JP6673775B2 - 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 individual 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 utilized 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, efficient offload of traffic is realized by performing similar large-capacity communication. 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, considering the current situation in the microwave band where frequency resources are already being depleted, small cells that assume communication 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 the rooftop 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 concentrates, 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 a building, for example, on a 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。   In order to provide such a backhaul line, in order to cope with a large capacity transmission of 10 Gbit / s or more required in a small cell, it is necessary to similarly perform a large capacity transmission of 10 Gbit / s or more utilizing a millimeter wave band. 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 face 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 cannot be said to be 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 used in a line-of-sight environment in a manner that looks down on the user from above and below.

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, which makes it feasible. Is growing. For example, assuming a backhaul line using a millimeter wave band, 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. 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). For spatial multiplexing transmission, not only the first singular value but also the second singular value is used. Communication is not established unless it has a sufficiently large value even after the second singular value. The same is true for large-capacity transmission in small cells that are access systems, but realizing spatial multiplexing transmission in such an environment where line-of-sight waves are dominant is indispensable for realizing the 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, a 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. On the other hand, in a high frequency band, a high power amplifier in a transmission stage does not have a device with a very high output. 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. The following describes a conventional technique related to Massive MIMO.

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, a base station side has an antenna of 256 elements, and a terminal station side has an antenna of 16 elements, and aims at spatial multiplexing transmission of 16 streams using a channel matrix of 256 × 16 size. In Non-Patent Document 1, in order to transmit a plurality of signal sequences (streams), the directivity is formed by analog beam forming 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 excessive use of analog / digital (A / D) converters and digital / analog (D / A) converters, reduces power consumption, and takes measures against insufficient line gain when feeding back channel information. Hereinafter, an outline of the technique disclosed in Non-Patent Document 1 will be described.

図27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. 27 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, a case will be described as an example 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 once converted into a signal on the frequency axis, so that precoding processing and postcoding processing are performed on such a frequency axis. The same discussion is possible without regard to OFDM or single-carrier transmission, assuming that the processing is performed after the signal is 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 conventional techniques 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, if 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 0006673775
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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28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27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. 28 is a functional block diagram showing a configuration example (separated sub-array type) of a wireless station device using time-axis beamforming in the conventional technology 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 FIG. 27 it has 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27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. Further, 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. 27, the entire control circuit, not shown, is mounted on the baseband signal processing circuit 140 and manages the frame period and the 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27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28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. 27, 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 Have 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. 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 a time base transmission weight multiplying circuit 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 to M) 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. 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 separation circuit 141. The signal separation circuit 141 performs signal separation by suppressing the 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 sufficient, and the signal separation circuit 141 may not perform any processing. In any case, however, 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 multiplication 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 in FIG. No time axis transmission / reception weight acquisition means acquires. 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 acquired 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 (not shown) and a low-noise amplifier differs between individual amplifiers. By using the calibration method of the implicit feedback, it is possible to convert the time axis reception weight to the time axis transmission weight. The transmission and reception weights thus obtained are stored in the memory for each corresponding wireless station device. Then, at the time of transmission and reception, weight multiplication is performed by 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 based on the values of these transmission and reception weights. Will be.

図29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28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28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29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28と図29で共通である。   FIG. 29 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. 28, the same functions as those in FIG. 28 are denoted by the same reference numerals. 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. 28, the transmission / reception signal processing circuits 929-1 to 929-N are housed in different housings on the assumption that they are installed at locations spatially separated for each sub-array, and a baseband signal processing circuit of another housing is provided. A configuration in which a wired connection is made between the wireless LAN and the wireless LAN 140 is shown. On the other hand, in FIG. 29, all 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 entire antenna elements 928-1 to 928 -M are used. Is shared by For this reason, for example, at the time of transmission, the signals from the TDD switches 927-1 to 927-N of the 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 FIGS. 28 and 29.

同様に、図30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29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. 30 is a functional block diagram of another configuration example (shared sub-array type) of a wireless station device using time-axis beamforming in the conventional technology described in Non-Patent Document 3. 29, the same parts as those of the radio station apparatus shown in FIG. 29 are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted. The wireless station device 945 shown in FIG. 14 includes a baseband signal processing circuit 140, time-base transmission weight multiplying circuits 921-1 to 921-N, addition and synthesis 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 944-1 944-M, a time axis reception weight multiplying circuit 926-1 through 926-N, a TDD switch 927, and antenna elements 928-1 through 928-M.

図29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30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. 29, 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. 30, 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, and combine them into one system, and convert them from digital signals to analog signals by D / A converters 922-1 to 922-M. 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 a time axis reception weight multiplying circuit 926-1 to 926-N (N planes are mounted as a whole). Each of the time axis reception weight multiplying circuits 926-1 to 926 -N multiplies an input signal by a 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. 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28に示す無線局装置と、図29又は図30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28を基地局装置、図29又は図30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29又は図30を基地局装置、図28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28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. 28 and the wireless station device shown in FIG. 29 or 30 communicate with each other. For example, a base station apparatus has a degree of freedom in installation like a building rooftop, and a sub-array can be installed at a plurality of locations. On the other hand, when the restriction on the installation of the wall surface of the building or the like is large, the terminal station apparatus has a configuration in which FIG. 28 is a base station apparatus and FIG. 29 or 30 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 apparatus does not require spatial multiplexing, FIG. 29 or FIG. 30 is a base station apparatus, and FIG. 28 is one of transmission / reception signal processing circuits 929-1 to 929-N. It is assumed that the terminal station apparatus is mounted with only the terminal station apparatus (for example, only the transmission / reception signal processing circuit 929-1 in FIG. 28), and a plurality of terminal station apparatuses and one base station apparatus perform multi-user MIMO transmission. It is also possible.

なお、図27と図28、図29及び図30との対応に関しては、例えば図27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27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28、図29及び図30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27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28、図29及び図30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, Figures 27 and 28, with regard to the correspondence between FIGS. 29 and 30, for example a phase shifter 913-1-1~913-N rotation amount of complex phase carried out at 0 -M 0 in FIG. 27 [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 Figure 27 (i.e. the phase shifter 913-1-1~913-N 0 -M 0), 28, 29 and In FIG. 30, 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 D / A converters 904-1 to 904-N 0 can be reduced in FIG. 27, while FIG. 29 and FIG. 30, 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 device, in signal processing on the transmission side, a signal is often amplified by a high power amplifier immediately before transmission. In this case, there is an error in the amplification factor due to the individual difference of the high power amplifier, and the complex phase may rotate with a different value for each high power amplifier in the 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 may have an error due to the individual difference of the low noise amplifier, and the complex phase may rotate with a different value for each low noise amplifier in the low noise amplifier. In some cases, the amplification factor and the amount of phase rotation may have frequency dependency. If 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 downlink channel information from 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, a description will be given mainly of the calibration processing performed on the base station apparatus side having a plurality of antenna elements. However, the same is also possible on the terminal station apparatus side, and the common processing is common to general wireless station apparatuses. 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 process, but an example of the calibration process will be described below.

図31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. 31 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 0006673775
Figure 0006673775

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 0006673775
Figure 0006673775

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 that case, the value obtained by multiplying the channel information of the true forward link regarding the radio modules 955-1 and 955-2 by the common coefficient and the above-mentioned estimated value match, and the directivity formation is performed. Considering that there is no effect even if a common constant is multiplied to all antenna elements, 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。   Also, in the above description, the transmitting side of the target wireless station apparatus is described as a forward link, and the receiving side is described as a reverse link. However, when the target wireless station apparatus is a base station apparatus, the forward link is generally used. 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, the forward link is usually 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 Ohta, Takuto Arai, Hirofumi Shirato, Kazuki Maruta, Tatsuhiko Iwakuni, Masataka Iizuka, "Line-of-sight environment millimeter-wave spatial multiplexing transmission technology using parallel transmission of the first eigenmode: method 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

上述の説明では、時間軸ビームフォーミングに関してもその他の方式であっても、チャネル情報のフィードバックにおいてインプリシットフィードバック技術を適用し、キャリブレーション処理によりリバースリンクのチャネル情報からフォワードリンクのチャネル情報を取得することが前提となっていた。この前提となるのは、図19におけるアンテナ素子204−1~2とアンテナ素子204−3との間のチャネル情報h(f)及びh2(f)が、フォワードリンクとリバースリンクの間で等しい値となることが前提であった。しかし、潤沢な周波数資源といわれるミリ波帯においても、比較的低い周波数帯では1GHzレベルで帯域幅を確保することは難しく、現時点では例えばEバンドと呼ばれる71~76GHz/81~86GHzをFDDで利用することが有望な選択肢の一つとなっている。このバンドはFDDでの利用を想定しているが、上りと下りで周波数がf≠f’と異なる場合、h(f)≠h(f’)及びh(f)≠h(f’)と対称性が維持されないことが予想される。したがって、FDDを用いて上述の無線システムを構築する場合には、異なる周波数を用いることでチャネルの対称性が破れることになるため、インプリシットフィードバックが利用できなくなってしまうという問題があった。 In the above description, the implicit feedback technique is applied to the feedback of the channel information, and the channel information of the forward link is obtained from the channel information of the reverse link by the calibration process, regardless of the time axis beamforming and other methods. It was assumed that. This is based on the premise that channel information h 1 (f k ) and h 2 (f k ) between antenna elements 204-1 and 204-2 and antenna element 204-3 in FIG. It was assumed that the values would be the same between the two. However, even in the millimeter wave band, which is said to be abundant frequency resource, it is difficult to secure a bandwidth at the 1 GHz level in a relatively low frequency band, and currently, for example, 71 to 76 GHz / 81 to 86 GHz called E band is used for FDD. Is one of the promising options. This band is assumed to be used in FDD, but if the frequency is different from f k ≠ f ′ k in the uplink and downlink, h 1 (f k ) ≠ h 1 (f ′ k ) and h 2 (f k It is expected that symmetry with ≠ h 2 (f ′ k ) will not be maintained. Therefore, when the above-described wireless system is constructed using FDD, the symmetry of the channel is broken by using different frequencies, so that there has been a problem that implicit feedback cannot be used.

上記事情に鑑み、本発明は、FDDを用いて無線システムを構築する場合であってもインプリシットフィードバックを利用することができる技術の提供を目的としている。   In view of the above circumstances, an object of the present invention is to provide a technique that can use implicit feedback even when a wireless system is constructed using FDD.

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、アップリンクで利用する第1の周波数と、ダウンリンクで利用する前記第1の周波数と異なる第2の周波数を用いて、前記他の無線通信装置と通信する通信部と、全アンテナ素子又は一部の複数系統に備えられ、該アンテナ素子にて受信された無線周波数のアナログ信号をベースバンドのデジタル信号に変換する信号変換部と、該信号変換部が変換した前記他の無線通信装置が送信したトレーニング信号に対応したデジタル信号を用いて、前記信号変換部が備えられた複数系統のアンテナ素子の中から選定される基準となるアンテナ素子と、他のアンテナ素子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、個別のアンテナ素子の受信信号に対して与えるべき複素位相の回転量を算出する回転量算出部と、前記第1の周波数と前記第2の周波数の比に関する情報と、前記相関算出部又は前記回転量算出部で算出した情報とに基づいて、個別のアンテナ素子の送信信号に対して与えるべき複素位相の回転量を予測する回転量予測部と、前記回転量予測部で予測された複素位相に基づいて、前記アンテナ素子毎の送信信号に対して与えるべき複素位相の回転量を管理する位相回転量管理部と、前記他の無線通信装置宛ての信号を生成する送信信号生成部と、前記位相回転量管理部によって管理された複素位相の回転量を、送信に用いる前記アンテナ素子毎の送信信号に対しアナログ信号上又はデジタル信号上で付与する位相回転部と、前記位相回転部を介して出力された信号を、前記アンテナ素子を介して前記他の無線通信装置に送信する信号送信部と、を備える無線通信装置である。   One embodiment of the present invention is 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 communication unit that communicates with the other wireless communication device by using a first frequency used in the first communication unit and a second frequency different from the first frequency used in the downlink; A signal conversion unit provided in the system for converting a radio frequency analog signal received by the antenna element into a baseband digital signal; and a training signal transmitted by the other wireless communication device converted by the signal conversion unit. Using a digital signal corresponding to the, an antenna element serving as a reference selected from a plurality of antenna elements provided with the signal conversion unit, and other antenna elements A correlation calculation unit that calculates a correlation for each combination, and a rotation amount calculation unit that calculates a rotation amount of a complex phase to be given to a received signal of an individual antenna element based on a calculation result of the correlation by the correlation calculation unit. A complex to be given to a transmission signal of an individual antenna element based on information on a ratio between the first frequency and the second frequency and information calculated by the correlation calculator or the rotation amount calculator. A rotation amount prediction unit that predicts a rotation amount of a phase, and a phase rotation that manages a rotation amount of a complex phase to be given to a transmission signal for each antenna element based on the complex phase predicted by the rotation amount prediction unit. An amount management unit, a transmission signal generation unit that generates a signal addressed to the another wireless communication device, and a transmission amount for each antenna element used for transmission, the rotation amount of the complex phase managed by the phase rotation amount management unit. A phase rotation unit that applies a signal on an analog signal or a digital signal, and a signal transmission unit that transmits a signal output via the phase rotation unit to the other wireless communication device via the antenna element. And a wireless communication device comprising:

本発明の一態様は、上記の無線通信装置であって、前記送信信号生成部が生成した送信信号をアナログ信号上で前記アンテナ素子毎に分岐させる第1の信号分配部を更に備え、前記位相回転部は、前記位相回転量管理部により管理された複素位相の回転量をアンテナ素子毎に備えられた移相器に設定する。   One aspect of the present invention is the wireless communication device described above, further comprising a first signal distribution unit that branches a transmission signal generated by the transmission signal generation unit on an analog signal for each of the antenna elements, The rotation unit sets the rotation amount of the complex phase managed by the phase rotation amount management unit in a phase shifter provided for each antenna element.

本発明の一態様は、上記の無線通信装置であって、前記送信信号生成部が生成した送信信号をデジタル信号上で前記アンテナ素子毎に分岐させる第2の信号分配部を更に備え、前記位相回転部は、前記位相回転量管理部により管理されたアンテナ素子毎の複素位相の回転量ψに対し、係数Exp(jψ)をデジタル信号上でアンテナ素子毎に乗算する。   One embodiment of the present invention is the wireless communication device described above, further comprising a second signal distribution unit that branches the transmission signal generated by the transmission signal generation unit on a digital signal for each of the antenna elements, The rotation unit multiplies the rotation amount の of the complex phase for each antenna element managed by the phase rotation amount management unit by a coefficient Exp (jψ) on a digital signal for each antenna element.

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、アップリンクで利用する第1の周波数と、ダウンリンクで利用する前記第1の周波数と異なる第2の周波数を用いて、前記他の無線通信装置と通信する通信ステップと、全アンテナ素子又は一部の複数系統に備えられ、該アンテナ素子にて受信された無線周波数のアナログ信号をベースバンドのデジタル信号に変換する信号変換部が変換した前記他の無線通信装置が送信したトレーニング信号に対応したデジタル信号を用いて、前記信号変換部が備えられた複数系統のアンテナ素子の中から選定される基準となるアンテナ素子と、他のアンテナ素子の組合せ毎の相関を算出する相関算出ステップと、前記相関算出ステップにおける相関の算出結果に基づいて、個別のアンテナ素子の受信信号に対して与えるべき複素位相の回転量を算出する回転量算出ステップと、前記第1の周波数と前記第2の周波数の比に関する情報と、前記相関算出ステップ又は前記回転量算出ステップの算出結果とに基づいて、個別のアンテナ素子の送信信号に対して与えるべき複素位相の回転量を予測する回転量予測ステップと、前記回転量予測ステップにおいて予測された複素位相に基づいて、前記アンテナ素子毎の送信信号に対して与えるべき複素位相の回転量を管理する位相回転量管理ステップと、前記他の無線通信装置宛ての信号を生成する送信信号生成ステップと、前記位相回転量管理ステップにおいて管理された複素位相の回転量を、送信に用いる前記アンテナ素子毎の送信信号に対しアナログ信号上又はデジタル信号上で付与する位相回転部に設定し、前記位相回転部を介して出力された信号を、前記アンテナ素子を介して前記他の無線通信装置に送信する信号送信ステップと、を有する無線通信方法である。   One aspect of the present invention is a wireless communication method performed 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 communication step of communicating with the other wireless communication device by using a first frequency used in an uplink and a second frequency different from the first frequency used in a downlink; A training signal transmitted by the other wireless communication device, which is provided in an element or a plurality of systems and converted by a signal conversion unit that converts a radio frequency analog signal received by the antenna element into a baseband digital signal. An antenna element serving as a reference selected from a plurality of antenna elements provided with the signal conversion unit using a digital signal corresponding to A correlation calculation step of calculating a correlation for each combination of tena elements, and a rotation amount for calculating a rotation amount of a complex phase to be given to a received signal of an individual antenna element based on a calculation result of the correlation in the correlation calculation step Based on a calculation step, information on a ratio between the first frequency and the second frequency, and a calculation result of the correlation calculation step or the rotation amount calculation step, the information is given to a transmission signal of an individual antenna element. A rotation amount prediction step for predicting a rotation amount of a power phase, and a rotation amount of a complex phase to be given to a transmission signal for each antenna element based on the complex phase predicted in the rotation amount prediction step. A phase rotation amount management step, a transmission signal generation step of generating a signal addressed to the other wireless communication device, and a phase rotation amount management step. The rotation amount of the complex phase managed in the loop is set to a phase rotation unit that gives an analog signal or a digital signal to a transmission signal for each antenna element used for transmission, and is output via the phase rotation unit. Transmitting the transmitted signal to the other wireless communication device via the antenna element.

本発明により、FDDを用いて無線システムを構築する場合であってもインプリシットフィードバックを利用することが可能となる。   According to the present invention, it is possible to use implicit feedback even when a wireless system is constructed using FDD.

本発明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. 3 is a functional block diagram illustrating a configuration example of a wireless station device according to the 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. 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. 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。It is a functional block diagram showing the example of composition of the radio station device in a 2nd 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. 第3の実施形態における直線状にアンテナ素子が配置されたリニアアレーにおけるチャネル情報予測の概要を示す図である。It is a figure showing an outline of channel information prediction in a linear array in which antenna elements are arranged in a straight line in a 3rd embodiment. 同実施形態における平面状に構成されたアレーアンテナの具体例を示す図である。It is a figure showing the example of the array antenna constituted in plane in the embodiment. 同実施形態における平面状に構成されたアレーアンテナの具体例を示す図である。It is a figure showing the example of the array antenna constituted in plane in the embodiment. 同実施形態における平面状に構成された正方アレーアンテナの具体例を示す図である。FIG. 3 is a diagram illustrating a specific example of a square array antenna configured in a planar shape in the same embodiment. 同実施形態における平面状に構成された正方アレーアンテナの具体例を示す図である。FIG. 3 is a diagram illustrating a specific example of a square array antenna configured in a planar shape in the same embodiment. 同実施形態における平面状に構成された正方アレーアンテナの具体例を示す図である。FIG. 3 is a diagram illustrating a specific example of a square array antenna configured in a planar shape in the same embodiment. 同実施形態における平面状に構成された送受信が分離されたアレーアンテナの具体例を示す図である。It is a figure which shows the specific example of the array antenna by which transmission and reception were isolate | separated in the planar form in the same embodiment. 同実施形態における平面状に構成された送受信が分離されたアレーアンテナの具体例を示す図である。It is a figure which shows the specific example of the array antenna by which transmission and reception were isolate | separated in the planar form in the same embodiment. 同実施形態における複素位相の回転量の予測に用いるアンテナパターンの例を示す図である。It is a figure showing an example of an antenna pattern used for prediction of the amount of rotation of a complex phase in 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デジタル信号処理を用いた送受信信号処理回路の別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 another configuration example of the transmission / reception signal processing circuit using digital signal processing in the same embodiment. 本発明の第4の実施形態における複素位相の換算方法の概要を示す図である。It is a figure showing an outline of a conversion method of a complex phase in a 4th embodiment of the present invention. 本発明の第4の実施形態におけるFDD適用時のインプリシットフィードバック法の処理の流れを示すフローチャートである。It is a flow chart which shows a flow of processing of an implicit feedback method at the time of application of FDD in a 4th embodiment of the present invention. 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. 11 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”, but here, they are unified as “time axis” and “frequency axis”. 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に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 is performed to direct the directional gain of the antenna element group in the direction. 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 individually for each antenna element in digital signal processing, and an A / D (analog / digital) conversion is performed separately 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 dependency 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 the 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 the 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. Thus, a desired complex phase is rotated to form directivity on an 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。   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.

また、時間軸ビームフォーミングは、到来波の最大強度となるパスに指向性を向ける制御に相当する。そのため、最大強度となるパスの方向からの到来波の平面波近似では、平面的に配置されたアンテナ素子から平面波の波面となる同位相となる平面へ引いた垂線の長さは経路長差となり、その経路長差は幾何学的な周期性を持ち、座標の関数で与えられることになる。また、送受信ウエイトは、その経路長差をキャンセルする複素位相の回転に対応する係数になる。   In addition, time-axis beam forming corresponds to control for directing a directivity to a path where the intensity of an incoming wave is maximum. Therefore, in the plane wave approximation of the arriving wave from the direction of the path having the maximum intensity, the length of the perpendicular drawn from the planarly arranged antenna element to the plane having the same phase as the wavefront of the plane wave becomes a path length difference, The path length difference has a geometric periodicity and is given as a function of coordinates. The transmission / reception weight is a coefficient corresponding to the rotation of the complex phase for canceling the path length difference.

もちろん、実際にはマルチパス成分を伴う上に測定誤差も含むため、アンテナ素子毎の複素位相の回転量は綺麗な周期性から若干ずれることになる。しかし、近似的にはアンテナが配置される平面上にx軸、y軸を設定し、アンテナ素子の座標点に対してz軸を複素位相の回転量として3次元表記を行い、各アンテナ素子の座標に対してその複素位相の回転量をプロットすると、全プロット点は平面波近似ではひとつの平面上に存在することになる。なお、複素位相の回転量ψは、±2π×整数を加算しても複素数Exp(−j{ψ±2π×整数})は全く等価であるため、全体のアンテナ開口が大きい場合には各アンテナ素子の座標によっては±2π×整数を加算した値として平面上に存在すると見なすべき場合もあるが、その様な複素位相のオフセットを考慮すれば、少数のアンテナ素子で複素位相の回転量を求め、残りのアンテナ素子は経路長差を基に線形補間処理で複素位相の回転量を近似的に取得することができる。   Of course, the rotation amount of the complex phase for each antenna element slightly deviates from the beautiful periodicity because it actually involves a multipath component and also includes a measurement error. However, approximately, an x-axis and a y-axis are set on a plane on which the antenna is arranged, and three-dimensional notation is performed with respect to a coordinate point of the antenna element by using the z-axis as a rotation amount of a complex phase. When plotting the amount of rotation of the complex phase with respect to the coordinates, all plot points are present on one plane in the plane wave approximation. In addition, since the complex number Exp (−jψ ± 2π × integer ψ) is completely equivalent even when ± 2π × integer is added to the rotation amount 複 素 of the complex phase, each antenna is large when the entire antenna aperture is large. Depending on the coordinates of the elements, there may be cases where it is considered that they exist on a plane as a value obtained by adding ± 2π × integer. However, considering such a complex phase offset, the rotation amount of the complex phase can be obtained with a small number of antenna elements. The remaining antenna elements can approximately acquire the rotation amount of the complex phase by linear interpolation based on the path length difference.

また、FDDの様にアップリンクとダウンリンクの周波数が異なったり、送信アンテナと受信アンテナを分離するようなアップリンク/ダウンリンクのチャネルの非対称性が伴う場合でも、この経路長差を考慮すれば複素位相の回転量を近似的に取得することは可能である。例えば、経路長差をΔL、波長をλとすれば、経路長差をキャンセルするための複素位相の回転量は(2πΔL/λ)で与えられる。   Even when the uplink and downlink frequencies are different, such as FDD, or when there is an asymmetry in the uplink / downlink channel that separates the transmission antenna and the reception antenna, the path length difference can be considered. It is possible to approximately acquire the rotation amount of the complex phase. For example, if the path length difference is ΔL and the wavelength is λ, the amount of rotation of the complex phase for canceling the path length difference is given by (2πΔL / λ).

例えば、アップリンクでの周波数がFで波長がλとし、ダウンリンクでの周波数がFで波長がλとする。アップリンクの受信時の複素位相の回転量ΔθULが(2πΔL/λ)とすると、ダウンリンクの受信時の複素位相の回転量ΔθDLは(2πΔL/λ)となり、結果的に以下の式(6)の関係式が成り立つ。 For example, the frequency of the uplink and 1 wavelength lambda in F 1, the frequency of the downlink wavelength F 2 is the lambda 2. Assuming that the rotation amount Δθ UL of the complex phase at the time of receiving the uplink is (2πΔL / λ 1 ), the rotation amount Δθ DL of the complex phase at the time of receiving the downlink is (2πΔL / λ 2 ). Equation (6) holds.

Figure 0006673775
Figure 0006673775

したがって、FDDの場合でも、アップリンクで周波数Fのチャネル推定を基に複素位相の回転量を求めたら、その値に(λ/λ)を乗算すると近似的にダウンリンクで周波数Fの複素位相の回転量が求まることになる。このアップリンクの複素位相の回転量は、上述のように全てのアンテナ素子で求める必要はないので、アップリンクの一部のアンテナ素子で周波数Fの複素位相の回転量を求めたら、残りのアンテナ素子の周波数Fの複素位相の回転量を求めることも可能であり、これが求まれば同様にダウンリンクで周波数Fの複素位相の回転量も算出することが可能になる。 Therefore, even in the case of FDD, if the amount of rotation of the complex phase is obtained based on the channel estimation of the frequency F 1 on the uplink, and the value is multiplied by (λ 1 / λ 2 ), the frequency F 2 on the downlink is approximately obtained. Of the complex phase is obtained. Rotation of the complex phase of the uplink, there is no need to seek in all of the antenna elements as described above, After determining the amount of rotation of the complex phase of the frequencies F 1 part of the antenna elements of the uplink, the remaining it is also possible to determine the amount of rotation of the complex phase of the frequencies F 1 of the antenna element, which likewise makes it possible also to calculate the amount of rotation of the complex phase of the frequency F 2 in the downlink if Motomare.

この際、最低3つのアンテナ素子における複素位相の回転量が求まれば、その3点を含む平面上の各アンテナ素子座標の複素位相の回転量から、残りのアンテナ素子の複素位相の回転量が算出できる。4点以上のアンテナ素子で複素位相の回転量を算出できれば、各アンテナ素子の座標と複素位相の回転量で与えられる3次元空間上の複素位相の回転量と、算出された複素位相の回転量との誤差に対する最小二乗法のアプローチで、最も2乗誤差の和の小さな平面を算出し、その平面上での各アンテナ座標に対する複素位相の回転量を求め、これを移相器に設定して対応してもよい。   At this time, if the amount of rotation of the complex phase of at least three antenna elements is obtained, the amount of rotation of the complex phase of the remaining antenna elements is obtained from the amount of rotation of the complex phase of each antenna element coordinate on the plane including the three points. Can be calculated. If the amount of rotation of the complex phase can be calculated by four or more antenna elements, the amount of rotation of the complex phase in a three-dimensional space given by the coordinates of each antenna element and the amount of rotation of the complex phase, and the amount of rotation of the calculated complex phase With the least-squares approach to the error, the plane with the smallest sum of the square errors is calculated, the amount of rotation of the complex phase with respect to each antenna coordinate on the plane is calculated, and this is set in the phase shifter. You may respond.

ここで注意すべき点として、相関演算により求まる複素位相の回転量には、2π周期の複素位相の不確定性が存在することであるが、係数(λ/λ)を乗算すべき複素位相の回転量は、この2π周期の複素位相の不確定性を排除したものでなければならない。例えば、直線的に配置された第1〜第6のアンテナ素子に対し、第1アンテナ素子を基準とした複素位相の回転量が、第1アンテナ素子から「0」、「π/2」、「π」、「3π/2」、「0」、「π/2」であったとする。ここで、第4アンテナ素子の「3π/2」までは単調に増加しており連続性があるが、第5アンテナ素子の複素位相の回転量「0」は実際には「2π」と見なすべきであり、同様に第6アンテナ素子の複素位相の回転量「π/2」は実際には「5π/2」と見なすべきである。これは、例えばアンテナ素子間隔や到来方向の設計条件により、隣接するアンテナ素子との間で複素位相の回転量の差が±π以上変化しないという仮定を導入すれば、容易に2π周期の複素位相の不確定性は除去でき、その複素位相の回転量に対して係数(λ/λ)を乗算すれば良い。一例として、係数(λ/λ)が0.9であるならば、アップリンクから求めた第1〜第6アンテナ素子の複素位相の回転量「0」、「π/2」、「π」、「3π/2」、「0」、「π/2」に対し、キャリブレーションを実施する前のダウンリンクの複素位相の回転量は「0」、「0.9×π/2」、「0.9×π」、「0.9×3π/2」、「0.9×2π」、「0.9×5π/2」で与えられることになる。
また、仮にアップリンクとダウンリンクのアンテナ素子が異なる構成を取る場合であっても、アップリンクのアンテナ素子とダウンリンクのアンテナ素子が入り混じって全体のアンテナ構成を取る場合には、アップリンクの受信アンテナでそのアンテナ素子の周波数Fの複素位相の回転量を求めたら、その他のダウンリンク用のアンテナ素子をアップリンクでも用いると仮定した場合の周波数Fの複素位相の回転量も算出することが可能であり、そのアンテナ素子の位相回転量を基にキャリブレーション処理を実施し、ダウンリンク用のアンテナ素子の周波数Fの複素位相の回転量を算出することができる。
It should be noted here that the rotation amount of the complex phase obtained by the correlation operation has an uncertainty of the complex phase of 2π period, but the complex amount to be multiplied by the coefficient (λ 1 / λ 2 ). The amount of phase rotation must exclude the uncertainty of the complex phase of the 2π period. For example, for the first to sixth antenna elements arranged linearly, the rotation amount of the complex phase with respect to the first antenna element is “0”, “π / 2”, “ π ”,“ 3π / 2 ”,“ 0 ”, and“ π / 2 ”. Here, up to “3π / 2” of the fourth antenna element monotonically increases and has continuity, but the rotation amount “0” of the complex phase of the fifth antenna element should actually be regarded as “2π”. Similarly, the rotation amount “π / 2” of the complex phase of the sixth antenna element should be regarded as “5π / 2”. This can be easily achieved by introducing the assumption that the difference in the amount of rotation of the complex phase between adjacent antenna elements does not change by more than ± π due to the design conditions of the antenna element spacing and the direction of arrival, for example. Can be removed, and the rotation amount of the complex phase may be multiplied by a coefficient (λ 1 / λ 2 ). As an example, if the coefficient (λ 1 / λ 2) is 0.9, the amount of rotation of the complex phase of the first to sixth antenna element determined from the uplink "0", "[pi / 2", "[pi , “3π / 2”, “0”, and “π / 2”, the rotation amount of the downlink complex phase before performing the calibration is “0”, “0.9 × π / 2”, It is given by “0.9 × π”, “0.9 × 3π / 2”, “0.9 × 2π”, and “0.9 × 5π / 2”.
Even if the uplink and downlink antenna elements have different configurations, if the uplink antenna element and the downlink antenna element are mixed and the overall antenna configuration is adopted, the uplink After determining the amount of rotation of the receiving antenna in the complex phase of the frequencies F 1 of the antenna elements also calculates the rotation amount of the complex phase of the frequency F 2 assuming that used in other antenna elements uplink for the downlink it is possible, it is possible that the calibration process is performed based on the phase rotation amount of the antenna elements, it calculates a rotation amount of the complex phase of the frequency F 2 of the antenna element for the downlink.

ないしは、アップリンク用のアンテナ素子群とダウンリンク用のアンテナ素子群が物理的に分離して構成されている場合でも、アップリンク用のアンテナ素子群とダウンリンク用のアンテナ素子群が単純な平行移動関係にある場合(すなわち、同一平面上で且つ、各アンテナ素子の相対的な位置関係が送受信アンテナで変わらない場合)、受信側のアンテナで求めたダウンリンクの複素位相の回転量をそのまま送信側の対応するアンテナ素子の複素位相として用いたとしても、送受信局間の距離が十分に離れていて、共通の平面波近似が可能と予想される場合には、十分に近似的に有効な指向性形成が可能であると予想される。
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。
Alternatively, even when the uplink antenna element group and the downlink antenna element group are physically separated, the uplink antenna element group and the downlink antenna element group are simply arranged in parallel. In the case of a moving relationship (that is, when the relative positional relationship between the antenna elements does not change between the transmitting and receiving antennas on the same plane), the amount of rotation of the downlink complex phase obtained by the receiving antenna is transmitted as it is. Even if it is used as the complex phase of the corresponding antenna element on the side, if the distance between the transmitting and receiving stations is sufficiently large and it is expected that a common plane wave approximation is possible, the directivity that is sufficiently approximately effective It is expected that formation is possible.
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28〜図30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28及び図29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. 28 to 30 are denoted by the same reference numerals. In the present embodiment, as shown in FIGS. 28 and 29 of the related art, a configuration using a “sub-array separation type” 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28及び図29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, 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. The phase shifters 402-n-1 to 402-nM are connected to the 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. 28 and D / A converters 922-1-1 to 922-NM shown in FIG. 29, 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 the local signal between the signal sequences that cooperate in forming the 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27の説明では全アンテナ素子数をMとしていたが、図28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27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 FIG. 27 it has a total number of antenna elements and M 0, but because in this case as in the case of FIG. 28 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. 27, 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。   Further, in the present embodiment, the process of estimating the amount of complex phase rotation basically performed by the variable phase shifter 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 both cases, even if signal processing on the time axis is premised, such as SC-FDE (Single-Carrier Frequency Domain Equalization), both methods can be supported. 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, 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 “. 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 spatially multiplexed, and inputs the transmission signal to the transmission / reception signal processing circuits 451-1 to 451-N. The transmission signal of the time base digital baseband generated by the modulator 120-n is input to the transmission / reception signal processing circuit 451-n (n = 1,..., 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。例えば、移相器402−n−1〜402−n−Mは、アナログ信号形式の無線周波数帯の信号に対して所定量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. For example, the phase shifters 402-n-1 to 402-n-M apply a predetermined amount of complex phase rotation to a signal in a radio frequency band in an analog signal format. 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, individual directivities are formed in the antenna elements 401-1-1 to 401-1-M and the antenna elements 401-N-1 to 401-NM, and a radio station device in the directivity direction is formed. 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 device 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-n-M (n = 1,..., N) are input to the phase shifters 402-n-1 to 402-n-M, 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. 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 the 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 this 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 substantially 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. In any case, however, the details of the signal separation method here are omitted because they do not directly relate 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 controlled by 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. Except when calculating the rotation amount of the complex phase, the phase shifters 402-n-1 to 402-n-M (n = 1,..., N) are connected to the distribution coupler 404-n. In addition, when performing the calculation processing 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 the 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 amount of rotation of the complex phase is + α degrees, . +-. Degree., + .Gamma.,..., The phase rotation amounts of the phase shifters 402-1-1 to 402-NM at the time of the subsequent communication are + (. Alpha. + 10) degrees and + (. Beta. + 20) 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 rotation amount 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-n-M (n = 1,..., N) are input to the phase shifters 402-n-1 to 402-n-M, 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. To down converters 424-n-1 to 424-n-M. The down-converters 424-n-1 to 424-n-M respectively convert the input radio frequency signals into analog baseband signals, and convert the signals into A / D converters 425-n-1 to 425-n-M. 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 Expressions (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 this 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 performing communication 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 amount of rotation 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 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 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 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 the wire, but the D / A converters 122-1 to 122-N and the A / D converters 125-1 to 125-N are connected to the baseband signal processing circuit 140. 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 may be an analog baseband signal.

次に、従来技術における図28に対する図29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. 29 with respect to FIG. 28 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) of the wireless station device 452 according to the present embodiment. In this figure, the same functional blocks as those in the above-mentioned figures are given 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- 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 used. 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 the local signal between the signal sequences that cooperate in forming the directivity. However, unlike the case of FIG. 1, all the down converters 424-1-1 to 424-NM are 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。   As described above, 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 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, in the wireless station device 450 shown in FIG. 1 and the wireless station device 452 shown in FIG. 2, the internal processing in the transmission / reception signal processing circuits 451-1 to 451-N is the same. FIG. 2 shows a case where the control circuit 460 is mounted on the baseband signal processing circuit 140, but the control circuit 460 can be mounted at an arbitrary place in the wireless station device 452. The control circuit 460 manages the frame period, 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 the same processing as that of the radio station apparatus 450 shown in FIG. 1, analog signals of radio frequencies subjected to processing 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 the 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 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 wireless 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。   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 there is a difference in the units performed, the signal processing in the transmission / reception signal processing circuits 451-1 to 451-N in FIG. 1 and 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 wireless station apparatus 450 faces the wireless station apparatus 452, so that it is possible to spatially multiplex N-system signals.

次に、図4〜図6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〜図6のそれぞれ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〜図6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 FIGS. 4 to 6 can be replaced with the transmission and reception signal processing circuits 451-1 to 451-N included in the wireless station device 450 shown in FIG. 1 or the wireless station device 452 shown in FIG. . Hereinafter, a case will be described as an example where 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 FIGS. 401-M.

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 this figure, the same functional blocks as those in the above-mentioned figures are given 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. 2 is that the TDD switches 408-n-1 to 408-n-M are the antenna elements 401. -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 place 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. 408-n-M through the antenna elements 401-n-1 to 401-n-M. 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 the switches 403-n-1 to 403-n-M receive signals while the phase shifters 402-n-1 to 402-n-M and the distribution coupler 415-n are connected. 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。   The 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 input to 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. And 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 processing 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, as in the above description. The transmission / reception signal processing circuits 453-1 to 453-N simultaneously perform the same processing 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 is to 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. The 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 input to 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. To down converters 424-n-1 to 424-n-M. The down-converters 424-n-1 to 424-n-M respectively convert the input radio frequency signals into analog baseband signals, and convert the signals into A / D converters 425-n-1 to 425-n-M. 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 by reading from the 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-n-M, 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.

図5は、本実施形態における送受信信号処理回路454−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. 5 is a functional block diagram showing a configuration example of the transmission / reception signal processing circuit 454-n (n = 1,..., N) in the present embodiment. In this figure, the same functional blocks as those in the above-mentioned figures are given the same numbers, and their explanations are omitted.

同図に示す送受信信号処理回路454−nと、図4に示す送受信信号処理回路453−nとの差分は以下の点である。すなわち、図4に示す送受信信号処理回路453−nはアンテナ素子401−n−1〜401−n−Mを送受信で共用していた。一方、図5に示す送受信信号処理回路454−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450の送受信信号処理回路451−nを送受信信号処理回路454−nに置き換える場合は、アンテナ素子441−n−1〜441−n−Mが追加され、TDDスイッチ408−n−1〜408−n−Mは省略される。なお、無線局装置452の送受信信号処理回路451−nを送受信信号処理回路454−nに置き換える場合は、アンテナ素子401−n−1〜401−n−Mに代えて、送受信信号処理回路454−1〜454−Nで共用するアンテナ素子401−1〜401−M及びアンテナ素子441−1〜441−M(及びアンテナ素子401−1〜401−M、アンテナ素子441−1〜441−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 454-n shown in FIG. 4 and the transmission / reception signal processing circuit 453-n shown in FIG. 4 is as follows. That is, the transmission / reception signal processing circuit 453-n illustrated in FIG. 4 shares the antenna elements 401-n-1 to 401-n-M for transmission and reception. On the other hand, the transmission / reception signal processing circuit 454-n illustrated in FIG. 5 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 451-n of the wireless station device 450 with the transmission / reception signal processing circuit 454-n, the antenna elements 441-n-1 to 441-n-M are added, and the TDD switch 408-n-M is added. 1 to 408-nM are omitted. When replacing the transmission / reception signal processing circuit 451-n of the wireless station device 452 with the transmission / reception signal processing circuit 454-n, the transmission / reception signal processing circuit 454-n is used instead of the antenna elements 401-n-1 to 401-n-M. The antenna elements 401-1 to 401-M and the antenna elements 441-1 to 441-M shared by the antenna elements 1 to 454-N (and correspond to the antenna elements 401-1 to 401-M and the antenna elements 441-1 to 441-M) Distribution coupler).

図4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453−nと見なして説明をしていたが、TDDスイッチ408−n−1〜408−n−Mをアンテナ素子側の機能と見なせば、図4と図5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4に示す送受信信号処理回路453−nでは、アンテナ素子401−n−1〜401−n−Mが信号を受信していたのに対し、図5に示す送受信信号処理回路454−nではアンテナ素子441−n−1〜441−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408−n−1〜408−n−Mを経由しない点を除けば、図5に示す送受信信号処理回路454−nと、図4に示す送受信信号処理回路453−nにおける全ての信号処理は共通である。   In the description of FIG. 4, for convenience, the description has been made assuming that the portion immediately near the antenna element is the transmission / reception signal processing circuit 453-n. However, the TDD switches 408-n-1 to 408-n-M are provided with the function of the antenna element side. If considered, FIGS. 4 and 5 are completely equivalent diagrams. In the details of the signal processing, in the transmission / reception signal processing circuit 453-n shown in FIG. 4 in the reception system, the antenna elements 401-n-1 to 401-n-M receive signals, whereas in FIG. In the transmission / reception signal processing circuit 454-n shown in (1), reception is performed using the antenna elements 441-n-1 to 441-n-M, and transmission / reception does not pass through the TDD switches 408-n-1 to 408-n-M. Except for this point, all the signal processing in the transmission / reception signal processing circuit 454-n shown in FIG. 5 and the transmission / reception signal processing circuit 453-n shown in FIG. 4 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。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。   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. 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.

図6は、本実施形態における送受信信号処理回路455−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. 6 is a functional block diagram showing a configuration example of the transmission / reception signal processing circuit 455-n (n = 1,..., N) in the present embodiment. In this figure, the same functional blocks as those in the above-mentioned figures are given the same numbers, and their explanations are omitted.

図6に示す送受信信号処理回路455−nにおいても、図5に示す送受信信号処理回路454−nと同様に、TDDスイッチ408−n−1〜408−n−Mをアンテナ素子側の機能と見なせば、図6も図4と全く等価な図である。この意味で図6に示す送受信信号処理回路455−nにおいても、図5に示す送受信信号処理回路454−nと同様に、送信用のアンテナ素子401−n−1〜401−n−Mと受信用のアンテナ素子441−n−1〜441−n−Mとを分離した構成となっている。ただし、図5に示す送受信信号処理回路454−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401−n−1とアンテナ素子441−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6に示す送受信信号処理回路455−nでは送信用のアンテナ素子401−n−1〜401−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441−n−1〜441−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(ないしはアンテナ素子とを結ぶ配線上の幾何学的違い)以外は、図5と図6では差がない。
なお、図6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 455-n shown in FIG. 6, similarly to the transmission / reception signal processing circuit 454-n shown in FIG. 5, the TDD switches 408-n-1 to 408-n-M are regarded as functions on the antenna element side. 6 is a diagram completely equivalent to FIG. In this sense, also in the transmission / reception signal processing circuit 455-n shown in FIG. 6, similarly to the transmission / reception signal processing circuit 454-n shown in FIG. 5, the transmission antenna elements 401-n-1 to 401-n-M and the reception antenna Antenna elements 441-n-1 to 441-n-M are separated from each other. However, in the transmission / reception signal processing circuit 454-n illustrated in FIG. 5, a pair of individual transmission / reception antenna elements (for example, a pair of the antenna element 401-n-1 and the antenna element 441-n-1) is integrally disposed in the vicinity. In the transmission / reception signal processing circuit 455-n shown in FIG. 6, the transmission antenna elements 401-n-1 to 401-n-M constitute one transmission antenna array, and the reception antenna element 441-n-1 to 441-n-M assume a configuration in which they constitute one receiving antenna array. Therefore, there is no difference between FIGS. 5 and 6 except for the physical arrangement of the antenna elements (or the geometrical difference in the wiring connecting the antenna elements).
In the case where the transmitting and receiving antennas are operated separately as shown in FIG. 6, a wall-shaped obstacle may be arranged to avoid signal leakage from the transmitting antenna to the receiving antenna.

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 the present 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 wireless 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 uses a switch to output a signal from a receiving antenna to an A / D converter when receiving a training signal, and to a receiving circuit when performing signal demodulation by performing signal synthesis. 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 amount of A / D converters and D / A conversion 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7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7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. 7 is a functional block diagram illustrating a configuration example (sub-array separation type) of the wireless station device 550 according to the present embodiment. Similarly to the first embodiment, in the second embodiment as well, as shown in FIGS. 1 and 2 in the first embodiment, a “sub-array separation type” in which a directional beam is divided and formed into a plurality of sub-arrays. 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. 7 illustrates the “sub-array separation type”. In this figure, the same functional blocks as those in the above-mentioned figures are given 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27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。   Similarly to 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 in 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 apart 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. 27, 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 to connect the distribution coupler 504-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. 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 rotation processing of the complex phase is realized by analog signal processing. For this reason, even when 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 the SC-FDE is used. Even if the above signal processing is assumed, it is possible to cope with either method, and the concept regarding the variation of the communication method such as the OFDM modulation method 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 necessary, 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. In this case, a common local oscillator is used. You can 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 spatially multiplexed, and inputs the generated signal to the transmission / reception signal processing circuits 551-1 to 551-N. 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 branches the analog signal input from the TDD switch 127-n into an M-system analog signal, 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, and the similar processing is performed in parallel while maintaining a substantially synchronous relationship such as operating with a common clock. 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 radio station apparatus 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 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。   Signals received by antenna elements 501-n-1 to 501-n-M (n = 1,..., N) 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 performs a predetermined complex phase rotation on an analog signal with respect to the input 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. 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 the phase shifters 502-n-1 to 502-n-M performs a predetermined complex phase rotation on an analog signal with respect to the signal received via the antenna element 501-n-1 to 501-n-M. Are added to each other to form a predetermined directivity, and perform communication 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, and the similar processing is performed in parallel while maintaining a substantially synchronous relationship such as operating with a common clock. 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。   The signal separation circuit 141 performs the same processing as that of the wireless station device 450 shown in FIG. 1 on the signals input from the transmission / reception signal processing circuits 551-1 to 551-N, and removes the signals in the above-described directivity formation. 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 signal processing for forming the directivity 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-M. 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 amount of rotation 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. + 20) 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 an actual process, first, the wireless station device of the communication partner to acquire the rotation amount of the complex phase transmits a training signal for channel estimation, and the wireless station device 550 receives this training signal. Signals received by antenna elements 501-n-1 to 501-n-M (n = 1,..., N) 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 performs a predetermined complex phase rotation on an analog signal with respect to the input signal, and outputs the result through switches 503-n-1 to 503-n-M. And input to the distribution coupler 504-n. Here, since all of the switches 503-n-1 to 503-n-M are OFF except one, the signal synthesized by 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 only among 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. 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 analog baseband 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 (for example, a periodicity such that a training signal having the same content is repeated at a cycle of 2048 samples) with respect to the recorded digital baseband signal, and The sampling data of each antenna element 501-nk is extracted so that the sampling timings in the cycle correspond to each other, and the equations (1) to (N) are calculated similarly to the correlation calculation circuits 405-1 to 405-N of the first embodiment. 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 using Expression (3). This utilizes the fact that the time variation of the channel can be neglected 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 transmitting 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(7)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 (7) for various Δf ′.

Figure 0006673775
Figure 0006673775

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(8)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 (8) on the sampling data S k (n ′).

Figure 0006673775
Figure 0006673775

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 that is continuous during switching from the switch 503-n-1 to the switch 503-n-1 regardless of the 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 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 device 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 the 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 that performs communication. The phase shift control circuit 506-n obtains the rotation amount 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 rotation amount 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) 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, the individual high power amplifier and low noise amplifier 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 to reduce the correlation between directional beams formed on analog. Are set apart 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8に示す。   Next, similarly to FIG. 2 with respect to FIG. 1 in the first embodiment, the wireless station apparatus of the present embodiment is configured by a “shared sub-array type” that realizes a plurality of directional beam formations by one array antenna. Is also possible. This configuration is shown in FIG.

図8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. 8 is a functional block diagram illustrating a configuration example (shared sub-array) of the wireless station device 552 in the present embodiment. In this figure, the same functional blocks as those in the above-mentioned figures are given 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-M. 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7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7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7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7に示す無線局装置550と図8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. 7, N corresponds to the number of multiplexing (the number of streams) when performing spatial multiplexing, and the transmission / reception signal processing circuits 551-1 to 551-N have 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. 7, the number of antenna elements of each sub-array is M, so the total number of antennas is N × M. However, in this drawing shared as in the case of 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. 7 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8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 the digital baseband signal is transferred over the wire. Also, as in the case of FIG. 1, FIG. 8 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。   Like the wireless station device 550, the wireless station device 552 basically performs digital signal processing on the amount of complex phase rotation performed by the phase shifter corresponding to the transmission / reception weight, and performs actual complex phase rotation processing on 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-mentioned 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7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。   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. 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 wireless station device 550 shown in FIG. 7, in the wireless station device 552, the up converters 123-1 to 123-N and the down converters 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, and a local oscillator that is shared externally substantially exists. 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8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 connected via the distribution couplers 507-1 to 507-M. The antenna elements 501-1 to 501-M are shared. FIG. 8 shows an example in which control circuit 560 is implemented in baseband signal processing circuit 140, but may be implemented in any location in wireless station apparatus 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7に示す無線局装置550と、図8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7に示す無線局装置550も図8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. 7 and the wireless station device 552 shown in FIG. 8 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. 7 and the wireless station device 552 shown in FIG.

以下では、図7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。
The following description focuses on the difference from the wireless station device 550 shown in FIG.
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7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 shown in FIG. 7 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7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 apparatus 552 adds the same signals as those calculated by the wireless station apparatus 550 shown in FIG. 7 in calculating the amount of rotation of the complex phase to the signals input to the phase shifters 502-1-1 to 502-NM. Perform processing.

その他の動作に関しては、基本的に図7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7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9〜図12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9〜図12のそれぞれに示す送受信信号処理回路は、図7に示す無線局装置550又は図8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9〜図12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. 9 to 12 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. 7 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 included 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. Distribution coupler (HYB)).

図9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. 9 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 this figure, the same functional blocks as those in the above-mentioned figures are given 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7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8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. 7, the antenna elements 501-n-1 to 501-n-M are shown in the figure for easy understanding in comparison with FIG. 7, 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7及び図8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7及び図8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9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7及び図8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7及び図8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7及び図8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. 7 and 8 and the transmission / reception signal processing circuit 553-n shown in FIG. 7 is 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. 9 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10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. 10 is a functional block diagram illustrating a configuration example of the transmission / reception signal processing circuit 554-n according to the present embodiment. In this figure, the same functional blocks as those in the above-mentioned figures are given 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7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. 7, 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7または図8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. 7 or FIG. 8 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7又は図8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10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7や図8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. 7 or FIG. 8, 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 advantage of adopting the configuration as shown in FIG. 10 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 FIGS. 7 and 8. 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7及び図8における送受信信号処理回路551−nを、図10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 in FIGS. 7 and 8 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7又は図8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, similarly to the transmission / reception signal processing circuit 551-n shown in FIG. 7 or FIG. 8, when calculating the amount of rotation 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 should 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. The 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 performs a predetermined complex phase rotation on an analog signal with respect to the input 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 only 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 analog baseband 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7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 amount of rotation 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11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. 11 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 this figure, the same functional blocks as those in the above-mentioned figures are given 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10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10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11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. 10 and the transmission / reception signal processing circuit 554-n shown in FIG. 10 is as follows. That is, the transmission / reception signal processing circuit 554-n shown in FIG. 10 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. 11 has a configuration in which these are separated for transmission and reception, pairs are formed for transmission / reception, and a set of transmission / reception antennas is arranged in a close place. Therefore, when replacing the transmission / reception signal processing circuit 551-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- 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10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10と図11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10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11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10に示す送受信信号処理回路554−nと、図11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. 10, for the sake of convenience, the description has been made assuming that the portion immediately near the antenna element is the transmission / reception signal processing circuit 554-n. However, the TDD switches 508-n-1 to 508-n-M are provided with the functions of the antenna element side. If considered, FIGS. 10 and 11 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. 10 is different from the antenna element 501-n-1 to 501-n-M in that the signal is received in FIG. In the transmission and reception signal processing circuit 555-n shown in FIG. Except for this point, all the signal processing in the transmission / reception signal processing circuit 554-n shown in FIG. 10 and the transmission / reception signal processing circuit 555-n shown in FIG. 11 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12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. 12 is a functional block diagram showing a configuration example of the transmission / reception signal processing circuit 556-n (n = 1,..., N) in the present embodiment. In this figure, the same functional blocks as those in the above-mentioned figures are given the same numbers, and their explanations are omitted.

図12に示す送受信信号処理回路556−nにおいても、図11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10も図12と全く等価な図である。この意味で図12に示す送受信信号処理回路556−nにおいても、図11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11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12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11と図12では差がない。   In the transmission / reception signal processing circuit 556-n shown in FIG. 12, similarly to the transmission / reception signal processing circuit 555-n shown in FIG. 11, the TDD switches 508-n-1 to 508-n-M have the functions on the antenna element side. If considered, FIG. 10 is a diagram completely equivalent to FIG. In this sense, also in the transmission / reception signal processing circuit 556-n shown in FIG. 12, similarly to the transmission / reception signal processing circuit 555-n shown in FIG. 11, the transmitting 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. 11, 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 arranged in the vicinity. In the transmission / reception signal processing circuit 556-n shown in FIG. 12, 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 FIGS. 11 and 12 except for the physical arrangement of antenna elements.

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.

[第3の実施形態]
一般に、複数のアンテナ素子のチャネル情報を取得する場合、マルチパス環境であれば1/2波長程度の距離が離れたアンテナ素子の場合にはチャネル情報の相関が大きく低下している。しかし、概ね見通し環境となる場合や反射点が限定されている場合などでは、最も強度が強い到来波に対する平面波近似が適用可能となる傾向がある。この場合、同一の複素位相で到来する波面を抽出することができれば、アンテナ平面と到来波の波面との間のアンテナ素子毎の経路長差は幾何学的な規則性を持ち、一部のアンテナ素子のチャネル情報の複素位相から残りのアンテナ素子のチャネル情報の複素位相を推定することができる。
[Third Embodiment]
Generally, when acquiring channel information of a plurality of antenna elements, in a multipath environment, in the case of antenna elements separated by a distance of about 1 / wavelength, the correlation of the channel information is greatly reduced. However, when the environment is generally in the line-of-sight environment or when the number of reflection points is limited, the plane wave approximation for the arriving wave having the highest intensity tends to be applicable. In this case, if a wavefront arriving with the same complex phase can be extracted, the path length difference between each antenna element between the antenna plane and the wavefront of the arriving wave has a geometric regularity, and some antennas The complex phase of the channel information of the remaining antenna element can be estimated from the complex phase of the channel information of the element.

図13に、本発明の第3の実施形態における直線状にアンテナ素子が配置されたリニアアレーにおけるチャネル情報予測の概要を示す。同図では、アンテナ素子401−1〜401−5が直線状に配置されている状態が示されている。まず、リニアアレーの正面方向に対して角度θ方向から到来する平面波について考える。また、各アンテナの素子の間隔をdとする。ここで、アンテナ素子401−1における受信信号をΦ1(t)、アンテナ素子401−2における受信信号をΦ2(t)、・・・、アンテナ素子401−5における受信信号をΦ5(t)とし、アンテナ素子401−1を基準とした第sアンテナ素子(sは2以上の整数)の経路長差をΔLsとする。便宜上、ΔL1は0とする。   FIG. 13 shows an outline of channel information prediction in a linear array in which antenna elements are linearly arranged according to the third embodiment of the present invention. FIG. 1 shows a state in which the antenna elements 401-1 to 401-5 are linearly arranged. First, consider a plane wave arriving from the angle θ direction with respect to the front direction of the linear array. The distance between the elements of each antenna is d. Here, the received signal at the antenna element 401-1 is Φ1 (t), the received signal at the antenna element 401-2 is Φ2 (t),..., The received signal at the antenna element 401-5 is Φ5 (t), Let ΔLs be the path length difference of the s-th antenna element (s is an integer of 2 or more) with respect to antenna element 401-1. ΔL1 is set to 0 for convenience.

一般に、波長がλの時に経路長ΔLを経由すると、複素位相は2πΔL/λだけ回転する。平面波近似を想定すると、アンテナ素子401−1とアンテナ素子401−2の間の経路長差はΔL2=d・Sinθである。同様に、アンテナ素子401−1とアンテナ素子401−3の間の経路長差はΔL3=2×d・Sinθ、アンテナ素子401−1とアンテナ素子401−4の間の経路長差はΔL4=3×d・Sinθ、アンテナ素子401−1とアンテナ素子401−5の間の経路長差はΔL5=4×d・Sinθとなっている。   In general, when the wavelength is λ and passes through the path length ΔL, the complex phase rotates by 2πΔL / λ. Assuming plane wave approximation, the path length difference between antenna element 401-1 and antenna element 401-2 is ΔL2 = d · Sin θ. Similarly, the path length difference between antenna element 401-1 and antenna element 401-3 is ΔL3 = 2 × d · Sin θ, and the path length difference between antenna element 401-1 and antenna element 401-4 is ΔL4 = 3 × d · Sin θ, and the path length difference between the antenna element 401-1 and the antenna element 401-5 is ΔL5 = 4 × d · Sin θ.

したがって、ある波長λの周波数成分に着目すれば、平面は近似が成立する波で、Φ2(t)≒Exp{−2πjΔL2/λ}Φ1(t)、Φ3(t)≒Exp{−2πjΔL3/λ}Φ1(t)、Φ4(t)≒Exp{−2πjΔL4/λ}Φ1(t)、Φ5(t)≒Exp{−2πjΔL5/λ}Φ1(t)の関係が成り立つ。上述のΔLs=(s−1)d・Sinθの関係を用いれば、Φs(t)≒Exp{−2πj(s−1)d・Sinθ/λ}Φ1(t)であり、アンテナ素子間でそれぞれExp{−2πjd・Sinθ/λ}ずつ複素位相が回転していることになる。したがって、例えばアンテナ素子401−1とアンテナ素子401−5にてチャネル推定を実施し、この間の複素位相の回転量を基に、その複素位相の差分の1/4ずつがアンテナ素子毎に回転すると予測することが可能になる。   Therefore, focusing on the frequency component of a certain wavelength λ, the plane is a wave for which approximation is established, and Φ2 (t) ≒ Exp {-2πjΔL2 / λ} Φ1 (t), Φ3 (t) ≒ Exp {-2πjΔL3 / λ The relationship of} Φ1 (t), Φ4 (t) ≒ Exp {-2πjΔL4 / λ} Φ1 (t), Φ5 (t) ≒ Exp {-2πjπL5 / λ} Φ1 (t) holds. Using the above-described relationship of ΔLs = (s−1) d · Sinθ, Φs (t) ≒ Exp {−2πj (s−1) d · Sinθ / λ} Φ1 (t). This means that the complex phase is rotated by Exp {−2πjd · Sinθ / λ}. Therefore, for example, channel estimation is performed by the antenna elements 401-1 and 401-5, and based on the rotation amount of the complex phase between them, す る と of the difference of the complex phase rotates for each antenna element. It becomes possible to predict.

同様の予測は、アンテナ素子が1次元的に配列している場合の他に、2次元的に配列している場合でも可能となる。次に、図14及び図15を用いて本実施形態における平面状に構成されたアレーアンテナのチャネル情報予測の具体例を説明する。図14において、「○」で示したアルファベットのa〜z及びA〜Kはアンテナ素子を表す。ここでは最密充填状に正三角形を敷き詰めた形状の例を示すが、形状はその他の如何なる構成であっても構わない。   Similar prediction is possible not only when the antenna elements are arranged one-dimensionally but also when the antenna elements are arranged two-dimensionally. Next, a specific example of channel information prediction of an array antenna configured in a planar shape in the present embodiment will be described with reference to FIGS. 14 and 15. In FIG. 14, a to z and A to K in the alphabets shown by “O” represent antenna elements. Here, an example of a shape in which equilateral triangles are spread in a close-packed manner is shown, but the shape may be any other configuration.

例えば、無線局装置は、2重の黒丸で示されたアンテナ素子i、m、qの3点のチャネル推定を行い、その3点のチャネル情報の複素位相が求まったとする。ここで、例えば、アンテナ素子iを基準アンテナとし、アンテナ素子iとアンテナ素子mの間の複素位相の回転量をζ、アンテナ素子iとアンテナ素子qの間の複素位相の回転量をηとする。この場合、アンテナ素子iとアンテナ素子mを結ぶ直線上のアンテナ素子に着目すれば、アンテナ素子cではζ×1/3、アンテナ素子dではζ×2/3、アンテナ素子Bではζ×4/3、アンテナ素子uでは−ζ×1/3と近似可能である。同様に、アンテナ素子iとアンテナ素子qを結ぶ直線上のアンテナ素子に着目すれば、アンテナ素子bではη×1/3、アンテナ素子gではη×2/3、アンテナ素子Gではη×4/3、アンテナ素子vでは−η×1/3と近似可能である。これを拡張すれば2次元的な予測も可能であり、一例としてアンテナ素子aであればζ×1/3+η×1/3、アンテナ素子Hであれば−ζ×1/3+η×4/3、アンテナ素子Eであればζ×2/3+η×3/3といったように予測可能である。   For example, it is assumed that the wireless station device performs channel estimation at three points of antenna elements i, m, and q indicated by double black circles, and determines the complex phase of the channel information at the three points. Here, for example, the antenna element i is used as a reference antenna, the rotation amount of the complex phase between the antenna element i and the antenna element m is ζ, and the rotation amount of the complex phase between the antenna element i and the antenna element q is η. . In this case, focusing on the antenna element on the straight line connecting the antenna element i and the antenna element m, ζ × 1 / for the antenna element c, ζ × 2 for the antenna element d, and ζ × 4 / for the antenna element B. 3. With the antenna element u, it can be approximated to -ζ × 1 /. Similarly, focusing on the antenna element on the straight line connecting the antenna element i and the antenna element q, η × 1 / for the antenna element b, η × 2 for the antenna element g, and η × 4 / for the antenna element G 3. With the antenna element v, it can be approximated to -η × 1 /. If this is extended, two-dimensional prediction is also possible. For example, for the antenna element a, ζ × 1 / + η × 1 /, for the antenna element H, −ζ × 1 / + η × 4/3, For the antenna element E, it can be predicted as ζ × 2/3 + η × 3/3.

以上の予測を可能とするための条件としては、チャネル情報を取得するアンテナ素子とアンテナ素子との間において、複素位相の回転量がπ以下である必要がある。例えば、図13の場合を例に取れば、アンテナ素子401−1とアンテナ素子401−5の間の複素位相差がπ/2であったとしても−3π/2であったとしても、Exp{j・π/2}=Exp{−j・3π/2}であることから区別することができない。仮に複素位相差がπ/2であれば、アンテナ素子401−1とアンテナ素子401−2の間の複素位相差はπ/2×(1/4)であるはずであるが、仮に複素位相差が−3π/2であれば、アンテナ素子401−1とアンテナ素子401−2の間の複素位相差は−3π/2×(1/4)であるはずである。   As a condition for enabling the above prediction, it is necessary that the rotation amount of the complex phase between the antenna elements for acquiring the channel information is not more than π. For example, taking the case of FIG. 13 as an example, even if the complex phase difference between the antenna element 401-1 and the antenna element 401-5 is π / 2 or -3π / 2, Exp { Since jππ / 2} = Exp {-j ・ 3π / 2}, it cannot be distinguished. If the complex phase difference is π / 2, the complex phase difference between the antenna element 401-1 and the antenna element 401-2 should be π / 2 × (1/4). Is −3π / 2, the complex phase difference between antenna element 401-1 and antenna element 401-2 should be −3π / 2 × (1 /).

上記の様な不確定性がある状況では正しくチャネル情報の予測を行うことは出来ないため、チャネル情報を取得するアンテナ素子間の複素位相差はπ以下である必要がある。なお、実際の測定においては雑音による測定誤差やマルチパスの影響により複素位相のふらつきも予想される。そのため、実際には複素位相差はπよりも余裕を持って小さな値である必要がある。その目安となる値は反射波の影響の大小で異なるために一概には言えないが、アンテナ素子間隔dを小さくしたり、到来角θが十分に小さい場合には、経路長差ΔLが小さくなるために、経路長差に伴う複素位相の変化量は十分に小さくすることが可能である。図14の例では、アンテナ素子i、m、qの3点が比較的離れた位置関係になっているが、アンテナ素子間の複素位相差をπ以下にするために、相互の素子間隔が小さな隣接するアンテナ素子(例えばアンテナ素子a、e、fなど)を利用することも可能である。なお、図14では3つのアンテナ素子でチャネルを推定して残りのアンテナ素子の複素位相を2次元平面的に近似する場合の例を示したが、より多くのアンテナ素子においてチャネル情報を取得する場合には、もう少し細かなチャネル情報の予測が可能となる。   Since channel information cannot be predicted correctly in the situation where there is uncertainty as described above, the complex phase difference between antenna elements for acquiring channel information needs to be π or less. In actual measurement, fluctuation of the complex phase is also expected due to a measurement error due to noise and the influence of multipath. Therefore, the complex phase difference actually needs to be a small value with a margin larger than π. The standard value cannot be unconditionally determined because the influence of the reflected wave differs depending on the magnitude of the reflected wave. However, when the antenna element distance d is reduced or the arrival angle θ is sufficiently small, the path length difference ΔL decreases. Therefore, the amount of change in the complex phase due to the path length difference can be made sufficiently small. In the example of FIG. 14, the three points of the antenna elements i, m, and q are relatively separated from each other. However, in order to reduce the complex phase difference between the antenna elements to π or less, the mutual element spacing is small. It is also possible to use adjacent antenna elements (for example, antenna elements a, e, f, etc.). Although FIG. 14 shows an example in which the channels are estimated by three antenna elements and the complex phases of the remaining antenna elements are approximated in a two-dimensional plane, a case where channel information is acquired by more antenna elements , It is possible to make a more detailed prediction of channel information.

図15に、本発明の第3の実施形態における平面状に構成されたアレーアンテナのチャネル情報予測の別例を示す。図14との差分は、チャネル情報の取得を行うアンテナ素子を3つから、2重の黒丸で示されたアンテナ素子a、w、z、C、F、I、tの7点に変更となっていることがである。この場合、6角形状のアレーアンテナは6つの三角形{a,w,z}、{a,z,C}、{a,C,F}、{a,F,I}、{a,I,t}、{a,t,w}に分けることができる。各三角形内の点は、各三角形の頂点の複素位相を基に予測を行っても良い。例えば、三角形{a,w,z}に着目し、先ほどと同様にアンテナ素子aを基準アンテナとし、アンテナ素子aとアンテナ素子wの間の複素位相の回転量をζ、アンテナ素子aとアンテナ素子zの間の複素位相の回転量をηとする。   FIG. 15 shows another example of channel information prediction of an array antenna configured in a plane according to the third embodiment of the present invention. The difference from FIG. 14 is that the number of antenna elements for acquiring channel information is changed from three to seven antenna elements a, w, z, C, F, I and t indicated by double black circles. That is. In this case, the hexagonal array antenna has six triangles {a, w, z}, {a, z, C}, {a, C, F}, {a, F, I}, {a, I, t}, {a, t, w}. The points in each triangle may be predicted based on the complex phase of the vertices of each triangle. For example, focusing on the triangle {a, w, z}, the antenna element a is used as a reference antenna, and the rotation amount of the complex phase between the antenna element a and the antenna element w is ζ, and the antenna element a and the antenna element The rotation amount of the complex phase during z is η.

この場合、例えばアンテナ素子aとアンテナ素子wを結ぶ直線上のアンテナ素子に着目すれば、アンテナ素子cではζ×1/3、アンテナ素子jではζ×2/3と近似可能である。同様にアンテナ素子aとアンテナ素子zを結ぶ直線上のアンテナ素子に着目すれば、アンテナ素子dではη×1/3、アンテナ素子lではη×2/3と近似可能である。その他のアンテナ素子kであればζ×1/3+η×1/3、アンテナ素子yであればζ×1/3+η×2/3、アンテナ素子xであればζ×2/3+η×1/3といったように予測可能である。その他の三角形も同様に予測は可能である。図14との差分は、空間的な広がりを持つアレーアンテナにおいては、離れた場所のアンテナ素子におけるマルチパスの影響は相関が弱まるため、三角形{a,w,z}、{a,z,C}、{a,C,F}、{a,F,I}、{a,I,t}、{a,t,w}ごとに個別の近似を行うことで、アレーアンテナ全体での到来波の到来方向が微妙に異なる場合でも、近似の精度を高めることが可能であるという特徴がある。なお、当然ではあるがアンテナ素子の並び方に対しては本質的な制約はないため、図14及び図15の様な細密充填構造である必然性はなく、例えば正方格子アレーを用いることも可能である。   In this case, for example, when attention is paid to an antenna element on a straight line connecting the antenna element a and the antenna element w, it can be approximated to ζ × 1 / for the antenna element c and ζ × 2 for the antenna element j. Similarly, if attention is paid to an antenna element on a straight line connecting the antenna element a and the antenna element z, it can be approximated as η × 1 / for the antenna element d and η × 2 for the antenna element l. For other antenna element k, ζ × 1 / + η × 1 /, for antenna element y, ζ × 1 / + η × 2, for antenna element x, ζ × / + η × 1 /. As predictable. Other triangles can be similarly predicted. The difference from FIG. 14 is that in the case of an array antenna having a spatial spread, the influence of multipath on antenna elements at distant locations has a weaker correlation, so that triangles {a, w, z}, {a, z, C近似, {a, C, F}, {a, F, I}, {a, I, t}, {a, t, w}, by performing individual approximation to arrive at the entire array antenna. Has a feature that it is possible to improve the approximation accuracy even when the arrival directions are slightly different. Note that, of course, there is no essential restriction on the arrangement of the antenna elements. Therefore, there is no necessity of a densely packed structure as shown in FIGS. 14 and 15, and for example, a square lattice array can be used. .

次に、図16〜図18を用いて本実施形態における平面状に構成された正方アレーアンテナのチャネル情報予測の具体例を説明する。図16において、「○」又は「●」で示したアルファベットのa〜z、A〜Jはアンテナ素子を表す。ここでは最密充填状に正三角形を敷き詰めた形状の例を示すが、その他の如何なる構成であっても構わない。例えば、無線局装置は、2重の黒丸で示されたアンテナ素子a、l、pの3点のチャネル推定を行い、その3点のチャネル情報の複素位相が求まったとする。   Next, a specific example of channel information prediction of a square array antenna formed in a planar shape in the present embodiment will be described with reference to FIGS. In FIG. 16, a to z and A to J of alphabets indicated by “O” or “●” represent antenna elements. Here, an example of a shape in which equilateral triangles are spread in a close-packed manner is shown, but any other configuration may be used. For example, it is assumed that the wireless station device performs channel estimation at three points of the antenna elements a, l, and p indicated by double black circles, and determines the complex phase of the channel information at the three points.

例えば、アンテナ素子aを基準アンテナとし、アンテナ素子aとアンテナ素子lの間の複素位相の回転量をζ、アンテナ素子aとアンテナ素子pの間の複素位相の回転量をηとする。この場合、図14及び図15と比べて線形予測は少々複雑になるが、基本的な考え方は同様である。例えば、正方格子をxy平面の格子点と考え、アンテナ素子aを原点とみなす。この際、例えばアンテナsは(1,0)、アンテナvは(0,1)の様に座標を定義すれば(ここでは便宜上、y軸は下向きが正の方向としている)。この場合、アンテナlは(5,3)、アンテナpは(1,5)に相当する。   For example, let the antenna element a be a reference antenna, the rotation amount of the complex phase between the antenna element a and the antenna element 1 be ζ, and the rotation amount of the complex phase between the antenna element a and the antenna element p be η. In this case, the linear prediction is slightly more complicated than in FIGS. 14 and 15, but the basic concept is the same. For example, the square lattice is considered as a lattice point on the xy plane, and the antenna element a is regarded as the origin. At this time, for example, if the coordinates are defined as (1, 0) for the antenna s and (0, 1) for the antenna v (here, for convenience, the downward direction of the y axis is the positive direction). In this case, the antenna 1 corresponds to (5, 3) and the antenna p corresponds to (1, 5).

位相回転量をz軸で表し3次元表記をすると、アンテナaに関しては(0,0,0)、アンテナlに関しては(5,3,ζ)、アンテナpに関しては(1,5,η)となる。2次元平面を表す式は、a,b,cの係数(この係数はアンテナ素子の識別子とは関係ない)を用いると、a(x−x)+b(y−y)+c(z−z)=0で表される。例えば(0,0,0)が平面上の点であるから、(x,y,z)=(0,0,0)とすれば、ax+by+cz=0の関係式が得られる。ここで、(a,b,c)はこの平面の法線ベクトルであり、ベクトルの絶対値自体には意味がないので、a’=a/c、b’=b/cとすると未定数はふたつとなり、a’x+b’y+z=0の関係式が得られる。これに対し、座標(5,3,ζ)、(1,5,η)が平面上にあることから、a’及びb’に対する2元1次連立方程式を立てることができ、これを解くことで簡単にa’及びb’の値が求まる。 When the amount of phase rotation is represented by the z-axis and expressed in three dimensions, (0,0,0) for the antenna a, (5,3, は) for the antenna 1, and (1,5, η) for the antenna p. Become. Equation expressing a two-dimensional plane, a, b, the use of coefficients c (this factor not related to the identifier of the antenna elements), a (x-x 0 ) + b (y-y 0) + c (z- z 0 ) = 0. For example, since (0, 0, 0) is a point on the plane, if (x 0 , y 0 , z 0 ) = ( 0 , 0 , 0 ), the relational expression of ax + by + cz = 0 is obtained. Here, (a, b, c) is a normal vector of this plane, and since the absolute value of the vector has no meaning, if a ′ = a / c and b ′ = b / c, the unconstant is In other words, a relational expression of a'x + b'y + z = 0 is obtained. On the other hand, since the coordinates (5, 3, ζ) and (1, 5, η) are on a plane, a two-dimensional linear simultaneous equation for a ′ and b ′ can be established and solved. Then, the values of a 'and b' can be easily obtained.

上記の様にして求めたa’及びb’を用いると、z=−(a’x+b’y)となるので、このx、yに各アンテナ素子の座標を代入すれば各アンテナ素子の複素位相が求まることになる。例えば、アンテナeに関しては座標が(3,1)であるのでz=−(3a’+b’)が所望の値であり、アンテナrに関しては座標が(5,5)であるのでz=−(5a’+5b’)が所望の値となる。この様にすることで、アンテナ配置の構成に依存することなく、同様の平面波近似により少数のアンテナ素子に関するチャネル情報から残りのアンテナ素子のチャネル情報を推定することが可能である。
なお、この様な各アンテナ素子の座標と各アンテナ素子の複素位相の関係を示す方程式を活用する方法について、若干補足を加えておく。図14、図15に関する以上の説明では、3点のアンテナ素子の複素位相を求め、そこから線形近似でその他のアンテナ素子の複素位相を求める場合について説明したが、図15の7点のアンテナ素子a、w、z、C、F、I、tの複素位相の情報の扱い方としては、最小二乗法を用いて全てのアンテナ素子a〜z、A〜Kをひとつの平面波で近似することも可能である。例えば、アンテナ素子a〜z、A〜Kが存在する2次元平面において、任意の直交したx軸・y軸を定め、第kアンテナ素子の座標を(x,y)とした時に、第kアンテナ素子の複素位相φをα,β,γの係数を用いて以下の式(9)で与えられるものとする。
When a 'and b' obtained as described above are used, z =-(a'x + b'y). Therefore, by substituting the coordinates of each antenna element into x and y, the complex phase of each antenna element is obtained. Is required. For example, z =-(3a '+ b') is a desired value for the antenna e because the coordinates are (3,1), and z =-(for the antenna r since the coordinates are (5,5). 5a ′ + 5b ′) is a desired value. By doing so, it is possible to estimate channel information on the remaining antenna elements from channel information on a small number of antenna elements by similar plane wave approximation without depending on the configuration of the antenna arrangement.
It should be noted that the method of utilizing such an equation indicating the relationship between the coordinates of each antenna element and the complex phase of each antenna element will be supplemented slightly. In the above description with reference to FIGS. 14 and 15, the case where the complex phases of the three antenna elements are obtained and the complex phases of the other antenna elements are obtained by linear approximation therefrom has been described. As a method of handling the information of the complex phases of a, w, z, C, F, I, and t, all the antenna elements a to z and A to K may be approximated by one plane wave using the least squares method. It is possible. For example, in a two-dimensional plane where the antenna elements a to z and A to K exist, arbitrary orthogonal x-axis and y-axis are determined, and the coordinates of the k-th antenna element are (x k , y k ). It is assumed that the complex phase φ k of the k antenna elements is given by the following equation (9) using the coefficients α, β, and γ.

Figure 0006673775
Figure 0006673775

これに対し、第1アンテナ素子(例えば図中のアンテナ素子a)を基準アンテナとして実際に推定された第kアンテナ素子の複素位相を〜φ(チルダφは「〜」をφの上側に表示したもの。以下、同様に記載する。)とすると、以下の評価関数W(α,β,γ)を最小にする(α,β,γ)の組み合わせが最小二乗法により求めることが可能である(式(10))。 On the other hand, the complex phase of the k-th antenna element actually estimated using the first antenna element (for example, antenna element a in the figure) as a reference antenna is represented by ~ φ k (tilde φ indicates “~” above φ). In the following, a combination of (α, β, γ) that minimizes the following evaluation function W (α, β, γ) can be obtained by the least squares method. (Equation (10)).

Figure 0006673775
Figure 0006673775

上記の最小二乗法により求めた(α,β,γ)の組み合わせを基に、式(9)を用いて第kアンテナ素子の座標(x,y)から、必要な複素位相を算出することが可能になる。この様に最小二乗法を用いる場合には、複素位相を求めるアンテナ素子数は任意の数が選択可能である。元々、本発明は到来波を平面波で近似しているが、実際には反射波の影響を受けて、見通し波(平面波)以外の成分を含むため、式(9)の様な綺麗な関係にはならない。この平面からの誤差が複素位相の推定精度に影響を与えるのであるが、最小二乗法に活用するアンテナ素子の数を増やすことで、この反射波の影響を平均化することが可能になり、推定精度の改善を図ることができる。一方で最小二乗法に活用するアンテナ素子の数を増やすと回路規模が増大するので、それぞれのトレードオフでアンテナ素子数の設定を行うことになる。 Based on the combination of (α, β, γ) obtained by the above least squares method, a required complex phase is calculated from the coordinates (x k , y k ) of the k-th antenna element using Expression (9). It becomes possible. When the least squares method is used, an arbitrary number of antenna elements for obtaining a complex phase can be selected. Originally, the present invention approximates an incoming wave with a plane wave, but actually includes components other than the line-of-sight wave (plane wave) under the influence of the reflected wave, so that a clean relationship such as equation (9) is obtained. Not be. The error from this plane affects the estimation accuracy of the complex phase.By increasing the number of antenna elements used for the least squares method, it is possible to average the effect of this reflected wave, The accuracy can be improved. On the other hand, when the number of antenna elements used for the least squares method is increased, the circuit scale is increased. Therefore, the number of antenna elements is set in each trade-off.

なお、以上の説明ではチャネル情報の複素位相を予測する手順を示したが、チャネル情報の複素位相を求めた後、その複素位相に−1を乗算した値が移相器で実施する複素位相の回転量に相当するため、この複素位相の回転量をz軸の値として設定し、直接、複素位相の回転量を求める演算処理を行ったとしても構わない。   In the above description, the procedure for predicting the complex phase of the channel information has been described. However, after the complex phase of the channel information is obtained, a value obtained by multiplying the complex phase by −1 is the complex phase of the complex phase implemented by the phase shifter. Since the amount of rotation corresponds to the amount of rotation, the amount of rotation of the complex phase may be set as a value on the z-axis, and a calculation process for directly calculating the amount of rotation of the complex phase may be performed.

なお、図16ではa〜rに相当する「○」で示したアンテナ素子と、s〜z及びA〜J相当する「●」で示したアンテナ素子が入れ子になって並んでいる。例えば図5、図11で説明したように送信アンテナと受信アンテナを分離し、且つそれぞれをペアにして配置する場合には、「○」で表したアンテナ素子a〜rを受信アンテナ、「●」で表したアンテナ素子s〜z及びA〜Jを送信アンテナとし、それぞれが近傍に配置される構成をとれば、上述の手法で一部の受信アンテナにてチャネル情報を取得し、その情報を基にその他のアンテナ素子の情報を予測すれば、その予測するアンテナ素子は送信アンテナであっても受信アンテナであっても構わないので、実際には信号を受信することができない送信アンテナにおいてもチャネル情報の予測(取得)は可能になる。なお、送信アンテナと受信アンテナは再隣接の格子点同士で異なる配置にする必要はなく、その他の一般的な配置であっても構わない。   In FIG. 16, the antenna elements indicated by “O” corresponding to a to r and the antenna elements indicated by “●” corresponding to s to z and A to J are nested. For example, as described with reference to FIGS. 5 and 11, when the transmitting antenna and the receiving antenna are separated and arranged in pairs, the antenna elements a to r represented by “「 ”are the receiving antennas, and“ ● ” If the antenna elements s to z and A to J represented by are designated as transmitting antennas and arranged in the vicinity, channel information is acquired by some of the receiving antennas by the above-described method, and the information is used as a basis. If information on other antenna elements is predicted, the antenna element to be predicted may be a transmission antenna or a reception antenna. Can be predicted (acquired). Note that the transmitting antenna and the receiving antenna do not need to be arranged differently at the re-adjacent grid points, and may be arranged in another general manner.

図17に、本発明の第3の実施形態における平面状に構成された正方アレーアンテナのチャネル情報予測の別例を示す。図16との差分は、図16では送信アンテナと受信アンテナがオセロのマス目の様に交互に配置されていたのに対し、図17では縦の列に送信アンテナ又は受信アンテナが整列するような並びになっている点である。この場合では、例えばひとつの送受信信号処理回路454−n、又はひとつの送受信信号処理回路555−nのペアとなるアンテナ素子401−n−1と441−n−1、ないしはアンテナ素子501−n−1と541−n−1などは、図14のアンテナ素子aとs、アンテナ素子dとvなど、隣接したアンテナとして配置すれば良いことになる。   FIG. 17 shows another example of channel information prediction of a square array antenna configured in a plane according to the third embodiment of the present invention. The difference from FIG. 16 is that, in FIG. 16, the transmitting antennas and the receiving antennas are alternately arranged like Othello cells, whereas in FIG. 17, the transmitting antennas or the receiving antennas are arranged in a vertical column. It is a point that is aligned. In this case, for example, one transmission / reception signal processing circuit 454-n, or one of the antenna elements 401-n-1 and 441-n-1 as a pair of the transmission / reception signal processing circuit 555-n, or the antenna element 501-n- 1 and 541-n-1 and the like may be arranged as adjacent antennas such as the antenna elements a and s and the antenna elements d and v in FIG.

図18に、本発明の第3の実施形態における平面状に構成された正方アレーアンテナのチャネル情報予測の別例を示す。図17との差分は、図17では送信アンテナと受信アンテナが縦の列に整列して並んでいながら、隣接する列同士では送信アンテナと受信アンテナが交互になる様な配置になっていたが、図18では全ての受信アンテナa〜rを一か所にまとめ、同様に全ての送信アンテナs〜z及びA〜Jも一か所にまとめ、それぞれが別の領域に配置される構成となっている。これは、先の説明の図6及び図12に対応している。   FIG. 18 shows another example of channel information prediction of a square array antenna configured in a plane according to the third embodiment of the present invention. The difference from FIG. 17 is that, in FIG. 17, the transmitting antennas and the receiving antennas are arranged in a vertical column and the transmitting antennas and the receiving antennas are alternately arranged between adjacent columns. In FIG. 18, all the receiving antennas a to r are put together in one place, and similarly, all the transmitting antennas s to z and A to J are put together in one place, and each is arranged in a different area. ing. This corresponds to FIGS. 6 and 12 described above.

送信系と受信系を分離するメリットは、例えば信号受信時においても送信系のハイパワーアンプの電源を落とさずに運用する場合において、送信系のノイズが受信系に漏洩するのを回避する上で、送信系全体と受信系全体が分離されていることで、相互のアイソレーションを確保しやすいという点があげられる。一方で、図16、図17で示した様に実際に信号受信によるチャネル情報の取得を行っていないアンテナ素子におけるチャネル情報を、上述の手法で推定するためには構成的には好ましくはない。しかし、仮に対抗する無線局装置#1と無線局装置#2の送信アンテナと受信アンテナのアンテナ配置がある種の対称性を持つ場合には、受信側で取得したチャネル情報を適切なキャリブレーション処理を行う前提の上では、そのまま送信側のチャネル情報と見なして扱うことが可能になる。一例としては、受信アンテナ素子aと送信アンテナ素子s、受信アンテナ素子bと送信アンテナ素子t、受信アンテナ素子cと送信アンテナ素子u、受信アンテナ素子dと送信アンテナ素子v・・・とが幾何学的に平行移動した位置関係にあり、この様な対称性を考慮して受信アンテナa〜rの複素位相の回転量を、そのまま送信アンテナs〜Jに適用しても、平面波近似が可能な範囲では大きな差はないとみなすことができる。   The merit of separating the transmission system and the reception system is that, for example, when operating without turning off the power of the high power amplifier of the transmission system even at the time of signal reception, it is possible to prevent the noise of the transmission system from leaking to the reception system. In addition, since the entire transmission system and the entire reception system are separated from each other, mutual isolation can be easily ensured. On the other hand, as shown in FIG. 16 and FIG. 17, it is not preferable in terms of configuration to estimate the channel information of the antenna element for which the channel information is not actually obtained by signal reception by the above-described method. However, if the antenna arrangement of the transmitting and receiving antennas of the opposing radio station apparatus # 1 and radio station apparatus # 2 has a certain kind of symmetry, the channel information acquired on the receiving side is subjected to an appropriate calibration process. On the premise of performing the above, it is possible to treat it as it is as channel information on the transmission side. As an example, the receiving antenna element a and the transmitting antenna element s, the receiving antenna element b and the transmitting antenna element t, the receiving antenna element c and the transmitting antenna element u, the receiving antenna element d and the transmitting antenna element v. Considering such symmetry, even if the rotation amounts of the complex phases of the receiving antennas a to r are applied to the transmitting antennas s to J as they are, a plane wave approximation is possible. Then it can be assumed that there is no big difference.

次に、図19及び図20を用いて本実施形態における平面状に構成された送受信が分離されたアレーアンテナのチャネル情報予測の具体例を説明する。図19において、無線局装置#1が実装するアレーアンテナを561とし、無線局装置#2が実装するアレーアンテナを562とし、無線局装置#1が実装する送信アンテナを563−1〜563−2とし、無線局装置#1が実装する受信アンテナを564−1〜564−2とし、無線局装置#2が実装する送信アンテナを565−1〜565−2とし、無線局装置#2が実装する受信アンテナを566−1〜566−2とする。   Next, a specific example of channel information prediction of an array antenna in which transmission and reception are separated in a planar shape according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. In FIG. 19, the array antenna mounted on the wireless station device # 1 is 561, the array antenna mounted on the wireless station device # 2 is 562, and the transmitting antennas mounted on the wireless station device # 1 are 563-1 to 563-2. The receiving antennas mounted on the wireless station device # 1 are 564-1 to 564-2, the transmitting antennas mounted on the wireless station device # 2 are 565-1 to 565-2, and the wireless station device # 2 is mounted. The receiving antennas are 566-1 to 566-2.

図19で示した無線局装置#1が実装するアレーアンテナ561と、無線局装置#2が実装するアレーアンテナ562の幾何学的な位置関係の特徴は、アレーアンテナ561の各アンテナ素子が存在する平面と、アレーアンテナ562の各アンテナ素子が存在する平面とが概ね平行で向き合っていることであり、その結果として概ね見通し波が支配的な状況であれば、無線局装置#1のアンテナ素子563−1から送信されて無線局装置#2のアンテナ素子566−1で受信される際のチャネル情報と、無線局装置#1のアンテナ素子563−2から送信されて無線局装置#2のアンテナ素子566−2で受信される際のチャネル情報との相対的なチャネル情報の関係が、無線局装置#2のアンテナ素子565−1から送信されて無線局装置#1のアンテナ素子564−1で受信される際のチャネル情報と、無線局装置#2のアンテナ素子565−2から送信されて無線局装置#1のアンテナ素子564−2で受信される際のチャネル情報との相対的なチャネル情報の関係と概ね一致するものと考えられる。   The feature of the geometric positional relationship between the array antenna 561 mounted on the wireless station device # 1 and the array antenna 562 mounted on the wireless station device # 2 shown in FIG. 19 is that each antenna element of the array antenna 561 exists. If the plane and the plane on which each antenna element of the array antenna 562 is present are substantially parallel and face each other, and as a result, if the line of sight wave is dominant, as a result, the antenna element 563 of the radio station apparatus # 1 will be described. -1 and the channel information when received by the antenna element 566-1 of the radio station apparatus # 2, and the antenna element transmitted from the antenna element 563-2 of the radio station apparatus # 1 and the antenna element of the radio station apparatus # 2 The relative channel information relationship with the channel information received at 566-2 is transmitted from antenna element 565-1 of radio station apparatus # 2 and transmitted to radio station apparatus Channel information when received by the first antenna element 564-1 and a channel when transmitted by the antenna element 565-2 of the wireless station apparatus # 2 and received by the antenna element 564-2 of the wireless station apparatus # 1 It is considered that the relationship between the information and the relative channel information is substantially the same.

これは、無線局装置#1が実装する送信アンテナと無線局装置#2が実装する受信アンテナの関係を、鏡面で送信と受信を対称に折り返し、さらにそれを平行移動したものが無線局装置#2が実装する送信アンテナと無線局装置#1が実装する受信アンテナの関係に相似していることに起因する。したがって、各アンテナ素子の幾何学的な対応を、送信アンテナ群を平行移動して受信アンテナ群に対応させることで、概ね受信側で得られたチャネル情報を送信側にて活用することが可能になる。   This is based on the relationship between the transmitting antenna mounted on the wireless station device # 1 and the receiving antenna mounted on the wireless station device # 2. 2 is similar to the relationship between the transmitting antenna mounted on the wireless antenna device 2 and the receiving antenna mounted on the wireless station device # 1. Therefore, the geometrical correspondence of each antenna element can be translated to the receiving antenna group by translating the transmitting antenna group, so that the channel information obtained on the receiving side can be generally utilized on the transmitting side. Become.

なお、送受信アンテナを共用せず、且つ図18(及び図19)の様に物理的に送信アンテナ群、受信アンテナ群が隔離されて設置される場合には、図19で説明した様な幾何学的な平行移動の関係の関係を活用した近似では精度が低くなる可能性がある。この場合には、若干の工夫を施すことで対処することも可能である。   In the case where the transmitting and receiving antennas are not shared and the transmitting and receiving antenna groups are physically separated and installed as shown in FIG. 18 (and FIG. 19), the geometry as described in FIG. In the approximation utilizing the relation of the parallel translation, accuracy may be reduced. In this case, it is also possible to cope with the situation by applying some measures.

図20に、本発明第3の実施形態における平面状に構成された送受信が分離されたアレーアンテナのチャネル情報予測の別例を示す。図20において、図19の構成と異なる構成についてのみ説明する。図20では、無線局装置#1において受信アンテナ564−1〜564−2内に1つの送信アンテナ567が含まれる。また、図20では、無線局装置#2において送信アンテナ565−1〜565−2内に3つの受信アンテナ568−1〜568−3が含まれる。なお、無線局装置#2の受信ウエイトの算出に関しては図19と同様であるが、無線局装置#2の送信ウエイトの算出に関しては、若干の変更が加えられる。   FIG. 20 shows another example of channel information prediction of an array antenna in which transmission and reception are separated from each other and arranged in a plane in the third embodiment of the present invention. 20, only the configuration different from the configuration in FIG. 19 will be described. In FIG. 20, one transmitting antenna 567 is included in receiving antennas 564-1 to 564-2 in radio station apparatus # 1. In FIG. 20, three receiving antennas 568-1 to 568-3 are included in transmitting antennas 565-1 to 565-2 in radio station apparatus # 2. The calculation of the reception weight of the wireless station device # 2 is the same as that of FIG. 19, but the calculation of the transmission weight of the wireless station device # 2 is slightly modified.

ここでは、無線局装置#1のアンテナ素子567は、受信アンテナ群の中の重心付近のアンテナ素子であり、このアンテナ素子567よりトレーニング用の信号を送信することが可能である。このアンテナ素子から送信されたトレーニング信号は、無線局装置#2のアンテナ素子568−1〜568−3の受信アンテナにて受信され、これらのアンテナ素子で求めたチャネル情報を基に、上述の手段で無線局装置#2の送信アンテナ群の各アンテナ素子のチャネル情報を予測し、その情報を基に送信指向性制御における複素位相の回転量を算出することが可能になる。これらの付加的機能は全体の構成の中では特異な機能であるが、アンテナ規模が膨大であったり、送信アンテナ群と受信アンテナ群の距離が離れるような場合には有効となる。   Here, antenna element 567 of wireless station apparatus # 1 is an antenna element near the center of gravity in the receiving antenna group, and can transmit a training signal from antenna element 567. The training signal transmitted from this antenna element is received by the receiving antennas of the antenna elements 568-1 to 568-3 of the radio station apparatus # 2, and based on the channel information obtained by these antenna elements, Thus, it is possible to predict channel information of each antenna element of the transmission antenna group of the wireless station apparatus # 2, and calculate the amount of rotation of the complex phase in the transmission directivity control based on the information. These additional functions are unique functions in the overall configuration, but are effective when the antenna scale is enormous or when the distance between the transmitting antenna group and the receiving antenna group is large.

なお、図20では、無線局装置#2の送信アンテナ群の各アンテナ素子に関する複素位相の回転量を予測する際に、受信用のアンテナ素子568−1〜568−3で求めた複素位相の回転量を基にその他の複素位相の回転量の予測をするとしたが、当然ながらその他のパターンのアンテナ素子を用いることも可能である。図21に、本発明の第3の実施形態における複素位相の回転量の予測に用いるアンテナパターンの例を示す。図21では、5×5の正方アレーにおける(a)から(d)の4つのパターンの例を示している。図中に置ける記号a〜yで示した●及び◎はアンテナ素子を表し、◎で示したアンテナ素子を用いて求めた複素位相の回転量を基にその他の●で示したアンテナ素子の複素位相の回転量の予測をする。ここでは5つのアンテナ素子を複素位相の回転量を求めるために利用する場合を例として示しているが、当然ながら3以上のその他の数の素子数で実施することも可能である。   In FIG. 20, when estimating the amount of rotation of the complex phase for each antenna element of the transmitting antenna group of wireless station apparatus # 2, the rotation of the complex phase obtained by reception antenna elements 568-1 to 568-3 is estimated. Although the amount of rotation of other complex phases is predicted based on the amount, it is naturally possible to use antenna elements of other patterns. FIG. 21 shows an example of an antenna pattern used for predicting a rotation amount of a complex phase according to the third embodiment of the present invention. FIG. 21 shows examples of four patterns (a) to (d) in a 5 × 5 square array. In the drawing, ● and ◎ indicated by symbols a to y represent antenna elements, and based on the amount of rotation of the complex phase obtained using the antenna element indicated by ◎, the complex phases of other antenna elements indicated by ● Predict the amount of rotation. Here, a case where five antenna elements are used to determine the amount of rotation of the complex phase is shown as an example, but it is needless to say that the present invention can be implemented with another number of elements equal to or more than three.

例えば、図21(a)を例に取れば、アンテナ素子h,l,m,n,rを用いて複素位相の回転量を取得し、重心付近のアンテナ素子mとその他のアンテナ素子の相関を算出し、相関値の複素位相をアンテナ素子h,l,n,rに対して求める。その様にして求めた複素位相をz軸に設定し、式(9)、式(10)で説明したのと同様の最小二乗法を用い、式(9)に示す関係式で各アンテナ素子の複素位相の回転量を推測しても良い。図21(b)も同様である。
その他にも、複素位相の回転量予測に用いるアンテナ素子の空間的な広がりを拡張するために、基準アンテナの第1近接及び第2近接の素子以外をチャネル情報の予測に用いる図21(c)及び(d)のパターンを用いることも可能である。この場合も図21(a)及び(b)の場合と同様であるが、例えば(c)の場合にはアンテナ素子rを基準アンテナと設定し、アンテナ素子rとアンテナ素子l及びアンテナ素子nとの相関演算を行い、相関値の複素位相を求めた後に、アンテナ素子f及びアンテナ素子jに関しては、直接、基準のアンテナ素子rと相関演算を行う代わりに、アンテナ素子lとアンテナ素子fの相関演算とアンテナ素子nとアンテナ素子jの相関演算とを行っても良い。アンテナ素子rに対するアンテナ素子lの複素位相の相対値と、アンテナ素子lに対するアンテナ素子fの複素位相の相対値の加算値が、近似的にアンテナ素子rに対するアンテナ素子fの複素位相の相対値と見なすことが可能である。これは同様に、アンテナ素子rに対するアンテナ素子nの複素位相の相対値と、アンテナ素子nに対するアンテナ素子jの複素位相の相対値の加算値が、近似的にアンテナ素子rに対するアンテナ素子jの複素位相の相対値と見なすことが可能である。
For example, taking FIG. 21A as an example, the rotation amount of the complex phase is obtained using the antenna elements h, l, m, n, and r, and the correlation between the antenna element m near the center of gravity and the other antenna elements is obtained. Then, the complex phase of the correlation value is calculated for the antenna elements h, l, n, and r. The complex phase obtained in this manner is set on the z-axis, and the least squares method similar to that described in Expressions (9) and (10) is used. The rotation amount of the complex phase may be estimated. FIG. 21B is the same.
In addition, in order to expand the spatial extent of the antenna element used for the prediction of the amount of rotation of the complex phase, elements other than the first and second adjacent elements of the reference antenna are used for the prediction of the channel information in FIG. It is also possible to use the patterns (d) and (d). This case is similar to the case of FIGS. 21A and 21B, but in the case of FIG. 21C, for example, the antenna element r is set as the reference antenna, and the antenna element r, the antenna element 1, and the antenna element n are After calculating the complex phase of the correlation value, for the antenna elements f and j, instead of directly performing the correlation calculation with the reference antenna element r, the correlation between the antenna element l and the antenna element f is calculated. The calculation and the correlation calculation between antenna element n and antenna element j may be performed. The sum of the relative value of the complex phase of the antenna element l with respect to the antenna element r and the relative value of the complex phase of the antenna element f with respect to the antenna element l is approximately equal to the relative value of the complex phase of the antenna element f with respect to the antenna element r. It can be considered. Similarly, the sum of the relative value of the complex phase of antenna element n with respect to antenna element r and the relative value of the complex phase of antenna element j with respect to antenna element n is approximately equal to the complex value of antenna element j with respect to antenna element r. It can be considered as a relative value of the phase.

さらに言えば、アンテナ素子rとアンテナ素子f及びjの相関値を直接算出する一方、2π周期の複素位相の不確定性を除去するために、アンテナ素子rに対するアンテナ素子lの複素位相の相対値とアンテナ素子lに対するアンテナ素子fの複素位相の相対値の加算値、及びアンテナ素子rに対するアンテナ素子nの複素位相の相対値とアンテナ素子nに対するアンテナ素子jの複素位相の相対値の加算値を別の形で利用しても良い。この場合には、アンテナ素子rとアンテナ素子f及びjの相関値を直接算出した値に2πの整数倍を加えた値と、アンテナ素子rに対するアンテナ素子lの複素位相の相対値とアンテナ素子lに対するアンテナ素子fの複素位相の相対値の加算値、及びアンテナ素子rに対するアンテナ素子nの複素位相の相対値とアンテナ素子nに対するアンテナ素子jの複素位相の相対値の加算値が最も近くなるようにアンテナ素子rとアンテナ素子f及びjの相関値を補正しても良い。
この様に複数段に分けて複素位相差を算出して加算する処理を含む理由は、所望のアンテナ素子間の複素位相差が±π以上となる場合には、複素位相の周期性故に位相の2π周期の不確定性が無視できなくなるためで、近接のアンテナ素子間の相関値の複素位相を加算して用いることで、近接するアンテナ素子間で複素位相差がπ以上にならないようにすることが可能になり、結果的に2π周期の複素位相の不確定性を回避することが可能になる。
なお、この様なアンテナパターンは図14、図15、図16と同様に受信アンテナの複素位相の回転量の推定においても、図20に示す様に送信アンテナの複素位相の回転量の推定と同様に用いることが可能である。
More specifically, the correlation value between the antenna element r and the antenna elements f and j is directly calculated, while the relative value of the complex phase of the antenna element l with respect to the antenna element r is removed in order to remove the uncertainty of the complex phase of the 2π period. The sum of the relative value of the complex phase of antenna element f with respect to antenna element l and the sum of the relative value of the complex phase of antenna element n with antenna element r and the relative value of the complex phase of antenna element j with antenna element n You may use it in another form. In this case, a value obtained by adding an integral multiple of 2π to a value obtained by directly calculating the correlation value between the antenna element r and the antenna elements f and j, the relative value of the complex phase of the antenna element l with respect to the antenna element r, and the antenna element l , And the sum of the relative value of the complex phase of the antenna element n with respect to the antenna element r and the relative value of the complex phase of the antenna element j with respect to the antenna element n is the closest. Alternatively, the correlation value between the antenna element r and the antenna elements f and j may be corrected.
The reason for including the process of calculating and adding the complex phase difference in a plurality of stages as described above is that when the complex phase difference between the desired antenna elements becomes ± π or more, the phase of the complex phase is reduced due to the periodicity of the complex phase. Since the uncertainty of the 2π period cannot be ignored, by adding and using the complex phase of the correlation value between adjacent antenna elements, the complex phase difference between adjacent antenna elements should not be more than π. As a result, it is possible to avoid the uncertainty of the 2π period complex phase.
Such an antenna pattern is used in the estimation of the rotation amount of the complex phase of the reception antenna in the same manner as in FIGS. 14, 15, and 16, as in the estimation of the rotation amount of the complex phase of the transmission antenna as shown in FIG. Can be used.

以下、図22及び23を用いて、本発明の第3の実施形態を実現するための送受信信号処理回路の構成について説明する。図22における送受信信号処理回路は、図1における第1の実施形態における送受信信号処理回路451−1〜451−N、及び図7における第2の実施形態における送受信信号処理回路551−1〜551−Nに対応する送受信信号処理回路の両者を組み合わせた別の実現形態に相当する。   Hereinafter, the configuration of the transmission / reception signal processing circuit for realizing the third embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. The transmission / reception signal processing circuits in FIG. 22 are the transmission / reception signal processing circuits 451-1 to 451-N in the first embodiment in FIG. 1 and the transmission / reception signal processing circuits 551-1 to 551-551 in the second embodiment in FIG. This corresponds to another embodiment in which both of the transmission / reception signal processing circuits corresponding to N are combined.

図22は、本実施形態における送受信信号処理回路651−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. 22 is a functional block diagram showing a configuration example of the transmission / reception signal processing circuit 651-n (n = 1,..., N) in the present embodiment. In this figure, the same functional blocks as those in the above-mentioned figures are given the same numbers, and their explanations are omitted.

同図に示す送受信信号処理回路651−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スイッチ(TDD−SW)127−nと、移相器402−n−1〜402−n−Mと、スイッチ403−n−1〜403−n−Mと、ダウンコンバータ(DC)424−n−1〜424−n−2と、A/D変換器425−n−1〜425−n−2と、相関算出回路405−nと、位相シフト制御回路406−nと、複素位相回転量予測回路410−nとを備える。なお、同図では、ダウンコンバータ424−n及びA/D変換器425−nが2つの構成を示しているが、ダウンコンバータ424−n及びA/D変換器425−nはMより少ない値であればどのような値であってもよい。以下の説明では、ダウンコンバータ424−n及びA/D変換器425−nが2つ(ダウンコンバータ424−n−1〜424−n−2及びA/D変換器425−n−1〜425−n−2)の場合を例に説明する。   The transmission / reception signal processing circuit 651-n shown in the figure includes a D / A converter 122-n, an up converter (UC) 123-n, a down converter (DC) 124-n, and an A / D converter 125-n. n, a TDD switch (TDD-SW) 127-n, phase shifters 402-n-1 to 402-n-M, switches 403-n-1 to 403-n-M, and a down converter (DC) 424-n-1 to 424-n-2, A / D converters 425-n-1 to 425-n-2, correlation calculation circuit 405-n, phase shift control circuit 406-n, and complex phase And a rotation amount prediction circuit 410-n. Although FIG. 2 shows two configurations of the down converter 424-n and the A / D converter 425-n, the down converter 424-n and the A / D converter 425-n have values smaller than M. Any value may be used. In the following description, there are two down converters 424-n and A / D converters 425-n (down converters 424-n-1 to 424-n-2 and A / D converters 425-n-1 to 425-n). The case of n-2) will be described as an example.

図1又は図2における第1の実施形態における送受信信号処理回路451−1〜Nとの差分は、ダウンコンバータ424−n及びA/D変換器425−nが全てのアンテナ系統に配置されていない点である。例えば、アンテナ素子401−2〜アンテナ素子401−3にはダウンコンバータ424−n及びA/D変換器425−nが配置されない。また、例えば、アンテナ素子401−1〜401−Mの中の3系統(一般的には3系統以上、M−1系統以下)にダウンコンバータ424−n及びA/D変換器425−n等を配置し、図14〜図17で説明したチャネル情報の取得手順を実施すれば、実効的に残りのアンテナ素子の系統においてはダウンコンバータ424−n及びA/D変換器425−n等は不要である。   The difference from the transmission / reception signal processing circuits 451-1 to 451-N in the first embodiment in FIG. 1 or FIG. 2 is that the down converter 424-n and the A / D converter 425-n are not arranged in all antenna systems. Is a point. For example, the antenna elements 401-2 to 401-3 do not include the down converter 424-n and the A / D converter 425-n. Further, for example, a down converter 424-n and an A / D converter 425-n are provided in three systems (generally three systems or more and M-1 systems or less) among the antenna elements 401-1 to 401-M. By arranging and performing the procedure for acquiring channel information described with reference to FIGS. 14 to 17, the down converter 424-n and the A / D converter 425-n are not required in the system of the remaining antenna elements. is there.

以下、その差分に着目して差分となる具体的な信号の流れを示す。基本的に送信及び受信に関する信号処理は図1及び図2と同様であり、差分は移相器402−n−1〜402−n−Mで行う複素位相の回転量を算出する際の信号処理においてのみ存在する。以下にその詳細を示す。   Hereinafter, the flow of a specific signal that is a difference will be described focusing on the difference. The signal processing for transmission and reception is basically the same as in FIGS. 1 and 2, and the difference is the signal processing for calculating the amount of rotation of the complex phase performed by the phase shifters 402-n-1 to 402-n-M. Exists only in The details are shown below.

移相器402−n−1〜402−n−Mで行う複素位相の回転量を算出する際の信号処理において、スイッチ403−n−1はダウンコンバータ424−n−1と移相器402−n−1とを接続し、スイッチ403−n−4はダウンコンバータ424−n−2と移相器402−n−4とを接続し(実際には、ここには図示していないダウンコンバータ、A/D変換器を備えたアンテナ系統のスイッチも同様)、残りのスイッチに関しては未接続状態とする。この状態で、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からチャネル推定用のトレーニング信号を送信し、当該無線局装置ではこの信号を受信する。   In the signal processing for calculating the amount of rotation of the complex phase performed by the phase shifters 402-n-1 to 402-n-M, the switch 403-n-1 includes the down converter 424-n-1 and the phase shifter 402-n. n-1 and a switch 403-n-4 connects the downconverter 424-n-2 and the phase shifter 402-n-4 (actually, a downconverter, not shown here, The same applies to an antenna system switch provided with an A / D converter), and the remaining switches are left unconnected. In this state, first, a training signal for channel estimation is transmitted from the wireless station device of the communication partner from which the rotation amount of the complex phase is to be obtained, and the wireless station device receives this signal.

アンテナ素子401−n−1〜Mで受信した信号は、移相器402−n−1〜402−n−Mに入力され、移相器402−n−1〜402−n−Mにてアナログ信号上で所定の複素位相回転が加えられ、それぞれがスイッチ403−n−1〜403−n−Mに入力される。スイッチ403−n−1、403−n−4(実際には、ここには図示していないダウンコンバータ、A/D変換器を備えたアンテナ系統のスイッチも同様であるが、説明の簡単化のためにこの二つのアンテナ系統についてのみ説明する)に入力された信号は、ダウンコンバータ424−n−1〜424−n−2に入力される。ダウンコンバータ424−n−1〜424−n−2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する。A/D変換器425−n−1〜425−n−2は、アナログ信号からデジタル・ベースバンド信号に変換する。   The signals received by the antenna elements 401-n-1 to 401-M are input to the phase shifters 402-n-1 to 402-n-M, and are analogized by the phase shifters 402-n-1 to 402-n-M. A predetermined complex phase rotation is applied on the signal, and each is input to the switches 403-n-1 to 403-n-M. Switches 403-n-1 and 403-n-4 (actually, the same applies to an antenna system switch including a down converter and an A / D converter not shown here, Therefore, the signals input to the two antenna systems will be input to the down converters 424-n-1 to 424-n-2. The down converters 424-n-1 to 424-n-2 convert the input radio frequency signals into analog baseband signals. The A / D converters 425-n-1 to 425-n-2 convert analog signals into digital baseband signals.

A/D変換器425−n−1〜425−n−2によってデジタル・ベースバンド信号に変換された情報は相関算出回路405−nに入力される。相関算出回路405−nは、入力された情報を基に、式(1)〜式(3)を用いて複素位相の回転量を算出する。また、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で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、複素位相回転量予測回路410−nに入力される。   The information converted into digital baseband signals by the A / D converters 425-n-1 to 425-n-2 is input to the correlation calculation circuit 405-n. The correlation calculation circuit 405-n calculates the amount of rotation of the complex phase using the equations (1) to (3) based on the input information. When the calibration process is necessary as needed, the rotation amount of the complex phase on the transmission side is determined as a value in consideration of the calibration coefficient in Expressions (1) to (3). The rotation amount of the complex phase obtained by the correlation calculation circuit 405-n is input to the complex phase rotation amount prediction circuit 410-n together with the identification number of the wireless station device to communicate with.

複素位相回転量予測回路410−nは、限られたアンテナ系統のチャネル情報を基に、残りのアンテナ素子のチャネル情報を予測する。図22の場合には、複素位相回転量予測回路410−nは、アンテナ素子401−1及び401−4(実際には、ここには図示していないダウンコンバータ、A/D変換器を備えた系統のアンテナ素子も同様)で受信されたチャネル情報を基に、残りのアンテナ素子のチャネル情報を予測する。複素位相回転量予測回路410−nは、移相器402−n−1〜402−n−Mで行うべき複素位相の回転量を算出し、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に入力する。位相シフト制御回路406−nでは、ここで入力された値がメモリに記憶されるなどして管理される。   The complex phase rotation amount prediction circuit 410-n predicts channel information of the remaining antenna elements based on channel information of a limited antenna system. In the case of FIG. 22, the complex phase rotation amount prediction circuit 410-n includes the antenna elements 401-1 and 401-4 (actually, a down converter and an A / D converter not shown are provided. Based on the channel information received by the system antenna elements, channel information of the remaining antenna elements is predicted. The complex phase rotation amount prediction circuit 410-n calculates the amount of rotation of the complex phase to be performed by the phase shifters 402-n-1 to 402-n-M, and together with the identification number of the wireless station device to communicate with, Input to the phase shift control circuit 406-n. In the phase shift control circuit 406-n, the value input here is managed by being stored in a memory or the like.

なお、実際のデータ通信を行う際、すなわち送信ないし受信処理を行う際には、図22には図示されていない制御回路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に複素位相の回転量を指示し、移相器402−n−1〜402−n−Mではこの複素位相の回転量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 or reception processing, a control circuit (not shown in FIG. 22) grasps a wireless station device to be a communication partner and performs phase shift control circuit 406-n , The phase shifters 402-n-1 to 402-n-M instruct the phase shifters 402-n-1 to 402-n-M for the amount of rotation of the complex phase corresponding to the wireless station device that performs communication. In the case of 1 to 402-nM, the amount of rotation of the complex phase is set to realize analog beamforming.

なお、図22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」の記述のある点に配置し、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「C」〜「C」の記述のある点に配置することになる。「A」及び「B」に関しては、送受信信号処理回路651−nでは相互に協調することを想定していない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だが、「C」〜「C」の記述のある点のローノイズアンプに関しては、同一の送受信信号処理回路651−n内の各アンテナ素子401−1及びアンテナ素子401−4等との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等を用いることで、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。 Although not explicitly shown in FIG. 22, for example, if a high power amplifier (HPA) on the transmission side is arranged, it is arranged at a point indicated by “A” in the figure, and a low noise amplifier (HP if placing LNA) or the like, will be placed at a point with a description of "B" and "C 1" - "C 2" in FIG. Regarding “A” and “B”, since the transmission / reception signal processing circuit 651-n is not assumed to cooperate with each other, a calibration process for removing uncertainty of the complex phase of the individual high power amplifier and low noise amplifier Is unnecessary, but regarding the low-noise amplifier at the point where “C 1 ” to “C 2 ” are described, the antennas 401-1, 401-4, etc. in the same transmission / reception signal processing circuit 651-n are not connected. It is necessary to remove the uncertainty of the complex phase of the low-noise amplifier of each system by using, for example, a calibration technique of the implicit feedback of the related art, because the uncertainty of the complex phase may be caused between the two. .

本発明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「C」「C」での複素位相の回転量が+10度、+20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度の補正を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−n、複素位相回転量予測回路410−nないしは相関算出回路405−nにてこの情報を用いて補正を実施する。なお、先の説明においても、図1と図7の説明に対し、様々なバリエーションとして図2、図4〜図11の説明を行ったが、同様の拡張を行えば、他の運用方法と同様に活用することが可能である。
また本図において、ダウンコンバータ、A/D変換器を備えていない系統のスイッチ403−n−2、403−n−3、403−n−5〜403−n−Mに関しては、移相器402−n−1〜402−n−Mで行う複素位相の回転量を算出する際の信号処理において接続状態としたり、ないしはこれらのスイッチ403−n−2、403−n−3、403−n−5〜403−n−Mを省略したりしても、実効的には問題とはならない。
The present invention can be applied to any method, and the specific method of the calibration process is not limited. Considering this calibration result, for example, assuming that the rotation amounts of the complex phases at “C 1 ” and “C 2 ” are +10 degrees and +20 degrees, the complex phases obtained by the equations (1) to (3) are obtained. Is corrected by -10 degrees and -20 degrees to adjust the phase rotation amount. The information on the calibration result is collected by a calibration circuit (not shown), and is collected by the phase shift control circuit 406-n, the complex phase rotation amount prediction circuit 410-n, or the correlation calculation circuit 405-n. The correction is performed using the information. In the above description, FIGS. 2 and 4 to 11 are described as various variations with respect to the description of FIGS. 1 and 7, but if the same extension is performed, it is the same as other operation methods. It can be used for
In the figure, the switches 403-n-2, 403-n-3, 403-n-5 to 403-n-M of the system without the down converter and the A / D converter have the phase shifter 402. −n−1 to 402−n−M, the connection state is set in the signal processing when calculating the amount of rotation of the complex phase, or these switches 403-n−2, 403−n−3, and 403−n− Omitting 5 to 403-nM does not cause any problem in practice.

図23は、本実施形態における送受信信号処理回路652−nの別の構成例を示す機能ブロック図である。図23は、図6の第1の実施形態における送受信信号処理回路455−n、及び図12の第2の実施形態における送受信信号処理回路556−nに対応する送受信信号処理回路の両者を組み合わせた別の実現形態に相当する。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ている。   FIG. 23 is a functional block diagram illustrating another configuration example of the transmission / reception signal processing circuit 652-n according to the present embodiment. FIG. 23 illustrates a combination of the transmission / reception signal processing circuit 455-n in the first embodiment of FIG. 6 and the transmission / reception signal processing circuit 556-n corresponding to the transmission / reception signal processing circuit 556-n in the second embodiment of FIG. It corresponds to another implementation. The same numbers are assigned to the same functional blocks as those in the above-described drawings.

同図に示す送受信信号処理回路652−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、分配結合器414−nと、分配結合器415−nと、移相器402−n−1〜402−n−Mと、スイッチ403−n−1〜403−n−Mと、移相器409−n−1〜409−n−Mと、ダウンコンバータ(DC)424−n−1〜424−n−2と、A/D変換器425−n−1〜425−n−2と、相関算出回路405−nと、位相シフト制御回路406−nと、複素位相回転量予測回路410−nとを備える。   The transmission / reception signal processing circuit 652-n shown in the figure includes a D / A converter 122-n, an up converter (UC) 123-n, a down converter (DC) 124-n, and an A / D converter 125-n. n, distribution couplers 414-n, distribution couplers 415-n, phase shifters 402-n-1 to 402-n-M, switches 403-n-1 to 403-n-M, Phasers 409-n-1 to 409-n-M, downconverters (DC) 424-n-1 to 424-n-2, A / D converters 425-n-1 to 425-n-2, , A correlation calculation circuit 405-n, a phase shift control circuit 406-n, and a complex phase rotation amount prediction circuit 410-n.

図6における第1の実施形態における送受信信号処理回路455−nとの差分は、ダウンコンバータ424−n及びA/D変換器425−nが全てのアンテナ系統に配置されていない点である。例えば、アンテナ素子441−2〜441−3にはダウンコンバータ424−n及びA/D変換器425−nが配置されない。また、例えば、アンテナ素子441−1〜441−Mの中の3系統(一般的には3系統以上、M−1系統以下)にダウンコンバータ424−n及びA/D変換器425−n等を配置し、図14〜図17で説明したチャネル情報の取得手順を実施すれば、実効的に残りのアンテナ素子の系統においてはダウンコンバータ424−n及びA/D変換器425−n等は不要である。   The difference from the transmission / reception signal processing circuit 455-n in the first embodiment in FIG. 6 is that the down converter 424-n and the A / D converter 425-n are not arranged in all antenna systems. For example, the antenna elements 441-2 to 441-3 do not include the down converter 424-n and the A / D converter 425-n. Further, for example, a down converter 424-n, an A / D converter 425-n, and the like are provided for three systems (generally, three systems or more and M-1 systems or less) among the antenna elements 441-1 to 441-M. By arranging and performing the procedure for acquiring channel information described with reference to FIGS. 14 to 17, the down converter 424-n and the A / D converter 425-n are not required in the system of the remaining antenna elements. is there.

以下は、その差分に着目して差分となる具体的な信号の流れを示す。基本的に送信及び受信に関する信号処理は図6の説明(及び図6に関連する図4の説明)と同様であり、差分は移相器402−n−1〜402−n−Mで行う複素位相の回転量を算出する際の信号処理においてのみ存在する。以下にその詳細を示す。移相器402−n−1〜402−n−Mで行う複素位相の回転量を算出する際の信号処理において、スイッチ403−n−1はダウンコンバータ424−n−1と移相器402−n−1とを接続し、スイッチ403−n−4はダウンコンバータ424−n−2と移相器402−n−4とを接続し(実際には、ここには図示していないダウンコンバータ、A/D変換器を備えたアンテナ系統のスイッチも同様)、残りのスイッチに関しては未接続状態とする。   The following shows a specific signal flow that becomes a difference by focusing on the difference. Basically, the signal processing related to transmission and reception is the same as the description of FIG. 6 (and the description of FIG. 4 related to FIG. 6), and the difference is calculated by the phase shifters 402-n-1 to 402-n-M. It exists only in signal processing when calculating the amount of phase rotation. The details are shown below. In the signal processing for calculating the amount of rotation of the complex phase performed by the phase shifters 402-n-1 to 402-n-M, the switch 403-n-1 includes the down converter 424-n-1 and the phase shifter 402-n. n-1 and a switch 403-n-4 connects the downconverter 424-n-2 and the phase shifter 402-n-4 (actually, a downconverter, not shown here, The same applies to an antenna system switch provided with an A / D converter), and the remaining switches are left unconnected.

これらのスイッチ切替は、ここには図示されていない制御回路の指示のもと、相関算出回路405−nより管理し、複素位相の回転量を算出する際以外は移相器402−n−1〜402−n−Mは分配結合器415−nに接続される。また、この処理を行う際には移相器402−n−1〜402−n−Mの位相回転量は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。また、ここでは図示されていないその他の送受信信号処理回路652−nにおいても、ここでは図示されていない制御回路の管理の基、一斉に同様の処理を行うことになる。   The switching of these switches is managed by the correlation calculating circuit 405-n under the instruction of a control circuit (not shown), and the phase shifter 402-n-1 is used except when calculating the amount of rotation of the complex phase. 402-nM are connected to the distribution coupler 415-n. When performing this processing, the phase rotation amounts of the phase shifters 402-n-1 to 402-n-M 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, as in the above description. Also, other transmission / reception signal processing circuits 652-n (not shown) perform the same processing all at once under the control of a control circuit (not shown).

この状態で、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からチャネル推定用のトレーニング信号を送信し、当該無線局装置ではこの信号を受信する。アンテナ素子441−n−1〜441−n−Mで受信した信号は、移相器402−n−1〜402−n−Mに入力され、移相器402−n−1〜402−n−Mにてアナログ信号上で所定の複素位相回転が加えられ、それぞれがスイッチ403−n−1〜403−n−Mに入力される。スイッチ403−n−1、403−n−4(実際には、ここには図示していないダウンコンバータ、A/D変換器を備えたアンテナ系統のスイッチも同様であるが、説明の簡単化のためにこの二つのアンテナ系統についてのみ説明する)に入力された信号はダウンコンバータ424−n−1〜424−n−2に入力される。ダウンコンバータ424−n−1〜424−n−2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425−n−1〜425−n−2ではアナログ信号からデジタル・ベースバンド信号に変換する。   In this state, first, a training signal for channel estimation is transmitted from the wireless station device of the communication partner from which the rotation amount of the complex phase is to be obtained, and the wireless station device receives this signal. The signals received by the antenna elements 441-n-1 to 441-n-M are input to the phase shifters 402-n-1 to 402-n-M, and the phase shifters 402-n-1 to 402-n-M are input. At M, a predetermined complex phase rotation is applied on the analog signal, and each is input to the switches 403-n-1 to 403-n-M. Switches 403-n-1 and 403-n-4 (actually, the same applies to an antenna system switch including a down converter and an A / D converter not shown here, Therefore, signals input to these two antenna systems will be input to down converters 424-n-1 to 424-n-2. The down-converters 424-n-1 to 424-n-2 convert the input radio frequency signals into analog baseband signals, and the A / D converters 425-n-1 to 425-n-2 convert the signals into analog baseband signals. Converts a signal to a digital baseband signal.

A/D変換器425−n−1〜425−n−2によってデジタル・ベースバンド信号に変換された情報は相関算出回路405−nに入力される。相関算出回路405−nは、式(1)〜式(3)を用いて複素位相の回転量を算出する。また、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で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と共に、複素位相回転量予測回路410−nに入力される。   The information converted into digital baseband signals by the A / D converters 425-n-1 to 425-n-2 is input to the correlation calculation circuit 405-n. The correlation calculation circuit 405-n calculates the rotation amount of the complex phase by using Expressions (1) to (3). When the calibration process is necessary as needed, the rotation amount of the complex phase on the transmission side is determined as a value in consideration of the calibration coefficient in Expressions (1) to (3). The rotation amount of the complex phase obtained by the correlation calculation circuit 405-n is input to the complex phase rotation amount prediction circuit 410-n together with the identification number of the wireless station device with which to communicate.

複素位相回転量予測回路410−nは、限られたアンテナ系統のチャネル情報を基に、残りのアンテナ素子のチャネル情報を予測する。図22の場合には、複素位相回転量予測回路410−nは、移相器402−n−1〜402−n−Mで行うべき複素位相の回転量を算出し、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に入力する。位相シフト制御回路406−nでは、ここで入力された値がメモリに記憶されるなどして管理される。   The complex phase rotation amount prediction circuit 410-n predicts channel information of the remaining antenna elements based on channel information of a limited antenna system. In the case of FIG. 22, the complex phase rotation amount prediction circuit 410-n calculates the amount of rotation of the complex phase to be performed by the phase shifters 402-n-1 to 402-n-M, and the wireless communication partner It is input to the phase shift control circuit 406-n together with the identification number of the station device. In the phase shift control circuit 406-n, the value input here is managed by being stored in a memory or the like.

また、以上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、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、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に設定する値として、同様にメモリに記憶されるなどして管理される。   Further, the rotation amount of the complex phase described above relates to the phase rotation amount of the phase shifters 402-n-1 to 402-n-M in the receiving system, but the rotation amount of the complex phase rotation amount in a low noise amplifier, a high power amplifier, and the like. In order to cancel the individual difference, a calibration process in the implicit feedback of the related art is performed, the rotation amount of the complex phase in the transmission system is converted, and a value set in the phase shifters 409-n-1 to 409-n-M Is similarly managed by being stored in a memory.

なお、実際のデータ通信を行う際、すなわち送信ないし受信処理を行う際には、図23には図示されていない制御回路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に複素位相の回転量を指示し、移相器402−n−1〜402−n−M及び移相器409−n−1〜409−n−Mではこの複素位相の回転量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 or reception processing, a control circuit (not shown in FIG. 23) grasps a wireless station apparatus to be a communication partner and performs phase shift control circuit 406-n , The amount of rotation of the complex phase corresponding to the wireless station device performing communication is transmitted to 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 specified, and the phase shifters 402-n-1 to 402-n-M and the phase shifters 409-n-1 to 409-n-M set the amount of rotation of the complex phase to be analog Beam forming is realized.

なお、本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」及び「D」〜「D」の記述のある点に配置し、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「E」〜「E」の記述のある点に配置することになる。「A」及び「B」に関しては、送受信信号処理回路652−nでは相互に協調することを想定していない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だが、「D」〜「D」の記述のある点のハイパワーアンプ、及び「E」〜「E」の記述のある点のローノイズアンプに関しては、同一の送受信信号処理回路652−n内の各アンテナ素子401−n−1〜M及びアンテナ素子441−n−1〜441−n−Mとの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を用いることで、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。 Although not explicitly shown in the drawing, if a high-power amplifier (HPA) or the like on the transmission side is to be disposed, for example, points “A” and “D 1 ” to “D M ” in the drawing will be described. arranged, if placing a recipient of the low-noise amplifier (LNA) or the like, will be placed at a point with a description of "B" and "E 1" - "E M" in FIG. Regarding "A" and "B", since the transmission / reception signal processing circuit 652-n does not assume that they cooperate with each other, calibration processing for removing the uncertainty of the complex phases of the individual high-power amplifiers and low-noise amplifiers Are unnecessary, but the same transmission / reception signal processing circuit is used for the high power amplifier with the description of “D 1 ” to “D M ” and the low noise amplifier with the description of “E 1 ” to “E M ” 652-n may cause uncertainty in the complex phase between each of the antenna elements 401-n-1 to M and the antenna elements 441-n-1 to 441-n-M. It is necessary to remove the uncertainty of the complex phase of the low-noise amplifier of each system by using the calibration method of the implicit feedback.

本発明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「C」「C」等での複素位相の回転量が+10度、+20度等であったとすると、式(1)〜式(3)で得られた複素位相の回転量に対し、−10度、−20度等の補正を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−n、複素位相回転量予測回路410−nないしは相関算出回路405−nにてこの情報を用いて補正を実施する。
また図22と同様に、ダウンコンバータ、A/D変換器を備えていない系統のスイッチ403−n−2、403−n−3、403−n−5〜403−n−Mに関しては、移相器402−n−1〜402−n−Mで行う複素位相の回転量を算出する際の信号処理において接続状態にしたり、ないしはこれらのスイッチ403−n−2、403−n−3、403−n−5〜403−n−Mを省略したりしても、実効的には問題とはならない。
The present invention can be applied to any method, and the specific method of the calibration process is not limited. Considering this calibration result, for example, assuming that the rotation amount of the complex phase at “C 1 ”, “C 2 ”, etc. is +10 degrees, +20 degrees, etc., the equations (1) to (3) are obtained. The phase rotation amount is adjusted by correcting the rotation amount of the complex phase by, for example, -10 degrees or -20 degrees. The information on the calibration result is collected by a calibration circuit (not shown), and is collected by the phase shift control circuit 406-n, the complex phase rotation amount prediction circuit 410-n, or the correlation calculation circuit 405-n. The correction is performed using the information.
Similarly to FIG. 22, the phase shift is performed for the switches 403-n-2, 403-n-3, 403-n-5 to 403-n-M of the system without the down converter and the A / D converter. Switches 402-n-1 to 402-n-M in the signal processing when calculating the amount of rotation of the complex phase, or switch 403-n-2, 403-n-3, 403- Even if n-5 to 403-nM is omitted, there is no practical problem.

なお、以上の説明は、各アンテナ素子の複素位相の回転をアナログ信号上で実施する場合を中心に説明を行ったが、デジタル信号処理上においても利用することは可能である。この場合、受信信号処理においては全てのアンテナ素子にA/D変換器を実装しているために、少数のアンテナ素子を用いて行った複素位相の回転量評価結果を基にその他のアンテナ素子の複素位相の回転量を求めることに直接的なメリットはないが、送信側の信号処理に関しては、送信アンテナと受信アンテナが物理的に異なる場合には有効に利用することも可能である。   Although the above description has been made mainly on the case where the rotation of the complex phase of each antenna element is performed on an analog signal, it can also be used in digital signal processing. In this case, since the A / D converters are mounted on all the antenna elements in the reception signal processing, the rotation amounts of the other antenna elements are evaluated based on the complex phase rotation amount evaluation result performed using a small number of antenna elements. Although there is no direct merit in determining the amount of rotation of the complex phase, the signal processing on the transmitting side can be effectively used when the transmitting antenna and the receiving antenna are physically different.

図24は、本発明の第3の実施形態における、デジタル信号処理を用いた送受信信号処理回路653−nの別の構成例を示す機能ブロック図である。図24は、図28及び図29に示した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における送受信信号処理回路929−1〜929−Nに対し、本発明を適用するための改良を加えたものである。図28及び図29に示す送受信信号処理回路929−nとの差分は、相関算出回路405−n、複素位相回転量予測回路410−n、送信ウエイト算出回路411−nが新たに追加され、時間軸送信ウエイト乗算回路へ入力する送信ウエイトに関する情報を、送信ウエイト算出回路411−nより与える構成としている点である。   FIG. 24 is a functional block diagram showing another configuration example of the transmission / reception signal processing circuit 653-n using digital signal processing according to the third embodiment of the present invention. FIG. 24 is a diagram for explaining the present invention applied to the transmission / reception signal processing circuits 929-1 to 929 -N in the configuration example of the wireless station device using time-axis beamforming in the conventional technique shown in FIGS. 28 and 29. It is an improvement. The difference from the transmission / reception signal processing circuit 929-n shown in FIGS. 28 and 29 is obtained by adding a correlation calculation circuit 405-n, a complex phase rotation amount prediction circuit 410-n, and a transmission weight calculation circuit 411-n. The transmission weight calculation circuit 411-n provides information on the transmission weight to be input to the axis transmission weight multiplication circuit.

例えば、図16、図17に示す様に送信アンテナと受信アンテナが異なる場合には、受信に用いるA/D変換器925−n―1〜925−n−Mの中の全て又はその一部の幾つかの系統に関するサンプリングデータを相関算出回路405−nに入力し、この情報を基に基準アンテナ素子と他のアンテナ素子との間の相関演算を行う。その相関値は複素位相回転量予測回路410−nに入力され、ここで入力された複素位相とアンテナ素子の座標情報を基に、上述の最小二乗法や線形推定手法により全てのアンテナ素子の複素位相の回転量を推定し、その推定結果を送信ウエイト算出回路411−nに入力する。送信ウエイト算出回路411−nでは、基準アンテナに対する各アンテナ素子の相対的複素位相差をキャンセルするために、その複素位相ψに対しExp(−jψ)に相当する複素数を各アンテナ素子の時間軸送信ウエイトとし、これを時間軸送信ウエイト乗算回路921−nに入力し、時間軸送信ウエイト乗算回路921−nではこの値をアンテナ素子毎に乗算した後にD/A変換器922−n−1〜922−n−Mに入力する。この様にすることで、デジタル信号処理上でも一部の受信アンテナで求めた情報を基に、受信アンテナとは異なる送信アンテナを用いた送信指向性制御が可能になる。   For example, when the transmitting antenna and the receiving antenna are different as shown in FIGS. 16 and 17, all or some of the A / D converters 925-n-1 to 925-n-M used for reception are used. Sampling data for some systems is input to a correlation calculation circuit 405-n, and a correlation operation between a reference antenna element and another antenna element is performed based on this information. The correlation value is input to the complex phase rotation amount prediction circuit 410-n. Based on the input complex phase and the coordinate information of the antenna element, the complex value of all the antenna elements is calculated by the least square method or the linear estimation method described above. The amount of phase rotation is estimated, and the estimation result is input to the transmission weight calculation circuit 411-n. In order to cancel the relative complex phase difference of each antenna element with respect to the reference antenna, the transmission weight calculation circuit 411-n transmits a complex number corresponding to Exp (−j) to the complex phase ψ on the time axis of each antenna element. The weight is input to a time axis transmission weight multiplying circuit 921-n. The time axis transmission weight multiplying circuit 921-n multiplies this value for each antenna element and then D / A converters 922-n-1 to 922. -Input to n-M. In this way, even in digital signal processing, transmission directivity control using a transmission antenna different from the reception antenna can be performed based on information obtained from some reception antennas.

なお、図24では、A/D変換器925−n−1〜925−n−Mから相関算出回路405−nへの入力の系統数を明示していないが、図22及び図23と同様に、全体の一部のアンテナ系統に関するA/D変換器(925−n−1〜925−n−Mの一部)からの信号を入力する構成としても良いし、その全てを入力する構成としても構わない。さらには、図20に示す構成の様に、送信アンテナ565を構成するアンテナ素子群の一部のアンテナ素子568−1〜568−3を受信アンテナとする場合には、該当する受信アンテナのみの出力を相関算出回路405−nへ入力する構成(この場合には、その受信アンテナはユーザデータの受信信号処理に用いなくても良い)としても構わない。   In FIG. 24, the number of input systems from the A / D converters 925-n-1 to 925-n-M to the correlation calculation circuit 405-n is not explicitly shown. , A signal from A / D converters (parts of 925-n-1 to 925-n-M) related to a part of the entire antenna system, or a configuration in which all of the signals are input. I do not care. Further, as shown in FIG. 20, when some of the antenna elements 568-1 to 568-3 of the antenna element group forming the transmitting antenna 565 are used as receiving antennas, the output of only the corresponding receiving antenna is used. May be input to the correlation calculation circuit 405-n (in this case, the reception antenna may not be used for the reception signal processing of the user data).

以上説明したように、本実施形態によれば、無線局装置は、全てのアンテナ素子のチャネル情報を取得せず、一部のアンテナ素子のチャネル情報を取得する。無線局装置は、取得したチャネル情報からウエイト情報を算出し、算出したウエイト情報に基づいて他のアンテナ素子のウエイト情報を近似で算出する。これにより、スイッチ等の切り替え機構を新たに備える必要が無く、チャネル情報を取得するために必要となるA/D変換器及びD/A変換器の数を抑えることができる。また、上記のように、他のアンテナ素子のウエイト情報を近似で算出することにより、送信アンテナと受信アンテナとが異なる場合であってもインプリシットフィードバックを利用することができる。そのため、小型化及び低コスト化を図るとともに、送信アンテナと受信アンテナとが異なる場合であってもインプリシットフィードバックを利用することが可能になる。   As described above, according to the present embodiment, the wireless station device acquires channel information of some antenna elements without acquiring channel information of all antenna elements. The wireless station device calculates weight information from the acquired channel information, and calculates the weight information of other antenna elements by approximation based on the calculated weight information. Accordingly, there is no need to newly provide a switching mechanism such as a switch, and the number of A / D converters and D / A converters required to acquire channel information can be reduced. Further, as described above, by calculating the weight information of the other antenna elements by approximation, even if the transmitting antenna and the receiving antenna are different, the implicit feedback can be used. Therefore, it is possible to reduce the size and cost and to use the implicit feedback even when the transmitting antenna and the receiving antenna are different.

[第4の実施形態]
これまでのインプリシットフィードバック技術においては、チャネルの対称性を利用することで、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技術が一般的であった。そのため、例えば送信アンテナと受信アンテナとが異なる場合や、アップリンクの周波数とダウンリンクの周波数とが異なる場合には、チャネルの対称性を活用したインプリシットフィードバックが利用できないと考えられていた。しかし、第3の実施形態に示した様に、チャネルフィードバックに用いたアンテナ素子と異なるアンテナ素子に対してもチャネルの予測は可能であり、その様に予測されたチャネル情報を用いればインプリシットフィードバックも可能であることを第3の実施形態では示した。
[Fourth embodiment]
In the conventional implicit feedback technique, a technique of estimating downlink channel information from uplink channel information by using channel symmetry has been general. For this reason, for example, when the transmitting antenna and the receiving antenna are different, or when the frequency of the uplink is different from the frequency of the downlink, it has been considered that implicit feedback utilizing the symmetry of the channel cannot be used. However, as shown in the third embodiment, it is possible to predict a channel for an antenna element different from the antenna element used for channel feedback, and to use implicit feedback by using such predicted channel information. The third embodiment has shown that this is also possible.

これは、到来波が平面波近似できるという見通し波が支配的な環境の特徴を利用したもので、全ては平面波の到来方向が決まると各アンテナ素子の経路長差が決まり、その経路長差に応じて幾何学的なルールに則って各アンテナ素子のチャネル情報の複素位相(ないしは移相器で回転させる複素位相、すなわち送受信ウエイトに相当)を予測することができた。この様な条件が成立する場合には、経路長差ΔL及び波長λを用いて2πΔL/λの複素位相が回転することを考慮すれば、受信側(基地局装置を想定し、ここではアップリンクとする)で求めた複素位相の回転量ΔθULと、送信側(基地局装置を想定し、ここではダウンリンクとする)で求めるべき複素位相の回転量ΔθULとの間には、所定のルールが存在する。 This utilizes the characteristic of the environment where the incoming wave can be approximated by a plane wave, and the line of sight wave is dominant.In all cases, when the arrival direction of the plane wave is determined, the path length difference of each antenna element is determined, and according to the path length difference Thus, the complex phase of the channel information of each antenna element (or the complex phase rotated by the phase shifter, that is, the transmission / reception weight) could be predicted according to the geometric rules. When such a condition is satisfied, considering that the complex phase of 2πΔL / λ is rotated using the path length difference ΔL and the wavelength λ, the receiving side (assuming a base station apparatus, here an uplink a rotation amount [Delta] [theta] UL of complex phase obtained in that), assuming a transmission side (base station apparatus, wherein between the rotational amount [Delta] [theta] UL of complex phase be determined by the downlink), a predetermined Rules exist.

図25は、本発明の第4の実施形態における複素位相の換算方法の概要を示す図である。図25において、図25(A)に周波数F(波長λ)の到来波、図25(B)に周波数F(波長λ)の到来波を示す。ここではF<Fを仮定し、波長λの方が波長λより短くなっている。同一の経路長差ΔLに対しても、波長ないしは周波数の差に応じて複素位相の回転量が異なっており、その差は式(6)を用いて導出することが可能である。 FIG. 25 is a diagram illustrating an outline of a method of converting a complex phase according to the fourth embodiment of the present invention. 25A shows an incoming wave of frequency F 1 (wavelength λ 1 ), and FIG. 25B shows an incoming wave of frequency F 2 (wavelength λ 2 ). Here, it is assumed that F 1 <F 2 , and the wavelength λ 2 is shorter than the wavelength λ 1 . Even for the same path length difference ΔL, the amount of rotation of the complex phase differs according to the difference in wavelength or frequency, and the difference can be derived using equation (6).

図26は、本発明の第4の実施形態におけるFDD適用時のインプリシットフィードバック法の処理の流れを示すフローチャートである。まず処理を開始すると、送信側の無線局装置から送信されたトレーニング信号を受信側の無線局装置において受信し、受信側の無線局装置は、受信した受信信号のデジタル・サンプリングデータを所定の周期に渡り取得する(ステップS101)。受信側の無線局装置は、取得したトレーニング信号に対するサンプリングデータを用いて、式(1)に従い基準アンテナとの相関演算を行い、相関値の複素位相から複素位相の回転量を算出する(ステップS102)。これが一部のアンテナ素子に関する複素位相回転量情報である場合には、受信側の無線局装置は、第3の実施形態と同様にその他のアンテナ素子の複素位相の回転量情報を予測する(ステップS103)。その後、受信側の無線局装置は、式(6)を用いてアップリンクの複素位相の回転量情報から周波数の異なるダウンリンクの複素位相の回転量情報を予測する(ステップS104)。アップリンクとダウンリンクではハイパワーアンプ及びローノイズアンプの対応が異なるため、受信側の無線局装置は、キャリブレーション処理を用いたインプリシットフィードバック技術により、ダウンリンクの複素位相の回転量情報を取得する(ステップS105)。受信側の無線局装置は、予測した複素位相の回転量情報を基に、この複素位相を反転した送信指向性形成における複素位相の回転量を取得する(ステップS106)。以上が本発明の第4の実施形態における、インプリシットフィードバック法のFDDへの拡張法である。ここで求めた複素位相の回転量は、アナログ信号処理による指向性形成時にはこの複素位相の回転量を移相器に設定し、デジタル信号処理による指向性形成時には得られたアンテナ素子毎の複素位相ψに対し、Exp(jψ)を対応するアンテナ素子の送信ウエイトとして設定する。   FIG. 26 is a flowchart showing the flow of processing of the implicit feedback method when FDD is applied in the fourth embodiment of the present invention. First, when the process is started, the training signal transmitted from the transmitting-side wireless station device is received by the receiving-side wireless station device, and the receiving-side wireless station device transmits digital sampling data of the received signal at a predetermined period. (Step S101). The wireless station device on the receiving side performs a correlation operation with the reference antenna according to Expression (1) using the sampling data for the acquired training signal, and calculates the rotation amount of the complex phase from the complex phase of the correlation value (step S102). ). If this is the complex phase rotation amount information on some of the antenna elements, the receiving-side radio station device predicts the complex phase rotation amount information on the other antenna elements as in the third embodiment (step S103). Thereafter, the wireless station device on the receiving side predicts the rotation amount information of the complex phase of the downlink having a different frequency from the rotation amount information of the complex phase of the uplink using Expression (6) (step S104). Since the correspondence between the high-power amplifier and the low-noise amplifier differs between the uplink and the downlink, the wireless station device on the receiving side acquires the rotation amount information of the complex phase of the downlink by an implicit feedback technique using a calibration process. (Step S105). The wireless station device on the receiving side acquires the rotation amount of the complex phase in the transmission directivity formation in which the complex phase is inverted, based on the predicted rotation amount information of the complex phase (step S106). The above is the extension of the implicit feedback method to FDD in the fourth embodiment of the present invention. The amount of rotation of the complex phase obtained here is set to the phase shifter when the directivity is formed by analog signal processing, and the obtained complex phase for each antenna element is formed when the directivity is formed by digital signal processing. For ψ, Exp (jψ) is set as the transmission weight of the corresponding antenna element.

なお、以上の説明では、第3の実施形態の適用対象を上記式(1)の相関演算結果の複素係数cに対応する複素位相の回転量をステップS101〜ステップS105で先に求め、この複素位相を反転した上記式(2)に対応する送信指向性制御で用いる複素位相の回転量をステップS106で後から求める場合を例に説明したが、ステップS102の処理で取得した複素位相の回転量情報を用いてこれを符号反転した受信指向性形成における複素位相の回転量を先に取得し、この複素位相の回転量に対して第3の実施形態を適用し、残りのアンテナ素子の受信側での複素位相の回転量を先に算出し、これに対してステップS104の処理として式(6)を用いた異なる周波数に対する換算処理を行い、送信指向性形成時の複素位相回転量を算出しても構わない。 In the above description, the rotation amount of the complex phase corresponding to the complex coefficient c j of the result of the correlation operation of the above equation (1) is determined first in steps S101 to S105 for the target to which the third embodiment is applied. The case where the rotation amount of the complex phase used in the transmission directivity control corresponding to the above equation (2) with the complex phase inverted is obtained later in step S106 has been described as an example, but the rotation of the complex phase acquired in the processing of step S102 has been described. Using the amount information, the amount of rotation of the complex phase in forming the reception directivity whose sign is inverted is acquired first, and the third embodiment is applied to the amount of rotation of the complex phase to receive the remaining antenna elements. The amount of rotation of the complex phase on the side is calculated first, and a conversion process for different frequencies using equation (6) is performed as the process of step S104, and the amount of complex phase rotation at the time of forming the transmission directivity is calculated. It may be calculated.

また、以上のステップS104の処理に関しては、第3の実施形態の図22及び図23における複素位相回転量予測回路410−n(n=1,…,N)にて実施すれば、先に行った説明における送信指向性形成時の移相器402−n−1〜402−n−M(図22の場合)又は移相器409−n−1〜409−n−M(図23の場合)に設定する複素位相の回転量をその周波数に合わせて変えて運用することで対応可能である。また、第3の実施形態の図24における複素位相回転量予測回路410−n又は送信ウエイト算出回路411−n(n=1,…,N)にて実施すれば、同様にデジタル信号処理においても先に行った説明における送信指向性形成時の時間軸送信ウエイト乗算回路に設定する送信ウエイトをその周波数に合わせて変えて運用することで対応可能である。また、第1の実施形態及び第2の実施形態においても、相関算出回路405−n又は505−nと、位相シフト制御回路406−n又は506−nとの間に複素位相回転量予測回路410−nを配置し、ここで同様の処理を行えば、第1の実施形態及び第2の実施形態との組み合わせでも第4の実施形態を適用することは可能である。   Further, the processing in step S104 described above is performed first if it is performed by the complex phase rotation amount prediction circuit 410-n (n = 1,..., N) in FIGS. 22 and 23 of the third embodiment. Phase shifters 402-n-1 to 402-n-M (in the case of FIG. 22) or phase shifters 409-n-1 to 409-n-M (in the case of FIG. 23) when the transmission directivity is formed in the above description. Can be handled by changing the amount of rotation of the complex phase set in accordance with the frequency. Further, if it is implemented by the complex phase rotation amount prediction circuit 410-n or the transmission weight calculation circuit 411-n (n = 1,..., N) in FIG. 24 of the third embodiment, similarly in digital signal processing. This can be dealt with by changing the transmission weight set in the time axis transmission weight multiplication circuit at the time of forming the transmission directivity in the description given above in accordance with the frequency and operating. In the first and second embodiments, the complex phase rotation amount prediction circuit 410 is provided between the correlation calculation circuit 405-n or 505-n and the phase shift control circuit 406-n or 506-n. If -n is arranged and the same processing is performed here, it is possible to apply the fourth embodiment even in combination with the first embodiment and the second embodiment.

なお、この際、図1及び図2においてはダウンリンクの位相は移相器402−1−1〜402−N−Mで、図4〜図6においてはダウンリンクの位相は移相器409−n−1〜409−n−Mで、図7〜図9においてはダウンリンクの位相は移相器502−1−1〜502−N−Mで、図10〜図12においてはダウンリンクの位相は移相器509−n−1〜509−n−Mで、換算された複素位相の回転処理を行うことになる。したがって、図1、図2及び図7〜図9では、同一の通信相手局であっても、アップリンクとダウンリンクの複素位相の回転量は異なる値になる様に管理されるべきで、この一連の管理は制御回路460が管理することになる。   In this case, the phase of the downlink is phase shifters 402-1-1 to 402-NM in FIGS. 1 and 2, and the phase of the downlink is phase shifters 409- in FIGS. 7 to 9, the phase of the downlink is phase shifters 502-1-1 to 502-NM, and in FIGS. 10 to 12, the phase of the downlink is Are phase shifters 509-n-1 to 509-n-M, which perform rotation processing of the converted complex phase. Therefore, in FIGS. 1 and 2 and FIGS. 7 to 9, even in the same communication partner station, the rotation amounts of the uplink and downlink complex phases should be managed so as to be different values. A series of management is managed by the control circuit 460.

以上説明したように、本実施形態によれば、無線局装置は、ある周波数の経路長差に基づき、各アンテナ素子におけるある周波数とそれとは異なる周波数におけるチャネル情報及びウエイト情報を算出する。これにより、FDDなどアップリンクの周波数とダウンリンクの周波数とが異なる無線システムを構築する場合であってもインプリシットフィードバックを利用することが可能になる。   As described above, according to the present embodiment, the wireless station device calculates channel information and weight information at a certain frequency in each antenna element and a different frequency from each other based on a path length difference at a certain frequency. This makes it possible to use implicit feedback even when constructing a wireless system in which the uplink frequency and the downlink frequency are different, such as FDD.

なお、上述した各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 each of the embodiments described above, the complex phase rotation is performed on the radio frequency analog signal. However, the position of the up converter is changed, and the complex phase rotation is performed on the baseband or intermediate frequency analog signal. It is also possible to adopt a configuration in which a frequency conversion with a radio frequency is performed in a subsequent stage or a preceding stage.

[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
410−n…複素位相回転量予測回路
411−n…送信ウエイト算出回路
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
441−1〜441−M…アンテナ素子
441−n−1〜441−n−M…アンテナ素子
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
454−n…送受信信号処理回路
455−n…送受信信号処理回路
460…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 410-n complex phase rotation amount prediction circuit 411-n transmission weight calculation circuit 414-n distribution coupler 415-n distribution coupler 424-1-1 424-NM, 424-n-1 to 424-n-M... Downconverters 425-1-1 to 425-NM, 425-n-1 to 425-nm,... A / D converter 441 -1 to 441-M ... antenna elements 441-n-1 to 441-n-M ... antenna elements 450 ... radio station devices 451-1 to 451-N ... transmission / reception signal processing circuit 452 ... radio station devices 453-n ... transmission and reception Signal processing circuit 454-n: transmission / reception signal Processing circuits 455-n ... reception signal processing circuit 460 ... 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 908-1~908-N 0 ... GI removing & FFT circuit 909 ... postcoders 910-1~910-N ... demodulator 911 ... TDD switch 912-1~912-N 0 ... distributor 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 base transmission weight multiplying circuit 922-1~922- ... D / A converters 922-1-1 to 922-NM ... D / A converters 923-1 to 923-M ... up-converters 923-1-1 to 923-NM ... up-converters 924-1 ... 924-M... Down-converters 924-1-1 through 924-NM... Down-converters 925-1 through 925-M... A / D converters 925-1-1 through 925-NM. 926-1 to 926-N time reception weight multiplying circuits 927-1 to 927-N TDD switches 928-1 to 928-M antenna elements 928-1-1 to 928-N-M antenna elements 929 −1 to 929-N transmission / reception signal processing circuits 941-1 to 941-M distribution coupler 942 wireless station devices 943-1 to 943-M addition and combining units 944-1 to 944-M replication device 945 Radio station device 951- 1-951-3 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 (4)

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、
アップリンクで利用する第1の周波数と、ダウンリンクで利用する前記第1の周波数と異なる第2の周波数を用いて、前記他の無線通信装置と通信する通信部と、
全アンテナ素子又は一部の複数系統に備えられ、該アンテナ素子にて受信された無線周波数のアナログ信号をベースバンドのデジタル信号に変換する信号変換部と、
該信号変換部が変換した前記他の無線通信装置が送信したトレーニング信号に対応したデジタル信号を用いて、前記信号変換部が備えられた複数系統のアンテナ素子の中から選定される基準となるアンテナ素子と、他のアンテナ素子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、個別のアンテナ素子の受信信号に対して与えるべき複素位相の回転量を算出する回転量算出部と、
前記第1の周波数と前記第2の周波数の比に関する情報と、前記相関算出部又は前記回転量算出部で算出した情報とに基づいて、個別のアンテナ素子の送信信号に対して与えるべき複素位相の回転量を予測する回転量予測部と、
前記回転量予測部で予測された複素位相に基づいて、前記アンテナ素子毎の送信信号に対して与えるべき複素位相の回転量を管理する位相回転量管理部と、
前記他の無線通信装置宛ての信号を生成する送信信号生成部と、
前記位相回転量管理部によって管理された複素位相の回転量を、送信に用いる前記アンテナ素子毎の送信信号に対しアナログ信号上又はデジタル信号上で位相回転する位相回転部と、
前記位相回転部を介して出力された信号を、前記アンテナ素子を介して前記他の無線通信装置に送信する信号送信部と、
を備える無線通信装置。
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 communication unit configured to communicate with the other wireless communication device using a first frequency used in an uplink and a second frequency different from the first frequency used in a downlink;
A signal conversion unit that is provided in all antenna elements or a plurality of partial systems and converts a radio frequency analog signal received by the antenna element into a baseband digital signal,
Using a digital signal corresponding to the training signal transmitted by the other wireless communication device converted by the signal conversion unit, a reference antenna selected from a plurality of antenna elements provided with the signal conversion unit Element, a correlation calculation unit that calculates a correlation for each combination of other antenna elements,
A rotation amount calculation unit that calculates a rotation amount of a complex phase to be given to a reception signal of an individual antenna element based on a calculation result of the correlation by the correlation calculation unit,
A complex phase to be given to a transmission signal of an individual antenna element based on information on a ratio between the first frequency and the second frequency and information calculated by the correlation calculator or the rotation amount calculator. A rotation amount prediction unit for predicting the rotation amount of
Based on the complex phase predicted by the rotation amount prediction unit, a phase rotation amount management unit that manages the rotation amount of the complex phase to be given to the transmission signal for each antenna element,
A transmission signal generation unit that generates a signal addressed to the other wireless communication device,
A rotation amount of the complex phase managed by the phase rotation amount management unit, a phase rotation unit that performs a phase rotation on an analog signal or a digital signal for a transmission signal for each antenna element used for transmission,
A signal transmitting unit that transmits a signal output via the phase rotation unit to the other wireless communication device via the antenna element,
A wireless communication device comprising:
前記送信信号生成部が生成した送信信号をアナログ信号上で前記アンテナ素子毎に分岐させる第1の信号分配部を更に備え、
前記位相回転部は、
前記位相回転量管理部により管理された複素位相の回転量をアンテナ素子毎に備えられた移相器に設定する、請求項1に記載の無線通信装置。
A first signal distributor that branches the transmission signal generated by the transmission signal generator on an analog signal for each antenna element;
The phase rotation unit,
The wireless communication device according to claim 1, wherein the amount of rotation of the complex phase managed by the phase rotation amount management unit is set in a phase shifter provided for each antenna element.
前記送信信号生成部が生成した送信信号をデジタル信号上で前記アンテナ素子毎に分岐させる第2の信号分配部を更に備え、
前記位相回転部は、
前記位相回転量管理部により管理されたアンテナ素子毎の複素位相の回転量ψに対し、係数Exp(jψ)をデジタル信号上でアンテナ素子毎に乗算する、請求項1に記載の無線通信装置。
A second signal distribution unit that branches the transmission signal generated by the transmission signal generation unit on a digital signal for each of the antenna elements,
The phase rotation unit,
The wireless communication apparatus according to claim 1, wherein the rotation amount ψ of the complex phase for each antenna element managed by the phase rotation amount management unit is multiplied by a coefficient Exp (jψ) on a digital signal for each antenna element.
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、
アップリンクで利用する第1の周波数と、ダウンリンクで利用する前記第1の周波数と異なる第2の周波数を用いて、前記他の無線通信装置と通信する通信ステップと、
全アンテナ素子又は一部の複数系統に備えられ、該アンテナ素子にて受信された無線周波数のアナログ信号をベースバンドのデジタル信号に変換する信号変換部が変換した前記他の無線通信装置が送信したトレーニング信号に対応したデジタル信号を用いて、前記信号変換部が備えられた複数系統のアンテナ素子の中から選定される基準となるアンテナ素子と、他のアンテナ素子の組合せ毎の相関を算出する相関算出ステップと、
前記相関算出ステップにおける相関の算出結果に基づいて、個別のアンテナ素子の受信信号に対して与えるべき複素位相の回転量を算出する回転量算出ステップと、
前記第1の周波数と前記第2の周波数の比に関する情報と、前記相関算出ステップ又は前記回転量算出ステップの算出結果とに基づいて、個別のアンテナ素子の送信信号に対して与えるべき複素位相の回転量を予測する回転量予測ステップと、
前記回転量予測ステップにおいて予測された複素位相に基づいて、前記アンテナ素子毎の送信信号に対して与えるべき複素位相の回転量を管理する位相回転量管理ステップと、
前記他の無線通信装置宛ての信号を生成する送信信号生成ステップと、
前記位相回転量管理ステップにおいて管理された複素位相の回転量を、送信に用いる前記アンテナ素子毎の送信信号に対しアナログ信号上又はデジタル信号上で位相回転する位相回転部に設定し、前記位相回転部を介して出力された信号を、前記アンテナ素子を介して前記他の無線通信装置に送信する信号送信ステップと、
を有する無線通信方法。
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 communication step of communicating with the other wireless communication device using a first frequency used in an uplink and a second frequency different from the first frequency used in a downlink;
Transmitted by the other wireless communication device which is provided in all antenna elements or a plurality of partial systems, and which is converted by a signal conversion unit which converts a radio frequency analog signal received by the antenna element into a baseband digital signal. Using a digital signal corresponding to a training signal, a correlation for calculating a correlation for each combination of a reference antenna element selected from a plurality of antenna elements provided with the signal conversion unit and other antenna elements. A calculating step;
A rotation amount calculating step of calculating a rotation amount of a complex phase to be given to a received signal of an individual antenna element based on a calculation result of the correlation in the correlation calculating step,
Based on information on the ratio between the first frequency and the second frequency and the calculation result of the correlation calculation step or the rotation amount calculation step, a complex phase to be given to a transmission signal of an individual antenna element A rotation amount prediction step of predicting the rotation amount;
Based on the complex phase predicted in the rotation amount prediction step, a phase rotation amount management step of managing a rotation amount of a complex phase to be given to the transmission signal for each antenna element,
A transmission signal generation step of generating a signal addressed to the other wireless communication device,
The rotation amount of the complex phase managed in the phase rotation amount management step is set in a phase rotation unit that performs a phase rotation on an analog signal or a digital signal with respect to a transmission signal for each antenna element used for transmission, and A signal transmission step of transmitting a signal output through the unit to the other wireless communication device via the antenna element,
A wireless communication method comprising:
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