-3 indicate TDD switches, and reference numerals 954-1 to 954-3 indicate antenna elements.

ここでは、キャリブレーション技術の説明のために、無線局装置内でチャネル情報に影響を与える機能のみを抽出したため、図示した以外の構成は省略した。そのため、無線モジュール955−1〜955−3の構成については、便宜上、ハイパワーアンプ951−1〜951−3、ローノイズアンプ952−1〜952−3、TDDスイッチ953−1〜953−3、アンテナ素子954−1〜954−3のみを示したが、これらの後段(前段)にはアップコンバータやダウンコンバータなどの機能が実装されている。また、例えば複数アンテナを備えた無線局装置が無線モジュール955−1〜955−2をひとつの筐体の中に複数実装している場合を想定し、無線モジュール955−3はこれと対抗して通信する無線局装置のひとつのアンテナ素子に対応した無線モジュール955−3を抽出して説明する図に相当する。また、信号がハイパワーアンプ951−1〜951−3それぞれを通過する際に、振幅及び複素位相がZHPA#1(f)、ZHPA#2(f)、ZHPA#3(f)変化するものとする。また、信号がローノイズアンプ952−1〜952−3それぞれを通過する際に、振幅及び複素位相がZLNA#1(f)、ZLNA#2(f)、ZLNA#3(f)変化するものとする。ここでは一般的な条件として周波数依存性があるものとし、第k周波数成分に対する周波数「(f)」の表記を行っている。 Here, for the explanation of the calibration technique, only the functions that affect the channel information in the wireless station device are extracted, so that the configurations other than those illustrated are omitted. Therefore, regarding the configuration of the wireless modules 955-1 to 955-3, for convenience, the high power amplifiers 951-1 to 951-3, the low noise amplifiers 952-1 to 952-3, the TDD switches 953-1 to 953-3, and the antenna Although only the elements 954-1 to 954-3 are shown, functions such as an up-converter and a down-converter are mounted in the latter stage (the former stage). Further, for example, it is assumed that a wireless station device having a plurality of antennas has a plurality of wireless modules 955-1 to 955-2 mounted in one housing, and a wireless module 955-3 opposes this. This corresponds to a diagram that extracts and describes a wireless module 955-3 corresponding to one antenna element of a wireless station device that communicates. When the signal passes through each of the high power amplifiers 951-1 to 951-3, the amplitude and the complex phase are Z HPA # 1 (f k ), Z HPA # 2 (f k ), and Z HPA # 3 (f k ) shall change. When the signal passes through each of the low-noise amplifiers 952-1 to 952-3, the amplitude and the complex phase are Z LNA # 1 (f k ), Z LNA # 2 (f k ), and Z LNA # 3 (f k ) Shall change. Here, it is assumed that there is a frequency dependency as a general condition, and the frequency “(f k )” is described for the k-th frequency component.

ここで、例えば、無線モジュール955−1及び無線モジュール955−2から試験用の無線モジュール955−3に信号を送信する場合のチャネル情報について説明する。ここでは、無線モジュール955−1のアンテナ素子954−1と、無線モジュール955−3のアンテナ素子954−3との間の空間上のチャネル情報がh(f)で表され、無線モジュール955−2のアンテナ素子954−2と無線モジュール955−3のアンテナ素子954−3との間の空間上のチャネル情報がh(f)で表されている。 Here, for example, channel information when a signal is transmitted from the wireless module 955-1 and the wireless module 955-2 to the test wireless module 955-3 will be described. Here, the antenna element 954-1 of the wireless module 955-1, the channel information in the space between the antenna elements 954-3 of the wireless module 955-3 is represented by h 1 (f k), the wireless module 955 channel information on the space between the antenna elements 954-2 and antenna element 954-3 of the wireless module 955-3 -2 is represented by h 2 (f k).

このとき、実際に無線モジュール955−1から無線モジュール955−3に信号を送信する際のチャネル情報は、空間上のh(f)にハイパワーアンプ951−1の通過に伴う変化を示す係数ZHPA#1(f)、及びローノイズアンプ952−3の通過に伴う変化を示す係数ZLNA#3(f)が乗算された値として観測される。同様に、無線モジュール955−2から無線モジュール955−3に信号を送信する際のチャネル情報は、空間上のh(f)にハイパワーアンプ951−2の通過に伴う変化を示す係数ZHPA#2(f)、及びローノイズアンプ952−3の通過に伴う変化を示す係数ZLNA#3(f)が乗算された値として観測される。したがって、無線モジュール955−1から無線モジュール955−3へのチャネルは、ZHPA#1(f)・h(f)・ZLNA#3(f)で表される。また、無線モジュール955−2から無線モジュール955−3へのチャネルは、ZHPA#2(f)・h(f)・ZLNA#3(f)で表される。このため、無線モジュール955−1と無線モジュール955−2との間では、チャネル情報h(f)とh(f)の差に加えて、相対的にZHPA#2(f)/ZHPA#1(f)の差が発生する。 At this time, the channel information when the signal is actually transmitted from the wireless module 955-1 to the wireless module 955-3 indicates a change in the space h 1 (f k ) accompanying the passage of the high power amplifier 951-1. It is observed as a value multiplied by a coefficient Z HPA # 1 (f k ) and a coefficient Z LNA # 3 (f k ) indicating a change accompanying the passage through the low noise amplifier 952-3. Similarly, channel information when a signal is transmitted from the wireless module 955-2 to the wireless module 955-3 includes a coefficient Z indicating a change associated with the passage of the high power amplifier 951-2 in h 2 (f k ) in space. It is observed as a value multiplied by HPA # 2 ( fk ) and a coefficient ZLNA # 3 ( fk ) indicating a change accompanying passage through the low noise amplifier 952-3. Therefore, a channel from the wireless module 955-1 to the wireless module 955-3 is represented by Z HPA # 1 (f k ) · h 1 (f k ) · Z LNA # 3 (f k ). The channel from the wireless module 955-2 to the wireless module 955-3 is represented by Z HPA # 2 (f k ) · h 2 (f k ) · Z LNA # 3 (f k ). Therefore, between the wireless module 955-1 and the wireless module 955-2, in addition to the difference between the channel information h 1 (f k ) and h 2 (f k ), Z HPA # 2 (f k ) / Z HPA # 1 (f k ) difference occurs.

この状況は受信側においても同様であり、無線モジュール955−3から送信された信号を無線モジュール955−1にて受信する場合、チャネル情報は空間上のh(f)にハイパワーアンプ951−3の通過に伴う変化を示す係数ZHPA#3(f)と、ローノイズアンプ952−1の通過にともなる変化を示す係数ZLNA#1(f)とが乗算された値として観測される。同様に、無線モジュール955−3から送信された信号を無線モジュール955−2にて受信する場合、チャネル情報は空間上のh(f)にハイパワーアンプ951−3の通過に伴う変化を示す係数ZHPA#3(f)と、ローノイズアンプ952−2の通過に伴う変化を示す係数ZLNA#2(f)とが乗算された値として観測される。したがって、無線モジュール955−3から無線モジュール955−1へのチャネルは、ZHPA#3(f)・h(f)・ZLNA#1(f)で表される。また、無線モジュール955−3から無線モジュール955−2へのチャネルは、ZHPA#3(f)・h(f)・ZLNA#2(f)で表される。このため、無線モジュール955−1と無線モジュール955−2との間では、チャネル情報h(f)とh(f)の差に加えて、相対的にZLNA#2(f)/ZLNA#1(f)の差が発生する。 This situation is the same on the receiving side. When the signal transmitted from the wireless module 955-3 is received by the wireless module 955-1, the channel information is stored in the high power amplifier 951 in h 1 (f k ) in space. Observed as a value obtained by multiplying a coefficient Z HPA # 3 (f k ) indicating a change accompanying passage of -3 and a coefficient Z LNA # 1 (f k ) indicating a change accompanying passage of the low noise amplifier 952-1. Is done. Similarly, when a signal transmitted from the wireless module 955-3 is received by the wireless module 955-2, the channel information indicates a change in h 2 (f k ) in space due to the passage of the high power amplifier 951-3. The coefficient Z HPA # 3 (f k ) is multiplied by a coefficient Z LNA # 2 (f k ) indicating a change accompanying the passage through the low noise amplifier 952-2. Therefore, a channel from the wireless module 955-3 to the wireless module 955-1 is represented by Z HPA # 3 (f k ) · h 1 (f k ) · Z LNA # 1 (f k ). A channel from the wireless module 955-3 to the wireless module 955-2 is represented by Z HPA # 3 (f k ) · h 2 (f k ) · Z LNA # 2 (f k ). Therefore, between the wireless module 955-1 and the wireless module 955-2, in addition to the difference between the channel information h 1 (f k ) and h 2 (f k ), Z LNA # 2 (f k) ) / Z LNA # 1 (f k ).

ここで再度整理すると、左側の無線局装置におけるリバースリンクに対応する無線モジュール955−3から送信された信号を無線モジュール955−1にて受信する場合のチャネル情報はh(f)・ZHPA#3(f)・ZLNA#1(f)となる。また、フォワードリンクに対応する無線モジュール955−1から送信された信号を無線モジュール955−3にて受信する場合のチャネル情報はh(f)・ZHPA#1(f)・ZLNA#3(f)である。無線モジュール955−1のキャリブレーション係数は以下の式(4)で与えられる。 To summarize Here again, the channel information when receiving the signal transmitted from the wireless module 955-3 corresponding to the reverse link on the left side of the radio station apparatus by the wireless module 955-1 h 1 (f k) · Z HPA # 3 (f k ) · Z LNA # 1 (f k ). When the signal transmitted from the wireless module 955-1 corresponding to the forward link is received by the wireless module 955-3, the channel information is h 1 (f k ) · Z HPA # 1 (f k ) · Z LNA # 3 (f k ). The calibration coefficient of the wireless module 955-1 is given by the following equation (4).

Figure 0006646544
Figure 0006646544

同様に、左側の無線局装置におけるリバースリンクに対応する無線モジュール955−3から送信された信号を無線モジュール955−2にて受信する場合のチャネル情報はh(f)・ZHPA#3(f)・ZLNA#2(f)となる。また、フォワードリンクに対応する無線モジュール955−2から送信された信号を無線モジュール955−3にて受信する場合のチャネル情報はh(f)・ZHPA#2(f)・ZLNA#3(f)である。無線モジュール955−2のキャリブレーション係数は以下の式(5)で与えられる。 Similarly, the channel information when receiving the signal transmitted from the wireless module 955-3 corresponding to the reverse link on the left side of the radio station apparatus by the wireless module 955-2 h 1 (f k) · Z HPA # 3 (F k ) · Z LNA # 2 (f k ). When the signal transmitted from the wireless module 955-2 corresponding to the forward link is received by the wireless module 955-3, the channel information is h 1 (f k ) · Z HPA # 2 (f k ) · Z LNA # 3 (f k ). The calibration coefficient of the wireless module 955-2 is given by the following equation (5).

Figure 0006646544
Figure 0006646544

ここで、例えば無線モジュール955−1〜955−2で取得されるリバースリンクにおけるチャネル情報はそれぞれh(f)・ZHPA#3(f)・ZLNA#1(f)及びh(f)・ZHPA#3(f)・ZLNA#2(f)であるが、これにキャリブレーション係数C(f)及びC(f)を乗算すると、h(f)・ZHPA#1(f)・ZLNA#3(f)及びh(f)・ZHPA#2(f)・ZLNA#3(f)となる。 Here, for example, each channel information in the reverse link to be acquired by the wireless module 955-1~955-2 h 1 (f k) · Z HPA # 3 (f k) · Z LNA # 1 (f k) and h 1 (f k ) · Z HPA # 3 (f k ) · Z LNA # 2 (f k ). When this is multiplied by the calibration coefficients C 1 (f k ) and C 2 (f k ), h 1 (f k ) · Z HPA # 1 (f k ) · Z LNA # 3 (f k ) and h 1 (f k ) · Z HPA # 2 (f k ) · Z LNA # 3 (f k ) .

実運用時において、実際の通信相手の無線モジュールが無線モジュール955−3とは異なる場合には、厳密にはこのキャリブレーション係数を乗算して得られるフォワードリンクのチャネル情報の推定値は、フォワードリンクのチャネル情報そのものとは異なる値を示すことになる。しかし、その場合でも無線モジュール955−1と無線モジュール955−2に関する真のフォワードリンクのチャネル情報に対し、共通の係数が乗算された値と上述の推定値が一致することになり、指向性形成においては全アンテナ素子に共通の定数が乗算されていても影響ないことを考慮すれば、チャネル情報のフィードバックとしては問題ない。   At the time of actual operation, when the wireless module of the actual communication partner is different from the wireless module 955-3, strictly speaking, the estimated value of the channel information of the forward link obtained by multiplying this calibration coefficient is Of the channel information itself. However, even in this case, the value obtained by multiplying the channel information of the true forward link regarding the wireless modules 955-1 and 955-2 by the common coefficient and the above-described estimated value match, and the directivity formation is performed. Considering that there is no effect even if all antenna elements are multiplied by a common constant, there is no problem as feedback of channel information.

また、上記の説明では着目する無線局装置が送信する側をフォワードリンク、受信する側をリバースリンクとして説明したが、着目する無線局装置が基地局装置の場合には、通常、フォワードリンクのことをダウンリンク、リバースリンクのことをアップリンクと呼ぶ。同様に、着目する無線局装置が端末局装置ないしは中継局装置の場合には、通常、フォワードリンクのことをアップリンク、リバースリンクのことをダウンリンクと呼ぶ。   Further, in the above description, the transmitting side of the target wireless station apparatus is described as the forward link, and the receiving side is described as the reverse link. However, when the target wireless station apparatus is the base station apparatus, the forward link is usually Is called a downlink, and the reverse link is called an uplink. Similarly, when the radio station apparatus of interest is a terminal station apparatus or a relay station apparatus, usually, the forward link is called an uplink, and the reverse link is called a downlink.

須山 聡、小原 辰徳、シン キユン、奥村 幸彦,「高周波数帯ハイブリッドビームフォーミングを用いたMassive MIMOにおけるアナログビームフォーミング構成の影響」,信学技報,一般社団法人 電子情報通信学会,2015年3月,vol.114,no.490,RCS2014-337,p.213-218Satoshi Suyama, Tatsunori Ohara, Kiyun Shin, Yukihiko Okumura, "Effect of Analog Beamforming Configuration in Massive MIMO Using High Frequency Band Hybrid Beamforming", IEICE Technical Report, IEICE, March 2015 , Vol.114, no.490, RCS2014-337, p.213-218 太田 厚、新井 拓人、白戸 裕史、丸田 一輝、岩國 辰彦、飯塚 正孝,「第1固有モードの並列伝送を用いた見通し環境ミリ波帯空間多重伝送技術〜方式提案と基本特性評価結果〜」,信学技報,一般社団法人 電子情報通信学会,2015年8月,vol.115,no.181,RCS2015-144,p.73-78Atsushi Ota, Takuto Arai, Hiroshi Shirato, Kazuki Maruta, Tatsuhiko Iwakuni, Masataka Iizuka, "Spatial multiplex transmission technology for millimeter-wave band in the forward-looking environment using parallel transmission of the first eigenmode-scheme proposal and basic performance evaluation results," IEICE Technical Report, The Institute of Electronics, Information and Communication Engineers, August 2015, vol.115, no.181, RCS2015-144, p.73-78 太田 厚、白戸 裕史、丸田 一輝、新井 拓人、岩國 辰彦、飯塚 正孝,「見通し環境Massive MIMOにおける第1固有モード伝送の有効利用」,信学技報,一般社団法人 電子情報通信学会,2015年11月,vol.115,no.288,RCS2015-239,p.293-298Atsushi Ota, Hiroshi Shirato, Kazuki Maruta, Takuto Arai, Tatsuhiko Iwakuni, Masataka Iizuka, "Efficient Use of First Eigenmode Transmission in Massive MIMO with Line-of-Sight Environment", IEICE Technical Report, IEICE, 2015 November, vol.115, no.288, RCS2015-239, p.293-298 福園 隼人、村上 友規、工藤 理一、鷹取 泰司、溝口 匡人,「下りマルチユーザMIMO-OFDMシステムにおけるインプリシットフィードバックの実験評価」,信学技報,一般社団法人 電子情報通信学会,2013年11月,vol.113,no.301,RCS2013-187,p.79-84Hayato Fukuzono, Tomonori Murakami, Riichi Kudo, Yasushi Takatori, Masato Mizoguchi, "Experimental evaluation of implicit feedback in downlink multi-user MIMO-OFDM system", IEICE Technical Report, The Institute of Electronics, Information and Communication Engineers, November 2013 , Vol.113, no.301, RCS2013-187, p.79-84

以上説明してきたミリ波帯などの高周波数帯を用いた無線伝送システムにおいては、以下に示すように、A/D変換器及びD/A変換器、ならびに、アップコンバータ及びダウンコンバータに関する課題が存在する。   In the wireless transmission system using the high frequency band such as the millimeter wave band described above, there are problems regarding the A / D converter and the D / A converter, and the up-converter and the down-converter as described below. I do.

上述の「見通し波が支配的な場合のMassive MIMO技術の拡張」において説明した時間軸ビームフォーミング技術では、A/D変換器、D/A変換器、アップコンバータ、ダウンコンバータがアンテナ素子数分だけ必要になる。また、図13に示した構成例では、これらがアンテナ素子数×ストリーム数分だけ必要になる。一般に、広帯域故に非常にクロック速度の高い環境で利用されるA/D変換器及びD/A変換器は消費電力が大きくなる傾向があり、その結果、発熱量も無視できないレベルになる。発熱量が大きな装置の場合、その熱を放熱するための放熱板などが必要になり、これらは発熱量に比例した大きさが物理的に必要になる。また、回路そのものの設計上の要請に加えて運用時に見込まれる発熱量に対する放熱処理の必要性から、定常的に電力を消費するA/D変換器及びD/A変換器自体も小型化は困難になり、大型化する。   In the time-axis beamforming technology described in the above “Extension of Massive MIMO technology when line-of-sight waves are dominant”, the number of A / D converters, D / A converters, upconverters, and downconverters is equal to the number of antenna elements. Will be needed. Further, in the configuration example shown in FIG. 13, these are required by the number of antenna elements × the number of streams. In general, the power consumption of A / D converters and D / A converters used in an environment with a very high clock speed due to the wide band tends to increase, and as a result, the heat generation also becomes a non-negligible level. In the case of a device that generates a large amount of heat, a heat radiating plate or the like for radiating the heat is required, and these devices physically need to have a size proportional to the amount of the generated heat. Also, it is difficult to reduce the size of the A / D converter and the D / A converter, which constantly consume power, due to the necessity of heat radiation processing for the heat generation expected during operation in addition to the design requirements of the circuit itself. And become larger.

もともと、ミリ波帯の利用を想定したシステムにおいては、アンテナ素子自体は周波数が高まるに従い波長が短くなり、この波長に比例する形でアンテナ素子単体のサイズも小さくすることが可能である。例えば、アンテナ素子のサイズを波長に対して十分に小さく設計可能であり、そのアンテナ素子を1/2波長程度で並べる場合、アンテナ素子数が大きくても全体のアレーアンテナのサイズを小さく設計することが可能になる。例えば、Eバンドを想定して中心周波数が80GHzであるとすると、1波長は3.75mmになる。仮に1波長間隔、且つ、正方アレー構造で16×16=256素子のアレーアンテナを構成すると、アレーアンテナ全体のサイズは6cm×6cm程度の大きさに収まることになる。しかし、このサイズでの実装を実現するためには、A/D変換器及びD/A変換器自体も1波長である3.75mm角以下に収まる構成とし、且つ、運用時に見込まれる発熱量に対する放熱のためのヒートシンクもこの中に納めなければならない。これが出来なければ、実際のアレーアンテナのサイズはA/D変換器及びD/A変換器のサイズ、及びその放熱のヒートシンクのサイズなどに依存することになる。例えば、帯域幅が1GHzもの広帯域信号を扱うのであれば、ベースバンドで行うサンプリング処理も最低でも1GHz以上の超速度で実施する必要がある。速度が速くなれば消費電力が高まり、発熱量も大きくなり、結局のところは小型化を実現することが出来ない。この様に、高周波数帯故に小型化が可能なMassive MIMO技術にもかかわらず、消費電力の大きさに起因して小型化が図れない事態になる。この様な理由から、A/D変換器及びD/A変換器で消費される電力の低減は大きな課題である。   Originally, in a system that assumes use of the millimeter wave band, the wavelength of the antenna element itself becomes shorter as the frequency increases, and the size of the antenna element itself can be reduced in a form proportional to this wavelength. For example, if the size of the antenna element can be designed to be sufficiently small with respect to the wavelength, and the antenna elements are arranged at about 1/2 wavelength, the size of the entire array antenna should be designed to be small even if the number of antenna elements is large. Becomes possible. For example, if the center frequency is 80 GHz assuming the E band, one wavelength is 3.75 mm. If an array antenna of 16 × 16 = 256 elements is formed with a wavelength array and a square array structure, the size of the entire array antenna will fall within a size of about 6 cm × 6 cm. However, in order to realize mounting in this size, the A / D converter and the D / A converter themselves are also configured to fit within 3.75 mm square, which is one wavelength, and the amount of heat generation expected during operation is reduced. A heat sink for heat dissipation must also be accommodated in this. If this is not possible, the actual size of the array antenna will depend on the size of the A / D converter and the D / A converter, and the size of the heat sink for heat dissipation. For example, if a wideband signal having a bandwidth of 1 GHz is handled, it is necessary to perform the sampling process performed in the baseband at a super speed of at least 1 GHz. The higher the speed, the higher the power consumption and the larger the amount of heat generated, and ultimately cannot achieve miniaturization. As described above, the size cannot be reduced due to the large power consumption, despite the use of the Massive MIMO technology which can be reduced in size due to the high frequency band. For these reasons, reducing the power consumed by the A / D converter and the D / A converter is a major issue.

さらには、消費電力の課題に加えて、高速に動作するA/D変換器及びD/A変換器は高価であるため、アンテナ素子数が100本単位となれば、なおさらコスト低減のためにA/D変換器及びD/A変換器の総数を減らすことが求められる。これは、アップコンバータ及びダウンコンバータに関しても同様で、アンテナ素子数分のアップコンバータ及びダウンコンバータの実装はコストの増大に繋がる。また、アップコンバータ及びダウンコンバータに入力するローカル発振器は指向性形成のために複素位相の不確定性を排除する必要があるため、ローカル信号の共用化が求められる。これらの高周波信号をアンテナ素子毎に膨大な数を分配することによる損失や、これらの多数の信号線から各系統の信号線への相互予被干渉などの影響も無視できない。特に、各系統間の相互予被干渉を回避するためには、それぞれの系統の信号を物理的な距離を隔離することが理想的だが、そのためには更にアレーアンテナの物理的なサイズの大規模化に繋がる。   Further, in addition to the problem of power consumption, A / D converters and D / A converters that operate at high speed are expensive. It is required to reduce the total number of / D converters and D / A converters. The same applies to the up converter and the down converter, and mounting the up converter and the down converter for the number of antenna elements leads to an increase in cost. In addition, local oscillators input to the up-converter and the down-converter need to eliminate the uncertainty of the complex phase in order to form directivity. Therefore, it is required to share local signals. The loss due to distributing an enormous number of these high-frequency signals for each antenna element and the influence of mutual interference from these many signal lines to the signal lines of each system cannot be ignored. In particular, to avoid mutual interference between the systems, it is ideal to separate the signals of the respective systems from each other at a physical distance. It leads to conversion.

したがって、各無線局装置のアレーアンテナをより小型に構成するためには、時間軸ビームフォーミングを活用する場合においても、可能な限り実装するA/D変換器及びD/A変換器で消費される電力を低減する必要がある。   Therefore, in order to make the array antenna of each wireless station device smaller, even when utilizing time-axis beamforming, it is consumed by the A / D converter and the D / A converter mounted as much as possible. Power needs to be reduced.

上記事情に鑑み、本発明は、小型化及び低コスト化を図ることができる無線通信装置及び無線通信方法を提供することを目的としている。   In view of the above circumstances, an object of the present invention is to provide a wireless communication device and a wireless communication method that can be reduced in size and cost.

本発明の一態様は、複数のアンテナ素子を含んで構成されるひとつまたは複数のアレーアンテナを用いて指向性を形成し、他の無線通信装置と無線通信する無線通信装置であって、前記他の無線通信装置が送信した信号を、信号受信に用いる前記アンテナ素子それぞれを介して受信する信号受信部と、少なくとも信号受信に用いる前記アレーアンテナ毎に設けられ、前記信号受信部が受信した信号のうち、対応する前記アレーアンテナを構成する前記アンテナ素子を介して受信した受信信号それぞれに対し、アナログ信号上で複素位相を回転させて出力する第1の位相回転部と、少なくとも信号受信に用いる前記アレーアンテナ毎に設けられ、対応する前記第1の位相回転部から出力された前記受信信号を通過させるか否かをアンテナ素子の系統毎に切替え可能な切替部と、前記受信信号が再生対象である場合は、対応する前記第1の位相回転部から出力された前記受信信号の全てまたは一部を通過させ、前記受信信号が複素位相の回転量算出のためのトレーニング信号であるときに、対応する前記第1の位相回転部から出力された前記受信信号をアンテナ素子の系統毎に一つずつ通過させるよう前記切替部における切替を制御する切替制御部と、少なくとも信号受信に用いる前記アレーアンテナ毎に設けられ、対応する前記切替部が通過させた前記受信信号を合成する信号合成部と、少なくとも信号受信に用いる前記アレーアンテナ毎に設けられ、対応する前記信号合成部により合成された前記受信信号を、アナログ信号からベースバンドのデジタル信号に変換する信号変換部と、前記信号変換部により変換された再生対象の前記受信信号に基づいて前記他の無線通信装置が送信した信号を再生する信号再生部と、前記切替部がアンテナ素子の系統毎に一つずつ通過させた前記トレーニング信号を用いて前記トレーニング信号の前記アンテナ素子の中の基準アンテナ素子と他のアンテナ素子との組合せ毎の相関を算出する相関算出部と、前記相関算出部による相関の算出結果に基づいて、前記第1の位相回転部において与えるべき複素位相の回転量を算出する第1の回転量算出部と、を備える。   One embodiment of the present invention is a wireless communication device that forms directivity using one or a plurality of array antennas including a plurality of antenna elements and wirelessly communicates with another wireless communication device. The signal transmitted by the wireless communication device, a signal receiving unit that receives via each of the antenna elements used for signal reception, provided at least for each array antenna used for signal reception, of the signal received by the signal receiving unit Among them, for each of the reception signals received via the antenna elements constituting the corresponding array antenna, a first phase rotation unit for rotating and outputting a complex phase on an analog signal, and at least a signal used for signal reception. The antenna element is provided for each array antenna and determines whether or not to pass the reception signal output from the corresponding first phase rotation unit. A switching unit that can be switched for each unit, and when the reception signal is a reproduction target, passes all or a part of the reception signal output from the corresponding first phase rotation unit, and the reception signal When the training signal is for calculating the rotation amount of the complex phase, the switching unit switches the reception signal output from the corresponding first phase rotation unit one by one for each antenna element system. A switching control unit for controlling the array antenna, at least for each of the array antennas used for signal reception, a signal combining unit for combining the received signals passed by the corresponding switching unit, and at least for each of the array antennas used for signal reception A signal conversion unit that converts the received signal synthesized by the corresponding signal synthesis unit from an analog signal to a baseband digital signal. A signal reproducing unit that reproduces a signal transmitted by the other wireless communication device based on the received signal to be reproduced converted by the signal converting unit; and the switching unit passes one by one for each system of the antenna element. A correlation calculating unit that calculates a correlation for each combination of a reference antenna element among the antenna elements and another antenna element of the training signal using the training signal, based on a calculation result of the correlation by the correlation calculating unit. A first rotation amount calculation unit for calculating a rotation amount of a complex phase to be given in the first phase rotation unit.

本発明の一態様は、上述の無線通信装置であって、前記アレーアンテナを用いて他の無線通信装置宛てに送信するアナログの送信信号を生成する送信信号生成部と、少なくとも信号送信に用いる前記アレーアンテナ毎に設けられ、対応する前記アレーアンテナを用いて送信するアナログの前記送信信号を、前記アレーアンテナを構成する前記アンテナ素子それぞれに対応させて分岐する信号分配部と、少なくとも信号送信に用いる前記アレーアンテナ毎に設けられ、対応する前記信号分配部が分岐させた前記送信信号それぞれに対して、アナログ信号上で複素位相を回転させる第2の位相回転部と、前記第2の位相回転部が位相を回転させた前記送信信号を、前記第2の位相回転部に対応した前記アレーアンテナを構成する前記アンテナ素子を介して送信する信号送信部と、前記相関算出部が算出した相関の算出結果、前記第1の回転量算出部が算出した複素位相の回転量の算出結果、又は、前記算出結果にキャリブレーション処理を実施して得られた複素位相の回転量に関する情報のいずれかに基づいて、前記第2の位相回転部において与えるべき複素位相の回転量を算出する第2の回転量算出部とをさらに備える。   One aspect of the present invention is the above-described wireless communication device, wherein the transmission signal generation unit that generates an analog transmission signal to be transmitted to another wireless communication device using the array antenna, A signal distribution unit that is provided for each array antenna and branches the analog transmission signal transmitted using the corresponding array antenna in accordance with each of the antenna elements configuring the array antenna, and is used at least for signal transmission. A second phase rotation unit provided for each of the array antennas and rotating a complex phase on an analog signal with respect to each of the transmission signals branched by the corresponding signal distribution unit; and the second phase rotation unit The antenna element that constitutes the array antenna corresponding to the second phase rotation unit by transmitting the transmission signal whose phase has been rotated. A signal transmitting unit that transmits the signal through the second unit, a calculation result of the correlation calculated by the correlation calculation unit, a calculation result of the rotation amount of the complex phase calculated by the first rotation amount calculation unit, or a calibration process on the calculation result. And a second rotation amount calculation unit that calculates the rotation amount of the complex phase to be given in the second phase rotation unit based on any of the information on the rotation amount of the complex phase obtained by performing .

本発明の一態様は、上述の無線通信装置であって、前記第1の位相回転部と前記第2の位相回転部に代えて、前記第1の位相回転部の処理と前記第2の位相回転部の処理とを行う位相回転部を前記アレーアンテナ毎に備える。   One embodiment of the present invention is the above wireless communication device, wherein the processing of the first phase rotation unit and the second phase rotation are performed in place of the first phase rotation unit and the second phase rotation unit. A phase rotation unit for performing the processing of the rotation unit is provided for each of the array antennas.

本発明の一態様は、上述の無線通信装置であって、前記信号合成部及び前記信号分配部に代えて、前記信号合成部の処理と前記信号分配部の処理とを行う信号合成分配部を前記アレーアンテナ毎に備え、前記信号合成分配部における前記信号合成部の処理と前記信号分配部の処理とを時間的に切り替える切り替え部を前記アレーアンテナ毎にさらに備える。   One embodiment of the present invention is the above-described wireless communication device, wherein, instead of the signal combining unit and the signal distributing unit, a signal combining and distributing unit that performs processing of the signal combining unit and processing of the signal distributing unit is provided. A switching unit is provided for each of the array antennas, and a switching unit that temporally switches between processing of the signal combining unit and processing of the signal distributing unit in the signal combining and distributing unit is further provided for each of the array antennas.

本発明の一態様は、上述の無線通信装置であって、前記信号合成部と前記信号分配部とは個別独立であり、且つ、前記第1の位相回転部と前記第2の位相回転部とは個別独立である。   One embodiment of the present invention is the above-described wireless communication device, wherein the signal synthesis unit and the signal distribution unit are individually independent, and the first phase rotation unit and the second phase rotation unit Are independent.

本発明の一態様は、複数のアンテナ素子を含んで構成されるひとつまたは複数のアレーアンテナを用いて指向性を形成し、他の無線通信装置と無線通信する無線通信装置が実行する無線通信方法であって、信号受信部が、前記他の無線通信装置が送信した信号を、信号受信に用いる前記アンテナ素子それぞれを介して受信する信号受信過程と、少なくとも信号受信に用いる前記アレーアンテナ毎に設けられる位相回転部が、信号受信過程において受信した信号のうち、対応する前記アレーアンテナを構成する前記アンテナ素子を介して受信した受信信号それぞれに対し、アンテナ素子の系統毎にアナログ信号上で複素位相を回転させる位相回転過程と、少なくとも信号受信に用いる前記アレーアンテナ毎に設けられる切替部が、前記受信信号が再生対象である場合は、対応する前記位相回転部により前記位相回転過程において複素位相を回転させた前記受信信号の全てまたは一部を通過させ、前記受信信号が複素位相の回転量算出のためのトレーニング信号であるときに、対応する前記位相回転部により前記位相回転過程において複素位相を回転させた前記受信信号をアンテナ素子の系統毎に一つずつ通過させる切替過程と、少なくとも信号受信に用いる前記アレーアンテナ毎に設けられる信号合成部が、対応する前記切替部により前記切替過程において通過させた前記受信信号を合成する信号合成過程と、少なくとも信号受信に用いる前記アレーアンテナ毎に設けられる信号変換部が、対応する前記信号合成部により前記信号合成過程において合成された前記受信信号を、アナログ信号からベースバンドのデジタル信号に変換する信号変換過程と、信号再生部が、前記信号変換過程においてデジタル信号に変換された再生対象の前記受信信号に基づいて前記他の無線通信装置が送信した信号を再生する信号再生過程と、相関算出部が、前記切替過程においてアンテナ素子の系統毎に一つずつ通過させた前記トレーニング信号を用いて前記トレーニング信号の前記アンテナ素子の中の基準アンテナ素子と他のアンテナ素子との組合せ毎の相関を算出する相関算出過程と、回転量算出部が、前記相関算出過程における相関の算出結果に基づいて、前記位相回転部において与えるべき複素位相の回転量を算出する回転量算出過程と、を有する。   One aspect of the present invention is a wireless communication method executed by a wireless communication device that forms directivity using one or more array antennas including a plurality of antenna elements and wirelessly communicates with another wireless communication device A signal receiving unit is provided for each of the array antennas used for signal reception, and a signal receiving step of receiving a signal transmitted by the other wireless communication device via each of the antenna elements used for signal reception. The phase rotator is configured to perform a complex phase on an analog signal for each of the antenna element systems with respect to each of the received signals received through the antenna elements constituting the corresponding array antenna among the signals received in the signal receiving process. And a switching unit provided for each of the array antennas used for signal reception at least. If it is a reproduction target, all or a part of the reception signal whose complex phase has been rotated in the phase rotation process by the corresponding phase rotation unit is passed, and the reception signal is used for calculating the rotation amount of the complex phase. When the training signal, the switching process of passing the reception signal rotated the complex phase in the phase rotation process by the corresponding phase rotation unit one by one for each antenna element system, and at least the signal used for signal reception A signal combining section provided for each array antenna, a signal combining step of combining the received signals passed in the switching step by the corresponding switching section, and a signal converting section provided at least for each array antenna used for signal reception Converts the received signal synthesized in the signal synthesis process by the corresponding signal synthesis unit into an analog signal. A signal conversion step of converting a signal into a baseband digital signal, and a signal transmitted by the other wireless communication device based on the received signal to be reproduced converted to a digital signal in the signal conversion step. A signal reproducing step of reproducing the reference signal and a reference antenna element among the antenna elements of the training signal using the training signal passed one by one for each antenna element in the switching step. A correlation calculation step of calculating a correlation for each combination with the antenna element, and a rotation amount calculation unit calculates a rotation amount of a complex phase to be given in the phase rotation unit based on a calculation result of the correlation in the correlation calculation step. And calculating the amount of rotation.

本発明により、無線通信装置の小型化及び低コスト化を図ることが可能となる。   According to the present invention, it is possible to reduce the size and cost of a wireless communication device.

本発明の第1の実施形態における無線局装置の構成例を示す機能ブロック図である。FIG. 2 is a functional block diagram illustrating a configuration example of a wireless station device according to the first embodiment of the present invention. 同実施形態における無線局装置の構成例を示す機能ブロック図である。FIG. 3 is a functional block diagram illustrating a configuration example of a wireless station device according to the embodiment. 同実施形態における通信システムの構成例を示す図である。FIG. 2 is a diagram illustrating a configuration example of a communication system according to the first embodiment. 同実施形態における送受信信号処理回路の構成例を示す機能ブロック図である。FIG. 3 is a functional block diagram illustrating a configuration example of a transmission / reception signal processing circuit in the same embodiment. 第2の実施形態における無線局装置の構成例を示す機能ブロック図である。FIG. 9 is a functional block diagram illustrating a configuration example of a wireless station device according to a second embodiment. 同実施形態における無線局装置の構成例を示す機能ブロック図である。FIG. 3 is a functional block diagram illustrating a configuration example of a wireless station device according to the embodiment. 同実施形態における送受信信号処理回路の構成例を示す機能ブロック図である。FIG. 3 is a functional block diagram illustrating a configuration example of a transmission / reception signal processing circuit in the same embodiment. 同実施形態における送受信信号処理回路の構成例を示す機能ブロック図である。FIG. 3 is a functional block diagram illustrating a configuration example of a transmission / reception signal processing circuit in the same embodiment. 同実施形態における送受信信号処理回路の構成例を示す機能ブロック図である。FIG. 3 is a functional block diagram illustrating a configuration example of a transmission / reception signal processing circuit in the same embodiment. 同実施形態における送受信信号処理回路の構成例を示す機能ブロック図である。FIG. 3 is a functional block diagram illustrating a configuration example of a transmission / reception signal processing circuit in the same embodiment. 従来技術における無線局装置の構成例を示す機能ブロック図である。FIG. 11 is a functional block diagram illustrating a configuration example of a wireless station device according to the related art. 従来技術における無線局装置の構成例を示す機能ブロック図である。FIG. 11 is a functional block diagram illustrating a configuration example of a wireless station device according to the related art. 従来技術における無線局装置の構成例を示す機能ブロック図である。FIG. 11 is a functional block diagram illustrating a configuration example of a wireless station device according to the related art. 従来技術における無線局装置の構成例を示す機能ブロック図である。FIG. 11 is a functional block diagram illustrating a configuration example of a wireless station device according to the related art. 従来技術におけるキャリブレーション処理を示す図である。FIG. 7 is a diagram illustrating a calibration process in the related art.

本発明の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。まず最初に、本発明の実施形態の基本原理について説明する。本明細書にて用いる「時間軸」「周波数軸」と言う用語は、「時間領域」「周波数領域」と表現されることもあるが、ここでは「時間軸」「周波数軸」に統一して説明を行う。   An embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. First, the basic principle of the embodiment of the present invention will be described. The terms “time axis” and “frequency axis” used in this specification may be expressed as “time domain” and “frequency domain”. Give an explanation.

[基本原理の概要]
時間軸ビームフォーミング技術では、例えば受信時においては送受信局間の到来波のメインパスを抽出し、その方向にアンテナ素子群の指向性利得を向けるための信号処理を行う。その際に用いる送受信ウエイトは周波数依存性を持たない定数となり、その結果、様々な点で信号処理を軽減する。ただし、デジタル的な信号処理を基本としているために、アンテナ素子毎に個別のデジタル信号処理上において送受信ウエイトを乗算し、それに付随してアンテナ系統毎に個別のA/D(アナログ/デジタル)変換器及びD/A(デジタル/アナログ)変換器を必要としていた。
[Overview of basic principles]
In the time axis beamforming technique, for example, at the time of reception, a main path of an incoming wave between a transmitting and receiving station is extracted, and signal processing for directing the directional gain of the antenna element group in the direction is performed. The transmission and reception weights used at this time are constants having no frequency dependence, and as a result, signal processing is reduced at various points. However, since it is based on digital signal processing, transmission / reception weights are multiplied on individual digital signal processing for each antenna element, and associated A / D (analog / digital) conversion is performed for each antenna system. And a D / A (digital / analog) converter.

しかし、周波数依存性を持たない係数の乗算処理は、例えば振幅の変化を伴わない複素位相の回転処理だけに限定すれば、必ずしもデジタル的な信号処理を必要としない。具体的には、アナログ回路である移相器を用い、アナログ信号を所定の複素位相回転に設定されたこの移相器を経由させることで、実質的にウエイトの乗算処理と等価な信号処理を実現することができる。非特許文献1では、移相器を用いて指向性制御を実現しているが、これは例えば水平/垂直方向に5度刻みで設定する所定の方向毎に、アンテナ素子毎の位相回転量の組み合わせセットを事前に定めておき、何らかの制御手順で得られたビームを向けるべき方向に合わせて、各移相器の位相回転量を設定していた。しかし、この位相回転量の組み合わせセットは事前に設定されたメニューから選択することになり、この方向毎に個別にトレーニング信号を送信しながら、最も受信レベルが高くなる方向を検索する必要があった。しかし、時間軸ビームフォーミングでは、端末局装置側から送信されるトレーニング信号を基に各アンテナ素子の位相回転量を最適化するため、指向性形成に用いる位相回転量の算出などを簡易にフィードバックすることが可能であると共に、複素位相の回転量の組み合わせセットは、事前のメニューなどを必要とせず格段に高い自由度で設定可能であった。   However, multiplication processing of coefficients having no frequency dependence does not necessarily require digital signal processing if it is limited to, for example, only rotation processing of a complex phase without a change in amplitude. Specifically, by using a phase shifter that is an analog circuit and passing the analog signal through this phase shifter set to a predetermined complex phase rotation, signal processing substantially equivalent to weight multiplication processing is performed. Can be realized. In Non-Patent Document 1, directivity control is realized using a phase shifter. This is performed, for example, in a predetermined direction set in horizontal / vertical directions at intervals of 5 degrees. A combination set is determined in advance, and the phase rotation amount of each phase shifter is set according to the direction in which the beam obtained by some control procedure should be directed. However, this combination set of phase rotation amounts is selected from a preset menu, and it is necessary to search for the direction in which the reception level is the highest while individually transmitting a training signal for each direction. . However, in time-axis beamforming, the amount of phase rotation of each antenna element is optimized based on the training signal transmitted from the terminal station apparatus side, so that the calculation of the amount of phase rotation used for forming directivity is simply fed back. In addition to this, the combination set of the amount of rotation of the complex phase can be set with a remarkably high degree of freedom without requiring a menu or the like in advance.

そこで、本発明の実施形態における無線局装置(無線通信装置)は、デジタルアシスト型のアナログビームフォーミングを採用する。すなわち、無線局装置は、各移相器で行う複素位相の回転量の算出処理をデジタル信号処理で実施し、そのデジタル信号処理的に得られた複素位相の値を用いて移相器を制御することにより、所望の複素位相を回転させてアナログ信号上で指向性形成を行う。   Therefore, the wireless station device (wireless communication device) according to the embodiment of the present invention employs digital assist type analog beamforming. That is, the wireless station device performs the calculation of the amount of rotation of the complex phase performed by each phase shifter by digital signal processing, and controls the phase shifter using the complex phase value obtained by the digital signal processing. By doing so, the desired complex phase is rotated to form directivity on the analog signal.

ここで、デジタル的な信号処理で行う時間軸ビームフォーミングの送受信ウエイトの複素位相を算出する処理は、必ずしも各アンテナ素子で同時に行う必要はない。ないしは、時間軸ビームフォーミングの送受信ウエイトの複素位相を算出する際にはデジタル的な信号処理を行ったとしても、この為の信号処理を行う時間率は、ユーザデータの送受信を行う通常の通信の時間率に比べて圧倒的に少なくなることが予想される。そこで、本実施形態の無線局装置は、これらのデジタル回路の動作を時間的に限定的に実施する。
以下、基本原理を適用した詳細な実施形態について図を用いて説明する。
Here, the process of calculating the complex phase of the transmission / reception weight of time axis beam forming performed in digital signal processing need not necessarily be performed simultaneously by each antenna element. Alternatively, even when digital signal processing is performed when calculating the complex phase of the transmission / reception weight of time axis beamforming, the time rate at which signal processing for this is performed is the same as that of normal communication for transmitting and receiving user data. It is expected to be overwhelmingly less than the hourly rate. Therefore, the wireless station device of the present embodiment performs the operations of these digital circuits in a limited time.
Hereinafter, a detailed embodiment to which the basic principle is applied will be described with reference to the drawings.

[第1の実施形態]
図1は、本実施形態における無線局装置450の構成例(サブアレー分離型)を示す機能ブロック図である。同図において、図12〜図14に示す従来技術による無線局装置と同一の部分には同一の符号を付している。本実施形態では、従来技術の図12及び図13に対応するように、指向性ビームを複数のサブアレーに分離して形成する「サブアレー分離型」による構成と、ひとつのアレーで複数の指向性ビームを実現する「サブアレー共用型」(厳密には、サブアレーに分離していないので、「一体型アレー」と理解してもよい)による構成のバリエーションが存在するが、ここでは「サブアレー分離型」について説明を行う。
[First Embodiment]
FIG. 1 is a functional block diagram illustrating a configuration example (sub-array separated type) of a wireless station device 450 according to the present embodiment. In the figure, the same parts as those of the radio station apparatus according to the prior art shown in FIGS. 12 to 14 are denoted by the same reference numerals. In this embodiment, as shown in FIGS. 12 and 13 of the related art, a “sub-array separation type” configuration in which a directional beam is divided into a plurality of sub-arrays and a plurality of directional beams are formed in one array There is a variation of the configuration by the "sub-array shared type" (strictly speaking, it is not divided into sub-arrays, so it may be understood as "integrated array"). Give an explanation.

同図に示す無線局装置450は、ベースバンド信号処理回路140と、送受信信号処理回路451−1〜451−N(Nは1以上の整数)と、制御回路460とを備える。ベースバンド信号処理回路140は、変調器120−1〜120−N(MOD#1〜MOD#N)と、信号分離回路141と、復調器130−1〜130−N(DEM#1〜DEM#N)とを備える。送受信信号処理回路451−n(n=1,…,N)は、D/A変換器122−nと、アップコンバータ(UC)123−nと、ダウンコンバータ(DC)124−nと、A/D変換器125−nと、TDD(Time Division Duplex:時分割複信)スイッチ(TDD−SW)127−nと、移相器402−n−1〜402−n−M(Mは2以上の整数)と、スイッチ403−n−1〜403−n−Mと、分配結合器(HYB)404−nと、相関算出回路405−nと、位相シフト制御回路406−nと、ダウンコンバータ424−n−1〜424−n−Mと、A/D変換器425−n−1〜425−n−Mとを備える。移相器402−n−1〜402−n−Mはそれぞれ、アンテナ素子401−n−1〜401−n−Mと接続される。D/A変換器122−1〜122−N、アップコンバータ123−1〜123−N、ダウンコンバータ124−1〜124−N、A/D変換器125−1〜125−Nにはそれぞれ、図12及び図13に示すD/A変換器922−1−1〜922−N−M、アップコンバータ923−1−1〜923−N−M、ダウンコンバータ924−1−1〜924−N−M、A/D変換器925−1−1〜925−N−Mと同様のものを用いることができる。   The wireless station device 450 shown in FIG. 7 includes a baseband signal processing circuit 140, transmission / reception signal processing circuits 451-1 to 451-N (N is an integer of 1 or more), and a control circuit 460. The baseband signal processing circuit 140 includes modulators 120-1 to 120-N (MOD # 1 to MOD # N), a signal separation circuit 141, and demodulators 130-1 to 130-N (DEM # 1 to DEM #). N). The transmission / reception signal processing circuit 451-n (n = 1,..., N) includes a D / A converter 122-n, an up converter (UC) 123-n, a down converter (DC) 124-n, and an A / A converter. D converter 125-n, TDD (Time Division Duplex) switch (TDD-SW) 127-n, and phase shifters 402-n-1 to 402-n-M (M is 2 or more) Integer), switches 403-n-1 to 403-n-M, distribution coupler (HYB) 404-n, correlation calculation circuit 405-n, phase shift control circuit 406-n, and down converter 424-n. n-1 to 424-nM and A / D converters 425-n-1 to 425-nM. Phase shifters 402-n-1 to 402-nM are connected to antenna elements 401-n-1 to 401-nM, respectively. The D / A converters 122-1 to 122-N, the up converters 123-1 to 123-N, the down converters 124-1 to 124-N, and the A / D converters 125-1 to 125-N are shown in FIG. 12 and D / A converters 922-1-1 to 922-NM shown in FIG. 13, up-converters 923-1-1 to 923-NM, and down-converters 924-1-1 to 924-NM. , A / D converters 925-1-1 to 925-NM can be used.

ここで、ダウンコンバータ424−1−1〜424−N−Mでは、無線周波数の信号とベースバンドの信号の間の周波数変換を行うために、ローカル発振器からの信号の入力が必要となる。つまり、同じ送受信信号処理回路451−n(n=1,…,N)におけるダウンコンバータ424−n−1〜424−n−Mの組み合わせには共通のローカル信号を利用し、各ダウンコンバータ424−n−1〜424−n−Mにおける複素位相の相対的関係の時間変化を抑える必要がある。この意味では、実質的にはダウンコンバータ424−1−1〜424−N−Mの外部にローカル発振器が存在する構成を取るが、記述が煩雑になるためにここでは簡易な記述として外部のローカル発振器の明記は省略する。なお、同一のnのダウンコンバータ424−n−1〜424−n−Mの間では用いるローカル発振器は共用化する必要があるが、nの値が異なるダウンコンバータ424−n’−1〜424−n’−Mとの組み合わせにおいては用いるローカル発振器は共用化する必要はない。また、これらのローカル発振器は、アップコンバータ123−1〜123−Nとダウンコンバータ124−1〜124−Nとの間で共用化する必要もない。あくまでも、指向性形成を協調して実施する信号系列間でのローカル信号の共通化のみが重要である。   Here, in the down converters 424-1-1 to 424-NM, a signal from a local oscillator is required to perform frequency conversion between a radio frequency signal and a baseband signal. That is, a common local signal is used for the combination of the down converters 424-n-1 to 424-n-M in the same transmission / reception signal processing circuit 451-n (n = 1,..., N), and each down converter 424-n-M is used. It is necessary to suppress a temporal change in the relative relationship between the complex phases in n-1 to 424-n-M. In this sense, a configuration in which a local oscillator exists outside the down converters 424-1-1 to 424-NM is practically used. The description of the oscillator is omitted. The local oscillator used must be shared among the down converters 424-n-1 to 424-n-M of the same n, but the down converters 424-n'-1 to 424-n having different values of n. The local oscillator used in combination with n'-M does not need to be shared. Further, these local oscillators do not need to be shared between the up converters 123-1 to 123-N and the down converters 124-1 to 124-N. To the last, it is only important to share a local signal between signal sequences that cooperate in forming directivity.

ここでNは空間多重を行う際の多重数(ストリーム数)に相当し、無線局装置450は、送受信信号処理回路451−1〜451−Nを全体でN系統分だけ実装している。またMは、各送受信信号処理回路451−1〜451−Nのそれぞれに実装されるサブアレーのアンテナ素子数を表している。図11の説明では全アンテナ素子数をMとしていたが、図12の場合と同様にここではアンテナ全体をサブアレー構成としているので個々のサブアレーのアンテナ素子数は異なる値Mと標記した。送受信信号処理回路451−nのそれぞれにはサブアレーのアンテナ素子401−n−1〜401−n−Mが付随しており、送受信信号処理回路451−1〜451−Nは、非特許文献2の様に空間的に離して設置することが想定される。また、ベースバンド信号処理回路140は、それぞれの送受信信号処理回路451−1〜451−Nに有線接続され、この有線上でデジタル・ベースバンド信号が転送される。また、図11では図示を省略していたが、無線局装置450は、全体の制御回路460を備える。同図では、無線局装置450が、制御回路460をベースバンド信号処理回路140上に実装する例を示している。この制御回路460は、フレーム周期や送受信タイミングを管理し、TDDスイッチ127−1〜127−Nの切り替えも管理する。制御回路460は、TDDスイッチ127−n(n=1,…,N)により、分配結合器404−nを、アップコンバータ123−nと接続するか、ダウンコンバータ124−nと接続するかを時分割で切り替える。 Here, N corresponds to the number of multiplexing (the number of streams) when performing spatial multiplexing, and the wireless station device 450 includes a total of N transmission / reception signal processing circuits 451-1 to 451-N for N systems. M represents the number of antenna elements of the sub-array mounted on each of the transmission / reception signal processing circuits 451-1 to 451-N. In the description of Figure 11 it had a number of all the antenna elements and M 0, but because here as in the case of FIG. 12 is a subarray constitute the entire antenna number of antenna elements of each subarray were labeled as different values M. Each of the transmission / reception signal processing circuits 451-n is accompanied by sub-array antenna elements 401-n-1 to 401-n-M, and the transmission / reception signal processing circuits 451-1 to 451-N are described in Non-Patent Document 2. It is assumed that they are installed spatially separated as described above. Further, the baseband signal processing circuit 140 is connected to each of the transmission / reception signal processing circuits 451-1 to 451-N by wire, and the digital baseband signal is transferred over this wire. Although not shown in FIG. 11, the wireless station device 450 includes an overall control circuit 460. FIG. 3 shows an example in which the wireless station device 450 mounts the control circuit 460 on the baseband signal processing circuit 140. The control circuit 460 manages a frame cycle and transmission / reception timing, and also manages switching of the TDD switches 127-1 to 127 -N. The control circuit 460 determines whether to connect the distribution coupler 404-n to the up converter 123-n or the down converter 124-n by the TDD switch 127-n (n = 1,..., N). Switch by splitting.

さらに本実施形態では、基本的に送受信ウエイトに相当する可変移相器で行う複素位相回転量の推定処理をデジタル信号処理にて行い、実際の複素位相の回転処理はアナログ信号処理にて実現する。このため、変調器120−1〜120−N及び復調器130−1〜130−NではOFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing:直交周波数分割多重)変調方式の様に周波数軸上の信号処理を前提とする場合でも、SC−FDE(Single-Carrier Frequency Domain Equalization)の様に時間軸上での信号処理を前提とする場合でも、どちらの方式に対しても対応可能である。ただし、信号分離回路141では各信号系列間の信号分離を行うが、ここでは時間軸での信号分離を行うことも可能であるし、一旦、FFTにより周波数軸の信号に変換し、周波数軸で周波数依存性のある信号分離を実施しても構わない。この意味で、復調器130−1〜130−Nへの入力は、時間軸の信号である場合と周波数軸の信号である場合が想定されるが、ここでは簡単のために時間軸での信号を入力するものとして説明する。この様に、OFDM変調方式やSC−FDEなどの通信方式のバリエーションに関する考え方は、以降の説明でも同様である。   Furthermore, in the present embodiment, the process of estimating the amount of complex phase rotation performed by the variable phase shifter basically corresponding to the transmission / reception weight is performed by digital signal processing, and the actual complex phase rotation process is realized by analog signal processing. . For this reason, the modulators 120-1 to 120-N and the demodulators 130-1 to 130-N are premised on signal processing on the frequency axis like the OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) modulation method. In either case, even if signal processing on the time axis is assumed, such as SC-FDE (Single-Carrier Frequency Domain Equalization), it is possible to cope with either method. However, the signal separation circuit 141 performs signal separation between each signal sequence. Here, it is also possible to perform signal separation on the time axis. Frequency-dependent signal separation may be performed. In this sense, the input to the demodulators 130-1 to 130-N is assumed to be a signal on the time axis or a signal on the frequency axis. The description will be made assuming that the user inputs "." As described above, the concept regarding the variation of the communication scheme such as the OFDM modulation scheme and the SC-FDE is the same in the following description.

具体的な信号の流れは以下の通りである。
まず信号の送信について説明する。無線局装置450は、スイッチ403−n−1〜403−n−Mが分配結合器404−nと移相器402−n−1〜402−n−Mとを接続し、TDDスイッチ127−nがアップコンバータ123−nと分配結合器404−nとを接続した状態で信号の送信を行う(n=1,…,N)。
The specific signal flow is as follows.
First, signal transmission will be described. In the wireless station device 450, the switches 403-n-1 to 403-n-M connect the distribution coupler 404-n and the phase shifters 402-n-1 to 402-n-M, and the TDD switch 127-n. Transmit signals while the up-converter 123-n and the distribution coupler 404-n are connected (n = 1,..., N).

変調器120−1〜120−Nはそれぞれ、空間多重を行う各ストリームの時間軸デジタル・ベースバンドの送信信号を生成し、送受信信号処理回路451−1〜451−Nに入力する。送受信信号処理回路451−n(n=1,…,N)には、変調器120−nが生成した時間軸デジタル・ベースバンドの送信信号が入力される。送受信信号処理回路451−n(n=1,…,N)のD/A変換器122−nは、変調器120−nから入力された送信信号を、アナログ・ベースバンド信号に変換し、アップコンバータ123−nに入力する。アップコンバータ123−nは、D/A変換器122−nから入力された信号を、ベースバンド信号から無線周波数帯の信号に変換し、TDDスイッチ127−nに入力する。TDDスイッチ127−nは、アップコンバータ123−nから入力された信号を、分配結合器404−nに入力する。   Each of the modulators 120-1 to 120-N generates a transmission signal of a time base digital baseband of each stream to be subjected to spatial multiplexing, and inputs the signal to the transmission / reception signal processing circuits 451-1 to 451-N. The transmission / reception signal processing circuit 451-n (n = 1,..., N) receives the transmission signal of the time base digital baseband generated by the modulator 120-n. The D / A converter 122-n of the transmission / reception signal processing circuit 451-n (n = 1,..., N) converts the transmission signal input from the modulator 120-n into an analog baseband signal, and Input to converter 123-n. The up-converter 123-n converts the signal input from the D / A converter 122-n from a baseband signal to a signal in a radio frequency band, and inputs the signal to the TDD switch 127-n. The TDD switch 127-n inputs the signal input from the up converter 123-n to the distribution coupler 404-n.

分配結合器404−nは、TDDスイッチ127−nから入力されたアナログ信号をM系統のアナログ信号に分岐する。分岐されたアナログ信号は、スイッチ403−n−1〜403−n−Mを介して移相器402−n−1〜402−n−Mに入力される。移相器402−n−1〜402−n−Mは、アナログ信号上で所定の複素位相回転を加える。移相器402−n−1〜402−n−Mにより複素位相回転が加えられたアナログ信号はそれぞれ、アンテナ素子401−n−1〜401−n−Mを介して送信される。送信信号は、移相器402−n−1〜402−n−Mにおける複素位相回転により、所定の指向性形成がなされている。例えば、アンテナ素子401−1−1〜401−1−Mとアンテナ素子401−N−1〜401−N−Mでは個別の指向性形成がなされており、その指向性方向にある無線局装置と通信を行う。   The distribution coupler 404-n branches the analog signal input from the TDD switch 127-n into M-system analog signals. The branched analog signals are input to phase shifters 402-n-1 to 402-n-M via switches 403-n-1 to 403-n-M. The phase shifters 402-n-1 to 402-n-M apply a predetermined complex phase rotation on the analog signal. The analog signals subjected to the complex phase rotation by the phase shifters 402-n-1 to 402-n-M are transmitted via the antenna elements 401-n-1 to 401-n-M, respectively. The transmission signal has a predetermined directivity formed by complex phase rotation in the phase shifters 402-n-1 to 402-n-M. For example, the antenna elements 401-1-1 to 401-1-M and the antenna elements 401-N-1 to 401-NM have individual directivities formed, and a radio station device in the directivity direction is provided. Perform communication.

次に信号の受信について説明する。無線局装置450は、スイッチ403−n−1〜403−n−Mが移相器402−n−1〜402−n−Mと分配結合器404−nとを接続し、TDDスイッチ127−nが分配結合器404−nとダウンコンバータ124−nとを接続した状態で信号の受信を行う(n=1,…,N)。   Next, reception of a signal will be described. In the wireless station apparatus 450, the switches 403-n-1 to 403-n-M connect the phase shifters 402-n-1 to 402-n-M and the distribution coupler 404-n, and the TDD switch 127-n. Receive signals while the distribution coupler 404-n and the down-converter 124-n are connected (n = 1,..., N).

アンテナ素子401−n−1〜401−n−M(n=1,…,N)が受信した信号はそれぞれ、移相器402−n−1〜402−n−Mに入力される。移相器402−n−1〜402−n−Mはそれぞれ、入力された信号に対し、アナログ信号上で所定の複素位相回転を加え、スイッチ403−n−1〜403−n−Mを介して分配結合器404−nに入力する。分配結合器404−nは、スイッチ403−n−1〜403−n−Mを介して入力された各アンテナ系統の信号をアナログ信号上で合成し、合成した信号をTDDスイッチ127−nを介してダウンコンバータ124−nに入力する。ダウンコンバータ124−nは、TDDスイッチ127−nを介して入力された無線周波数の信号をアナログ・ベースバンド信号に変換し、A/D変換器125−nに入力する。A/D変換器125−nは、ダウンコンバータ124−nから入力された信号を、アナログ・ベースバンド信号からデジタル・ベースバンド信号に変換し、信号分離回路141に入力する。   The signals received by the antenna elements 401-n-1 to 401-nM (n = 1,..., N) are input to the phase shifters 402-n-1 to 402-nM, respectively. Each of the phase shifters 402-n-1 to 402-n-M applies a predetermined complex phase rotation on an analog signal to the input signal, and outputs the result through switches 403-n-1 to 403-n-M. And input to the distribution coupler 404-n. The distribution coupler 404-n combines signals of the respective antenna systems input via the switches 403-n-1 to 403-n-M on an analog signal, and combines the combined signals via the TDD switch 127-n. And input to the down-converter 124-n. The down-converter 124-n converts a radio frequency signal input via the TDD switch 127-n into an analog baseband signal, and inputs the analog baseband signal to the A / D converter 125-n. The A / D converter 125-n converts the signal input from the downconverter 124-n from an analog baseband signal to a digital baseband signal, and inputs the digital baseband signal to the signal separation circuit 141.

信号分離回路141は、各ストリーム間のクロストーク成分を抑圧して信号分離を行い、この分離された信号を対応する復調器130−1〜130−Nに入力する。信号分離回路141が行うクロストーク成分の抑圧は、時間軸上で実施することも可能であるし、一旦、FFT処理により周波数軸信号に変換して周波数軸上で実施することも可能である。クロストーク成分の抑圧を時間軸上で実施する場合には、まず、信号分離回路141に入力される信号系列間の相関を、受信したトレーニング信号に対応するデジタル・ベースバンド信号を基に算出する。そして、算出された相関により与えられるMIMO(Multiple Input Multiple Output)チャネル行列を基に、そのZF(Zero Forcing)型やMMSE(Maximum Mean Square Error)型の信号分離などの一般的なMIMO信号分離処理と同様の行列を算出し、この行列を信号分離回路141に入力される信号系列をベクトルと見なしてサンプリングデータ単位で乗算すればよい。これは、一般的な周波数軸上のZF型やMMSE型の信号分離などの一般的なMIMO信号分離処理では周波数成分毎に異なる行列を用いていたのに対し、周波数軸上でほぼ同一の行列を用いる場合には、サンプリングデータ単位で時間軸上で信号分離処理が可能であることに対応する。ないしは、送受信信号処理回路451−1〜451−Nで行う信号処理のみで済ませ、信号分離回路141では特に何も処理を行わなくてもよい。ただしいずれにしても、ここでの信号分離の方法の詳細は本実施形態の特徴に直接関係ないために省略する。復調器130−1〜130−Nは、信号分離回路141においてクロストーク成分が抑圧された信号を復調処理する。   The signal separation circuit 141 performs signal separation by suppressing a crosstalk component between the streams, and inputs the separated signals to the corresponding demodulators 130-1 to 130-N. The suppression of the crosstalk component performed by the signal separation circuit 141 can be performed on the time axis, or can be temporarily converted to a frequency axis signal by FFT processing and then performed on the frequency axis. When suppressing the crosstalk component on the time axis, first, the correlation between the signal sequences input to the signal separation circuit 141 is calculated based on the digital baseband signal corresponding to the received training signal. . Then, based on a MIMO (Multiple Input Multiple Output) channel matrix given by the calculated correlation, general MIMO signal separation processing such as ZF (Zero Forcing) type or MMSE (Maximum Mean Square Error) type signal separation. A matrix similar to the above may be calculated, and the matrix may be multiplied in units of sampling data by regarding the signal sequence input to the signal separation circuit 141 as a vector. This is because, in general MIMO signal separation processing such as ZF-type or MMSE-type signal separation on the frequency axis, different matrices are used for each frequency component, but almost the same matrix on the frequency axis In the case where is used, it corresponds to the fact that signal separation processing can be performed on the time axis in units of sampling data. Alternatively, only the signal processing performed by the transmission / reception signal processing circuits 451-1 to 451-N may be performed, and the signal separation circuit 141 may not perform any processing. However, in any case, the details of the signal separation method here are omitted because they are not directly related to the features of the present embodiment. The demodulators 130-1 to 130-N demodulate the signal in which the crosstalk component has been suppressed in the signal separation circuit 141.

次に、移相器402−1−1〜402−N−Mにおける複素位相の回転量を算出する際の信号処理を説明する。この信号処理は、スイッチ403−n−1〜403−n−M(n=1,…,N)が移相器402−n−1〜402−n−Mとダウンコンバータ424−n−1〜424−n−Mとを接続した状態で行われる。これらのスイッチ切替は、制御回路460の指示のもと、相関算出回路405−1〜405−Nが管理する。なお、複素位相の回転量を算出するとき以外は、移相器402−n−1〜402−n−M(n=1,…,N)は、分配結合器404−nに接続される。また、複素位相の回転量の算出処理を行う際には、移相器402−1−1〜402−N−Mの位相回転量を所定の値に設定しておく。その後の処理で得られる複素位相の回転量は、当初の所定の値に対する差分として設定する。例えば、もっとも分かり易い例では、移相器402−1−1〜402−N−Mを全てゼロ(又はすべて同一の値)に設定してもよく、この場合は得られた複素位相の回転量の値をそのまま、その後の通信時の移相器402−1−1〜402−N−Mの位相回転量とすればよい。ないしは、移相器402−1−1〜402−N−Mの当初の所定の値が+10度、+20度、+30度、・・・であり、複素位相の回転量の算出値が+α度、+β度、+γ度、・・・であったとすれば、その後の通信時の移相器402−1−1〜402−N−Mの位相回転量を+(α+10)度、+(β+20)度、+(γ+30)度、・・・とすればよい。   Next, signal processing when calculating the amount of rotation of the complex phase in the phase shifters 402-1-1 to 402-NM will be described. In this signal processing, the switches 403-n-1 to 403-n-M (n = 1,..., N) are connected to the phase shifters 402-n-1 to 402-n-M and the down converters 424-n-1 to 424-n-1. 424-nM. The switching of these switches is managed by the correlation calculation circuits 405-1 to 405-N under the instruction of the control circuit 460. Note that the phase shifters 402-n-1 to 402-n-M (n = 1,..., N) are connected to the distribution coupler 404-n except when calculating the rotation amount of the complex phase. In addition, when performing the calculation process of the rotation amount of the complex phase, the phase rotation amounts of the phase shifters 402-1-1 to 402-NM are set to predetermined values. The rotation amount of the complex phase obtained in the subsequent processing is set as a difference from an initial predetermined value. For example, in the simplest example, all of the phase shifters 402-1-1 to 402-NM may be set to zero (or the same value), and in this case, the rotation amount of the obtained complex phase May be used as it is as the phase rotation amount of the phase shifters 402-1-1 to 402-NM during subsequent communication. Alternatively, the initial predetermined values of the phase shifters 402-1-1 to 402-NM are +10 degrees, +20 degrees, +30 degrees,..., And the calculated value of the rotation amount of the complex phase is + α degrees, If + β degrees, + γ degrees,. , + (Γ + 30) degrees,...

実際の処理としては、まず、複素位相の回転量を取得すべき通信相手の無線局装置がチャネル推定用のトレーニング信号を送信し、無線局装置450はこのトレーニング信号を受信する。アンテナ素子401−n−1〜401−n−M(n=1,…,N)が受信した信号はそれぞれ、移相器402−n−1〜402−n−Mに入力される。移相器402−n−1〜402−n−Mはそれぞれ、入力された信号に対し、アナログ信号上で所定の複素位相回転を加え、スイッチ403−n−1〜403−n−Mを介してダウンコンバータ424−n−1〜424−n−Mに入力する。ダウンコンバータ424−n−1〜424−n−Mはそれぞれ、入力された無線周波数の信号をアナログ・ベースバンド信号に変換し、A/D変換器425−n−1〜425−n−Mに入力する。A/D変換器425−n−1〜425−n−Mはそれぞれ、入力された信号を、アナログ信号からデジタル・ベースバンド信号に変換し、相関算出回路405−nに出力する。   As the actual processing, first, the wireless station device of the communication partner from which the amount of rotation of the complex phase is to be acquired transmits a training signal for channel estimation, and the wireless station device 450 receives this training signal. The signals received by the antenna elements 401-n-1 to 401-nM (n = 1,..., N) are input to the phase shifters 402-n-1 to 402-nM, respectively. Each of the phase shifters 402-n-1 to 402-n-M applies a predetermined complex phase rotation on an analog signal to the input signal, and outputs the result through switches 403-n-1 to 403-n-M. Input to the down converters 424-n-1 to 424-n-M. The down-converters 424-n-1 to 424-n-M convert the input radio frequency signals into analog baseband signals, respectively. input. Each of the A / D converters 425-n-1 to 425-n-M converts the input signal from an analog signal to a digital baseband signal and outputs the signal to the correlation calculation circuit 405-n.

相関算出回路405−1〜405−Nはそれぞれ、式(1)〜式(3)を用いて複素位相の回転量を算出する。また、相関算出回路405−1〜405−Nは必要に応じてキャリブレーション処理が必要な場合には、式(1)〜式(3)にキャリブレーション係数を考慮した値として送信側の複素位相の回転量を定める。相関算出回路405−n(n=1,…,N)が求めたこの複素位相の回転量は、通信する相手となる無線局装置の識別番号(複数の無線局装置と通信を行う場合。単一の無線局装置とP−P(ポイント・ツー・ポイント)型で通信を行う場合には識別番号は不要。)と共に、位相シフト制御回路406−n(n=1,…,N)に入力される。位相シフト制御回路406−nは、移相器402−n−1〜402−n−Mそれぞれに設定すべき複素位相の回転量を、通信相手の無線局装置の識別番号と対応付けてメモリに記憶するなどして管理する。   The correlation calculation circuits 405-1 to 405-N calculate the amount of rotation of the complex phase using equations (1) to (3), respectively. When the calibration processing is necessary as needed, the correlation calculation circuits 405-1 to 405-N determine the complex phase on the transmission side as a value in consideration of the calibration coefficient in the equations (1) to (3). Determine the amount of rotation. The rotation amount of the complex phase obtained by the correlation calculation circuit 405-n (n = 1,..., N) is the identification number of the wireless station device with which to communicate (in the case of performing communication with a plurality of wireless station devices. An identification number is not required when communicating with one wireless station device in a PP (point-to-point) type.) And input to a phase shift control circuit 406-n (n = 1,..., N). Is done. The phase shift control circuit 406-n stores the amount of rotation of the complex phase to be set in each of the phase shifters 402-n-1 to 402-n-M in the memory in association with the identification number of the wireless station device of the communication partner. Manage by memorizing.

なお、実際のデータ通信を行う際、すなわち送信処理ないし受信処理を行う際には、制御回路460が通信相手となる無線局装置を把握し、位相シフト制御回路406−n(n=1,…,N)に対して、通信を行う無線局装置に対応した複素位相の回転量を移相器402−n−1〜402−n−Mに設定するよう指示する。位相シフト制御回路406−nは、通信を行う無線局装置に対応した複素位相の回転量をメモリから読み出すなどして取得し、この複素位相の回転量を移相器402−n−1〜402−n−Mに設定してアナログ上のビームフォーミングを実現する。   Note that when performing actual data communication, that is, when performing transmission processing or reception processing, the control circuit 460 grasps the wireless station apparatus to be the communication partner, and the phase shift control circuit 406-n (n = 1,...). , N) to instruct the phase shifters 402-n-1 to 402-n-M to set the rotation amount of the complex phase corresponding to the wireless station device that performs communication. The phase shift control circuit 406-n obtains the amount of rotation of the complex phase corresponding to the wireless station device that performs communication, for example, by reading out from the memory, and acquires the amount of rotation of the complex phase from the phase shifters 402-n-1 to 402. -N-M is set to realize beamforming on analog.

なお、同図においては明記していないが、例えば送信側のハイパワーアンプ(HPA)等を配置するとすれば、図中の「A」と記述された点に配置し、受信側のローノイズアンプ(LNA)等を配置するとすれば、図中の「B」及び「C1−1」〜「CN−M」と記述された点に配置する。「A」及び「B」と記述された点に関しては、同一の送受信信号処理回路451−1〜451−N内では共通化されているので個別のハイパワーアンプ及びローノイズアンプの複素位相の不確定性を除去するキャリブレーション処理は不要である。 Although not explicitly shown in the figure, if a transmitting-side high-power amplifier (HPA) is disposed, for example, the transmitting-side high-power amplifier (HPA) is disposed at a point described as “A” in the drawing, and the receiving-side low-noise amplifier (HPA) is disposed. if placing LNA) or the like, arranged at a point which is described as "B" and "C 1-1" - "C N-M" in FIG. Regarding the points described as “A” and “B”, since the same transmission / reception signal processing circuits 451-1 to 451-N are common, the complex phases of the individual high power amplifiers and low noise amplifiers are uncertain. Calibration processing for removing the characteristic is unnecessary.

一方、「C1−1」〜「CN−M」と記述された点のローノイズアンプに関しては、複素位相の回転量が時間的に変動し得る場合には、同一の送受信信号処理回路451−1〜451−N内の各アンテナ素子401−1−1〜401−N−M間での複素位相の不確定性の原因となり得るために、従来技術のインプリシットフィードバックのキャリブレーション手法と同様に、各系統のローノイズアンプの複素位相の不確定性は除去する必要がある。なお、本実施形態は任意の手法に対して適用可能であり、キャリブレーション処理の具体的な方法は問わない。このキャリブレーション結果を考慮し、例えば「C1−1」、「C1−2」、「C1−3」それぞれでの複素位相の回転量が+10度、+20度、+30度であったとすると、式(1)〜式(3)で得られた複素位相の回転量に対し、−10度、−20度、−30度の補正をそれぞれ行い、位相回転量を調整する。なお、このキャリブレーション結果の情報はここでは図示していないキャリブレーション回路にて収集し、位相シフト制御回路406−1〜406−Nないしは相関算出回路405−1〜405−Nにてこの情報を用いて補正を実施する。 On the other hand, regarding the low-noise amplifiers at the points described as “C 1-1 ” to “C N-M ”, when the rotation amount of the complex phase can vary with time, the same transmission / reception signal processing circuit 451 is used. 1 to 451-N, which can cause the uncertainty of the complex phase among the respective antenna elements 401-1-1 to 401-N-M, similarly to the prior art implicit feedback calibration method. It is necessary to remove the uncertainty of the complex phase of the low-noise amplifier of each system. Note that the present embodiment can be applied to any method, and the specific method of the calibration process is not limited. Considering this calibration result, for example, assume that the rotation amount of the complex phase at each of “C 1-1 ”, “C 1-2 ”, and “C 1-3 ” is +10 degrees, +20 degrees, and +30 degrees. -10, -20, and -30 degrees are respectively corrected for the complex phase rotation amounts obtained by Equations (1) to (3) to adjust the phase rotation amounts. The information on the calibration result is collected by a calibration circuit (not shown), and the information is collected by the phase shift control circuits 406-1 to 406-N or the correlation calculation circuits 405-1 to 405-N. And perform correction.

また、サブアレー構成とした送受信信号処理回路451−1〜451−Nは、物理的に離して設置することで、アナログ上で形成される指向性ビームの相関を低減可能であるため、一般的には所定以上の距離だけ離して設置する。   In addition, since the transmission / reception signal processing circuits 451-1 to 451-N having a sub-array configuration can be installed physically apart from each other to reduce the correlation between directional beams formed on analog, generally, Are set apart from each other by a predetermined distance or more.

さらに、以下の全ての説明(その他の実施形態も含む)においても同様であるが、図1では、ベースバンド信号処理回路140と送受信信号処理回路451−1〜451−Nの間が有線接続され、この有線上でデジタル・ベースバンド信号を送受信する構成としているが、D/A変換器122−1〜122−N及びA/D変換器125−1〜125−Nをベースバンド信号処理回路140が実装する場合は、ベースバンド信号処理回路140と送受信信号処理回路451−1〜451−Nとの間の有線接続上で流れる信号を、アナログ・ベースバンド信号とすることも可能である。   Further, the same applies to all the following descriptions (including other embodiments), but in FIG. 1, the baseband signal processing circuit 140 and the transmission / reception signal processing circuits 451-1 to 451-N are connected by wire. In this configuration, digital baseband signals are transmitted and received over this wire. Is implemented, a signal flowing on a wired connection between the baseband signal processing circuit 140 and the transmission / reception signal processing circuits 451-1 to 451-N can be an analog baseband signal.

次に、従来技術における図12に対する図13と同様に、本実施形態の無線局装置を、複数の指向性ビーム形成をひとつのアレーアンテナで実現する「サブアレー共用型」により構成することも可能である。この構成を図2に示す。   Next, similarly to FIG. 13 with respect to FIG. 12 in the related art, the wireless station apparatus of the present embodiment can be configured by a “shared sub-array type” in which a plurality of directional beam formations are realized by one array antenna. is there. This configuration is shown in FIG.

図2は、本実施形態における無線局装置452の構成例(サブアレー共用型)を示す機能ブロック図である。同図において、前述の図と同一の機能ブロックについては、同一の番号を付与し、その説明を省略する。   FIG. 2 is a functional block diagram illustrating a configuration example (shared sub-array type) of the wireless station device 452 in the present embodiment. In the figure, the same functional blocks as those in the above-mentioned figures are assigned the same numbers, and their explanations are omitted.

同図に示す無線局装置452は、ベースバンド信号処理回路140と、送受信信号処理回路451−1〜451−Nと、分配結合器(HYB)407−1〜407−Mと、アンテナ素子401−1〜401−Mと、制御回路460とを備える。分配結合器(HYB)407−m(m=1,…,M)は、送受信信号処理回路451−1、451−2、…、451−Nそれぞれの移相器402−1−m、402−2−m、…、402−N−m、及び、アンテナ素子401−m(m=1,…,M)と接続される。   The wireless station device 452 shown in the figure includes a baseband signal processing circuit 140, transmission / reception signal processing circuits 451-1 to 451-N, distribution couplers (HYB) 407-1 to 407-M, and an antenna element 401-. 1 to 401 -M, and a control circuit 460. The distribution coupler (HYB) 407-m (m = 1,..., M) includes phase shifters 402-1-m, 402-N of the transmission / reception signal processing circuits 451-1, 451-2,. , 402-N-m, and the antenna element 401-m (m = 1,..., M).

無線局装置452においても、図1に示す無線局装置450と同様に、ダウンコンバータ424−1−1〜424−N−Mが、無線周波数の信号とベースバンドの信号の間の周波数変換を行うために、ローカル発振器からの信号の入力が必要となる。各送受信信号処理回路451−1〜451−Nそれぞれにおけるダウンコンバータ424−n−1〜424−n−M(n=1,…,N)の各組み合わせには共通のローカル信号を利用し、各ダウンコンバータでの複素位相の相対的関係の時間変化を抑える必要がある。この意味では、実質的には送受信信号処理回路451−1〜451−Nの外部にローカル発振器が存在する構成を取るが、記述が煩雑になるためにここでは簡易な記述として外部のローカル発振器の明記は省略する。なお、各送受信信号処理回路451−1〜451−Nにおいて用いるローカル発振器を共用化する必要はない。また、これらのローカル発振器とアップコンバータ123−1〜123−N及びダウンコンバータ124−1〜124−Nとを共用化する必要もない。あくまでも、指向性形成を協調して実施する信号系列間でのローカル信号の共通化のみが重要である。ただし、図1の場合とは異なり、ダウンコンバータ424−1−1〜424−N−Mは全て同一の筐体に収まっているため、全てのローカル信号を共用化することも図2の場合には可能ではある。   Also in the wireless station device 452, similarly to the wireless station device 450 shown in FIG. 1, the down converters 424-1-1 to 424-NM perform frequency conversion between a radio frequency signal and a baseband signal. Therefore, it is necessary to input a signal from a local oscillator. A common local signal is used for each combination of the down converters 424-n-1 to 424-n-M (n = 1,..., N) in each of the transmission / reception signal processing circuits 451-1 to 451-N. It is necessary to suppress a temporal change in the relative relationship between the complex phases in the down converter. In this sense, a configuration in which a local oscillator exists substantially outside the transmission / reception signal processing circuits 451-1 to 451-N is adopted. However, since the description is complicated, a simple description of the external local oscillator is used here. The description is omitted. It is not necessary to share the local oscillator used in each of the transmission / reception signal processing circuits 451-1 to 451-N. Further, it is not necessary to share these local oscillators with the up converters 123-1 to 123-N and the down converters 124-1 to 124-N. To the last, it is only important to share a local signal between signal sequences that cooperate in forming directivity. However, unlike the case of FIG. 1, the down converters 424-1-1 to 424-NM are all housed in the same housing, so that all the local signals can be shared in the case of FIG. Is possible.

先の説明と同様に、Nは空間多重を行う際の多重数(ストリーム数)に相当し、Mは、共通化されているアレーアンテナのアンテナ素子数を表している。図1に示す無線局装置450では、送受信信号処理回路451−1〜451−Nが系統ごとに物理的に異なる筐体に実装されている。これに対し、図2に示す無線局装置452では、送受信信号処理回路451−1〜451−NのN系統が全てひとつの筐体に実装されている。さらに、無線局装置452では、送受信信号処理回路451−1〜451−Nが、分配結合器407−1〜407−Mを介してアンテナ素子401−1〜401−Mを共用している。ここで、図1に示す無線局装置450と図2に示す無線局装置452とでは、送受信信号処理回路451−1〜451−Nにおける内部処理は同一である。また、図2では、制御回路460がベースバンド信号処理回路140に実装されている場合を示しているが、無線局装置452内の任意の場所に実装され得る。制御回路460は、フレーム周期、送受信タイミング、TDDスイッチ127−1〜127−Nの切り替えを管理する。   Similarly to the above description, N corresponds to the number of multiplexing (the number of streams) when performing spatial multiplexing, and M represents the number of antenna elements of the array antenna that is shared. In the wireless station device 450 shown in FIG. 1, the transmission / reception signal processing circuits 451-1 to 451-N are mounted in physically different housings for each system. On the other hand, in the wireless station device 452 shown in FIG. 2, all the N systems of the transmission / reception signal processing circuits 451-1 to 451-N are mounted in one housing. Further, in the wireless station device 452, the transmission / reception signal processing circuits 451-1 to 451-N share the antenna elements 401-1 to 401-M via the distribution couplers 407-1 to 407-M. Here, the internal processing in the transmission / reception signal processing circuits 451-1 to 451-N is the same between the wireless station device 450 shown in FIG. 1 and the wireless station device 452 shown in FIG. FIG. 2 shows a case where the control circuit 460 is mounted on the baseband signal processing circuit 140; however, the control circuit 460 can be mounted at an arbitrary place in the wireless station device 452. The control circuit 460 manages a frame cycle, transmission / reception timing, and switching of the TDD switches 127-1 to 127 -N.

以下は、図1に示す無線局装置450との差分に着目した、無線局装置452における具体的な信号の流れを示す。
まず信号の送信について説明する。無線局装置452は、スイッチ403−n−1〜403−n−Mが分配結合器404−nと移相器402−n−1〜402−n−Mとを接続し、TDDスイッチ127−nがアップコンバータ123−nと分配結合器404−nとを接続した状態で信号の送信を行う(n=1,…,N)。この点は、図1に示す無線局装置450と共通である。
The following shows a specific signal flow in the wireless station device 452, focusing on the difference from the wireless station device 450 shown in FIG.
First, signal transmission will be described. In the wireless station device 452, the switches 403-n-1 to 403-n-M connect the distribution coupler 404-n and the phase shifters 402-n-1 to 402-n-M, and the TDD switch 127-n. Transmit signals while the up-converter 123-n and the distribution coupler 404-n are connected (n = 1,..., N). This point is common to the wireless station device 450 shown in FIG.

変調器120−1〜120−Nはそれぞれで空間多重を行う各ストリームの時間軸デジタル・ベースバンドの送信信号を生成し、それぞれを送受信信号処理回路451−1〜451−Nに入力する。図1に示す無線局装置450と同様の処理により、指向性形成のための処理がなされた無線周波数のアナログ信号が、移相器402−1−1〜402−N−Mから出力される。移相器402−1−1〜402−N−Mは、これらの各系統の信号を、対応するアンテナ素子401−1〜401−Mに接続された分配結合器407−1〜407−Mに入力する。すなわち、移相器402−1−m、402−2−m、…、402−N−m(m=1,…,M)は、分配結合器407−mに信号を入力する。分配結合器407−1〜407−Mはそれぞれ、入力された信号を合成し、合成された信号がアンテナ素子401−1〜401−Mを介して送信される。   Each of the modulators 120-1 to 120-N generates a transmission signal of a time base digital baseband of each stream to be spatially multiplexed, and inputs each of the signals to the transmission / reception signal processing circuits 451-1 to 451-N. By a process similar to that of the radio station device 450 shown in FIG. 1, radio frequency analog signals subjected to a process for forming directivity are output from the phase shifters 402-1-1 to 402-NM. The phase shifters 402-1-1 to 402-NM transmit these signals of each system to distribution couplers 407-1 to 407-M connected to the corresponding antenna elements 401-1 to 401-M. input. That is, the phase shifters 402-1-m, 402-2-m,..., 402-Nm (m = 1,..., M) input signals to the distribution coupler 407-m. Distribution couplers 407-1 to 407-M respectively combine the input signals, and the combined signals are transmitted via antenna elements 401-1 to 401-M.

次に信号の受信について説明する。無線局装置452は、スイッチ403−n−1〜403−n−Mが移相器402−n−1〜402−n−Mと分配結合器404−nとを接続し、TDDスイッチ127−nが分配結合器404−nとダウンコンバータ124−nとを接続した状態で信号の受信を行う(n=1,…,N)。この点は、図1に示す無線局装置450と共通である。   Next, reception of a signal will be described. In the wireless station device 452, the switches 403-n-1 to 403-n-M connect the phase shifters 402-n-1 to 402-n-M and the distribution coupler 404-n, and the TDD switch 127-n. Receive signals while the distribution coupler 404-n and the down-converter 124-n are connected (n = 1,..., N). This point is common to the wireless station device 450 shown in FIG.

アンテナ素子401−1〜401−Mが受信した信号はそれぞれ、分配結合器407−1〜407−Mに入力される。分配結合器407−m(m=1,…,M)は、入力された信号をN系統に分配し、移相器402−1−m、402−2−m、…、402−N−mに入力する。送受信信号処理回路451−1〜451−Nは、この様に移相器402−1−1〜402−N−Mに入力された信号に対し、図1に示す無線局装置450における信号処理と同様の信号処理を行い、信号分離回路141にデジタル・ベースバンド信号を入力する。信号分離回路141は、クロストーク成分を抑圧して信号分離を行い、復調器130−1〜130−Nは、分離された信号を復調処理する。   Signals received by antenna elements 401-1 to 401-M are input to distribution couplers 407-1 to 407-M, respectively. The distribution coupler 407-m (m = 1,..., M) distributes the input signal to N systems, and outputs the phase shifters 402-1-m, 402-2-m,. To enter. The transmission / reception signal processing circuits 451-1 to 451-N process the signals input to the phase shifters 402-1-1 to 402-NM in the radio station device 450 shown in FIG. The same signal processing is performed, and a digital baseband signal is input to the signal separation circuit 141. The signal separation circuit 141 suppresses crosstalk components to perform signal separation, and the demodulators 130-1 to 130-N demodulate the separated signals.

移相器402−1−1〜402−N−Mにおける複素位相の回転量を算出する際の信号処理については、図1と図2とでは送受信信号処理回路451−1〜451−Nが実装される単位に相違はあるが、図1の送受信信号処理回路451−1〜451−Nにおける信号処理と図2の送受信信号処理回路451−1〜451−Nにおける信号処理は同一であるため、ここではその説明を省略する。   The signal processing for calculating the amount of rotation of the complex phase in the phase shifters 402-1-1 to 402-NM is implemented by the transmission / reception signal processing circuits 451-1 to 451-N in FIGS. Although the units performed are different, the signal processing in the transmission / reception signal processing circuits 451-1 to 451-N in FIG. 1 is the same as the signal processing in the transmission / reception signal processing circuits 451-1 to 451-N in FIG. Here, the description is omitted.

図3は、本実施形態における通信システムの構成例を示す図である。同図に示す通信システムは、図2に示す無線局装置452と、図1に示す無線局装置450とを有する。無線局装置450では、複数の送受信信号処理回路451−1〜451−Nのそれぞれがサブアレーとしてひとつのビームを形成する。これに対し、無線局装置452では(サブ)アレーが共通化されており、ひとつのアレーアンテナが複数のビームを形成する構成である。実際の運用では、図3に示す様に、無線局装置450が無線局装置452と対向することで、N系統の信号を空間多重することが可能になる。   FIG. 3 is a diagram illustrating a configuration example of a communication system according to the present embodiment. The communication system shown in the figure includes the wireless station device 452 shown in FIG. 2 and the wireless station device 450 shown in FIG. In the wireless station device 450, each of the plurality of transmission / reception signal processing circuits 451-1 to 451-N forms one beam as a sub-array. On the other hand, the wireless station device 452 has a common (sub) array, and one array antenna forms a plurality of beams. In an actual operation, as shown in FIG. 3, the radio station apparatus 450 faces the radio station apparatus 452, so that N-system signals can be spatially multiplexed.

次に、図4を用いて本実施形態の送受信信号処理回路の他の構成例を説明する。図4に示す送受信信号処理回路は、図1に示す無線局装置450又は図2に示す無線局装置452が備える送受信信号処理回路451−1〜451−Nと置き換えることができる。以下では、無線局装置450が備える送受信信号処理回路451−1〜451−Nと置き換える場合を例に説明する。なお、無線局装置452が備える送受信信号処理回路451−1〜451−Nと置き換える場合、図4におけるアンテナ素子401−n−1〜401−n−Mは、アンテナ素子401−1〜401−Mとなる。   Next, another configuration example of the transmission / reception signal processing circuit of the present embodiment will be described with reference to FIG. The transmission / reception signal processing circuit illustrated in FIG. 4 can be replaced with the transmission / reception signal processing circuits 451-1 to 451-N included in the wireless station device 450 illustrated in FIG. 1 or the wireless station device 452 illustrated in FIG. Hereinafter, a case will be described as an example in which the transmission and reception signal processing circuits 451-1 to 451-N included in the wireless station device 450 are replaced. Note that when replacing with the transmission / reception signal processing circuits 451-1 to 451-N provided in the wireless station device 452, the antenna elements 401-n-1 to 401-n-M in FIG. Becomes

図4は、本実施形態における送受信信号処理回路453−n(n=1,…,N)の構成例を示す機能ブロック図である。同図において、前述の図と同一の機能ブロックについては、同一の番号を付与し、その説明を省略する。   FIG. 4 is a functional block diagram illustrating a configuration example of the transmission / reception signal processing circuit 453-n (n = 1,..., N) in the present embodiment. In the figure, the same functional blocks as those in the above-mentioned figures are assigned the same numbers, and their explanations are omitted.

同図に示す送受信信号処理回路453−nは、D/A変換器122−nと、アップコンバータ(UC)123−nと、分配結合器414−nと、移相器409−n−1〜409−n−Mと、TDDスイッチ408−n−1〜408−n−Mと、移相器402−n−1〜402−n−M と、スイッチ403−n−1〜403−n−Mと、分配結合器415−nと、ダウンコンバータ(DC)124−nと、A/D変換器125−nと、ダウンコンバータ(DC)424−n−1〜424−n−Mと、A/D変換器425−n−1〜425−n−Mと、相関算出回路405−nと、位相シフト制御回路406−nとを備える。TDDスイッチ408−n−1〜408−n−Mはそれぞれ、アンテナ素子401−n−1〜401−n−Mに接続される。なお、ここでも図1と同様に、外部のローカル発振器の明記は省略する。   The transmission / reception signal processing circuit 453-n shown in the figure includes a D / A converter 122-n, an up converter (UC) 123-n, a distribution coupler 414-n, and a phase shifter 409-n-1 to 409-n-1. 409-n-M, TDD switches 408-n-1 to 408-n-M, phase shifters 402-n-1 to 402-n-M, and switches 403-n-1 to 403-n-M. , A distribution coupler 415-n, a down converter (DC) 124-n, an A / D converter 125-n, down converters (DC) 424-n-1 to 424-n-M, It includes D converters 425-n-1 to 425-n-M, a correlation calculation circuit 405-n, and a phase shift control circuit 406-n. The TDD switches 408-n-1 to 408-n-M are connected to the antenna elements 401-n-1 to 401-n-M, respectively. Here, as in FIG. 1, the description of the external local oscillator is omitted.

送受信信号処理回路453−nと、図1または図2で示した送受信信号処理回路451−1〜451−Nとの差分は、TDDスイッチ408−n−1〜408−n−Mがアンテナ素子401−n−1〜401−n−Mの直近に配置され、その結果として送信系におけるアップコンバータ123−nからアンテナ素子401−n−1〜401−n−Mまでの経路と、受信系におけるアンテナ素子401−n−1〜401−n−Mからダウンコンバータ124−nまでの経路が物理的に分離されている点である。   The difference between the transmission / reception signal processing circuit 453-n and the transmission / reception signal processing circuits 451-1 to 451-N shown in FIG. 1 or FIG. -N-1 to 401-n-M, and as a result, the path from the up-converter 123-n in the transmission system to the antenna elements 401-n-1 to 401-n-M and the antenna in the reception system The point is that the paths from the elements 401-n-1 to 401-nM to the downconverter 124-n are physically separated.

図1又は図2に示す送受信信号処理回路451−nの場合には、例えば送信系のハイパワーアンプ(ないしはパワーアンプ)はアップコンバータ123−nの後段の「A」と記述された場所に配置され、受信系のローノイズアンプはダウンコンバータ124−nの前段の「B」と記述された場所(さらにはダウンコンバータ424−n−1〜424−n−Mの前段の「Cn−1」、「Cn−2」、…、「Cn−M」と記述された場所)に配置され、TDDスイッチ127−nからアンテナ端までの回路を送受で共用可能としている。この点が送受信信号処理回路453−nとは大きく異なっている。図4の様な構成を取るメリットは、ハイパワーアンプやローノイズアンプをアンテナ素子数分だけ実装することが可能になり、この結果としての総送信電力が向上し、図1や図2におけるTDDスイッチ127−nからアンテナ素子401−n−1〜401−n−Mまでの間における様々な回路の挿入損失並びに分配及び結合損失の影響を抑えることが可能になる点である。このため、ここでは図示していないが、送受信信号処理回路453−nにおいては、「D」、「D」、…、「D」と記載された場所にハイパワーアンプが、「E」、「E」、…、「E」と記載された場所にローノイズアンプが配置されることが好ましい。この場合には、それぞれのハイパワーアンプ、ローノイズアンプの複素位相の不確定性を除去するためのキャリブレーション処理が必要となる。しかし、「A」と記載された場所にハイパワーアンプが、「B」と記載された点の場所にローノイズアンプが配置されれば、必ずしも「D」、「D」、…、「D」と記載された場所及び「E」、「E」、…、「E」と記載された場所のそれぞれにハイパワーアンプ、ローノイズアンプが配置される必然性はない。 In the case of the transmission / reception signal processing circuit 451-n shown in FIG. 1 or FIG. 2, for example, a high power amplifier (or power amplifier) of a transmission system is arranged at a location described as “A” in the subsequent stage of the up-converter 123-n. The low-noise amplifier of the receiving system is provided at the place described as “B” before the down-converter 124-n (further, “C n−1 ” before the down-converters 424-n-1 to 424-n-M, "C n-2", ..., which is arranged in "C n-M" and described location), thereby enabling shared by transmission and reception circuits from the TDD switch 127-n to the antenna terminal. This point is significantly different from the transmission / reception signal processing circuit 453-n. The advantage of adopting the configuration shown in FIG. 4 is that high power amplifiers and low noise amplifiers can be mounted by the number of antenna elements, resulting in an increase in total transmission power, and the TDD switch shown in FIG. 1 or FIG. The point is that it is possible to suppress the effects of insertion loss and distribution and coupling loss of various circuits from 127-n to antenna elements 401-n-1 to 401-n-M. Therefore, although not shown here, in the transmission and reception signal processing circuit 453-n, "D 1", "D 2", ..., high-power amplifier location as "D M" is "E It is preferable that a low-noise amplifier be disposed at a location described as “ 1 ”, “E 2 ”,..., “E M ”. In this case, a calibration process for removing the uncertainty of the complex phase of each high power amplifier and low noise amplifier is required. However, if a high-power amplifier is placed at a place described as “A” and a low-noise amplifier is placed at a place described at “B”, “D 1 ”, “D 2 ”,. It is not necessary that a high-power amplifier and a low-noise amplifier be arranged in each of the places described as “ M ” and the places described as “E 1 ”, “E 2 ”,..., “E M ”.

以下は、上記の差分に着目した送受信信号処理回路453−nにおける具体的な信号の流れを示す。
まず信号の送信について説明する。送受信信号処理回路453−nは、TDDスイッチ408−n−1〜408−n−Mがアンテナ素子401−n−1〜401−n−Mと移相器409−n−1〜409−n−Mとをそれぞれ接続した状態で信号の送信を行う。
The following shows a specific signal flow in the transmission / reception signal processing circuit 453-n focusing on the above difference.
First, signal transmission will be described. In the transmission / reception signal processing circuit 453-n, the TDD switches 408-n-1 to 408-n-M have the antenna elements 401-n-1 to 401-n-M and the phase shifters 409-n-1 to 409-n-. A signal is transmitted in a state where M and M are connected.

送受信信号処理回路453−nには、ここには図示されていない変調器120−nからひとつのストリームの時間軸デジタル・ベースバンドの送信信号が入力される。D/A変換器122−nは、入力された送信信号をアナログ・ベースバンド信号に変換し、アップコンバータ123−nに入力する。アップコンバータ123−nは、D/A変換器122−nから入力されたアナログ・ベースバンド信号を無線周波数帯の信号に変換し、分配結合器414−nに入力する。   The transmission / reception signal processing circuit 453-n receives a time-base digital baseband transmission signal of one stream from a modulator 120-n (not shown). The D / A converter 122-n converts the input transmission signal into an analog baseband signal and inputs the signal to the up-converter 123-n. The up-converter 123-n converts the analog baseband signal input from the D / A converter 122-n into a signal in a radio frequency band, and inputs the signal to the distribution coupler 414-n.

分配結合器414−nは、アップコンバータ123−nから入力された無線周波数帯のアナログ信号をM系統のアナログ信号に分岐し、移相器409−n−1〜409−n−Mに入力する。移相器409−n−1〜409−n−Mはそれぞれ、分配結合器414−nから入力された信号に対し、アナログ信号上で所定の複素位相回転を加え、TDDスイッチ408−n−1〜408−n−Mを介してアンテナ素子401−n−1〜401−n−Mに入力する。アンテナ素子401−n−1〜401−n−Mは、入力された送信信号を送信する。送信信号は、移相器409−n−1〜409−n−Mにおける複素位相回転により、所定の指向性形成がなされている。   The distribution coupler 414-n branches the radio frequency band analog signal input from the up-converter 123-n into an M-system analog signal, and inputs the signal to the phase shifters 409-n-1 to 409-n-M. . Each of the phase shifters 409-n-1 to 409-n-M applies a predetermined complex phase rotation on an analog signal to the signal input from the distribution coupler 414-n, and a TDD switch 408-n-1. To 408-nM to antenna elements 401-n-1 to 401-nM. The antenna elements 401-n-1 to 401-n-M transmit the input transmission signal. The transmission signal has a predetermined directivity formed by complex phase rotation in the phase shifters 409-n-1 to 409-n-M.

次に信号の受信について説明する。送受信信号処理回路453−nは、TDDスイッチ408−n−1〜408−n−Mがアンテナ素子401−n−1〜401−n−Mと移相器402−n−1〜402−n−Mとを接続し、スイッチ403−n−1〜403−n−Mが移相器402−n−1〜402−n−Mと分配結合器415−nとを接続した状態で信号の受信を行う。   Next, reception of a signal will be described. In the transmission / reception signal processing circuit 453-n, the TDD switches 408-n-1 to 408-n-M have the antenna elements 401-n-1 to 401-n-M and the phase shifters 402-n-1 to 402-n-. M, and switches 403-n-1 to 403-n-M receive signals while the phase shifters 402-n-1 to 402-n-M are connected to the distribution coupler 415-n. Do.

アンテナ素子401−n−1〜401−n−Mが受信した信号はそれぞれ、TDDスイッチ408−n−1〜408−n−Mを介して移相器402−n−1〜402−n−Mに入力される。移相器402−n−1〜402−n−Mのそれぞれは、入力された信号に対して、アナログ信号上で所定の複素位相回転を加え、スイッチ403−n−1〜403−n−Mを介して分配結合器415−nに入力する。分配結合器415−nは、各アンテナ系統の信号をアナログ信号上で合成し、ダウンコンバータ124−nに入力する。ダウンコンバータ124−nは、無線周波数の信号をアナログ・ベースバンド信号に変換し、A/D変換器125−nに入力する。A/D変換器125−nは、入力されたアナログ・ベースバンド信号をデジタル・ベースバンド信号に変換する。A/D変換器125−nは、変換されたデジタル・ベースバンド信号を、ここには図示されていないベースバンド信号処理回路140内の信号分離回路141に入力する。ベースバンド信号処理回路140は、後続する信号処理を行う。   Signals received by the antenna elements 401-n-1 to 401-n-M are respectively transmitted through the TDD switches 408-n-1 to 408-n-M and the phase shifters 402-n-1 to 402-n-M. Is entered. Each of the phase shifters 402-n-1 to 402-n-M applies a predetermined complex phase rotation on the analog signal to the input signal, and switches 403-n-1 to 403-n-M. Is input to the distribution coupler 415-n. The distribution coupler 415-n combines the signals of the respective antenna systems on an analog signal and inputs the combined signal to the down converter 124-n. The down-converter 124-n converts a radio frequency signal into an analog baseband signal and inputs the signal to the A / D converter 125-n. The A / D converter 125-n converts the input analog baseband signal into a digital baseband signal. The A / D converter 125-n inputs the converted digital baseband signal to a signal separation circuit 141 in a baseband signal processing circuit 140 (not shown). The baseband signal processing circuit 140 performs subsequent signal processing.

次に、移相器402−1−1〜402−N−Mにおける複素位相の回転量を算出する際の信号処理を説明する。送受信信号処理回路453−nは、この信号処理を、スイッチ403−n−1〜403−n−Mが移相器402−n−1〜402−n−Mとダウンコンバータ424−n−1〜424−n−Mとをそれぞれ接続した状態で行う。これらのスイッチ切替は、制御回路460の指示のもと、相関算出回路405−1〜405−Nが管理する。なお、複素位相の回転量を算出するとき以外は、移相器402−n−1〜402−n−Mは、分配結合器415−nに接続される。また、複素位相の回転量の算出処理を行う際には、移相器402−1−1〜402−N−Mの位相回転量を所定の値に設定しておく。その後の処理で得られる複素位相の回転量は、上述の説明と同様に、当初の所定の値に対する差分として設定する。送受信信号処理回路453−1〜453−Nは、制御回路460の管理の基、一斉に同様の処理を行う。   Next, signal processing when calculating the amount of rotation of the complex phase in the phase shifters 402-1-1 to 402-NM will be described. The transmission / reception signal processing circuit 453-n performs this signal processing by using the switches 403-n-1 to 403-n-M and the phase shifters 402-n-1 to 402-n-M and the down converter 424-n-1 to 403-n-M. 424-nM. The switching of these switches is managed by the correlation calculation circuits 405-1 to 405-N under the instruction of the control circuit 460. Note that the phase shifters 402-n-1 to 402-n-M are connected to the distribution coupler 415-n except when calculating the rotation amount of the complex phase. In addition, when performing the calculation process of the rotation amount of the complex phase, the phase rotation amounts of the phase shifters 402-1-1 to 402-NM are set to predetermined values. The amount of rotation of the complex phase obtained in the subsequent processing is set as a difference from an initial predetermined value, as in the above description. The transmission / reception signal processing circuits 453-1 to 453-N perform similar processing all at once under the control of the control circuit 460.

実際の処理としては、まず、複素位相の回転量を取得すべき通信相手の無線局装置がチャネル推定用のトレーニング信号を送信し、送受信信号処理回路453−1〜453−Nを備える無線局装置は、このトレーニング信号を受信する。アンテナ素子401−n−1〜401−n−Mが受信した信号はそれぞれ、TDDスイッチ408−n−1〜408−n−Mを介して移相器402−n−1〜402−n−Mに入力される。移相器402−n−1〜402−n−Mはそれぞれ、入力された信号に対し、アナログ信号上で所定の複素位相回転を加え、スイッチ403−n−1〜403−n−Mを介してダウンコンバータ424−n−1〜424−n−Mに入力する。ダウンコンバータ424−n−1〜424−n−Mはそれぞれ、入力された無線周波数の信号をアナログ・ベースバンド信号に変換し、A/D変換器425−n−1〜425−n−Mに入力する。A/D変換器425−n−1〜425−n−Mはそれぞれ、入力された信号を、アナログ信号からデジタル・ベースバンド信号に変換し、相関算出回路405−nに出力する。   As the actual processing, first, the wireless station device of the communication partner from which the rotation amount of the complex phase should be acquired transmits a training signal for channel estimation, and the wireless station device including the transmission / reception signal processing circuits 453-1 to 453-N Receives this training signal. Signals received by the antenna elements 401-n-1 to 401-n-M are respectively transmitted through the TDD switches 408-n-1 to 408-n-M and the phase shifters 402-n-1 to 402-n-M. Is entered. Each of the phase shifters 402-n-1 to 402-n-M applies a predetermined complex phase rotation on an analog signal to the input signal, and outputs the result through switches 403-n-1 to 403-n-M. Input to the down converters 424-n-1 to 424-n-M. The down-converters 424-n-1 to 424-n-M convert the input radio frequency signals into analog baseband signals, respectively. input. Each of the A / D converters 425-n-1 to 425-n-M converts the input signal from an analog signal to a digital baseband signal and outputs the signal to the correlation calculation circuit 405-n.

相関算出回路405−nは、図1における説明と同様に、複素位相の回転量を算出する。相関算出回路405−nが求めた複素位相の回転量は、通信する相手となる無線局装置の識別番号と共に、位相シフト制御回路406−nに入力される。位相シフト制御回路406−nは、移相器402−n−1〜402−n−Mそれぞれに設定すべき複素位相の回転量を、通信相手の無線局装置の識別番号と対応付けてメモリに記憶するなどして管理する。   The correlation calculation circuit 405-n calculates the amount of rotation of the complex phase as in the description of FIG. The rotation amount of the complex phase obtained by the correlation calculation circuit 405-n is input to the phase shift control circuit 406-n together with the identification number of the wireless station device with which communication is performed. The phase shift control circuit 406-n stores the amount of rotation of the complex phase to be set in each of the phase shifters 402-n-1 to 402-n-M in the memory in association with the identification number of the wireless station device of the communication partner. Manage by memorizing.

また、上記の複素位相の回転量は受信系における移相器402−n−1〜402−n−Mの位相回転量に関するものであるが、ローノイズアンプ及びハイパワーアンプなどにおける複素位相回転量の個体差をキャンセルするため、相関算出回路405−nは、従来技術のインプリシットフィードバックにおけるキャリブレーション処理を施し、受信系における複素位相の回転量を基にキャリブレーション処理に相当する補正により送信系における複素位相の回転量を換算し、移相器409−n−1〜409−n−Mに設定する値とする。ただし、「E」、「E」、…、「E」と記載された場所にローノイズアンプを配置する場合には、十分な受信レベルが得られるので「C」、「C」、…、「C」と記載された場所にはローノイズアンプは不要であるため、受信系の各ローノイズアンプにおける複素位相の回転は空間上での複素位相の回転と区別する必要はなく、受信系の移相器402−n−1〜402−n−Mに設定する複素位相の回転量は、相関算出回路405−nが算出した複素位相の回転量をそのまま用いることが可能である。なお、位相シフト制御回路406−nは、移相器402−n−1〜402−n−M及び移相器409−n−1〜409−n−Mのそれぞれに設定すべき送信系における複素位相の回転量を、通信相手の無線局装置の識別番号と対応付けて同様にメモリに記憶するなどして管理する。 The above-described complex phase rotation amount relates to the phase rotation amount of the phase shifters 402-n-1 to 402-n-M in the receiving system, but the complex phase rotation amount in a low noise amplifier, a high power amplifier, or the like. In order to cancel the individual difference, the correlation calculation circuit 405-n performs a calibration process in the implicit feedback of the related art, and performs a correction corresponding to the calibration process on the basis of the rotation amount of the complex phase in the reception system in the transmission system. The rotation amount of the complex phase is converted to a value set in the phase shifters 409-n-1 to 409-n-M. However, if a low-noise amplifier is placed in a place described as “E 1 ”, “E 2 ”,..., “E M ”, a sufficient reception level can be obtained, so “C 1 ”, “C 2 ” ,..., The low-noise amplifier is unnecessary at the place where “C M ” is described. Therefore, the rotation of the complex phase in each low-noise amplifier of the receiving system does not need to be distinguished from the rotation of the complex phase in space. As the rotation amount of the complex phase set in the phase shifters 402-n-1 to 402-n-M of the system, the rotation amount of the complex phase calculated by the correlation calculation circuit 405-n can be used as it is. The phase shift control circuit 406-n includes a complex in a transmission system to be set in each of the phase shifters 402-n-1 to 402-n-M and the phase shifters 409-n-1 to 409-n-M. The amount of phase rotation is managed by, for example, storing it in a memory in association with the identification number of the wireless station device of the communication partner.

なお、実際のデータ通信を行う際、すなわち送信処理ないし受信処理を行う際には、制御回路460が通信相手となる無線局装置を把握し、位相シフト制御回路406−nに対して、通信を行う無線局装置に対応する複素位相の回転量を、移相器402−n−1〜402−n−M及び移相器409−n−1〜409−n−Mに設定するよう指示する。位相シフト制御回路406−nは、通信を行う無線局装置に対応した受信系及び送信系のそれぞれにおける複素位相の回転量をメモリから読み出すなどして取得する。位相シフト制御回路406−nは、この受信系の複素位相の回転量を移相器402−n−1〜402−n−Mに設定し、送信系の複素位相の回転量を移相器409−n−1〜409−n−Mに設定してアナログ上のビームフォーミングを実現する。   Note that when performing actual data communication, that is, when performing transmission processing or reception processing, the control circuit 460 grasps the wireless station apparatus to be a communication partner and communicates with the phase shift control circuit 406-n. The phase shifters 402-n-1 to 402-n-M and the phase shifters 409-n-1 to 409-n-M are instructed to set the amount of rotation of the complex phase corresponding to the wireless station device to be performed. The phase shift control circuit 406-n obtains the amount of rotation of the complex phase in each of the reception system and the transmission system corresponding to the wireless station device that performs communication, for example, by reading from a memory. The phase shift control circuit 406-n sets the rotation amount of the complex phase of the reception system to the phase shifters 402-n-1 to 402-nM, and sets the rotation amount of the complex phase of the transmission system to the phase shifter 409. −n−1 to 409−n−M to realize beamforming on analog.

Massive MIMOにおいてデジタルビームフォーミングを行う場合、従来の無線局装置では、信号系列数に対応した多数のA/D変換器及びD/A変換器を必要とするため、消費電力が増大するという問題を有していた。一方、上述した本実施形態の無線局装置は、指向性制御を行うための複素位相の回転量を算出する際にのみ信号系列に対応したアンテナ素子毎のA/D変換器を利用し、データ送信時には移相器を用いたアナログビームフォーミングを行う。そのため、本実施形態の無線局装置は、スイッチを用い、複素位相の回転量の算出に用いるトレーニング信号の受信時には受信信号の出力先をA/D変換器に、データ受信時には受信信号の出力先を受信回路に切り替える。その結果、データ送受信時には、複素位相の回転量の算出時に必要とするアンテナ素子毎のA/D変換器及びD/A変換器の動作を停止させることが可能となり、消費電力を低減することが可能となる。   When performing digital beamforming in Massive MIMO, the conventional radio station apparatus requires a large number of A / D converters and D / A converters corresponding to the number of signal sequences, and thus has the problem of increasing power consumption. Had. On the other hand, the wireless station apparatus according to the above-described embodiment uses the A / D converter for each antenna element corresponding to the signal sequence only when calculating the amount of rotation of the complex phase for performing the directivity control, and At the time of transmission, analog beamforming using a phase shifter is performed. Therefore, the wireless station apparatus of the present embodiment uses a switch to output the received signal to the A / D converter when receiving the training signal used for calculating the amount of rotation of the complex phase, and to output the received signal when receiving data. To the receiving circuit. As a result, at the time of data transmission and reception, it becomes possible to stop the operation of the A / D converter and the D / A converter for each antenna element required for calculating the amount of rotation of the complex phase, thereby reducing power consumption. It becomes possible.

以上説明したように、本実施形態によれば、無線局装置は、指向性制御を行うための複素位相の回転量を算出する際にのみアンテナ素子毎のA/D変換器を利用する。そして、無線局装置は、実際の信号送信時には、デジタルビームフォーミングの代わりに移相器を用いたアナログビームフォーミングで代用する。一方、信号受信時には、無線局装置は、スイッチを用いて、受信アンテナからの信号の出力先を、トレーニング信号の受信時にはA/D変換器に、信号合成して復調処理を行うときには受信回路に切り替える。これにより、Massive MIMOにおいて、デジタルビームフォーミングを行うときに従来では定常的に必要としていたA/D変換器及びD/A変換器の数を大幅に低減することができる。よって、通信時において定常的に多数のA/D変換器及びD/A変換器が動作し続ける状況を回避し、特に広帯域の通信時にかかっていた膨大なA/D変換器及びD/A変換器の消費電力を低減するとともに発熱量も低減することが可能となる。さらには、A/D変換器及びD/A変換器に、発熱のために必要としていた大がかりな放熱板が不要となるため、低消費電力化だけでなく、無線局装置の小型化を図ることが可能となり、コストの低減も可能となる。   As described above, according to this embodiment, the wireless station device uses the A / D converter for each antenna element only when calculating the amount of rotation of the complex phase for performing directivity control. Then, at the time of actual signal transmission, the radio station apparatus substitutes analog beamforming using a phase shifter instead of digital beamforming. On the other hand, at the time of signal reception, the wireless station apparatus uses a switch to output the signal output from the reception antenna to the A / D converter when receiving the training signal and to the reception circuit when performing signal synthesis and demodulation processing. Switch. This makes it possible to greatly reduce the number of A / D converters and D / A converters that have conventionally been required steadily when performing digital beamforming in Massive MIMO. Therefore, it is possible to avoid a situation in which a large number of A / D converters and D / A converters constantly operate during communication, and to avoid a huge number of A / D converters and D / A conversions that have been performed particularly during wideband communication. It is possible to reduce the power consumption of the vessel and the amount of heat generated. Furthermore, since a large heat sink required for heat generation is not required for the A / D converter and the D / A converter, not only low power consumption but also miniaturization of the wireless station device can be achieved. And cost can be reduced.

[第2の実施形態]
第1の実施形態では、全ての(送)受信アンテナに対して個別のダウンコンバータとA/D変換器を実装していたが、これらの回路はチャネル推定の際にしか利用しない。これが全体の消費電力を低減し、発熱量を抑えるために有効に働くが、装置の小型経済化的な観点からは、一時的にしか利用しない回路を膨大な数のアンテナ素子数だけ実装するのは非効率である。特に、広帯域故に超高速な動作となるA/D変換器は一つ当たりの価格も高価になりがちで、装置全体の価格の高騰に繋がりかねない。第2の実施形態では、これらのダウンコンバータ、A/D変換器等を1系統に集約するための構成を示す。
[Second embodiment]
In the first embodiment, individual down converters and A / D converters are mounted for all (transmitting) receiving antennas, but these circuits are used only for channel estimation. This works effectively to reduce the overall power consumption and the amount of heat generated.However, from the standpoint of reducing the size and cost of the device, it is necessary to mount a circuit that is only used temporarily for a huge number of antenna elements. Is inefficient. In particular, an A / D converter that operates at a very high speed because of a wide band tends to be expensive per unit, which may lead to an increase in the price of the entire device. In the second embodiment, a configuration for integrating these down converters, A / D converters, and the like into one system will be described.

図5は、本実施形態における無線局装置550の構成例(サブアレー分離型)を示す機能ブロック図である。第1の実施形態と同様に第2の実施形態においても、第1の実施形態における図1と図2に対応するように、指向性ビームを複数のサブアレーに分離して形成する「サブアレー分離型」による構成と、ひとつのアレーで複数の指向性ビームを実現する「サブアレー共用型」(厳密には、サブアレーに分離していないので、「一体型アレー」と理解してもよい)による構成のバリエーションが存在する。図5では、「サブアレー分離型」について説明を行う。同図において、前述の図と同一の機能ブロックについては、同一の番号を付与し、その説明を省略する。   FIG. 5 is a functional block diagram illustrating a configuration example (sub-array separated type) of the wireless station device 550 according to the present embodiment. Similarly to the first embodiment, in the second embodiment, as shown in FIGS. 1 and 2 in the first embodiment, a “sub-array separation type” in which a directional beam is divided into a plurality of sub-arrays and formed. And a "sub-array shared type" that realizes a plurality of directional beams with one array (strictly speaking, since it is not separated into sub-arrays, it may be understood as an "integrated array") Variations exist. FIG. 5 illustrates the “sub-array separation type”. In the figure, the same functional blocks as those in the above-mentioned figures are assigned the same numbers, and their explanations are omitted.

同図に示す無線局装置550は、ベースバンド信号処理回路140と、送受信信号処理回路551−1〜551−N(Nは1以上の整数)と、制御回路560とを備える。送受信信号処理回路551−n(n=1,…,N)は、D/A変換器122−nと、アップコンバータ123−nと、ダウンコンバータ124−nと、A/D変換器125−nと、TDDスイッチ127−nと、移相器502−n−1〜502−n−Mと、スイッチ503−n−1〜503−n−Mと、分配結合器504−nと、相関算出回路505−nと、位相シフト制御回路506−nとを備える。移相器502−n−1〜502−n−Mはそれぞれ、アンテナ素子501−n−1〜501−n−Mと接続される。   The wireless station device 550 shown in FIG. 7 includes a baseband signal processing circuit 140, transmission / reception signal processing circuits 551-1 to 551-N (N is an integer of 1 or more), and a control circuit 560. The transmission / reception signal processing circuit 551-n (n = 1,..., N) includes a D / A converter 122-n, an up converter 123-n, a down converter 124-n, and an A / D converter 125-n. , TDD switch 127-n, phase shifters 502-n-1 to 502-n-M, switches 503-n-1 to 503-n-M, distribution coupler 504-n, and correlation calculation circuit 505-n and a phase shift control circuit 506-n. The phase shifters 502-n-1 to 502-n-M are connected to the antenna elements 501-n-1 to 501-n-M, respectively.

図1に示す無線局装置450と同様に、Nは空間多重を行う際の多重数(ストリーム数)に相当し、無線局装置550は、送受信信号処理回路551−1〜551−Nを全体でN系統分だけ実装している。また、無線局装置450と同様に、Mは、各送受信信号処理回路551−1〜551−Nのそれぞれに実装されるサブアレーのアンテナ素子数を表している。送受信信号処理回路551−nのそれぞれにサブアレーのアンテナ素子501−n−1〜501−n−Mが付随しており、送受信信号処理回路551−1〜551−Nは、非特許文献2の様に空間的に離して設置することが想定されている。また、ベースバンド信号処理回路140は、それぞれの送受信信号処理回路551−1〜551−Nに有線接続され、この有線上でデジタル・ベースバンド信号が転送される。また、図11では図示を省略していたが、無線局装置550が全体の制御回路560をベースバンド信号処理回路140上に実装する例を示している。制御回路560は、フレーム周期や送受信タイミングを管理し、TDDスイッチ127−1〜127−Nの切り替えも管理する。制御回路560は、TDDスイッチ127−n(n=1,…,N)により、分配結合器504−nを、アップコンバータ123−nと接続するか、ダウンコンバータ124−nと接続するかを時分割で切り替える。また、制御回路560は、相関算出回路505−n(n=1,…,N)にスイッチ503−n−1〜503−n−Mの制御を指示する。   As in the wireless station device 450 shown in FIG. 1, N corresponds to the number of multiplexing (the number of streams) when performing spatial multiplexing, and the wireless station device 550 includes the transmission / reception signal processing circuits 551-1 to 551-N as a whole. Only N systems are implemented. Similarly to the wireless station device 450, M represents the number of antenna elements of the sub-array mounted on each of the transmission / reception signal processing circuits 551-1 to 551-N. Each of the transmission / reception signal processing circuits 551-n has sub-array antenna elements 501-n-1 to 501-n-M attached thereto. It is assumed that they will be installed spatially separated from each other. Further, the baseband signal processing circuit 140 is connected to each of the transmission / reception signal processing circuits 551-1 to 551-N by wire, and the digital baseband signal is transferred over this wire. Although not shown in FIG. 11, an example is shown in which the wireless station device 550 mounts the entire control circuit 560 on the baseband signal processing circuit 140. The control circuit 560 manages a frame cycle and transmission / reception timing, and also manages switching of the TDD switches 127-1 to 127 -N. The control circuit 560 determines whether the distribution coupler 504-n is connected to the up converter 123-n or the down converter 124-n by the TDD switch 127-n (n = 1,..., N). Switch by splitting. The control circuit 560 instructs the correlation calculation circuits 505-n (n = 1,..., N) to control the switches 503-n-1 to 503-n-M.

さらに本実施形態では、基本的に送受信ウエイトに相当する移相器で行う複素位相回転量算出処理をデジタル信号処理的に行い、実際の複素位相の回転処理はアナログ信号処理にて実現する。このため、変調器120−1〜120−N及び復調器130−1〜130−NではOFDM変調方式の様に周波数軸上の信号処理を前提とする場合でも、SC−FDEの様に時間軸上での信号処理を前提とする場合でも、どちらの方式に対しても対応可能であり、OFDM変調方式やSC−FDEなどの通信方式のバリエーションに関する考え方は、上述の第1の実施形態の説明と同様である。   Further, in the present embodiment, the complex phase rotation amount calculation processing basically performed by the phase shifter corresponding to the transmission / reception weight is performed by digital signal processing, and the actual complex phase rotation processing is realized by analog signal processing. For this reason, even if the modulators 120-1 to 120-N and the demodulators 130-1 to 130-N assume signal processing on the frequency axis like the OFDM modulation method, the time axis like SC-FDE is used. Even when the above signal processing is premised, it is possible to cope with either system, and the concept regarding the variation of the communication system such as the OFDM modulation system and the SC-FDE is described in the first embodiment described above. Is the same as

また、アップコンバータ123−1〜123−N及びダウンコンバータ124−1〜124−Nでは、無線周波数の信号とベースバンドの信号の間の周波数変換を行うために、ローカル発振器からの信号の入力が必要となるが、各送受信信号処理回路551−1〜551−N間では協調した信号処理は想定していないので、必ずしも共通のローカル発振器を利用する必要はない。なお、記述が煩雑になるためにここでは簡易な記述として外部のローカル発振器の明記は省略する。また以降の説明では省略するが、付加的機能として各送受信信号処理回路551−1〜551−N間で協調した信号処理を行うことも当然可能であるが、この場合にはローカル発振器の共通化を行っても構わない。   In the up-converters 123-1 to 123-N and the down-converters 124-1 to 124-N, a signal from a local oscillator is input in order to perform frequency conversion between a radio frequency signal and a baseband signal. Although required, cooperative signal processing is not assumed between the transmission / reception signal processing circuits 551-1 to 551-N, and thus it is not always necessary to use a common local oscillator. Since the description is complicated, the description of the external local oscillator is omitted here as a simple description. Although omitted in the following description, it is of course possible to perform cooperative signal processing among the transmission / reception signal processing circuits 551-1 to 551-N as an additional function. You may go.

無線局装置550における具体的な信号の流れは以下の通りである。
まず信号の送信について説明する。無線局装置550は、スイッチ503−n−1〜503−n−Mを全てON(分配結合器504−nとの接続状態)とし、TDDスイッチ127−nがアップコンバータ123−n−1〜123−n−Nと分配結合器504−nとを接続した状態で信号の送信を行う(n=1,…,N)。全ての送受信信号処理回路551−1〜551−Nでこれらの条件は同じである。
A specific signal flow in the wireless station device 550 is as follows.
First, signal transmission will be described. The wireless station device 550 turns on all the switches 503-n-1 to 503-n-M (the connection state with the distribution coupler 504-n) and sets the TDD switch 127-n to the up converters 123-n-1 to 123. Signal transmission is performed in a state where -n-N and distribution coupler 504-n are connected (n = 1,..., N). These conditions are the same for all the transmission / reception signal processing circuits 551-1 to 551-N.

変調器120−1〜120−Nがそれぞれ、空間多重を行う各ストリームの時間軸デジタル・ベースバンドの送信信号を生成し、送受信信号処理回路551−1〜551−Nに入力してから、送受信信号処理回路551−n(n=1,…,N)のアップコンバータ123−nが、無線周波数帯の信号を後段に入力するまでの処理は、図1に示す無線局装置450と同様である。アップコンバータ123−nは、TDDスイッチ127−nを介して信号を分配結合器504−nに入力する。   Each of the modulators 120-1 to 120-N generates a transmission signal of a time base digital baseband of each stream to be subjected to spatial multiplexing, inputs the signal to the transmission / reception signal processing circuits 551-1 to 551-N, and then transmits / receives the signals. Processing until the up-converter 123-n of the signal processing circuit 551-n (n = 1,..., N) inputs a signal in the radio frequency band to the subsequent stage is the same as that of the radio station device 450 shown in FIG. . The up-converter 123-n inputs a signal to the distribution coupler 504-n via the TDD switch 127-n.

分配結合器504−nは、TDDスイッチ127−nから入力したアナログ信号を、M系統のアナログ信号に分岐し、スイッチ503−n−1〜503−n−Mを介して移相器502−n−1〜502−n−Mに入力する。移相器502−n−1〜502−n−Mのそれぞれは、入力された信号に対して、アナログ信号上で所定の複素位相回転を加える。移相器502−n−1〜502−n−Mにより複素位相回転が加えられたアナログ信号はそれぞれ、アンテナ素子501−n−1〜501−n−Mを介して送信される。送信信号は、移相器502−n−1〜502−n−Mにおける複素位相回転により、所定の指向性形成がなされており、その指向性の先の無線局装置と通信を行う。   The distribution coupler 504-n splits the analog signal input from the TDD switch 127-n into M-system analog signals, and outputs the phase shifter 502-n via the switches 503-n-1 to 503-n-M. -1 to 502-n-M. Each of the phase shifters 502-n-1 to 502-n-M applies a predetermined complex phase rotation on the analog signal to the input signal. The analog signals subjected to the complex phase rotation by the phase shifters 502-n-1 to 502-n-M are transmitted via the antenna elements 501-n-1 to 501-n-M, respectively. The transmission signal has a predetermined directivity formed by complex phase rotation in the phase shifters 502-n-1 to 502-n-M, and communicates with the wireless station device having the directivity.

以上の説明はN系統実装される送受信信号処理回路551−1〜551−Nに共通の信号処理であり、共通のクロックで動作する等概ね同期関係を維持しながら、並列的に同様の処理を実施する。   The above description is the signal processing common to the transmission / reception signal processing circuits 551-1 to 551-N mounted on the N systems. carry out.

次に受信に関する信号の流れを説明する。無線局装置550は、スイッチ503−n−1〜503−n−Mを全てON(分配結合器504−nとの接続状態)とし、TDDスイッチ127−nが分配結合器504−nとダウンコンバータ124−nとを接続した状態で信号の受信を行う(n=1,…,N)。全ての送受信信号処理回路551−1〜551−Nでこれらの条件は同じである。   Next, the flow of signals related to reception will be described. The wireless station device 550 turns on all the switches 503-n-1 to 503-n -M (the connection state with the distribution coupler 504-n) and sets the TDD switch 127-n with the distribution coupler 504-n and the down converter. 124-n is connected, and a signal is received (n = 1,..., N). These conditions are the same for all the transmission / reception signal processing circuits 551-1 to 551-N.

アンテナ素子501−n−1〜501−n−M(n=1,…,N)が受信した信号はそれぞれ、移相器502−n−1〜502−n−Mに入力される。移相器502−n−1〜502−n−Mはそれぞれ、入力された信号に対し、アナログ信号上で所定の複素位相回転を加え、スイッチ503−n−1〜503−n−Mを介して分配結合器504−nに入力する。分配結合器504−nは、スイッチ503−n−1〜503−n−Mを介して入力された各アンテナ系統の信号をアナログ信号上で合成し、合成した信号をTDDスイッチ127−nを介してダウンコンバータ124−nに入力する。以降の処理は、図1に示す無線局装置450と同様である。   The signals received by the antenna elements 501-n-1 to 501-n-M (n = 1,..., N) are input to the phase shifters 502-n-1 to 502-n-M, respectively. Each of the phase shifters 502-n-1 to 502-n-M applies a predetermined complex phase rotation to the input signal on an analog signal, and outputs the result through switches 503-n-1 to 503-n-M. And input to the distribution coupler 504-n. The distribution coupler 504-n combines signals of the respective antenna systems input via the switches 503-n-1 to 503-n-M on an analog signal, and combines the combined signals via the TDD switch 127-n. And input to the down-converter 124-n. Subsequent processing is the same as that of the wireless station device 450 shown in FIG.

移相器502−n−1〜502−n−Mのそれぞれが、アンテナ素子501−n−1〜501−n−Mを介して受信した信号に対して、アナログ信号上で所定の複素位相回転を加え、それらが合成されることで所定の指向性形成がなされており、その指向性の先の無線局装置と通信を行う。以上の説明はN系統実装される送受信信号処理回路551−1〜551−Nに共通の信号処理であり、共通のクロックで動作する等概ね同期関係を維持しながら、並列的に同様の処理を実施する。   Each of phase shifters 502-n-1 to 502-n-M performs a predetermined complex phase rotation on an analog signal with respect to a signal received via antenna elements 501-n-1 to 501-n-M. Are added to each other to form a predetermined directivity, and communicate with the wireless station device of the directivity. The above description is the signal processing common to the transmission / reception signal processing circuits 551-1 to 551-N mounted on the N systems. carry out.

なお、信号分離回路141は、各送受信信号処理回路551−1〜551−Nから入力された信号に対し、図1に示す無線局装置450と同様の処理を行い、上述の指向性形成では除去しきれない無線局装置間のクロストーク成分の抑圧処理を行う。信号分離回路141が行うクロストーク成分の抑圧は、時間軸上で実施することも可能であるし、一旦、FFT処理により周波数軸信号に変換して周波数軸上で実施することも可能である。ないしは、送受信信号処理回路551−1〜551−Nで行う指向性形成の信号処理のみで済ませ、信号分離回路141では特に何も処理を行わなくてもよい(この場合には、信号分離回路141は省略可能である)。ただしいずれにしても、ここでの信号分離の方法の詳細は本実施形態には直接関係なく、従来のMIMO信号処理の技術を用いて実施することが可能であるため、ここでは説明を省略する。   Note that the signal separation circuit 141 performs the same processing as that of the radio station device 450 shown in FIG. A process of suppressing crosstalk components between wireless station devices that cannot be completed is performed. The suppression of the crosstalk component performed by the signal separation circuit 141 can be performed on the time axis, or can be temporarily converted to a frequency axis signal by FFT processing and then performed on the frequency axis. Alternatively, only the directivity forming signal processing performed by the transmission / reception signal processing circuits 551-1 to 551-N may be performed, and the signal separation circuit 141 may not perform any processing (in this case, the signal separation circuit 141 Can be omitted). However, in any case, the details of the signal separation method here are not directly related to the present embodiment, and can be implemented using the conventional MIMO signal processing technology, and thus the description thereof is omitted here. .

次に、移相器502−1−1〜502−N−Mにおける複素位相の回転量を算出する際の信号処理を説明する。この信号処理は、スイッチ503−n−1〜503−n−M(n=1,…,N)のいずれかひとつが移相器502−n−1〜502−n−Mとダウンコンバータ124−nとを接続(ON)する一方、残りのスイッチはダウンコンバータ124−nとの接続を切った状態(OFF)状態で行われる。スイッチ503−n−1〜503−n−M(n=1,…,N)のうちダウンコンバータ124−nに接続する(ONにする)対象は順に切り替える。これらのスイッチ切替は、制御回路560の指示のもと、相関算出回路505−1〜505−Nが管理する。なお、ここで説明している複素位相の回転量を算出するとき以外の通常運用時は、上述のように移相器502−n−1〜502−n−M(n=1,…,N)は全て、分配結合器504−nに接続される。また、複素位相の回転量の算出処理を行う際には移相器502−1−1〜502−N−Mの位相回転量を所定の値に設定しておく。その後の処理で得られる複素位相の回転量は、当初の所定の値に対する差分として設定する。例えば、もっとも分かり易い例では、移相器502−1−1〜502−N−Mを全てゼロ(又はすべて同一の値)に設定してもよく、この場合は得られた複素位相の回転量の値をそのまま、その後の通信時の移相器502−1−1〜502−N−Mの位相回転量とすればよい。ないしは、移相器502−1−1〜502−N−Mの当初の所定の値が+10度、+20度、+30度、・・・であり、複素位相の回転量の算出値が+α度、+β度、+γ度、・・・であったとすれば、その後の通信時の移相器502−1−1〜502−N−Mの位相回転量を+(α+10)度、+(β+20)度、+(γ+30)度、・・・とすればよい。   Next, signal processing when calculating the amount of rotation of the complex phase in the phase shifters 502-1-1 to 502-NM will be described. In this signal processing, one of the switches 503-n-1 to 503-n-M (n = 1,..., N) includes one of the phase shifters 502-n-1 to 502-n-M and the down converter 124-n. n, while the remaining switches are disconnected (OFF) from the downconverter 124-n. Among the switches 503-n-1 to 503-n-M (n = 1,..., N), the objects to be connected (turned on) to the down-converter 124-n are sequentially switched. The switching of these switches is managed by the correlation calculation circuits 505-1 to 505-N under the instruction of the control circuit 560. During normal operation other than when calculating the amount of rotation of the complex phase described here, the phase shifters 502-n-1 to 502-n-M (n = 1,..., N ) Are all connected to distribution couplers 504-n. In addition, when performing the calculation processing of the rotation amount of the complex phase, the phase rotation amounts of the phase shifters 502-1-1 to 502-NM are set to predetermined values. The rotation amount of the complex phase obtained in the subsequent processing is set as a difference from an initial predetermined value. For example, in the simplest example, all of the phase shifters 502-1-1 to 502-NM may be set to zero (or the same value), and in this case, the rotation amount of the obtained complex phase May be used as it is as the phase rotation amount of the phase shifters 502-1-1 to 502-NM during the subsequent communication. Alternatively, the initial predetermined values of the phase shifters 502-1-1 to 502-NM are +10 degrees, +20 degrees, +30 degrees,..., And the calculated value of the rotation amount of the complex phase is + α degrees, . +-. Degree., + .Gamma.,..., The phase rotation amounts of the phase shifters 502-1-1 to 502-NM during the subsequent communication are changed by + (. Alpha. + 10) degrees and + (. Beta. , + (Γ + 30) degrees,...

実際の処理としては、まず、複素位相の回転量を取得すべき通信相手の無線局装置がチャネル推定用のトレーニング信号を送信し、無線局装置550はこのトレーニング信号を受信する。アンテナ素子501−n−1〜501−n−M(n=1,…,N)が受信した信号はそれぞれ、移相器502−n−1〜502−n−Mに入力される。移相器502−n−1〜502−n−Mはそれぞれ、入力された信号に対し、アナログ信号上で所定の複素位相回転を加え、スイッチ503−n−1〜503−n−Mを介して分配結合器504−nに入力する。ここで、スイッチ503−n−1〜503−n−Mでは、ひとつを除いてすべてがOFFとなっているため、実効的には分配結合器504−nにおいて合成された信号は、スイッチ503−n−1〜503−n−Mの中で唯一、スイッチが接続(ON)されている系統のアンテナで受信された信号のみが出力されたことになる。すなわち、スイッチ503−n−1〜503−n−Mと分配結合器504−nでは、これ全体で、アンテナ素子501−n−1〜501−n−Mのアンテナ群の中から、ひとつのアンテナ素子501−n−k(kは1以上M以下の整数のいずれか)を抽出する処理を実施することになる。なお、kが1からMまでのいずれかの値をとるように所定の周期で切り変わる。この様にして選択されたアンテナ素子501−n−kの受信信号は、TDDスイッチ127−nを介してダウンコンバータ124−nに入力される。ダウンコンバータ124−nは、入力された無線周波数の信号をアナログ・ベースバンド信号に変換し、A/D変換器125−nに入力する。A/D変換器125−nは、入力されたアナログ・ベースバンド信号をデジタル・ベースバンド信号に変換し、相関算出回路505−nに入力する。   As the actual processing, first, the wireless station device of the communication partner from which the rotation amount of the complex phase is to be acquired transmits a training signal for channel estimation, and the wireless station device 550 receives this training signal. The signals received by the antenna elements 501-n-1 to 501-n-M (n = 1,..., N) are input to the phase shifters 502-n-1 to 502-n-M, respectively. Each of the phase shifters 502-n-1 to 502-n-M applies a predetermined complex phase rotation to the input signal on an analog signal, and outputs the result through switches 503-n-1 to 503-n-M. And input to the distribution coupler 504-n. Here, all of the switches 503-n-1 to 503-n-M are OFF except one, so that the signal combined in the distribution coupler 504-n is effectively the switch 503-n. Only the signal received by the antenna of the system to which the switch is connected (ON) is output from n-1 to 503-n-M. That is, in the switches 503-n-1 to 503-n-M and the distribution coupler 504-n, one antenna is selected from the antenna group of the antenna elements 501-n-1 to 501-n-M as a whole. The processing for extracting the element 501-nk (k is any integer from 1 to M) is performed. Note that k is switched at a predetermined cycle so that k takes any value from 1 to M. The reception signal of the antenna element 501-nk selected in this way is input to the down converter 124-n via the TDD switch 127-n. The down-converter 124-n converts the input radio frequency signal into an analog baseband signal, and inputs the signal to the A / D converter 125-n. The A / D converter 125-n converts the input analog baseband signal into a digital baseband signal, and inputs the digital baseband signal to the correlation calculation circuit 505-n.

相関算出回路505−1〜505−Nはそれぞれ、切り替えながら全てのスイッチからの信号を受信し終わるまで、連続的にデジタル・ベースバンド信号を記録する。つまり、相関算出回路505−nは、スイッチ503−n−1〜503−n−Mを切り替えながら、スイッチ503−n−1〜503−n−Mの全てのスイッチからデジタル・ベースバンド信号を受信し、記録する。相関算出回路505−nは、この記録されたデジタル・ベースバンド信号に対し、トレーニング信号の周期性(例えば、2048サンプル周期で同一内容のトレーニング信号が繰り返されるなどの周期性)を考慮し、当該周期におけるサンプリングタイミングが対応するように、各アンテナ素子501−n−kのサンプリングデータを抽出し、第1の実施形態の相関算出回路405−1〜405−Nと同様に、式(1)〜式(3)を用いて、移相器502−n−1〜502−n−Mそれぞれに設定すべき複素位相の回転量を算出する。なおこれは、無線局装置が高所に固定設置され且つ見通し環境であれば、チャネルの時変動は無視可能であることを利用している。さらに、必要に応じてキャリブレーション処理が必要な場合には、相関算出回路505−1〜505−Nは、第1の実施形態の相関算出回路405−1〜405−Nと同様に、式(1)〜式(3)にキャリブレーション係数を考慮した値として送信側の複素位相の回転量を定める。   Each of the correlation calculation circuits 505-1 to 505-N continuously records the digital baseband signal while switching, until the signals from all the switches are completely received. That is, the correlation calculation circuit 505-n receives the digital baseband signals from all the switches 503-n-1 to 503-n-M while switching the switches 503-n-1 to 503-n-M. And record. The correlation calculation circuit 505-n considers the periodicity of the training signal with respect to the recorded digital baseband signal (for example, periodicity such that a training signal having the same content is repeated at a cycle of 2048 samples), and The sampling data of each antenna element 501-nk is extracted so that the sampling timing in the cycle corresponds, and similarly to the correlation calculation circuits 405-1 to 405-N of the first embodiment, the equations (1) to Using the equation (3), the amount of rotation of the complex phase to be set for each of the phase shifters 502-n-1 to 502-n-M is calculated. This utilizes the fact that the time variation of the channel can be ignored if the wireless station device is fixedly installed at a high place and has a line-of-sight environment. Further, when the calibration processing is necessary as needed, the correlation calculation circuits 505-1 to 505-N use the formula (5) similarly to the correlation calculation circuits 405-1 to 405-N of the first embodiment. The rotation amount of the complex phase on the transmission side is determined as a value in consideration of the calibration coefficients in 1) to (3).

第1の実施形態では、同時に各アンテナ素子401−n−kのサンプリングデータを取得できたが、第2の実施形態では、時間的に異なるタイミングでサンプリングを行っているので、トレーニング信号の周期性から等価的に同一時刻にサンプリングしたものと見なせるように工夫している。この際、送信側と受信側で周波数誤差が無視できない場合には、トレーニング信号の周期性だけでは等価的に同一時刻にサンプリングと見なせない場合があり、この様な場合には周波数誤差の補正を行っても構わない。例えば、ひとつのスイッチ503−n−kが継続的にONとなっている間のトレーニング信号のサンプリングデータS(n)に対し、トレーニング信号がNFFTサンプルの周期性をもつとし、NTest周期分のサンプリングデータが確保できたとする。仮に周波数誤差がΔfであるとすると、様々なΔf’に対し以下の式(6)のQ値を最大とするΔf’を求めることで、Δfを推定することが可能である。 In the first embodiment, the sampling data of each of the antenna elements 401-nk can be obtained at the same time. However, in the second embodiment, the sampling is performed at different timings. Therefore, it is devised that it can be regarded as equivalently sampled at the same time. At this time, if the frequency error cannot be neglected between the transmitting side and the receiving side, sampling may not be equivalently regarded as sampling at the same time only with the periodicity of the training signal. You can go. For example, assuming that the training signal has a periodicity of N FFT samples for the sampling data S k (n) of the training signal while one switch 503 -nk is continuously ON, the N Test period Assume that enough sampling data has been secured. Assuming that the frequency error is Δf, it is possible to estimate Δf by obtaining Δf ′ that maximizes the Q value of the following equation (6) for various Δf ′.

Figure 0006646544
Figure 0006646544

ここではスイッチ503−n−kの情報だけに着目したが、各スイッチ503−n−kのサンプリングデータに対してΔfを求め、それを平均化して扱っても構わない。この様にしてΔfを推定したら、サンプリングデータS(n’)に対し、以下の式(7)に示す補正を行うことで周波数誤差の影響を除去することが可能となる。 Here, attention is paid only to the information of the switches 503-nk, but Δf may be obtained for the sampled data of each switch 503-nk and averaged. After Δf is estimated in this manner, the influence of the frequency error can be removed by performing the correction represented by the following equation (7) on the sampling data S k (n ′).

Figure 0006646544
Figure 0006646544

なお、ここでのn’はスイッチ切り替えに関係なく、スイッチ503−n−1からスイッチ503−n−1へと切り替える間で連続した通し番号を意味している。サンプリング周期×n’の時間の間に2πjΔfn’だけの位相が回転するので、その回転を逆補正していることになる。   Here, n 'means a serial number which is continuous during switching from the switch 503-n-1 to the switch 503-n-1 irrespective of switch switching. Since the phase is rotated by 2πjΔfn ′ during the sampling period × n ′, the rotation is inversely corrected.

この様にして相関算出回路505−n(n=1,…,N)が求めた複素位相の回転量は、通信する相手となる無線局装置の識別番号(複数の無線局装置と通信を行う場合。第1の実施形態と同様に、単一の無線局装置とP−P型で通信を行う場合には識別番号は不要。)と共に、位相シフト制御回路506−nに入力される。位相シフト制御回路506−nは、移相器502−n−1〜502−n−Mそれぞれに設定すべき複素位相の回転量を、通信相手の無線局装置の識別番号と対応付けてメモリに記憶するなどして管理する。   The rotation amount of the complex phase obtained by the correlation calculation circuit 505-n (n = 1,..., N) in this manner is based on the identification number of the wireless station device with which the communication is performed (communication with a plurality of wireless station devices). In the case similar to the first embodiment, an identification number is not required when performing communication with a single wireless station apparatus in the PP type) and input to the phase shift control circuit 506-n. The phase shift control circuit 506-n stores the amount of rotation of the complex phase to be set in each of the phase shifters 502-n-1 to 502-n-M in the memory in association with the identification number of the wireless station device of the communication partner. Manage by memorizing.

なお、実際のデータ通信を行う際、すなわち送信処理ないし受信処理を行う際には、制御回路560が通信相手となる無線局装置を把握し、位相シフト制御回路506−n(n=1,…,N)に対して、通信を行う無線局装置に対応した複素位相の回転量を移相器502−n−1〜502−n−Mに設定するよう指示する。位相シフト制御回路506−nは、通信を行う無線局装置に対応した複素位相の回転量をメモリから読み出すなどして取得し、この複素位相の回転量を移相器502−n−1〜502−n−Mに設定してアナログ上のビームフォーミングを実現する。   Note that, when performing actual data communication, that is, when performing transmission processing or reception processing, the control circuit 560 grasps the wireless station apparatus to be a communication partner, and the phase shift control circuit 506-n (n = 1,...). , N) to instruct the phase shifters 502-n-1 to 502-n-M to set the amount of rotation of the complex phase corresponding to the wireless station device performing the communication. The phase shift control circuit 506-n acquires the amount of rotation of the complex phase corresponding to the wireless station device with which the communication is performed, for example, by reading out from the memory, and acquires the amount of rotation of the complex phase. -N-M is set to realize beamforming on analog.

なお、同図においては明記していないが、例えば送信側のハイパワーアンプ(HPA)等を配置するとすれば、図中の「A」と記述された点に配置し、受信側のローノイズアンプ(LNA)等を配置するとすれば、図中の「B」と記述された点に配置する。「A」及び「B」と記述された点に関しては、同一の送受信信号処理回路551−1〜551−N内では、同一のnに対してアンテナ素子501−n−1〜501−n−Mに対し共通化されているので、各送受信信号処理回路551−1〜551−N間で協調した伝送を基本的には想定していない本実施形態においては、個別のハイパワーアンプ及びローノイズアンプの複素位相の不確定性を除去するキャリブレーション処理は不要である。   Although not explicitly shown in the figure, if a transmitting-side high-power amplifier (HPA) is disposed, for example, the transmitting-side high-power amplifier (HPA) is disposed at a point described as “A” in the drawing, and the receiving-side low-noise amplifier (HPA) is disposed. If LNA) and the like are to be arranged, they are arranged at points described as “B” in the figure. Regarding the points described as “A” and “B”, in the same transmission / reception signal processing circuits 551-1 to 551-N, for the same n, the antenna elements 501-n-1 to 501-n-M In the present embodiment which does not basically assume cooperative transmission among the transmission / reception signal processing circuits 551-1 to 551-N, individual high power amplifiers and low noise amplifiers The calibration process for removing the uncertainty of the complex phase is unnecessary.

また、サブアレー構成とした送受信信号処理回路551−1〜551−Nは、物理的に離して設置することで、アナログ上で形成される指向性ビームの相関を低減可能であるため、一般的には所定以上の距離だけ離して設置する。   In addition, the transmission / reception signal processing circuits 551-1 to 551-N having a sub-array configuration can be installed physically apart from each other, so that the correlation between directional beams formed on analog can be reduced. Are set apart from each other by a predetermined distance or more.

次に、第1の実施形態における図1に対する図2と同様に、本実施形態の無線局装置を、複数の指向性ビーム形成をひとつのアレーアンテナで実現する「サブアレー共用型」により構成することも可能である。この構成を図6に示す。   Next, similarly to FIG. 2 with respect to FIG. 1 in the first embodiment, the radio station apparatus of the present embodiment is configured by a “sub-array shared type” in which a plurality of directional beam formations are realized by one array antenna. Is also possible. This configuration is shown in FIG.

図6は、本実施形態における無線局装置552の構成例(サブアレー共用型)を示す機能ブロック図である。同図において、前述の図と同一の機能ブロックについては、同一の番号を付与し、その説明を省略する。   FIG. 6 is a functional block diagram illustrating a configuration example (shared sub-array) of the wireless station device 552 in the present embodiment. In the figure, the same functional blocks as those in the above-mentioned figures are assigned the same numbers, and their explanations are omitted.

同図に示す無線局装置552は、ベースバンド信号処理回路140と、送受信信号処理回路551−1〜551−Nと、分配結合器(HYB)507−1〜507−Mと、アンテナ素子501−1〜501−Mと、制御回路560とを備える。分配結合器(HYB)507−m(m=1,…,M)は、送受信信号処理回路551−1、551−2、…、551−Nそれぞれの移相器502−1−m、502−2−m、…、502−N−m、及び、アンテナ素子501−mと接続される。   The wireless station device 552 shown in the figure includes a baseband signal processing circuit 140, transmission / reception signal processing circuits 551-1 to 551-N, distribution couplers (HYB) 507-1 to 507-M, and an antenna element 501- 1 to 501-M and a control circuit 560. The distribution coupler (HYB) 507-m (m = 1,..., M) includes phase shifters 502-1-m, 502-502 of the transmission / reception signal processing circuits 551-1, 551-2,. 2-m, ..., 502-N-m, and the antenna element 501-m.

無線局装置552においても、図5に示す無線局装置550と同様に、Nは空間多重を行う際の多重数(ストリーム数)に相当し、送受信信号処理回路551−1〜551−Nは全体でN系統分だけ実装されている。またMは、無線局装置552に実装されるサブアレーのアンテナ素子数を表している。図5に示す無線局装置550では各サブアレーのアンテナ素子数をMとしていたのでアンテナ総数はN×Mであるが、図5の場合と同様に共用化した本図面においても便宜上アンテナ素子数を同様の値Mと標記した。実際の運用では、図5に示す無線局装置550と図6に示す無線局装置552で同一のアンテナ素子数にする必然性はない。   In the wireless station device 552, similarly to the wireless station device 550 shown in FIG. 5, N corresponds to the multiplexing number (stream number) when performing spatial multiplexing, and the transmission / reception signal processing circuits 551-1 to 551-N are entirely And only N systems are implemented. M represents the number of antenna elements of the sub-array mounted on the wireless station device 552. In the wireless station apparatus 550 shown in FIG. 5, the number of antenna elements in each sub-array is M, so that the total number of antennas is N × M. However, in this drawing shared as in FIG. And the value of M. In actual operation, it is not necessary to use the same number of antenna elements for the wireless station device 550 shown in FIG. 5 and the wireless station device 552 shown in FIG.

ベースバンド信号処理回路140は、送受信信号処理回路551−1〜551−Nのそれぞれに有線接続され、この有線上でデジタル・ベースバンド信号が転送されている。また、図1の場合と同様に、図6では、全体の制御回路560がベースバンド信号処理回路140上に実装されている場合を例に示している。   The baseband signal processing circuit 140 is connected to each of the transmission / reception signal processing circuits 551-1 to 551-N by wire, and a digital baseband signal is transferred over the wire. Also, as in the case of FIG. 1, FIG. 6 shows an example in which the entire control circuit 560 is mounted on the baseband signal processing circuit 140.

無線局装置550と同様に、無線局装置552は、基本的に送受信ウエイトに相当する移相器で行う複素位相回転量はデジタル信号処理的に行い、実際の複素位相の回転処理はアナログ信号処理にて実現する。このため、無線局装置550と同様に無線局装置552の変調器120−1〜120−N及び復調器130−1〜130−Nでは、周波数軸上の信号処理を前提とする場合、時間軸上での信号処理を前提とする場合のどちらの方式にも対応可能である。   Similarly to the wireless station apparatus 550, the wireless station apparatus 552 basically performs digital signal processing for the amount of complex phase rotation performed by the phase shifter corresponding to the transmission / reception weight, and performs actual complex phase rotation processing in analog signal processing. It is realized by. Therefore, similarly to the wireless station device 550, the modulators 120-1 to 120-N and the demodulators 130-1 to 130-N of the wireless station device 552 assume a signal processing on the frequency axis, It is possible to cope with any of the above-described methods based on the signal processing.

また、アップコンバータ123−1〜123−N及びダウンコンバータ124−1〜124−Nでは、無線周波数の信号とベースバンドの信号の間の周波数変換を行うために、ローカル発振器からの信号の入力が必要となる。しかし、各送受信信号処理回路551−1〜551−N間では協調した信号処理は想定していないので、必ずしも共通のローカル発振器を利用する必要はない。図5に示す無線局装置550の場合とは異なり、無線局装置552では、アップコンバータ123−1〜123−N及びダウンコンバータ124−1〜124−Nは全て同一の筐体に収まっている。そのため、アップコンバータ123−1〜123−N及びダウンコンバータ124−1〜124−Nに、個別のローカル発振器を用意するとコストがかさむので、実質的には外部に共通化されたローカル発振器が存在する構成が一般的である。ただし、記述が煩雑になるためにここでは簡易な記述として外部のローカル発振器の明記は省略する。   Further, in the up converters 123-1 to 123-N and the down converters 124-1 to 124-N, the input of a signal from a local oscillator is performed in order to perform frequency conversion between a radio frequency signal and a baseband signal. Required. However, since cooperative signal processing is not assumed between the transmission / reception signal processing circuits 551-1 to 551-N, it is not always necessary to use a common local oscillator. Unlike the case of the wireless station device 550 shown in FIG. 5, in the wireless station device 552, the upconverters 123-1 to 123-N and the downconverters 124-1 to 124-N are all contained in the same housing. Therefore, if individual local oscillators are prepared for the up-converters 123-1 to 123-N and the down-converters 124-1 to 124-N, the cost increases, so that there is a local oscillator that is substantially shared outside. The configuration is common. However, since the description is complicated, the description of the external local oscillator is omitted here as a simple description.

上記のように、無線局装置552では、N系統分の送受信信号処理回路551−1〜551−Nはひとつの筐体内に実装されており、分配結合器507−1〜507−Mを介してアンテナ素子501−1〜501−Mを共用している。また、図6では、制御回路560がベースバンド信号処理回路140に実装される場合を例に示しているが、無線局装置552内の任意の場所に実装され得る。制御回路560は、フレーム周期や送受信タイミングを管理し、TDDスイッチ127−1〜127−Nの切り替えも管理する。   As described above, in the wireless station device 552, the transmission / reception signal processing circuits 551-1 to 551-N for N systems are mounted in one housing, and are provided via the distribution couplers 507-1 to 507-M. The antenna elements 501-1 to 501-M are shared. FIG. 6 illustrates an example in which the control circuit 560 is mounted on the baseband signal processing circuit 140, but may be mounted at an arbitrary location in the wireless station device 552. The control circuit 560 manages a frame cycle and transmission / reception timing, and also manages switching of the TDD switches 127-1 to 127 -N.

図5に示す無線局装置550と、図6に示す無線局装置552との差分は、送受信信号処理回路551−1〜551−Nがひとつの無線局装置552の筐体内に集約され、共用化されたサブアレーのアンテナ素子501−1〜501−Mのそれぞれを、分配結合器507−1〜507−Mで分配して送受信信号処理回路551−1〜551−Nと接続した構成である点である。そのため、送受信信号処理回路551−1〜551−N内部での処理は、図5に示す無線局装置550も図6に示す無線局装置552も同一である。   The difference between the wireless station device 550 shown in FIG. 5 and the wireless station device 552 shown in FIG. 6 is that the transmission / reception signal processing circuits 551-1 to 551-N are aggregated in the housing of one wireless station device 552 and shared. Antenna elements 501-1 to 501 -M of the sub-array thus divided by distribution couplers 507-1 to 507 -M and connected to transmission / reception signal processing circuits 551-1 to 551-N. is there. Therefore, the processing inside the transmission / reception signal processing circuits 551-1 to 551-N is the same for the wireless station device 550 shown in FIG. 5 and the wireless station device 552 shown in FIG.

以下では、図5に示す無線局装置550との差分に着目し、無線局装置552における差分となる具体的な信号の流れを示す。
まず信号の送信について説明する。無線局装置552において、送受信信号処理回路551−nの移相器502−n−1〜502−n−M(n=1,…,N)のそれぞれから指向性形成のための処理がなされた無線周波数のアナログ信号が出力される。これらの各M系統の信号はそれぞれ、対応するアンテナ素子501−1〜501−Mに接続された分配結合器507−1〜507−Mに入力される。つまり、移相器502−1−m、502−2−m、…、502−N−m(m=1,…,M)は、分配結合器507−mに信号を入力する。分配結合器507−1〜507−Mはそれぞれ、N個の送受信信号処理回路551−1〜551−Nから入力された信号を合成し、合成された信号がアンテナ素子501−1〜501−Mを介して送信される。
In the following, focusing on the difference from the wireless station device 550 shown in FIG. 5, a specific signal flow as the difference in the wireless station device 552 will be described.
First, signal transmission will be described. In the wireless station device 552, processing for forming directivity is performed from each of the phase shifters 502-n-1 to 502-n-M (n = 1,..., N) of the transmission / reception signal processing circuit 551-n. An analog signal of a radio frequency is output. These M-system signals are input to distribution couplers 507-1 to 507-M connected to the corresponding antenna elements 501-1 to 501-M, respectively. That is, the phase shifters 502-1-m, 502-2-m,..., 502-Nm (m = 1,..., M) input signals to the distribution coupler 507-m. Distribution couplers 507-1 to 507-M respectively combine signals input from N transmission / reception signal processing circuits 551-1 to 551-N, and the combined signals are used as antenna elements 501-1 to 501-M. Sent via

次に信号の受信について説明する。無線局装置552のアンテナ素子501−1〜501−Mが受信した信号はそれぞれ、分配結合器507−1〜507−MにおいてN系統に分配され、それぞれが送受信信号処理回路551−1〜551−Nに入力される。例えば、アンテナ素子501−m(m=1,…,M)が受信した信号は、分配結合器507−mでN系統に分配され、移相器502−1−m、502−2−m、…、502−N−mに入力される。無線局装置552は、この様に移相器502−1−1〜502−N−Mに入力された信号に、図5に示す無線局装置550における信号の受信と同様の信号処理を行う。   Next, reception of a signal will be described. The signals received by the antenna elements 501-1 to 501-M of the wireless station device 552 are distributed to N systems in the distribution couplers 507-1 to 507-M, respectively, and the transmission and reception signal processing circuits 551-1 to 551-M are respectively provided. N. For example, a signal received by the antenna element 501-m (m = 1,..., M) is distributed to N systems by the distribution coupler 507-m, and the phase shifters 502-1-m, 502-2-m, .., 502-Nm. The wireless station device 552 performs the same signal processing as the signal reception in the wireless station device 550 illustrated in FIG. 5 on the signals input to the phase shifters 502-1-1 to 502-NM in this manner.

移相器502−1−1〜502−N−Mにおける複素位相の回転量を算出する際の信号処理においても受信処理と同様に、アンテナ素子501−1〜501−Mが受信した信号はそれぞれ、分配結合器507−1〜507−MにおいてN系統に分配され、それぞれが送受信信号処理回路551−1〜551−Nに入力される。無線局装置552は、この様に移相器502−1−1〜502−N−Mに入力された信号に、図5に示す無線局装置550における複素位相の回転量の算出と同様の信号処理を行う。   In the signal processing for calculating the amount of rotation of the complex phase in the phase shifters 502-1-1 to 502-NM, similarly to the reception processing, the signals received by the antenna elements 501-1 to 501-M are respectively , And are distributed to N systems in the distribution couplers 507-1 to 507-M, and are respectively input to the transmission / reception signal processing circuits 551-1 to 551-N. The wireless station device 552 adds, to the signals input to the phase shifters 502-1-1 to 502-NM in this manner, a signal similar to the calculation of the amount of rotation of the complex phase in the wireless station device 550 shown in FIG. Perform processing.

その他の動作に関しては、基本的に図5に示す無線局装置550と同様に行う。また、送信側のHPAや受信側のLNAに関する説明も、図5に示す無線局装置550と同様である。   Other operations are basically performed in the same manner as the wireless station device 550 shown in FIG. The description regarding the HPA on the transmitting side and the LNA on the receiving side is the same as that of the wireless station device 550 shown in FIG.

なお、本実施形態における通信システムは、図3に示す無線局装置450に代えて無線局装置550を備え、無線局装置452に代えて無線局装置552を備えた構成である。なお、無線局装置450と無線局装置552が対向してもよく、無線局装置550と無線局装置452が対向してもよい。   The communication system according to the present embodiment has a configuration in which a wireless station device 550 is provided instead of the wireless station device 450 shown in FIG. 3 and a wireless station device 552 is provided instead of the wireless station device 452. Note that the wireless station device 450 and the wireless station device 552 may face each other, or the wireless station device 550 and the wireless station device 452 may face each other.

次に、図7〜図10を用いて本実施形態の送受信信号処理回路の他の構成例を説明する。図7〜図10のそれぞれに示す送受信信号処理回路は、図5に示す無線局装置550又は図6に示す無線局装置552が備える送受信信号処理回路551−1〜551−Nと置き換えることができる。以下では、無線局装置550が備える送受信信号処理回路551−1〜551−Nと置き換える場合を例に説明する。なお、無線局装置552が備える送受信信号処理回路551−1〜551−Nと置き換える場合、図7〜図10におけるアンテナ素子501−n−1〜501−n−M及びアンテナ素子541−n−1〜501−n−Mは、アンテナ素子501−1〜501−M及びアンテナ素子541−1〜541−M、及びアンテナ素子501−1〜501−M、アンテナ素子541−1〜541−Mに対応した分配結合器(HYB)で構成される。   Next, another configuration example of the transmission / reception signal processing circuit of the present embodiment will be described with reference to FIGS. The transmission / reception signal processing circuits shown in FIGS. 7 to 10 can be replaced with the transmission / reception signal processing circuits 551-1 to 551-N included in the wireless station device 550 shown in FIG. 5 or the wireless station device 552 shown in FIG. . Hereinafter, a case will be described as an example where the transmission and reception signal processing circuits 551-1 to 551-N included in the wireless station device 550 are replaced. Note that when replacing with the transmission / reception signal processing circuits 551-1 to 551-N provided in the wireless station device 552, the antenna elements 501-n-1 to 501-n-M and the antenna elements 541-n-1 in FIGS. To 501-n-M correspond to the antenna elements 501-1 to 501-M and the antenna elements 541-1 to 541-M, and the antenna elements 501-1 to 501-M and the antenna elements 541-1 to 541-M. And a distributed coupler (HYB).

図7は、本実施形態における送受信信号処理回路553−n(n=1,…,N)の構成例を示す機能ブロック図である。同図において、前述の図と同一の機能ブロックについては、同一の番号を付与し、その説明を省略する。   FIG. 7 is a functional block diagram illustrating a configuration example of the transmission / reception signal processing circuit 553-n (n = 1,..., N) in the present embodiment. In the figure, the same functional blocks as those in the above-mentioned figures are assigned the same numbers, and their explanations are omitted.

同図に示す送受信信号処理回路553−nは、D/A変換器122−nと、アップコンバータ123−nと、ダウンコンバータ124−nと、A/D変換器125−nと、サーキュレータ521−nと、移相器502−n−1〜502−n−Mと、スイッチ503−n−1〜503−n−Mと、分配結合器504−nと、相関算出回路505−nと、位相シフト制御回路506−nとを備える。移相器502−n−1〜502−n−Mはそれぞれ、アンテナ素子501−n−1〜501−n−Mに接続される。   The transmission / reception signal processing circuit 553-n shown in the figure includes a D / A converter 122-n, an up converter 123-n, a down converter 124-n, an A / D converter 125-n, and a circulator 521-n. n, phase shifters 502-n-1 to 502-n-M, switches 503-n-1 to 503-n-M, distribution coupler 504-n, correlation calculation circuit 505-n, and phase And a shift control circuit 506-n. The phase shifters 502-n-1 to 502-n-M are connected to the antenna elements 501-n-1 to 501-n-M, respectively.

同図では、図5との対比を分かりやすくするためアンテナ素子501−n−1〜501−n−Mを図中に記載したが、送受信信号処理回路553−nは実線の枠内に相当し、この枠内に関しては図6の送受信信号処理回路551−nにも対応する部分である。   In FIG. 5, the antenna elements 501-n-1 to 501-n-M are shown in the figure for easy understanding of comparison with FIG. 5, but the transmission / reception signal processing circuit 553-n corresponds to a frame indicated by a solid line. This frame corresponds to the transmission / reception signal processing circuit 551-n in FIG.

図5及び図6に示す送受信信号処理回路551−nと同図に示す送受信信号処理回路553−nとの差分は、図5及び図6に示す送受信信号処理回路551−nではTDDスイッチ127−nにより送信信号と受信信号の入出力の流れの制御を行っていたが、図7に示す送受信信号処理回路553−nではサーキュレータ521−nを用いてこの入出力の流れの制御を行う。すなわち、サーキュレータ521−nは、アップコンバータ123−nからの入力信号を分配結合器504−nへ通過させ、分配結合器504−nからの入力信号をダウンコンバータ124−nに通過させる。サーキュレータ521−nは、これ以外の信号の流れを抑制する。よって、図5及び図6に示す送受信信号処理回路551−nの様にTDDスイッチ127−1〜127−Nを用いずとも同様の信号処理を実施することが可能になる。この点を除けば、他の全ての信号処理は図5及び図6に示す送受信信号処理回路551−nの信号処理と同等である。また送信側のHPAや受信側のLNAに関する説明も図5及び図6に示す送受信信号処理回路551−nと同様である。   The difference between the transmission / reception signal processing circuit 551-n shown in FIGS. 5 and 6 and the transmission / reception signal processing circuit 553-n shown in FIG. 5 is the difference between the TDD switch 127-n in the transmission / reception signal processing circuit 551-n shown in FIGS. Although the input / output flow of the transmission signal and the reception signal is controlled by n, the transmission / reception signal processing circuit 553-n shown in FIG. 7 controls the input / output flow using the circulator 521-n. That is, the circulator 521-n passes the input signal from the up-converter 123-n to the distribution coupler 504-n, and passes the input signal from the distribution coupler 504-n to the down converter 124-n. The circulator 521-n suppresses other signal flows. Therefore, similar signal processing can be performed without using the TDD switches 127-1 to 127-N as in the transmission / reception signal processing circuit 551-n illustrated in FIGS. Except for this point, all other signal processing is the same as the signal processing of the transmission / reception signal processing circuit 551-n shown in FIGS. The description regarding the HPA on the transmission side and the LNA on the reception side is the same as that of the transmission / reception signal processing circuit 551-n illustrated in FIGS.

図8は、本実施形態における送受信信号処理回路554−nの構成例を示す機能ブロック図である。同図において、前述の図と同一の機能ブロックについては、同一の番号を付与し、その説明を省略する。   FIG. 8 is a functional block diagram illustrating a configuration example of the transmission / reception signal processing circuit 554-n according to the present embodiment. In the figure, the same functional blocks as those in the above-mentioned figures are assigned the same numbers, and their explanations are omitted.

同図に示す送受信信号処理回路554−nは、D/A変換器122−nと、アップコンバータ123−nと、分配結合器514−nと、移相器509−n−1〜509−n−Mと、TDDスイッチ508−n−1〜508−n−Mと、移相器502−n−1〜502−n−Mと、スイッチ503−n−1〜503−n−Mと、分配結合器515−nと、ダウンコンバータ124−nと、A/D変換器125−nと、相関算出回路505−nと、位相シフト制御回路506−nとを備える。TDDスイッチ508−n−1〜508−n−Mはそれぞれ、アンテナ素子501−n−1〜501−n−Mに接続される。   The transmission / reception signal processing circuit 554-n shown in the figure includes a D / A converter 122-n, an up-converter 123-n, a distribution coupler 514-n, and phase shifters 509-n-1 to 509-n. -M, TDD switches 508-n-1 to 508-n-M, phase shifters 502-n-1 to 502-n-M, switches 503-n-1 to 503-n-M, and distribution It includes a coupler 515-n, a down converter 124-n, an A / D converter 125-n, a correlation calculation circuit 505-n, and a phase shift control circuit 506-n. The TDD switches 508-n-1 to 508-n-M are connected to the antenna elements 501-n-1 to 501-n-M, respectively.

ここでも図5に示す送受信信号処理回路551−1〜551−Nと同様に、アップコンバータ123−n及びダウンコンバータ124−nでは、無線周波数の信号とベースバンドの信号の間の周波数変換を行うために、ローカル発振器からの信号の入力が必要となる。しかし、各送受信信号処理回路554−1〜554−N間では協調した信号処理を想定していないので、必ずしも共通のローカル発振器を利用する必要はない。なお、記述が煩雑になるためにここでは簡易な記述として外部のローカル発振器の明記は省略する。   Here, similarly to the transmission / reception signal processing circuits 551-1 to 551-N shown in FIG. 5, the up-converter 123-n and the down-converter 124-n perform frequency conversion between a radio frequency signal and a baseband signal. Therefore, it is necessary to input a signal from a local oscillator. However, since cooperative signal processing is not assumed between the transmission / reception signal processing circuits 554-1 to 554-N, it is not always necessary to use a common local oscillator. Since the description is complicated, the description of the external local oscillator is omitted here as a simple description.

また、全体の制御回路560が無線局装置550又は無線局装置552のベースバンド信号処理回路140内、あるいは、無線局装置552内に実装される。制御回路560は、送受信タイミングを管理する。また、複数の送受信信号処理回路554−1〜554−Nはそれぞれ連動して動作するため、制御回路560が制御を行う際には、複数の送受信信号処理回路554−1〜554−Nはタイミングを揃えて動作する。   Further, the entire control circuit 560 is implemented in the base station signal processing circuit 140 of the wireless station device 550 or the wireless station device 552 or in the wireless station device 552. The control circuit 560 manages transmission / reception timing. Further, since the plurality of transmission / reception signal processing circuits 554-1 to 554-N operate in conjunction with each other, when the control circuit 560 performs control, the plurality of transmission / reception signal processing circuits 554-1 to 554-N Work together.

送受信信号処理回路554−nと、図5または図6で示した送受信信号処理回路551−1〜551−Nとの差分は、TDDスイッチ508−n−1〜508−n−Mがアンテナ素子501−n−1〜501−n−M(又はアンテナ素子501−1〜501−M)の直近に配置され、その結果として送信系におけるD/A変換器122−nからアンテナ素子501−n−1〜501−n−Mまでの経路と、受信系におけるアンテナ素子501−n−1〜501−n−MからA/D変換器125−nまでの経路が物理的に分離されている点である。   The difference between the transmission / reception signal processing circuit 554-n and the transmission / reception signal processing circuits 551-1 to 551-N shown in FIG. 5 or FIG. 6 is that the TDD switches 508-n-1 to 508-n-M are the antenna elements 501. -N-1 to 501-n-M (or antenna elements 501-1 to 501-M), and as a result, the D / A converter 122-n to the antenna element 501-n-1 in the transmission system. The path from the antenna element 501-n-M to the A / D converter 125-n is physically separated from the path from the antenna element 501-n-1 to 501-n-M in the receiving system. .

図5又は図6に示す送受信信号処理回路551−nの場合には、例えば送信系のハイパワーアンプ(ないしはパワーアンプ)がアップコンバータ123−nの後段の「A」と記述された場所に配置され、受信系のローノイズアンプはダウンコンバータ124−nの前段の「B」と記述された場所に配置され、TDDスイッチ127−nからアンテナ端までの回路を送受で共用可能としている。この点が送受信信号処理回路554−nとは大きく異なっている。図8のような構成を取るメリットは、ハイパワーアンプやローノイズアンプをアンテナ素子数分だけ実装することが可能になり、この結果としての総送信電力が向上し、図5や図6におけるTDDスイッチ127−nからアンテナ素子501−1〜501−Mまでの間における様々な回路の挿入損失並びに分配及び結合損失の影響を抑えることが可能になる点である。このため、ここでは図示していないが、「D」、「D」、…、「D」と記載された場所にハイパワーアンプが、「E」、「E」、…、「E」と記載された場所にローノイズアンプが配置されることが好ましい。この場合には、それぞれのハイパワーアンプ、ローノイズアンプの複素位相の不確定性を除去するためのキャリブレーション処理が必要となる。しかし、「A」と記載された場所にハイパワーアンプが、「B」と記載された場所にローノイズアンプが配置されれば、必ずしも「D」、「D」、…、「D」と記載された点の場所及び「E」、「E」、…、「E」と記載された点の場所のそれぞれに、ハイパワーアンプ、ローノイズアンプが配置される必然性はない。 In the case of the transmission / reception signal processing circuit 551-n shown in FIG. 5 or FIG. 6, for example, a high-power amplifier (or power amplifier) of the transmission system is arranged at a location described as “A” in the subsequent stage of the up-converter 123-n. The low-noise amplifier of the receiving system is arranged at the location described as "B" in the preceding stage of the down-converter 124-n, and the circuit from the TDD switch 127-n to the antenna end can be shared for transmission and reception. This point is significantly different from the transmission / reception signal processing circuit 554-n. The merit of adopting the configuration as shown in FIG. 8 is that high power amplifiers and low noise amplifiers can be mounted by the number of antenna elements, and as a result, the total transmission power is improved, and the TDD switch shown in FIGS. The point is that it becomes possible to suppress the effects of insertion loss and distribution and coupling loss of various circuits from 127-n to the antenna elements 501-1 to 501-M. For this reason, although not shown here, high-power amplifiers are placed at the locations described as “D 1 ”, “D 2 ”,..., “D M ”, and “E 1 ”, “E 2 ”,. It is preferable that a low-noise amplifier is arranged at a location described as “E M ”. In this case, a calibration process for removing the uncertainty of the complex phase of each high power amplifier and low noise amplifier is required. However, if a high-power amplifier is placed at a place described as “A” and a low-noise amplifier is placed at a place described as “B”, “D 1 ”, “D 2,. There is no necessity to arrange a high power amplifier and a low noise amplifier at each of the locations of the points described as “E 1 ”, “E 2 ”,..., “E M ”.

以上の変更点は、第1の実施形態における図1及び図2における送受信信号処理回路451−nを、図4に示す送受信信号処理回路453−nに変更したのに対応している。第2の実施形態における図5及び図6における送受信信号処理回路551−nを、図8に示す送受信信号処理回路554−nに変更したときの細かな信号処理の変更点も、送受信信号処理回路453−nへの変更に対応したものである。   The above changes correspond to the change of the transmission / reception signal processing circuit 451-n in FIGS. 1 and 2 in the first embodiment to the transmission / reception signal processing circuit 453-n shown in FIG. The transmission / reception signal processing circuit 551-n shown in FIGS. 5 and 6 in the second embodiment is changed to the transmission / reception signal processing circuit 554-n shown in FIG. 453-n.

以下は、本実施形態に特徴的な部分に着目して、送受信信号処理回路551−nとの差分となる、送受信信号処理回路554−nにおける具体的な信号の流れを示す。
まず信号の送信について説明する。送受信信号処理回路554−nは、TDDスイッチ508−n−1〜508−n−Mがアンテナ素子501−n−1〜501−n−Mと移相器509−n−1〜509−n−Mとをそれぞれ接続した状態で信号の送信を行う。
The following is a description of a specific signal flow in the transmission / reception signal processing circuit 554-n, which is a difference from the transmission / reception signal processing circuit 551-n, focusing on a characteristic part of the present embodiment.
First, signal transmission will be described. In the transmission / reception signal processing circuit 554-n, the TDD switches 508-n-1 to 508-n-M have the antenna elements 501-n-1 to 501-n-M and the phase shifters 509-n-1 to 509-n-M. A signal is transmitted in a state where M and M are connected.

送受信信号処理回路554−nには、ここには図示されていない変調器120−nからひとつのストリームの時間軸デジタル・ベースバンドの送信信号が入力される。D/A変換器122−nは、入力された送信信号をアナログ・ベースバンド信号に変換し、アップコンバータ123−nに出力する。アップコンバータ123−nは、D/A変換器122−nから入力されたアナログ・ベースバンド信号を無線周波数帯の信号に変換し、分配結合器514−nに入力する。   A transmission / reception signal processing circuit 554-n receives a time-base digital baseband transmission signal of one stream from a modulator 120-n (not shown). The D / A converter 122-n converts the input transmission signal into an analog baseband signal and outputs the signal to the up-converter 123-n. The up-converter 123-n converts the analog baseband signal input from the D / A converter 122-n into a signal in a radio frequency band, and inputs the signal to the distribution coupler 514-n.

分配結合器514−nは、アップコンバータ123−nから入力された無線周波数帯のアナログ信号をM系統のアナログ信号に分岐し、移相器509−n−1〜509−n−Mに入力する。移相器509−n−1〜509−n−Mはそれぞれ、分配結合器514−nから入力された信号に対し、アナログ信号上で所定の複素位相回転を加え、TDDスイッチ508−n−1〜508−n−Mを介してアンテナ素子501−n−1〜501−n−Mに入力する。アンテナ素子501−n−1〜501−n−Mは、入力された送信信号を送信する。送信信号は、移相器509−n−1〜509−n−Mにおける複素位相回転により、所定の指向性形成がなされている。   The distribution coupler 514-n branches the analog signal of the radio frequency band input from the up-converter 123-n into M-system analog signals and inputs the signals to the phase shifters 509-n-1 to 509-n-M. . Each of the phase shifters 509-n-1 to 509-n-M applies a predetermined complex phase rotation on the analog signal to the signal input from the distribution coupler 514-n, and a TDD switch 508-n-1. 508-nM to the antenna elements 501-n-1 to 501-nM. The antenna elements 501-n-1 to 501-n-M transmit the input transmission signal. The transmission signal has a predetermined directivity formed by complex phase rotation in the phase shifters 509-n-1 to 509-n-M.

次に信号の受信について説明する。送受信信号処理回路554−nは、TDDスイッチ508−n−1〜508−n−Mがアンテナ素子501−n−1〜501−n−Mと移相器502−n−1〜502−n−Mとを接続し、スイッチ503−n−1〜503−n−Mが分配結合器515−nと移相器502−n−1〜502−n−Mとをそれぞれ接続した状態で信号の受信を行う。   Next, reception of a signal will be described. In the transmission / reception signal processing circuit 554-n, the TDD switches 508-n-1 to 508-n-M have the antenna elements 501-n-1 to 501-n-M and the phase shifters 502-n-1 to 502-n-. M and the switches 503-n-1 to 503-n-M connect the distribution coupler 515-n and the phase shifters 502-n-1 to 502-n-M, respectively, to receive signals. I do.

アンテナ素子501−n−1〜501−n−Mが受信した信号はそれぞれ、TDDスイッチ508−n−1〜508−n−Mを介して移相器502−n−1〜502−n−Mに入力される。移相器502−n−1〜502−n−Mのそれぞれは、入力された信号に対し、アナログ信号上で所定の複素位相回転を加え、スイッチ503−n−1〜503−n−Mを介して分配結合器515−nに入力する。分配結合器515−nは、スイッチ503−n−1〜503−n−Mを介して入力された各アンテナ系統の信号をアナログ信号上で合成し、ダウンコンバータ124−nに入力する。ダウンコンバータ124−nは、無線周波数の信号をアナログ・ベースバンド信号に変換し、A/D変換器125−nに入力する。A/D変換器125−nは、ダウンコンバータ124−nから入力されたアナログ・ベースバンド信号をデジタル・ベースバンド信号に変換し、ここには図示されていないベースバンド信号処理回路140内の信号分離回路141に入力する。ベースバンド信号処理回路140は、後続する信号処理を行う。   Signals received by the antenna elements 501-n-1 to 501-n-M are respectively transmitted through the TDD switches 508-n-1 to 508-n-M via the phase shifters 502-n-1 to 502-n-M. Is input to Each of the phase shifters 502-n-1 to 502-n-M applies a predetermined complex phase rotation on the analog signal to the input signal, and switches 503-n-1 to 503-n-M. And input to the distribution coupler 515-n. The distribution coupler 515-n combines signals of the respective antenna systems input via the switches 503-n-1 to 503-n-M on an analog signal, and inputs the combined signal to the down converter 124-n. The down-converter 124-n converts a radio frequency signal into an analog baseband signal and inputs the signal to the A / D converter 125-n. The A / D converter 125-n converts the analog baseband signal input from the downconverter 124-n into a digital baseband signal, and outputs a signal in a baseband signal processing circuit 140 (not shown). Input to the separation circuit 141. The baseband signal processing circuit 140 performs subsequent signal processing.

次に、移相器502−1−1〜502−N−Mにおける複素位相の回転量を算出する際の信号処理を説明する。この信号処理は、スイッチ503−n−1〜503−n−Mのいずれかひとつが分配結合器515−nと移相器502−n−1〜502−n−Mとを接続(ON)する一方、残りのスイッチは分配結合器515−nとの接続を切った状態(OFF)状態で行われる。これらのスイッチ切替は、制御回路560の指示のもと、相関算出回路505−1〜505−Nが管理する。なお、ここで説明している複素位相の回転量を算出するとき以外の通常運用時は、上述のように移相器502−n−1〜502−n−Mは全て分配結合器515−nに、移相器509−n−1〜509−n−Mは全て分配結合器514−nに接続される。また、図5又は図6に示す送受信信号処理回路551−nと同様に、複素位相の回転量の算出処理を行う際には移相器502−1−1〜502−1−Mの位相回転量は所定の値に設定しておき、その後の処理で得られる複素位相の回転量は、当初の所定の値に対する差分として設定する。   Next, signal processing when calculating the amount of rotation of the complex phase in the phase shifters 502-1-1 to 502-NM will be described. In this signal processing, one of the switches 503-n-1 to 503-n-M connects (ON) the distribution coupler 515-n and the phase shifters 502-n-1 to 502-n-M. On the other hand, the remaining switches are performed in a state where the connection with the distribution coupler 515-n is cut off (OFF). The switching of these switches is managed by the correlation calculation circuits 505-1 to 505-N under the instruction of the control circuit 560. Note that during normal operation other than when calculating the amount of rotation of the complex phase described here, all of the phase shifters 502-n-1 to 502-n-M are distributed couplers 515-n as described above. The phase shifters 509-n-1 to 509-n-M are all connected to the distribution coupler 514-n. Also, as in the case of the transmission / reception signal processing circuit 551-n shown in FIG. 5 or FIG. 6, when calculating the rotation amount of the complex phase, the phase shifters 502-1-1 to 502-1-M perform the phase rotation. The amount is set to a predetermined value, and the rotation amount of the complex phase obtained in the subsequent processing is set as a difference from the initial predetermined value.

実際の処理としては、まず、複素位相の回転量を取得すべき通信相手の無線局装置がチャネル推定用のトレーニング信号を送信し、送受信信号処理回路554−1〜554−Nを有する無線局装置はこの信号を受信する。アンテナ素子501−n−1〜501−n−Mが受信した信号はそれぞれ、移相器502−n−1〜502−n−Mに入力される。移相器502−n−1〜502−n−Mはそれぞれ、入力された信号に対し、アナログ信号上で所定の複素位相回転を加え、スイッチ503−n−1〜503−n−Mを介して分配結合器515−nに入力する。ここで、スイッチ503−n−1〜503−n−Mでは、ひとつを除いてすべてがOFFとなっているため、実効的には分配結合器515−nにおいて合成された信号は、スイッチ503−n−1〜503−n−Mの中の唯一、スイッチが接続(ON)されている系統のアンテナで受信された信号のみが出力されたことになる。すなわち、スイッチ503−n−1〜503−n−Mと分配結合器515−nでは、これ全体で、アンテナ素子501−n−1〜501−n−Mの中からひとつのアンテナ素子501−n−k(kは1以上M以下の整数のいずれか)を抽出する処理を実施することになる。なお、kが1からMまでのいずれかの値をとるように切り変わる。この様にして選択されたアンテナ素子501−n−kの受信信号は、ダウンコンバータ124−nに入力される。ダウンコンバータ124−nは、入力された無線周波数の信号をアナログ・ベースバンド信号に変換し、A/D変換器125−nに入力する。A/D変換器125−nは、アナログ・ベースバンド信号をデジタル・ベースバンド信号に変換し、相関算出回路505−nに入力する。   As the actual processing, first, the wireless station device of the communication partner from which the rotation amount of the complex phase is to be acquired transmits a training signal for channel estimation, and the wireless station device having the transmission / reception signal processing circuits 554-1 to 554-N Receives this signal. Signals received by antenna elements 501-n-1 to 501-n-M are input to phase shifters 502-n-1 to 502-n-M, respectively. Each of the phase shifters 502-n-1 to 502-n-M applies a predetermined complex phase rotation to the input signal on an analog signal, and outputs the result through switches 503-n-1 to 503-n-M. And input to the distribution coupler 515-n. Here, all of the switches 503-n-1 to 503-n-M are OFF except one, so that the signal combined in the distribution coupler 515-n is effectively the switch 503-n-M. Only the signal received by the antenna of the system to which the switch is connected (ON) is output from n-1 to 503-n-M. That is, in the switches 503-n-1 to 503-n-M and the distribution coupler 515-n, one antenna element 501-n is selected from the antenna elements 501-n-1 to 501-n-M as a whole. A process for extracting −k (k is any integer from 1 to M) is performed. Note that the switching is performed so that k takes any value from 1 to M. The reception signal of the antenna element 501-nk selected in this way is input to the down converter 124-n. The down-converter 124-n converts the input radio frequency signal into an analog baseband signal, and inputs the signal to the A / D converter 125-n. The A / D converter 125-n converts the analog baseband signal into a digital baseband signal and inputs the digital baseband signal to the correlation calculation circuit 505-n.

送受信信号処理回路554−nの相関算出回路505−n及び位相シフト制御回路506−nは、図5に示す送受信信号処理回路551−nの相関算出回路505−n及び位相シフト制御回路506−nと同様の処理を行う。つまり、相関算出回路505−nは、移相器502−n−1〜502−n−Mそれぞれに設定すべき送信側の複素位相の回転量を算出する。位相シフト制御回路506−nは、移相器502−n−1〜502−n−Mそれぞれに設定すべき複素位相の回転量を、通信相手の無線局装置の識別番号と対応付けてメモリに記憶するなどして管理する。   The correlation calculation circuit 505-n and the phase shift control circuit 506-n of the transmission / reception signal processing circuit 554-n correspond to the correlation calculation circuit 505-n and the phase shift control circuit 506-n of the transmission / reception signal processing circuit 551-n shown in FIG. The same processing is performed. That is, the correlation calculation circuit 505-n calculates the rotation amount of the complex phase on the transmission side to be set in each of the phase shifters 502-n-1 to 502-n-M. The phase shift control circuit 506-n stores the amount of rotation of the complex phase to be set in each of the phase shifters 502-n-1 to 502-n-M in the memory in association with the identification number of the wireless station device of the communication partner. Manage by memorizing.

また、相関算出回路505−nは、「D」、「D」、…、「D」と記載された場所にハイパワーアンプが、「E」、「E」、…、「E」と記載された場所にローノイズアンプが配置される場合には、図4の送受信信号処理回路453−nの相関算出回路405−nと同様に、上記で算出した受信系の複素位相の回転量に、従来技術のインプリシットフィードバックにおけるキャリブレーション処理を施し、受信系における複素位相の回転量を基にキャリブレーション処理に相当する補正により送信系における複素位相の回転量に換算してもよい。位相シフト制御回路506−nは、移相器509−n−1〜509−n−Mそれぞれに設定すべき送信系における複素位相の回転量を、通信相手の無線局装置の識別番号と対応付けて同様にメモリに記憶するなどして管理する。 Further, the correlation calculation circuit 505-n outputs the high-power amplifiers at the locations described as “D 1 ”, “D 2 ”,..., “D M ” and “E 1 ”, “E 2 ”,. When the low-noise amplifier is arranged at the location described as “E M ”, similarly to the correlation calculation circuit 405-n of the transmission / reception signal processing circuit 453-n in FIG. 4, the complex phase of the reception system calculated above is calculated. The rotation amount may be subjected to a calibration process in the implicit feedback of the related art, and may be converted to a rotation amount of the complex phase in the transmission system by a correction corresponding to the calibration process based on the rotation amount of the complex phase in the reception system. . The phase shift control circuit 506-n associates the rotation amount of the complex phase in the transmission system to be set in each of the phase shifters 509-n-1 to 509-n-M with the identification number of the wireless station device of the communication partner. Similarly, it is managed by storing it in a memory.

なお、実際のデータ通信を行う際、すなわち送信処理ないし受信処理を行う際には、制御回路560が通信相手となる無線局装置を把握し、位相シフト制御回路506−nに対して、通信を行う無線局装置に対応する複素位相の回転量を移相器502−n−1〜502−n−M及び移相器509−n−1〜509−n−Mを設定するよう指示する。位相シフト制御回路506−nは、通信を行う無線局装置に対応した複素位相の回転量をメモリから読み出すなどして取得し、この複素位相の回転量を移相器502−n−1〜502−n−M及び移相器509−n−1〜509−n−Mに設定してアナログ上のビームフォーミングを実現する。これらの処理は、送受信信号処理回路554−1〜554−Nにおいて同様に実施される。   Note that, when performing actual data communication, that is, when performing transmission processing or reception processing, the control circuit 560 grasps the wireless station apparatus to be a communication partner and communicates with the phase shift control circuit 506-n. The phase shifters 502-n-1 to 502-n-M and the phase shifters 509-n-1 to 509-n-M are instructed to set the rotation amount of the complex phase corresponding to the wireless station device to be performed. The phase shift control circuit 506-n obtains the amount of rotation of the complex phase corresponding to the wireless station device with which the communication is performed, for example, by reading out from the memory, and acquires the amount of rotation of the complex phase from the phase shifters 502-n-1 to 502. -N-M and phase shifters 509-n-1 to 509-n-M are set to implement analog beamforming. These processes are similarly performed in the transmission / reception signal processing circuits 554-1 to 554-N.

図9は、本実施形態における送受信信号処理回路555−n(n=1,…,N)の構成例を示す機能ブロック図である。同図において、前述の図と同一の機能ブロックについては、同一の番号を付与し、その説明を省略する。   FIG. 9 is a functional block diagram showing a configuration example of the transmission / reception signal processing circuit 555-n (n = 1,..., N) in the present embodiment. In the figure, the same functional blocks as those in the above-mentioned figures are assigned the same numbers, and their explanations are omitted.

同図に示す送受信信号処理回路555−nと、図8に示す送受信信号処理回路554−nとの差分は以下の点である。すなわち、図8に示す送受信信号処理回路554−nはアンテナ素子501−n−1〜501−n−Mを送受信で共用していた。一方、図9に示す送受信信号処理回路555−nは、これらを送信と受信で分離した上で、送受信でペアを組み、近接した場所に送受信アンテナをセットで配置する構成としている。したがって、無線局装置550の送受信信号処理回路554−nを送受信信号処理回路555−nに置き換える場合は、アンテナ素子541−n−1〜541−n−Mが追加され、TDDスイッチ508−n−1〜508−n−Mは省略される。なお、無線局装置552の送受信信号処理回路551−nを送受信信号処理回路555−nに置き換える場合は、アンテナ素子501−n−1〜501−n−M及びアンテナ素子541−n−1〜541−n−Mに代えて、送受信信号処理回路555−1〜555−Nで共用するアンテナ素子501−1〜501−M及びアンテナ素子541−1〜541−M(及びアンテナ素子501−1〜501−M、アンテナ素子541−1〜541−Mに対応した分配結合器)で構成される。   The difference between the transmission / reception signal processing circuit 555-n shown in FIG. 8 and the transmission / reception signal processing circuit 554-n shown in FIG. 8 is as follows. That is, the transmission / reception signal processing circuit 554-n illustrated in FIG. 8 shares the antenna elements 501-n-1 to 501-n-M for transmission and reception. On the other hand, the transmission / reception signal processing circuit 555-n shown in FIG. 9 is configured to separate them for transmission and reception, form a pair for transmission / reception, and arrange a set of transmission / reception antennas in a close place. Therefore, when replacing the transmission / reception signal processing circuit 554-n of the wireless station device 550 with the transmission / reception signal processing circuit 555-n, the antenna elements 541-n-1 to 541-n-M are added, and the TDD switch 508-n-M is added. 1 to 508-nM are omitted. When replacing the transmission / reception signal processing circuit 551-n of the wireless station device 552 with the transmission / reception signal processing circuit 555-n, the antenna elements 501-n-1 to 501-n-M and the antenna elements 541-n-1 to 541 are used. In place of −nM, the antenna elements 501-1 to 501-M and 541-1 to 541-M (and the antenna elements 501-1 to 501-501) shared by the transmission / reception signal processing circuits 555-1 to 555-N are used. -M, a distribution coupler corresponding to the antenna elements 541-1 to 541-M).

図8の説明では便宜上、アンテナ素子の直近までを送受信信号処理回路554−nと見なして説明をしていたが、TDDスイッチ508−n−1〜508−n−Mをアンテナ素子側の機能と見なせば、図8と図9は全く等価な図である。信号処理の詳細においても、受信系においては図8に示す送受信信号処理回路554−nは、アンテナ素子501−n−1〜501−n−Mが信号を受信していたのに対し、図9に示す送受信信号処理回路555−nではアンテナ素子541−n−1〜541−n−Mを用いて受信する点、及び、送受信においてTDDスイッチ508−n−1〜508−n−Mを経由しない点を除けば、図8に示す送受信信号処理回路554−nと、図9に示す送受信信号処理回路555−nとにおける全ての信号処理は共通である。   In the description of FIG. 8, for the sake of convenience, the description has been made assuming that the portion immediately adjacent to the antenna element is the transmission / reception signal processing circuit 554-n. If considered, FIGS. 8 and 9 are completely equivalent diagrams. Regarding the details of the signal processing, in the receiving system, the transmission / reception signal processing circuit 554-n shown in FIG. 8 has a configuration in which the antenna elements 501-n-1 to 501-n-M receive signals, In the transmission / reception signal processing circuit 555-n shown in (1), reception is performed using the antenna elements 541-n-1 to 541-n-M, and transmission / reception does not pass through the TDD switches 508-n-1 to 508-n-M. Except for this point, all the signal processing in the transmission / reception signal processing circuit 554-n shown in FIG. 8 and the transmission / reception signal processing circuit 555-n shown in FIG. 9 are common.

ただし、送受信アンテナが物理的に異なる点を考慮し、単なるキャリブレーション処理に加えて、物理的にアンテナ素子の座標が異なることを考慮した補正を加えることも可能である。   However, in consideration of the fact that the transmitting and receiving antennas are physically different, it is also possible to perform correction in consideration of the fact that the coordinates of the antenna elements are physically different, in addition to the simple calibration processing.

なお、上述の説明では近接した場所に送受信アンテナをセットで配置する構成として説明したが、この物理的にアンテナ素子の座標が異なることを考慮した補正を行う限りにおいては、必ずしも送受信アンテナをセットで配置する必要はない。図10は、本実施形態における送受信信号処理回路556−n(n=1,…,N)の構成例を示す機能ブロック図である。同図において、前述の図と同一の機能ブロックについては、同一の番号を付与し、その説明を省略する。   In the above description, the transmitting and receiving antennas are arranged as a set in a close place. However, as long as the correction is performed in consideration of the fact that the coordinates of the antenna elements are physically different, the transmitting and receiving antennas are not necessarily set. No need to place. FIG. 10 is a functional block diagram illustrating a configuration example of the transmission / reception signal processing circuit 556-n (n = 1,..., N) in the present embodiment. In the figure, the same functional blocks as those in the above-mentioned figures are assigned the same numbers, and their explanations are omitted.

図10に示す送受信信号処理回路556−nにおいても、図9に示す送受信信号処理回路555−nにと同様に、TDDスイッチ508−n−1〜508−n−Mをアンテナ素子側の機能と見なせば、図8も図10と全く等価な図である。この意味で図10に示す送受信信号処理回路556−nにおいても、図9に示す送受信信号処理回路555−nと同様に、送信用のアンテナ素子501−n−1〜501−n−Mと受信用のアンテナ素子541−n−1〜541−n−Mを分離した構成となっている。ただし、図9に示す送受信信号処理回路555−nでは、個別の送受信アンテナ素子のペア(例えばアンテナ素子501−n−1とアンテナ素子541−n−1のペア等)が一体として近傍に配置される構成に対し、図10に示す送受信信号処理回路556−nでは、送信用のアンテナ素子501−n−1〜501−n−Mはそれらでひとつの送信アンテナアレーを構成し、受信用のアンテナ素子541−n−1〜541−n−Mはそれらでひとつの受信アンテナアレーを構成する構成を想定している。従って、物理的なアンテナ素子の配置以外には、信号処理は図9と図10では差がない。
なお、図10に示す様に送受信アンテナを分離して運用する場合に、送信アンテナから受信アンテナへの信号の漏れ込を避けるために、壁状の障害物を配置しても良い。
In the transmission / reception signal processing circuit 556-n shown in FIG. 10, similarly to the transmission / reception signal processing circuit 555-n shown in FIG. 9, the TDD switches 508-n-1 to 508-n-M have the functions of the antenna element side. If considered, FIG. 8 is a diagram completely equivalent to FIG. In this sense, in the transmission / reception signal processing circuit 556-n shown in FIG. 10, similarly to the transmission / reception signal processing circuit 555-n shown in FIG. 9, the transmission antenna elements 501-n-1 to 501-n-M and the reception antenna Antenna elements 541-n-1 to 541-n-M are separated from each other. However, in the transmission / reception signal processing circuit 555-n illustrated in FIG. 9, a pair of individual transmission / reception antenna elements (for example, a pair of the antenna element 501-n-1 and the antenna element 541-n-1) is integrally disposed in the vicinity. In the transmission / reception signal processing circuit 556-n shown in FIG. 10, the transmission antenna elements 501-n-1 to 501-n-M constitute a single transmission antenna array, and the reception antenna The elements 541-n-1 to 541-n-M are assumed to constitute a single receiving antenna array. Therefore, there is no difference in signal processing between FIG. 9 and FIG. 10 except for the physical arrangement of the antenna elements.
When the transmitting and receiving antennas are operated separately as shown in FIG. 10, a wall-shaped obstacle may be arranged in order to avoid signal leakage from the transmitting antenna to the receiving antenna.

Massive MIMOにおいてデジタルビームフォーミングを行う場合、従来の無線局装置には、高価なA/D変換器及びD/A変換器を、信号系列数に対応した個数分必要とするため、装置が高額になるとともに、消費電力が増大するという問題を有していた。そこで、本実施形態の無線局装置は、指向性制御を行う際のウエイト情報を取得する際にのみ対象とする信号系列のみがA/D変換器と接続状態となるようスイッチを切替える。また、無線局装置は、データ送信時には、アンテナ素子毎に分離する前の信号をD/A変換器でアナログ信号に変換し、変換したアナログ信号をアンテナ素子毎に分離した後に移相器を用いてアナログビームフォーミングを行う。その結果、データ送受信時にウエイト情報を取得するために必要とするA/D変換器及びD/A変換器の数を削減することが可能になるとともに、消費電力を低減することが可能となる。   When digital beamforming is performed in Massive MIMO, a conventional radio station requires expensive A / D converters and D / A converters in a number corresponding to the number of signal sequences, so that the apparatus is expensive. At the same time, power consumption increases. Therefore, the wireless station device of the present embodiment switches the switch so that only the signal sequence targeted only when obtaining weight information for performing directivity control is connected to the A / D converter. Also, at the time of data transmission, the wireless station device converts a signal before being separated for each antenna element into an analog signal by a D / A converter, separates the converted analog signal for each antenna element, and then uses a phase shifter. To perform analog beamforming. As a result, it is possible to reduce the number of A / D converters and D / A converters required to acquire weight information at the time of data transmission and reception, and to reduce power consumption.

このように、本実施形態の無線局装置によれば、アンテナ素子毎にスイッチを具備し、受信アンテナ素子毎の受信信号の状態からウエイト情報となる複素位相の回転量を算出する際には、全受信アンテナ素子のうちのひとつだけをONにしてA/D変換器に接続し、このA/D変換器に接続するアンテナ素子を周期的に切り替えるよう、スイッチの切り替えを工夫する。これにより、無線局装置は、ひとつのRF系(ダウンコンバータからA/D変換器まで含む)により全アンテナ素子の受信信号の状態を個別に把握可能とし、その情報を基に複素位相の回転量を算出する。Massive MIMOにおいては、少なくともアンテナ素子毎の受信信号の状態からウエイト情報を算出する必要がある。従来は、特に広帯域においてはA/D変換器及びD/A変換器のデバイスの価格が非常に高価になると共に、発熱対策などの意味も含めてデバイスのサイズも小型化が困難であったが、本実施形態によれば、実装するA/D及びD/Aの数を最小限に抑え、無線局装置の小型化、低消費電力化及び経済化を図ることが可能となる。   As described above, according to the wireless station device of the present embodiment, a switch is provided for each antenna element, and when the amount of rotation of the complex phase serving as weight information is calculated from the state of the received signal for each receiving antenna element, Only one of the receiving antenna elements is turned on to connect to the A / D converter, and a switch is devised so that the antenna element connected to this A / D converter is periodically switched. As a result, the radio station apparatus can individually grasp the states of the reception signals of all antenna elements by one RF system (including from the down converter to the A / D converter), and based on the information, the rotation amount of the complex phase. Is calculated. In Massive MIMO, it is necessary to calculate weight information from at least the state of a received signal for each antenna element. Conventionally, A / D converters and D / A converters have become very expensive, especially in a wide band, and it has been difficult to reduce the size of the devices, including the measures of heat generation. According to the present embodiment, the number of A / Ds and D / As to be mounted can be minimized, and the size, the power consumption, and the economy of the wireless station device can be reduced.

以上説明したように、本実施形態によれば、無線局装置は、指向性制御を行うための複素位相の回転量を算出する際には、全受信アンテナ素子のうちのひとつだけがONになる様にスイッチを切り替えながら、ダウンコンバータ及びA/D変換器を利用する。そして、無線局装置は、実際の信号送信時には、デジタルビームフォーミングの代わりに移相器を用いたアナログビームフォーミングで代用する。一方、信号受信時には、無線局装置は、全てのスイッチをONにして、移相器を用いたアナログビームフォーミングを行った信号を合成して復調処理を行う。これにより、Massive MIMOにおいて、デジタルビームフォーミングを行うときに従来では必要としていたA/D変換器及びD/A変換器の数を大幅に低減することができる。よって、通信時において定常的に多数のA/D変換器及びD/A変換器が動作し続ける状況を回避し、特に広帯域の通信時にかかっていた膨大なA/D変換器及びD/A変換器の消費電力を低減するとともに発熱量も低減することが可能となる。さらには、必要となるA/D変換器及びD/A変換器の数を大幅に低減し、膨大な消費電力に伴う発熱のために必要としていた大がかりな放熱板が不要となるため、低消費電力化だけでなく、無線局装置の小型化を図ることが可能となる。   As described above, according to the present embodiment, when calculating the rotation amount of the complex phase for performing the directivity control, only one of all the receiving antenna elements is turned ON. The down converter and the A / D converter are used while switching the switches as described above. Then, at the time of actual signal transmission, the radio station apparatus substitutes analog beamforming using a phase shifter instead of digital beamforming. On the other hand, when receiving a signal, the wireless station device turns on all switches, synthesizes a signal that has been subjected to analog beamforming using a phase shifter, and performs demodulation processing. As a result, the number of A / D converters and D / A converters conventionally required when performing digital beamforming in Massive MIMO can be significantly reduced. Therefore, it is possible to avoid a situation in which a large number of A / D converters and D / A converters constantly operate during communication, and to avoid a huge number of A / D converters and D / A conversions that have been performed particularly during wideband communication. It is possible to reduce the power consumption of the vessel and the amount of heat generated. Further, the number of necessary A / D converters and D / A converters is greatly reduced, and a large heat radiating plate required for heat generation accompanying enormous power consumption is not required. It is possible to reduce the size of the wireless station device as well as the power.

なお、上述した実施形態においては無線周波数のアナログ信号上で複素位相の回転を行っていたが、アップコンバータ及びダウンコンバータの位置を変更し、ベースバンドまたは中間周波数のアナログ信号に対して複素位相の回転を与え、その後段または前段で無線周波数との周波数変換を行う構成としてもよい。   In the above-described embodiment, the rotation of the complex phase is performed on the analog signal of the radio frequency. However, the positions of the up converter and the down converter are changed, and the complex A configuration may be adopted in which rotation is given, and frequency conversion with a radio frequency is performed in a subsequent or preceding stage.

本実施形態によれば、無線局装置550、552などの無線通信装置は、複数のアンテナ素子を含んで構成されるひとつまたは複数のサブアレーを用いて指向性を形成し、他の無線通信装置と無線通信する。ただし、本明細書では「サブアレー」との表現を用いているが、本発明の信号処理的な特徴は必ずしも複数の「サブアレー」を実装する構成とされている必要はなく、無線通信装置が備える全てのアンテナ素子により構成される単一のアレーアンテナでもよく、無線装置が備える全てのアンテナ素子のうち一部により構成されるアレーアンテナでもよい。無線通信装置は、複数のアンテナ素子と、信号受信部と、第1の位相回転部と、切替部と、切替制御部と、信号合成部と、信号変換部と、信号再生部と、相関算出部と、第1の回転量算出部と、第1の位相回転量制御部とを備える。なお、無線通信装置は、少なくとも信号受信に用いるサブアレー毎に、第1の位相回転部と、切替部と、信号合成部と、信号変換部とを備える。さらに、無線通信装置は、送信信号生成部と、信号分配部と、第2の位相回転部と、信号送信部と、第2の回転量算出部と、第2の位相回転量制御部とを備える。なお、無線通信装置は、少なくとも信号送信に用いるサブアレー毎に、信号分配部と、第2の位相回転部とを備える。ここで、位相回転量制御部は、P−P(ポイント・ツー・ポイント)型であれば、回転量算出部で算出した複素位相の回転量を直接、位相回転部に設定することで対処可能であるが、この場合には回転量算出部ないしは位相回転部の何れかに、暗に位相回転量制御部的な機能が含まれているものと理解することができる。   According to the present embodiment, a wireless communication device such as the wireless station devices 550 and 552 forms directivity using one or a plurality of sub-arrays including a plurality of antenna elements, and communicates with other wireless communication devices. Perform wireless communication. However, although the expression “sub-array” is used in this specification, the signal processing feature of the present invention does not necessarily have to be configured to implement a plurality of “sub-arrays”, and the wireless communication device includes A single array antenna composed of all the antenna elements may be used, or an array antenna composed of a part of all the antenna elements included in the wireless device may be used. The wireless communication device includes a plurality of antenna elements, a signal receiving unit, a first phase rotation unit, a switching unit, a switching control unit, a signal combining unit, a signal converting unit, a signal reproducing unit, and a correlation calculating unit. Unit, a first rotation amount calculation unit, and a first phase rotation amount control unit. Note that the wireless communication device includes a first phase rotation unit, a switching unit, a signal synthesis unit, and a signal conversion unit at least for each sub-array used for signal reception. Further, the wireless communication device includes a transmission signal generation unit, a signal distribution unit, a second phase rotation unit, a signal transmission unit, a second rotation amount calculation unit, and a second phase rotation amount control unit. Prepare. Note that the wireless communication device includes a signal distribution unit and a second phase rotation unit for at least each sub-array used for signal transmission. Here, if the phase rotation amount control unit is a PP (point-to-point) type, it can be dealt with by directly setting the rotation amount of the complex phase calculated by the rotation amount calculation unit to the phase rotation unit. However, in this case, it can be understood that one of the rotation amount calculation unit and the phase rotation unit implicitly includes a function of a phase rotation amount control unit.

再生対象の信号受信時又はトレーニング信号の受信時、信号受信部は、無線通信による通信相手の他の無線通信装置が送信した信号を、信号受信に用いるサブアレーを構成する複数のアンテナ素子それぞれを介して受信する。第1の位相回転部は、信号受信部が受信した信号のうち、自機能部に対応するサブアレーを構成するアンテナ素子を介して受信した受信信号それぞれに対し、アンテナ素子の系統毎にアナログ信号上で複素位相を所定の値だけ回転させて出力する。なお、トレーニング信号の受信時などに第1の位相回転部を単純に経由する場合には、ゼロ度の複素位相を回転させたものと理解する。   When receiving a signal to be reproduced or receiving a training signal, the signal receiving unit transmits a signal transmitted by another wireless communication device of a communication partner by wireless communication through each of a plurality of antenna elements forming a sub-array used for signal reception. To receive. The first phase rotator is configured to output, from among the signals received by the signal receiving unit, a received signal received via an antenna element forming a sub-array corresponding to the function unit, on an analog signal basis for each antenna element system. Output the complex phase rotated by a predetermined value. It should be noted that if the signal simply passes through the first phase rotation unit at the time of receiving a training signal or the like, it is understood that a zero-degree complex phase is rotated.

切替部は、自機能部と同じサブアレーに対応した第1の位相回転部から出力された受信信号を通過させるか否かをアンテナ素子の系統毎に切替える。切替制御部は、各切替部における切替を、受信信号が再生対象である場合は、切替部に対応する第1の位相回転部から出力された受信信号の全てまたは一部を通過させ、受信信号がトレーニング信号である場合は、切替部に対応する第1の位相回転部から出力された受信信号をアンテナ素子の系統毎に一つずつ通過させるよう制御する。信号合成部は、自機能部と同じサブアレーに対応した切替部がアンテナ素子の系統毎に通過させた受信信号を合成する。信号変換部は、自機能部と同じサブアレーに対応した信号合成部により合成された受信信号を、無線周波数のアナログ信号からベースバンドのデジタル信号に変換する。   The switching unit switches whether to pass the reception signal output from the first phase rotation unit corresponding to the same sub-array as the self-function unit for each system of the antenna element. When the received signal is a reproduction target, the switching control unit allows all or a part of the received signal output from the first phase rotation unit corresponding to the switching unit to pass when the received signal is a reproduction target. Is a training signal, control is performed such that the reception signal output from the first phase rotation unit corresponding to the switching unit is passed one by one for each antenna element system. The signal combining unit combines the received signals passed by the switching unit corresponding to the same sub-array as the own function unit for each of the antenna element systems. The signal converting unit converts the received signal synthesized by the signal synthesizing unit corresponding to the same sub-array as the function unit from a radio frequency analog signal to a baseband digital signal.

トレーニング信号の受信時、相関算出部は、入力されたデジタル信号の信号列を連続して記録し、記録されたデジタル信号列からトレーニング信号の周期性を考慮し、当該周期におけるサンプリングタイミングが対応するように、各アンテナ素子のデジタル信号列を抽出する。さらに、相関算出部は、自機能部に対応するアンテナ素子間におけるトレーニング信号に対するデジタル信号列の相関を算出する。具体的には、相関算出部は、複数のアンテナ素子の中から基準となるアンテナ素子を定め、切替部が一つずつ通過させたトレーニング信号を用いて、基準となるアンテナ素子と他のアンテナ素子との組合せ毎に同一のサンプリングタイミングとなるトレーニング信号に対するデジタル信号列の相関を算出する。第1の回転量算出部は、相関算出部による相関の算出結果に基づいて、第1の位相回転部において与えるべき複素位相の回転量を算出する。第1の位相回転量制御部は、第1の回転量算出部による複素位相の回転量の算出結果に基づいて、第1の位相回転部が与える複素位相の回転量を制御する。   At the time of receiving the training signal, the correlation calculating unit continuously records the signal sequence of the input digital signal, and considers the periodicity of the training signal from the recorded digital signal sequence, and the sampling timing in the cycle corresponds. Thus, a digital signal sequence of each antenna element is extracted. Further, the correlation calculator calculates a correlation of the digital signal sequence with the training signal between the antenna elements corresponding to the function unit. Specifically, the correlation calculation unit determines a reference antenna element from among the plurality of antenna elements, and uses the training signal passed by the switching unit one by one to use the reference antenna element and other antenna elements. The correlation of the digital signal sequence with the training signal having the same sampling timing is calculated for each combination of The first rotation amount calculation unit calculates a rotation amount of a complex phase to be given in the first phase rotation unit based on a calculation result of the correlation by the correlation calculation unit. The first phase rotation amount control unit controls a rotation amount of the complex phase given by the first phase rotation unit based on a calculation result of the rotation amount of the complex phase by the first rotation amount calculation unit.

さらに、第2の回転量算出部は、相関算出部が算出した相関の算出結果、第1の回転量算出部が算出した複素位相の回転量の算出結果、又は、それら算出結果にキャリブレーション処理を実施して得られた複素位相の回転量に関する情報のいずれかに基づいて、第2の位相回転部において与えるべき複素位相の回転量を算出する。第2の位相回転量制御部は、第2の回転量算出部による複素位相の回転量の算出結果に基づいて、第2の位相回転部が与える複素位相の回転量を制御する。   Further, the second rotation amount calculation unit may calculate the correlation result calculated by the correlation calculation unit, the calculation result of the rotation amount of the complex phase calculated by the first rotation amount calculation unit, or perform a calibration process on the calculation result. , The amount of rotation of the complex phase to be given in the second phase rotation unit is calculated based on any of the information on the amount of rotation of the complex phase obtained by performing the above. The second phase rotation amount control unit controls the amount of rotation of the complex phase given by the second phase rotation unit based on the result of calculation of the amount of rotation of the complex phase by the second rotation amount calculation unit.

再生対象の信号の受信時、信号再生部は、信号合成部により合成された受信信号に基づいて、通信相手の他の無線通信装置が送信した信号を再生する。一方、信号送信時、送信信号生成部は、サブアレーを用いて通信相手の他の無線通信装置宛てに送信するアナログの送信信号を生成する。信号分配部は、送信信号生成部が生成したアナログの送信信号のうち、自機能部に対応したサブアレーを用いて送信する送信信号を、そのサブアレーを構成するアンテナ素子それぞれに対応させて分岐する。第2の位相回転部は、自機能部と同じサブアレーに対応した信号分配部がアンテナ素子毎に分岐した送信信号それぞれに対して、アナログ信号上で複素位相を所定の値だけ回転させる。信号送信部は、第2の位相回転部により位相を回転させた送信信号を、その第2の位相回転部に対応したサブアレーを構成するアンテナ素子を介して送信する。   Upon receiving the signal to be reproduced, the signal reproducing unit reproduces a signal transmitted by another wireless communication device of the communication partner based on the received signal synthesized by the signal synthesizing unit. On the other hand, at the time of signal transmission, the transmission signal generation unit generates an analog transmission signal to be transmitted to another wireless communication device of the communication partner using the sub-array. The signal distribution unit branches a transmission signal to be transmitted using a sub-array corresponding to the function unit of the analog transmission signal generated by the transmission signal generation unit, in correspondence with each of the antenna elements constituting the sub-array. The second phase rotation unit rotates the complex phase by a predetermined value on the analog signal for each of the transmission signals branched by the signal distribution unit corresponding to the same sub-array as the self-function unit for each antenna element. The signal transmission unit transmits the transmission signal whose phase has been rotated by the second phase rotation unit via an antenna element forming a sub-array corresponding to the second phase rotation unit.

なお、無線通信装置は、相関算出回路505−1〜505−Nのように、相関算出部と、第1の回転量算出部と、第2の回転量算出部とを統合した機能部をサブアレー毎に備えてもよく、相関算出部と、第1の回転量算出部と、第2の回転量算出部とを個別に備えてもよい。
また、無線通信装置は、位相シフト制御回路506−1〜506−Nのように、第1の位相回転量制御部と第2の位相回転量制御部とを統合した機能部をサブアレー毎に備えてもよく、第1の位相回転量制御部と第2の位相回転量制御部とを個別に備えてもよい。
Note that the wireless communication apparatus uses a sub-array such as a correlation calculation circuit 505-1 to 505-N that integrates a correlation calculation unit, a first rotation amount calculation unit, and a second rotation amount calculation unit. A correlation calculation unit, a first rotation amount calculation unit, and a second rotation amount calculation unit may be separately provided.
Further, the radio communication device includes a functional unit in which a first phase rotation amount control unit and a second phase rotation amount control unit are integrated for each sub-array, such as phase shift control circuits 506-1 to 506-N. Alternatively, the first phase rotation amount control unit and the second phase rotation amount control unit may be separately provided.

また、無線通信装置は、送受信信号処理回路551−1〜551−N又は送受信信号処理回路553−nが備える移相器502−n−1〜502−n−M(n=1,…,N)のように、第1の位相回転部と第2の位相回転部とを統合した位相回転部をサブアレー毎に備えてもよく、送受信信号処理回路554−n、555−n、556−nが備える移相器502−n−1〜502−n−M、509−n−1〜509−n−Mのように、第1の位相回転部と第2の位相回転部とを個別に備えてもよい。   In addition, the wireless communication device includes phase shifters 502-n-1 to 502-n-M (n = 1,..., N) included in the transmission / reception signal processing circuits 551-1 to 551-N or the transmission / reception signal processing circuits 553-n. ), A phase rotator integrating the first phase rotator and the second phase rotator may be provided for each sub-array, and the transmission / reception signal processing circuits 554-n, 555-n, and 556-n The first phase rotation unit and the second phase rotation unit are individually provided like phase shifters 502-n-1 to 502-n-M and 509-n-1 to 509-n-M. Is also good.

また、無線通信装置は、送受信信号処理回路551−1〜551−Nが備える分配結合器504−1〜504−Nや、送受信信号処理回路553−nが備える分配結合器504−nのように、信号合成部と信号分配部とを統合した機能部をサブアレー毎に備えてもよい。この場合、無線通信装置は、TDDスイッチ127−1〜127−Nのように信号合成分配部における信号合成部の処理と信号分配部の処理とを時間的に切り替える切り替え部、ないしはサーキュレータ521−nのように、入力ポートごとに出力ポートが異なり、流れる信号の方向を切り替える切り替え部をさらにサブアレー毎に備えてもよい。また、無線通信装置は、送受信信号処理回路554−n、555−n、556−nが備える分配結合器514−n、515−nのように、信号合成部と信号分配部とを個別独立に備えてもよい。   In addition, the wireless communication device is similar to the distribution couplers 504-1 to 504-N included in the transmission / reception signal processing circuits 551-1 to 551-N and the distribution coupler 504-n included in the transmission / reception signal processing circuits 553-n. Alternatively, a functional unit obtained by integrating a signal combining unit and a signal distributing unit may be provided for each sub-array. In this case, the wireless communication device is a switching unit that temporally switches between processing of the signal combining unit and processing of the signal distributing unit in the signal combining and distributing unit, such as the TDD switches 127-1 to 127 -N, or the circulator 521-n. As described above, an output port may be different for each input port, and a switching unit for switching the direction of a flowing signal may be further provided for each sub-array. In addition, the wireless communication device independently controls the signal combining unit and the signal distribution unit like the distribution couplers 514-n and 515-n included in the transmission / reception signal processing circuits 554-n, 555-n, and 556-n. May be provided.

[実施形態に関する補足事項]
以上説明した本発明の実施形態に関する補足事項を以下に示す。
前述した実施形態における無線局装置をコンピュータで実現する様にしてもよい。その場合、この機能を実現するためのプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することによって実現してもよい。なお、ここでいう「コンピュータシステム」とは、OSや周辺機器等のハードウェアを含むものとする。また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ROM、CD−ROM等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。更に「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムを送信する場合の通信線の様に、短時間の間、動的にプログラムを保持するもの、その場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリの様に、一定時間プログラムを保持しているものも含んでもよい。また上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであってもよく、更に前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるものであってもよく、PLD(Programmable Logic Device)やFPGA(Field Programmable Gate Array)等のハードウェアを用いて実現されるものであってもよい。
[Supplementary information on the embodiment]
The supplementary items relating to the embodiment of the present invention described above are shown below.
The wireless station device in the above-described embodiment may be realized by a computer. In that case, a program for realizing this function may be recorded on a computer-readable recording medium, and the program recorded on this recording medium may be read and executed by a computer system. Here, the “computer system” includes an OS and hardware such as peripheral devices. The “computer-readable recording medium” refers to a portable medium such as a flexible disk, a magneto-optical disk, a ROM, and a CD-ROM, and a storage device such as a hard disk built in a computer system. Further, a “computer-readable recording medium” refers to a communication line for transmitting a program via a network such as the Internet or a communication line such as a telephone line. Such a program may include a program that holds a program for a certain period of time, such as a volatile memory in a computer system serving as a server or a client in that case. The program may be for realizing a part of the functions described above, or may be a program that can realize the functions described above in combination with a program already recorded in a computer system, It may be realized using hardware such as a PLD (Programmable Logic Device) or an FPGA (Field Programmable Gate Array).

以上、図面を参照して本発明の実施の形態を説明してきたが、上記実施の形態は本発明の例示に過ぎず、本発明が上記実施の形態に限定されるものではないことは明らかである。したがって、本発明の技術思想及び範囲を逸脱しない範囲で構成要素の追加、省略、置換、その他の変更を行ってもよい。   As described above, the embodiments of the present invention have been described with reference to the drawings. However, it is apparent that the above embodiments are merely examples of the present invention, and the present invention is not limited to the above embodiments. is there. Therefore, additions, omissions, replacements, and other changes may be made to the components without departing from the technical spirit and scope of the present invention.

複数アンテナにより無線信号を送受信する無線通信装置に適用可能である。   The present invention is applicable to a wireless communication device that transmits and receives a wireless signal using a plurality of antennas.

120−1〜120−N…変調器
122−1〜122−N、122−n…D/A変換器
123−1〜123−N、123−n…アップコンバータ
124−1〜124−N、124−n…ダウンコンバータ
125−1〜125−N、125−n…A/D変換器
127−1〜127−N…TDDスイッチ
130−1〜130−N…復調器
140…ベースバンド信号処理回路
141…信号分離回路
401−1〜401−M…アンテナ素子
401−1−1〜401−N−M、401−n−1〜401−n−M…アンテナ素子
402−1−1〜402−N−M、402−n−1〜402−n−M…移相器
403−1−1〜403−N−M、403−n−1〜403−n−M…スイッチ
404−1〜404−N…分配結合器
405−1〜405−N、405−n…相関算出回路
406−1〜406−N、406−n…位相シフト制御回路
407−1〜407−M…分配結合器
408−n−1〜408−n−M…TDDスイッチ
409−n−1〜409−n−M…移相器
414−n…分配結合器
415−n…分配結合器
424−1−1〜424−N−M、424−n−1〜424−n−M…ダウンコンバータ
425−1−1〜425−N−M、425−n−1〜425−n−M…A/D変換器
450…無線局装置
451−1〜451−N…送受信信号処理回路
452…無線局装置
453−n…送受信信号処理回路
460…制御回路
501−1〜501−M…アンテナ素子
501−1−1〜501−N−M、501−n−1〜501−n−N…アンテナ素子
502−1−1〜502−N−M、502−n−1〜502−n−N…移相器
503−1−1〜503−N−M、503−n−1〜503−n−N…スイッチ
504−1〜504−N、504−n…分配結合器
505−1〜505−N、505−n…相関算出回路
506−1〜506−N、506−n…位相シフト制御回路
507−1〜507−M…分配結合器
508−n−1〜508−n−M…TDDスイッチ
509−n−1〜509−n−M、509−n−1〜509−n−N…移相器
514−n…分配結合器
515−n…分配結合器
521−n…サーキュレータ
541−1〜541−M…アンテナ素子
541−n−1〜541−n−M…アンテナ素子
550…無線局装置
551−1〜551−N…送受信信号処理回路
552…無線局装置
553−n…送受信信号処理回路
554−n…送受信信号処理回路
555−n…送受信信号処理回路
556−n…送受信信号処理回路
560…制御回路
901−1〜901−N…変調器
902…プリコーダ
903−1〜903−N…IFFT&GI付与回路
904−1〜904−N…D/A変換器
905−1〜905−N…アップコンバータ
906−1〜906−N…ダウンコンバータ
907−1〜907−N…A/D変換器
908−1〜908−N…GI除去&FFT回路
909…ポストコーダ
910−1〜910−N…復調器
911…TDDスイッチ
912−1〜912−N…分配結合器
913−1−1〜913−N−M…移相器
915−1〜915−M…分配結合器
916−1〜916−M…アンテナ素子
921−1〜921−N…時間軸送信ウエイト乗算回路
922−1〜922−M…D/A変換器
922−1−1〜922−N−M…D/A変換器
923−1〜923−M…アップコンバータ
923−1−1〜923−N−M…アップコンバータ
924−1〜924−M…ダウンコンバータ
924−1−1〜924−N−M…ダウンコンバータ
925−1〜925−M…A/D変換器
925−1−1〜925−N−M…A/D変換器
926−1〜926−N…時間軸受信ウエイト乗算回路
927−1〜927−N…TDDスイッチ
928−1〜928−M…アンテナ素子
928−1−1〜928−N−M…アンテナ素子
929−1〜929−N…送受信信号処理回路
941−1〜941−M…分配結合器
942…無線局装置
943−1〜943−M…加算合成器
944−1〜944−M…複製器
945…無線局装置
951−1〜951−3…ハイパワーアンプ
952−1〜952−3…ローノイズアンプ
953−1〜953−3…TDDスイッチ
954−1〜954−3…アンテナ素子
955−1〜955−3…無線モジュール
120-1 to 120-N ... Modulators 122-1 to 122-N, 122-n ... D / A converters 123-1 to 123-N, 123-n ... Up-converters 124-1 to 124-N, 124 -N: Down converters 125-1 to 125-N, 125-n: A / D converters 127-1 to 127-N: TDD switches 130-1 to 130-N: Demodulator 140: Baseband signal processing circuit 141 ... signal separation circuits 401-1 to 401-M ... antenna elements 401-1-1 to 401-NM, 401-n-1 to 401-nM ... antenna elements 402-1-1 to 402-N- M, 402-n-1 to 402-nM ... phase shifters 403-1-1 to 403-NM, 403-n-1 to 403-nM ... switches 404-1 to 404-N ... Distribution couplers 405-1 to 405-N, 40 -N correlation calculation circuits 406-1 to 406-N, 406-n phase shift control circuits 407-1 to 407-M distribution couplers 408-n-1 to 408-n-M TDD switches 409-n -1 to 409-nM phase shifter 414-n distribution coupler 415-n distribution couplers 424-1-1 to 424-NM, 424-n-1 to 424-n-M Down-converters 425-1-1 to 425-NM, 425-n-1 to 425-nm, A / D converter 450, wireless station devices 451-1 to 451-N, transmission / reception signal processing circuit 452 Radio station apparatus 453-n transmission / reception signal processing circuit 460 control circuits 501-1 to 501-M antenna elements 501-1-1 to 501-NM, 501-n-1 to 501-n-N antenna Elements 502-1-1 to 502-NM, 502 n-1 to 502-n-N phase shifters 503-1-1 to 503-NM, 503-n-1 to 503-n-N switches 504-1 to 504-N, 504-n ... Distribution couplers 505-1 to 505-N, 505-n Correlation calculation circuits 506-1 to 506-N, 506-n Phase shift control circuits 507-1 to 507-M Distribution coupler 508-n-1 508-nM TDD switches 509-n-1 to 509-nM, 509-n-1 to 509-nN ... phase shifters 514-n ... distribution couplers 515-n ... distribution couplers 521-n circulators 541-1 to 541-M antenna elements 541-n-1 to 541-n-M antenna elements 550 radio station devices 551-1 to 551-N transmission / reception signal processing circuit 552 radio station Device 553-n... Transmission / reception signal processing circuit 554 n ... reception signal processing circuit 555-n ... reception signal processing circuit 556-n ... reception signal processing circuit 560 ... control circuit 901-1~901-N ... modulator 902 ... precoder 903-1~903-N 0 ... IFFT & GI imparting circuit 904-1~904-N 0 ... D / A converter 905-1~905-N 0 ... upconverter 906-1~906-N 0 ... downconverter 907-1~907-N 0 ... A / D converter 908-1 to 908-N 0 GI removal & FFT circuit 909 Post coder 910-1 to 910-N Demodulator 911 TDD switch 912-1 to 912-N 0 Distribution coupler 913-1-1 913-N 0 -M 0 ... phase shifter 915-1~915-M 0 ... distributor coupler 916-1~916-M 0 ... antenna elements 921-1~921-N ... time Axis transmission weight multiplying circuits 922-1 to 922 -M D / A converters 922-1 to 922 -N -M D / A converters 923-1 to 923 -M ... up-converters 923-1-1 923-NM ... Up converters 924-1 to 924-M ... Down converters 924-1-1 to 924-NM ... Down converters 925-1 to 925-M ... A / D converters 925-1- 1-925-NM: A / D converters 926-1 to 926-N: time-axis reception weight multiplying circuits 927-1 to 927-N: TDD switches 928-1 to 928-M: antenna elements 928-1 -1 to 928-NM Antenna elements 929-1 to 929-N Transmission / reception signal processing circuits 941-1 to 941-M Distribution coupler 942 Radio station devices 943-1 to 943-M Addition combiner 944-1 44-M duplicater 945 wireless station devices 951-1 to 951-3 high power amplifiers 952-1 to 952-3 low noise amplifiers 953-1 to 953-3 TDD switches 954-1 to 954-3 Antenna elements 955-1 to 955-3 ... wireless module

Claims (6)

複数のアンテナ素子を含んで構成されるひとつまたは複数のアレーアンテナを用いて指向性を形成し、他の無線通信装置と無線通信する無線通信装置であって、
前記他の無線通信装置が送信した信号を、信号受信に用いる前記アンテナ素子それぞれを介して受信する信号受信部と、
少なくとも信号受信に用いる前記アレーアンテナ毎に設けられ、前記信号受信部が受信した信号のうち、対応する前記アレーアンテナを構成する前記アンテナ素子を介して受信した受信信号それぞれに対し、アンテナ素子の系統毎にアナログ信号上で複素位相を回転させて出力する第1の位相回転部と、
少なくとも信号受信に用いる前記アレーアンテナ毎に設けられ、対応する前記第1の位相回転部から出力された前記受信信号を通過させるか否かをアンテナ素子の系統毎に切替え可能な切替部と、
前記受信信号が再生対象である場合は、対応する前記第1の位相回転部から出力された前記受信信号の全てまたは一部を通過させ、前記受信信号が複素位相の回転量算出のためのトレーニング信号であるときに、対応する前記第1の位相回転部から出力された前記受信信号をアンテナ素子の系統毎に一つずつ通過させるよう前記切替部における切替を制御する切替制御部と、
少なくとも信号受信に用いる前記アレーアンテナ毎に設けられ、対応する前記切替部が通過させた前記受信信号を合成する信号合成部と、
少なくとも信号受信に用いる前記アレーアンテナ毎に設けられ、対応する前記信号合成部により合成された前記受信信号を、アナログ信号からベースバンドのデジタル信号に変換する信号変換部と、
前記信号変換部により変換された再生対象の前記受信信号に基づいて前記他の無線通信装置が送信した信号を再生する信号再生部と、
前記切替部がアンテナ素子の系統毎に一つずつ通過させた前記トレーニング信号を用いて前記トレーニング信号の前記アンテナ素子の中の基準アンテナ素子と他のアンテナ素子との組合せ毎の相関を算出する相関算出部と、
前記相関算出部による相関の算出結果に基づいて、前記第1の位相回転部において与えるべき複素位相の回転量を算出する第1の回転量算出部と、
を備え、
前記相関算出部は、同一の前記アンテナ素子の系統について前記切替部が通過させた FFT サンプルの周期性を持つ前記トレーニング信号を複数周期分取得し、複数の各周期におけるn番目(nは1からN FFT まで)の前記トレーニング信号のそれぞれについて、当該トレーニング信号のサンプリングデータと当該トレーニング信号よりも後の周期におけるn番目の前記トレーニング信号のサンプリングデータに周波数誤差の補正を行った結果とを加算する加算処理を行い、前記加算処理の結果の合計を最大とするように周波数誤差を推定し、前記切替部がアンテナ素子の系統毎に一つずつ通過させた前記トレーニング信号に対して、一以上の前記系統について推定された前記周波数誤差の影響を除去する処理を行い、前記周波数誤差の影響を除去した前記トレーニング信号を用いて前記トレーニング信号の前記アンテナ素子の中の基準アンテナ素子と他のアンテナ素子との組合せ毎の相関を算出する、
ことを特徴とする無線通信装置。
A wireless communication device that forms directivity using one or a plurality of array antennas including a plurality of antenna elements and wirelessly communicates with another wireless communication device,
A signal receiving unit that receives the signal transmitted by the other wireless communication device via each of the antenna elements used for signal reception,
At least for each of the array antennas used for signal reception, of the signals received by the signal receiving unit, for each of the received signals received via the antenna elements constituting the corresponding array antenna, a system of antenna elements A first phase rotation unit for rotating and outputting a complex phase on an analog signal every time;
A switching unit provided at least for each of the array antennas used for signal reception, and capable of switching whether or not to pass the reception signal output from the corresponding first phase rotation unit for each system of the antenna element,
If the received signal is to be reproduced, all or a part of the received signal output from the corresponding first phase rotation unit is passed, and the received signal is subjected to training for calculating a complex phase rotation amount. A switching control unit that controls switching in the switching unit so that the reception signal output from the corresponding first phase rotation unit is passed one by one for each system of the antenna element when the signal is a signal;
A signal combining unit that is provided at least for each of the array antennas used for signal reception, and combines the received signals passed by the corresponding switching unit,
A signal converter provided at least for each of the array antennas used for signal reception and converting the received signal synthesized by the corresponding signal synthesizer from an analog signal to a baseband digital signal,
A signal reproducing unit that reproduces a signal transmitted by the other wireless communication device based on the received signal to be reproduced converted by the signal conversion unit,
A correlation calculating unit that calculates a correlation for each combination of a reference antenna element among the antenna elements and another antenna element of the training signal using the training signal that is passed one by one for each system of the antenna element; A calculating unit;
A first rotation amount calculation unit that calculates a rotation amount of a complex phase to be given in the first phase rotation unit based on a calculation result of the correlation by the correlation calculation unit;
With
The correlation calculation unit acquires the training signal having the periodicity of the N FFT samples passed by the switching unit for a plurality of cycles for the same system of the antenna element, and obtains n-th (n is 1) in a plurality of cycles . To the N FFT ) , add the sampling data of the training signal and the result of performing the frequency error correction to the sampling data of the n-th training signal in a cycle subsequent to the training signal. Performing an addition process, estimating a frequency error so as to maximize the sum of the results of the addition process, and the switching unit passes one or more of the training signals passed one by one for each antenna element system. Performing a process of removing the effect of the frequency error estimated for the system, the frequency error Calculating a correlation of each combination of the reference antenna element and the other antenna elements in said antenna elements of said training signal using the training signal to remove effects,
A wireless communication device characterized by the above-mentioned.
前記アレーアンテナを用いて他の無線通信装置宛てに送信するアナログの送信信号を生成する送信信号生成部と、
少なくとも信号送信に用いる前記アレーアンテナ毎に設けられ、対応する前記アレーアンテナを用いて送信するアナログの前記送信信号を、前記アレーアンテナを構成する前記アンテナ素子それぞれに対応させて分岐する信号分配部と、
少なくとも信号送信に用いる前記アレーアンテナ毎に設けられ、対応する前記信号分配部が分岐させた前記送信信号それぞれに対して、アナログ信号上で複素位相を回転させる第2の位相回転部と、
前記第2の位相回転部が位相を回転させた前記送信信号を、前記第2の位相回転部に対応した前記アレーアンテナを構成する前記アンテナ素子を介して送信する信号送信部と、
前記相関算出部が算出した相関の算出結果、前記第1の回転量算出部が算出した複素位相の回転量の算出結果、又は、前記算出結果にキャリブレーション処理を実施して得られた複素位相の回転量に関する情報のいずれかに基づいて、前記第2の位相回転部において与えるべき複素位相の回転量を算出する第2の回転量算出部とをさらに備える、
ことを特徴とする請求項1に記載の無線通信装置。
A transmission signal generation unit that generates an analog transmission signal to be transmitted to another wireless communication device using the array antenna,
A signal distribution unit that is provided at least for each of the array antennas used for signal transmission and branches the analog transmission signal transmitted using the corresponding array antenna in accordance with each of the antenna elements constituting the array antenna. ,
A second phase rotation unit that is provided at least for each of the array antennas used for signal transmission and that rotates the complex phase on an analog signal for each of the transmission signals branched by the corresponding signal distribution unit.
A signal transmission unit that transmits the transmission signal whose phase is rotated by the second phase rotation unit, via the antenna element that configures the array antenna corresponding to the second phase rotation unit;
The calculation result of the correlation calculated by the correlation calculation unit, the calculation result of the rotation amount of the complex phase calculated by the first rotation amount calculation unit, or the complex phase obtained by performing a calibration process on the calculation result A second rotation amount calculation unit that calculates a rotation amount of a complex phase to be given in the second phase rotation unit based on any of the information on the rotation amount of
The wireless communication device according to claim 1, wherein:
前記第1の位相回転部と前記第2の位相回転部に代えて、前記第1の位相回転部の処理と前記第2の位相回転部の処理とを行う位相回転部を前記アレーアンテナ毎に備える、
ことを特徴とする請求項2に記載の無線通信装置。
A phase rotator that performs processing of the first phase rotator and processing of the second phase rotator instead of the first phase rotator and the second phase rotator is provided for each of the array antennas. Prepare,
The wireless communication device according to claim 2, wherein:
前記信号合成部及び前記信号分配部に代えて、前記信号合成部の処理と前記信号分配部の処理とを行う信号合成分配部を前記アレーアンテナ毎に備え、
前記信号合成分配部における前記信号合成部の処理と前記信号分配部の処理とを切り替える切り替え部を前記アレーアンテナ毎にさらに備える、
ことを特徴とする請求項2又は請求項3に記載の無線通信装置。
In place of the signal synthesizing unit and the signal distributing unit, a signal synthesizing and distributing unit that performs a process of the signal synthesizing unit and a process of the signal distributing unit is provided for each of the array antennas,
A switching unit that switches between processing of the signal combining unit and processing of the signal distributing unit in the signal combining and distributing unit is further provided for each array antenna.
The wireless communication device according to claim 2 or 3, wherein:
前記信号合成部と前記信号分配部とは個別独立であり、且つ、前記第1の位相回転部と前記第2の位相回転部とは個別独立である、
ことを特徴とする請求項2又は請求項3に記載の無線通信装置。
The signal synthesizing unit and the signal distributing unit are independent and independent, and the first phase rotating unit and the second phase rotating unit are independent and independent.
The wireless communication device according to claim 2 or 3, wherein:
複数のアンテナ素子を含んで構成されるひとつまたは複数のアレーアンテナを用いて指向性を形成し、他の無線通信装置と無線通信する無線通信装置が実行する無線通信方法であって、
信号受信部が、前記他の無線通信装置が送信した信号を、信号受信に用いる前記アンテナ素子それぞれを介して受信する信号受信過程と、
少なくとも信号受信に用いる前記アレーアンテナ毎に設けられる位相回転部が、信号受信過程において受信した信号のうち、対応する前記アレーアンテナを構成する前記アンテナ素子を介して受信した受信信号それぞれに対し、アンテナ素子の系統毎にアナログ信号上で複素位相を回転させる位相回転過程と、
少なくとも信号受信に用いる前記アレーアンテナ毎に設けられる切替部が、前記受信信号が再生対象である場合は、対応する前記位相回転部により前記位相回転過程において複素位相を回転させた前記受信信号の全てまたは一部を通過させ、前記受信信号が複素位相の回転量算出のためのトレーニング信号であるときに、対応する前記位相回転部により前記位相回転過程において複素位相を回転させた前記受信信号をアンテナ素子の系統毎に一つずつ通過させる切替過程と、
少なくとも信号受信に用いる前記アレーアンテナ毎に設けられる信号合成部が、対応する前記切替部により前記切替過程において通過させた前記受信信号を合成する信号合成過程と、
少なくとも信号受信に用いる前記アレーアンテナ毎に設けられる信号変換部が、対応する前記信号合成部により前記信号合成過程において合成された前記受信信号を、アナログ信号からベースバンドのデジタル信号に変換する信号変換過程と、
信号再生部が、前記信号変換過程においてデジタル信号に変換された再生対象の前記受信信号に基づいて前記他の無線通信装置が送信した信号を再生する信号再生過程と、
相関算出部が、前記切替過程においてアンテナ素子の系統毎に一つずつ通過させた前記トレーニング信号を用いて前記トレーニング信号の前記アンテナ素子の中の基準アンテナ素子と他のアンテナ素子との組合せ毎の相関を算出する相関算出過程と、
回転量算出部が、前記相関算出過程における相関の算出結果に基づいて、前記位相回転過程において与えるべき複素位相の回転量を算出する回転量算出過程と、
を有し、
前記相関算出部が、同一の前記アンテナ素子の系統について前記切替過程において通過させた FFT サンプルの周期性を持つ前記トレーニング信号を複数周期分取得し、複数の各周期におけるn番目(nは1からN FFT まで)の前記トレーニング信号のそれぞれについて、当該トレーニング信号のサンプリングデータと当該トレーニング信号よりも後の周期におけるn番目の前記トレーニング信号のサンプリングデータに周波数誤差の補正を行った結果とを加算する加算処理を行い、前記加算処理の結果の合計を最大とするように周波数誤差を推定する推定過程をさらに有し、
前記相関算出過程おいては、前記切替過程においてアンテナ素子の系統毎に一つずつ通過させた前記トレーニング信号に対して、一以上の前記系統について推定された前記周波数誤差の影響を除去する処理を行い、前記周波数誤差の影響を除去した前記トレーニング信号を用いて前記トレーニング信号の前記アンテナ素子の中の基準アンテナ素子と他のアンテナ素子との組合せ毎の相関を算出する、
ことを特徴とする無線通信方法。
A wireless communication method executed by a wireless communication device that wirelessly communicates with another wireless communication device by forming directivity using one or more array antennas including a plurality of antenna elements,
A signal receiving unit, the signal transmitted by the other wireless communication device, a signal receiving step of receiving via each of the antenna elements used for signal reception,
At least a phase rotator provided for each of the array antennas used for signal reception is configured such that, among signals received in a signal receiving process, a reception signal received via each of the antenna elements constituting the corresponding array antenna is an antenna. A phase rotation process of rotating a complex phase on an analog signal for each element system,
At least a switching unit provided for each of the array antennas used for signal reception, when the reception signal is to be reproduced, all of the reception signals obtained by rotating a complex phase in the phase rotation process by the corresponding phase rotation unit. Or, when the received signal is a training signal for calculating the amount of rotation of a complex phase, the received signal obtained by rotating the complex phase in the phase rotation process by the corresponding phase rotator is used as an antenna. A switching process of passing one by one for each element system;
A signal synthesizing unit provided at least for each of the array antennas used for signal reception, a signal synthesizing step of synthesizing the received signal passed in the switching step by the corresponding switching unit,
A signal conversion unit provided at least for each of the array antennas used for signal reception converts the received signal synthesized by the corresponding signal synthesis unit in the signal synthesis process from an analog signal to a baseband digital signal. Process
A signal reproducing unit that reproduces a signal transmitted by the other wireless communication device based on the received signal to be reproduced converted into a digital signal in the signal converting step;
The correlation calculation unit uses the training signal that is passed one by one for each antenna element system in the switching process, for each combination of a reference antenna element and another antenna element among the antenna elements of the training signal. A correlation calculation process for calculating the correlation,
A rotation amount calculation unit calculates a rotation amount of a complex phase to be given in the phase rotation process, based on a calculation result of the correlation in the correlation calculation process,
Has,
The correlation calculation unit acquires the training signal having a periodicity of N FFT samples passed in the switching process for the same antenna element system for a plurality of cycles, and obtains n-th (n is 1) in a plurality of cycles . To the N FFT ) , add the sampling data of the training signal and the result of performing the frequency error correction to the sampling data of the n-th training signal in a cycle subsequent to the training signal. Further comprising an estimation step of estimating a frequency error so as to maximize the sum of the results of the addition processing ,
In the correlation calculation step, a process of removing the influence of the frequency error estimated for one or more of the systems with respect to the training signals passed one by one for each of the antenna element systems in the switching step. Perform, calculate the correlation for each combination of a reference antenna element and other antenna elements in the antenna element of the training signal using the training signal to remove the effect of the frequency error,
A wireless communication method, comprising:
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