JP6712240B2 - 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]
Currently, high-performance mobile communication terminals such as smartphones have been explosively popularized. Regarding mobile phones, the third-generation mobile communication has shifted to the fourth-generation mobile communication, and at present, further research and development on the fifth-generation mobile communication (commonly referred to as “5G”) are underway. One of the studies conducted on this 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 the conventional mobile phones, one service area is set to a radius of several kilometers, and one base station device covers this macrocell area. However, there is an extremely large number of users in such a macro cell. Since the entire limited system capacity is shared by each user, when accommodating a huge 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 has been developed for setting a small cell, which is a very small service area with a radius of several tens of meters, in a densely populated area where traffic is concentrated. This technology uses small cells to offload spot-like traffic to the network without going through macro cells. Here, it is assumed that the terminal device is capable of simultaneously using the communication capacity of the small cell and the communication capacity of the macro cell. By using such a terminal device, the user data is accommodated on the small cell side while exchanging information on the control information by utilizing the macro cell. This makes it possible to maximize the advantages of macro cells and small cells.

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 mentioned above, the target value of the transmission rate is set to 10 Gbit/s (gigabit per second) or higher, and even in this small cell, the same large capacity communication is performed to realize efficient offload of traffic. There is a need to. In the macro cell, it is premised that the microwave band of low frequency is used to allow long-distance propagation. However, considering the current state of the microwave band, where frequency resources are already exhausted, small cells that are supposed to communicate at relatively short distances are expected to use the quasi-millimeter wave band or millimeter wave band with relatively high frequencies. Has been done. The characteristic 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 near the user terminal. For example, in a place such as a rooftop of a building where installation is easy, the distance between the user terminal and the base station becomes too large, which is not preferable in terms of circuit 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 cells are set in a place where traffic is concentrated, there are cases where installation of a base station device is strongly desired even in a place where it is difficult to install optical fibers. For example, assuming a small cell base station device is installed in a place where many people are crowded, such as in front of a station such as Shinjuku or Shibuya, propagation attenuation will be large on the roof of a building adjacent to such a place. .. Therefore, it may be required to be installed on a place lower than the roof of the building, for example, on the wall of the building. However, it may be difficult to lay an optical fiber on the wall of an existing building, and in such a case, it may be necessary to provide a backhaul line to the base station device using a wireless line. is there.

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

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 at 10 Gbit/s or higher, which is the transmission speed required for 5G, it is possible to use frequency resources with an extremely wide bandwidth by utilizing the millimeter wave band, which makes it possible to achieve this. Is rising. For example, assuming a backhaul line using the millimeter wave band, if the E band (71 to 76 GHz and 81 to 86 GHz) is used as an example and the bandwidth of 1 GHz is used, the frequency utilization efficiency is 10 bits. /S/Hz will suffice. However, existing wireless equipment for achieving a frequency utilization efficiency of 10 bits/s/Hz generally employs spatial multiplexing transmission using MIMO (Multiple-Input Multiple-Output) channels. Spatial multiplex transmission generally utilizes a multipath environment, and when performing singular value decomposition of a channel matrix H that represents the transfer function of a MIMO channel in a matrix format, the distribution of the absolute values of the singular values obtained as a result. Represents the characteristics of the spatial multiplexing transmission. Specifically, the square value of the absolute value of the singular value is a value proportional to the signal-to-noise power ratio SNR (Signal to Noise Ratio), and not only the first singular value but also the first singular value for spatial multiplexing transmission. Communication cannot be established unless it has a sufficiently large value even after the two singular values. The same applies to large-capacity transmission in small cells that are access systems, but realization of spatial multiplex transmission in such an environment in which 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, it is expected to use the millimeter wave band for both the access system and the backhaul line. As described above, the characteristic of the high frequency band is that the propagation attenuation increases in inverse proportion to the square of the frequency. For example, if the frequency of the 2 GHz band (existing access system) and the 80 GHz band (future system using the millimeter wave band) are compared with each other, the frequency is 40 times, so that the propagation attenuation is 1600 times and the line gain of 32 dB is insufficient. It will be. Of course, it is not necessary to cover as much as 32 dB because it does not need to cover a wider area than a macro cell, but on the other hand, in the high frequency band, there is no device with high output in the high power amplifier in the transmission stage, so this point is also taken into consideration. Then, it is considered that additional line gain must be secured at the level of several tens of dB. Furthermore, since spatial multiplexing transmission is also expected in such an environment, a radio system including much more antenna elements than in the conventional technique has been studied in both the base station and the terminal station. .. Such a technique is called Massive MIMO. Below, the related art regarding Massive MIMO will be introduced.

非特許文献1では、基地局側が256素子、端末局側が16素子のアンテナを備え、256×16のサイズのチャネル行列を活用して16ストリームの空間多重伝送を目指している。この非特許文献1では、複数の信号系列(ストリーム)を伝送するために、その指向性形成を、無線のアナログ回路における複素位相量の回転を用いたアナログビームフォーミングと、デジタル・ベースバンド回路におけるデジタル領域でのデジタルビームフォーミングとを併用して行う。これにより、アナログ/デジタル(A/D)変換器及びデジタル/アナログ(D/A)変換器の多用を避け、消費電力の低減とチャネル情報のフィードバック時の回線利得不足対策を行っている。ただし、ここで形成するアナログビームは例えば水平方向、垂直方向に共に所定の刻み幅(例えば5度間隔)で複数の固定パターンを設定し、その中で比較的受信電力の大きなアナログビームを所定の数だけ選択して利用する。当然ながら、見通し波の到来方向に正確にアナログビームを向けることはできないため、冗長な数のアナログビームを選択すると、A/D変換器及びD/A変換器の所要数を十分に圧縮することはできない。 In Non-Patent Document 1, a base station side is provided with an antenna having 256 elements and a terminal station side is provided with an antenna having 16 elements, and a channel matrix having a size of 256×16 is utilized to aim at spatial multiplexing transmission of 16 streams. In this Non-Patent Document 1, in order to transmit a plurality of signal sequences (streams), directivity formation is performed by analog beamforming using rotation of a complex phase amount in a wireless analog circuit and by digital baseband circuit. Performed in combination with digital beamforming in the digital domain. As a result, the analog/digital (A/D) converter and the digital/analog (D/A) converter are avoided from being heavily used, and power consumption is reduced and a channel gain shortage measure at the time of channel information feedback is taken. However, for the analog beam formed here, for example, a plurality of fixed patterns are set in both the horizontal direction and the vertical direction with a predetermined step width (for example, at intervals of 5 degrees), and an analog beam having a relatively large received power is set in the predetermined pattern. Select and use only the number. As a matter of course, since the analog beam cannot be accurately directed to the direction of arrival of the line-of-sight wave, selecting a redundant number of analog beams can sufficiently compress the required number of A/D converters and D/A converters. I can't.

[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, it is assumed that the environment is generally a multipath environment because the usage in the access system is mainly assumed. However, even in the case of an access system, if the small cell base station is installed above, and it is possible to secure a general view by looking down, it may be forced to operate in a non-multipath environment. Especially in the case of a backhaul line, this is remarkable, and it is expected to be used in an environment where the so-called Rice coefficient K is 10 dB or more and the multipath component is accompanied by only about 1/10 or less of the 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 multiplexing transmission of two or more streams is substantially inefficient. Is expected.

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 efficiency of the line gain corresponding to the first singular value, and a sub array is set for each set. The configuration is effective. Then, by arranging the subarrays spatially separated from each other, it is effective to reduce the correlation between the subarrays and perform parallel transmission of the transmission corresponding to the first singular value with low correlation. Similarly, in Non-Patent Document 3, when the antenna aperture length of the sub array is narrow, the line-of-sight wave is dominant, and the correlation between the antenna elements in the sub array is sufficiently strong, the transmission/reception weight of each antenna element is A "time-axis beamforming technique" has been proposed in which it can be treated as a constant having no dependency, 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 channel information for each antenna element (a relative value of the channel information with respect to the channel information of a certain reference antenna element, specifically, the reference antenna when the element spacing is narrow and the correlation between the antenna elements is strong. When the complex phase of the channel information of the kth frequency component of the element is ψ ref (k) , the frequency dependence of the complex phase of the information obtained by multiplying each antenna element by Exp{-jψ ref (k) } The sex is a method resulting from the fact that it is almost constant. For example, at the time of reception, the complex phase of the reception weight for combining the received signals of these antenna elements so that the complex phase becomes the same phase is almost constant over the entire frequency band. It is possible to use reception weights with the same constant in. In general, when a function that is a constant on the frequency axis is Fourier-transformed into a δ function, the weight obtained by converting 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 signal processing considering the delayed wave component is not required, the sampling data obtained by sampling the analog baseband received signal with the A/D converter is directly added to the time axis which is a predetermined coefficient for each antenna element. By multiplying the reception weights, it becomes possible to realize directivity formation only by signal processing on the time axis without converting the received signal into a signal on the frequency axis even once 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 rotating the complex phase to be multiplied as the time axis weight is obtained by the following equations (1) to (3).

Figure 0006712240
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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) * is the complex conjugate of S i (n). Represent N FFT assumes a predetermined periodicity, and indicates a periodicity value that has meaning 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 number part of x and the imaginary number part of x, and the sign of the real part and imaginary part. Further, in the correlation calculation in Expression (1), the correlation calculation is performed over N FFT samples, which is the number of FFT points in the case of an OFDM signal, as the predetermined periodicity, but even if it is an integer multiple of N FFT , for example. Correlation calculation may be performed over other numbers of samples so that the 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、後述する本発明の背景技術及び実施形態において、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 apparent 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) are inverted in sign. It has become a thing. In this sense, in the background art and embodiments of the present invention described later, the complex phase of the complex coefficient c j given by the equation (1) corresponding to the relative channel information is obtained, and the complex of the time axis weight w j is calculated. Determining the phase is equivalent.

図6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、制御回路460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。 FIG. 6 is a functional block diagram showing a configuration example (sub-array separation type) of a wireless station device using time-axis beamforming in the conventional technique described in Non-Patent Document 3. The wireless station device shown in the figure 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) and a control circuit 460. 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, time axis A reception weight multiplication circuit 926-n and a TDD switch (TDD-SW) 927-n are provided. The TDD switch 927-n is connected to the antenna elements 928-n-1 to 928-n-M. Here, N corresponds to the number of multiplexing (the number of streams) when performing spatial multiplexing, and the transmission/reception signal processing circuits 929-1 to 929-N are mounted for N systems as a whole. Further, 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.

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。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、ここでTDDスイッチ927−1〜927−Nの切り替えも管理される。 Here, the transmission/reception signal processing circuits 929-1 to 929-N (antenna elements 928-n-1 to 928-n-M of the sub array are attached to the transmission/reception signal processing circuit 929-n) are described in Non-Patent Document 2 It is assumed that they will be installed spatially apart from each other. The baseband signal processing circuit 140 is wire-connected to each of the transmission/reception signal processing circuits 929-1 to 929-N, and the digital baseband signal is transferred on the wire. The control circuit 460 manages the frame cycle and the transmission/reception timing, and the switching of the TDD switches 927-1 to 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、ここでは周波数軸上の信号処理を前提としないため、図6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, but even when signals on the frequency axis are formed as in the OFDM modulation method, signals on the frequency axis are processed by FFT processing and IFFT processing. Can be converted into a signal on the time axis, and by performing the signal processing on the time axis signal, the time axis beamforming technique can be similarly applied to the OFDM modulation method as well as the single carrier transmission. However, since the signal processing on the frequency axis is not presupposed here, the modulators 120-1 to 120-N and the demodulators 130-1 to 130-in FIG. 6 even if the OFDM modulation method or the like is used. It is assumed that the N (or the signal separation circuit 141) has the functions of the FFT processing and the IFFT processing inside, and the description thereof is omitted. Therefore, it is assumed that 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 regardless of the OFDM modulation method or single carrier transmission. .. Further, the signal separation circuit 141 performs signal separation between the respective signal sequences, but here it is also possible to perform signal separation on the time axis, and once it is converted to a frequency axis signal by FFT and then on the frequency axis. Frequency-dependent signal separation may be performed. In this sense, the input to the demodulators 130-1 to 130-N may be a time axis signal or a frequency axis signal, but here, for simplicity, the time axis signal is used. Will be described as inputting.

具体的な信号の流れは以下の通りである。まず信号の送信について説明する。変調器120−1〜120−Nは、それぞれで空間多重を行う各ストリームの時間軸デジタル・ベースバンドの送信信号を生成し、それぞれを時間軸送信ウエイト乗算回路921−1〜921−Nに入力する。時間軸送信ウエイト乗算回路921−n(n=1,…,N)は、変調器120−nから入力されたデジタル信号を、送受信信号処理回路929−nで指向性形成するためのサブアレーの各アンテナ素子928−n−1〜928−n−Mに対応した送信ウエイトを乗算したデジタル信号に変換する。D/A変換器922−n−1〜922−n−Mは、送信ウエイトが乗算されたデジタル信号をアナログ・ベースバンド信号に変換し、アップコンバータ923−n−1〜923−n−Mは、アナログ・ベースバンド信号を無線周波数帯の信号に変換する。送信時において、TDDスイッチ927−nは、アップコンバータ923−n−m(mは1以上M以下の整数)をアンテナ素子928−n−mに接続する。各アンテナ素子928−n−1〜928−n−Mからは、アップコンバータ923−n−1〜923−n−Mから入力されたそれぞれの信号が送信され、送受信信号処理回路929−1〜929−N毎に指向性ビームが形成される。 The specific signal flow is as follows. First, signal transmission will be described. The modulators 120-1 to 120-N generate time-axis digital baseband transmission signals of the respective streams that are spatially multiplexed, and input the respective signals to the time-axis transmission weight multiplication circuits 921-1 to 921-N. To do. The time axis transmission weight multiplication circuits 921-n (n=1,..., N) are subarrays for directivity formation of the digital signal input from the modulator 120-n by the transmission/reception signal processing circuit 929-n. The transmission weight corresponding to the antenna elements 928-n-1 to 928-n-M is converted into a digital signal multiplied by the transmission weight. The D/A converters 922-n-1 to 922-n-M convert the digital signals multiplied by the transmission weights into analog baseband signals, and the up converters 923-n-1 to 923-n-M are , Converts analog baseband signals to radio frequency band signals. At the time of transmission, the TDD switch 927-n connects the up converter 923-n-m (m is an integer of 1 or more and M or less) to the antenna element 928-n-m. The respective signals input from the up converters 923-n-1 to 923-n-M are transmitted from the respective antenna elements 928-n-1 to 928-n-M, and the transmission/reception signal processing circuits 929-1 to 929 are provided. A directional beam is formed for each 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, signal reception will be described. The signals received by the antenna elements 928-n-1 to 928-n-M (n=1,..., N) are input to the down converters 924-n-1 to 924-n-M via the TDD switch 927-n. To be 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 the analog baseband signal into a digital baseband signal. This digital baseband signal is input to the time axis reception weight multiplication circuit 926-n. The time-axis reception weight multiplication circuit 926-n multiplies each input signal by the reception weight corresponding to each antenna element 928-n-1 to 928-n-M, and adds and synthesizes the signals after the reception weight multiplication. Then, each is converted into one signal sequence. In other words, the time axis reception weight multiplication circuits 926-1 to 926-N convert the signals into a total of N signal sequences (streams), and these signals are input to the signal separation circuit 141. The signal separation circuit 141 suppresses crosstalk components between the streams to perform signal separation, 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 performed on the frequency axis by once converting into a frequency axis signal by FFT processing. Alternatively, only the signal processing performed by the transmission/reception signal processing circuits 929-1 to 929-N is sufficient, and the signal separation circuit 141 does not need to perform any processing. However, in any case, the details of the signal separation method here are not directly related to the present application, and therefore omitted.

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 here. It is acquired by the time axis transmission/reception weight acquisition means. Then, similarly, a control circuit not shown here 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 the training signal transmitted by the wireless station that is the communication partner, the reference antenna element is used for a predetermined number of samples. The correlation value between the antenna element and (for example, 928-n-1) may be obtained, and the correlation value may be determined based on this complex phase. The values of the complex phase of the time axis reception weight and the time axis transmission weight do not generally match because the amount of rotation of the complex phase of the power amplifier and the low noise amplifier, which are not shown here, are different in each amplifier. By using the implicit feedback calibration method, it is possible to convert the time axis reception weight to the time axis transmission weight. The transmission/reception weights thus obtained are stored in the memory for each corresponding wireless station device. Then, at the time of transmission and reception, the time axis transmission weight multiplication circuits 921-1 to 921-N and the time axis reception weight multiplication circuits 926-1 to 926-N perform weight multiplication based on the values of these transmission and reception weights. It will be.

図7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6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6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7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6と図7で共通である。 FIG. 7 is a functional block diagram showing a configuration example (sub-array shared type) of a wireless station device using time-axis beamforming in the conventional technique described in Non-Patent Document 3. In the same figure, the same figure number is given to the function common to FIG. In the figure, the wireless station device 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-. 1-928-M. In FIG. 6, the transmission/reception signal processing circuits 929-1 to 929-N are housed in different housings on the assumption that they are installed in spatially separated locations for each subarray, and the baseband signal processing circuit in a different housing. The configuration shown in FIG. On the other hand, in FIG. 7, all the transmission/reception signal processing circuits 929-1 to 929-N and the baseband signal processing circuit 140 are configured as the wireless station device 942 in the same housing, and the antenna elements 928-1 to 928-M are entirely configured. It is shared with. Therefore, 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 it. All other signal processing is common to FIGS. 6 and 7.

ここで実際の運用においては、図6に示す無線局装置と、図7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6を基地局装置、図7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7を基地局装置、図6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6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. 6 and the wireless station device shown in FIG. 7 face each other and perform communication. For example, the base station device has a degree of freedom in installation like a rooftop of a building, and subarrays can be installed in a plurality of places. On the other hand, on the terminal station device side, when there are large restrictions on the installation of building wall surfaces, etc., the terminal station device shares the sub-array with one array antenna by configuring the base station device in FIG. 6 and the terminal station device in FIG. It is possible to increase the degree of freedom of installation in the form of. Alternatively, for example, if the transmission capacity per terminal station device does not require spatial multiplexing, only one system of the base station device in FIG. 7 and the transmission/reception signal processing circuits 929-1 to 929-N in FIG. , A transmission/reception signal processing circuit 929-1 of FIG. 6 is assumed to be mounted, and a configuration may be adopted in which multi-user MIMO transmission is performed by a plurality of terminal station devices and one base station device. It is possible.

[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)。ここではキャリブレーション処理の詳細は省略するが、任意の従来技術を用いて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のアンテナ系統毎の個体差、不確定性は排除できるものとして説明を行う。
[Calibration technology for channel information feedback]
Generally, when directivity is formed using a plurality of antenna elements on the transmitting side, it is necessary to feed back channel information of MIMO channels, including the techniques of Non-Patent Documents 1 to 3 described above. At this time, if the number of antenna elements becomes enormous, the amount of channel information to be fed back becomes enormous, so that various measures are required. In the Massive MIMO system as described above, in order to obtain the channel information of the forward link in the transmission direction, the channel information of the reverse link in the reception direction is used, and the complex phase of the received signal generated by the circuit such as the low noise amplifier used at the time of reception is used. 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 are converted, and the channel information of the reverse link is multiplied by a predetermined calibration coefficient It is possible to obtain channel information. Generally, these techniques are known as implicit feedback techniques (see Non-Patent Document 4, for example). Although details of the calibration process are omitted here, the amount of rotation of the complex phase of the reception signal generated by a circuit such as a low noise amplifier used at the time of reception using any conventional technique and the amount of rotation caused by a circuit such as a high power amplifier used at the time of transmission It is assumed that the individual difference and uncertainty of the rotation amount of the complex phase of the transmission signal for each antenna system can be eliminated.

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

上述の「見通し波が支配的な場合のMassive MIMO技術の拡張」において説明した時間軸ビームフォーミング技術では、A/D変換器、D/A変換器、アップコンバータ、ダウンコンバータがアンテナ素子数分だけ必要になる。また、図7に示した構成例では、これらがアンテナ素子数×ストリーム数分だけ必要になる。一般に、広帯域故に非常にクロック速度の高い環境で利用されるA/D変換器及びD/A変換器は消費電力が大きくなる傾向があり、その結果、発熱量も無視できないレベルになる。発熱量が大きな装置の場合、その熱を放熱するための放熱板などが必要になり、これらは発熱量に比例した大きさが物理的に必要になる。また、回路そのものの設計上の要請に加えて運用時に見込まれる発熱量に対する放熱処理の必要性から、定常的に電力を消費するA/D変換器及びD/A変換器自体も小型化は困難になり、大型化する。 In the time-axis beamforming technology described in the above “Expansion of Massive MIMO technology when line-of-sight waves dominate”, A/D converters, D/A converters, up-converters, and down-converters are provided by the number of antenna elements. You will need it. Further, in the configuration example shown in FIG. 7, these are required for the number of antenna elements×the number of streams. Generally, the power consumption of the A/D converter and the D/A converter used in an environment with a very high clock speed due to the wide band tends to increase, and as a result, the amount of heat generated is also at a level that cannot be ignored. In the case of a device that generates a large amount of heat, a heat radiating plate or the like for radiating the heat is required, and these are physically required to have a size proportional to the amount of heat generated. In addition to the design requirements of the circuit itself, it is also difficult to miniaturize the A/D converter and the D/A converter themselves that constantly consume power because of the necessity of heat radiation processing for the heat generation amount expected during operation. And increase in size.

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

さらには、消費電力に加えて超高速のA/D変換器及びD/A変換器は、値段的にも高価となるため、アンテナ素子数が100本単位となれば、なおさらコスト低減のためにA/D変換器及びD/A変換器の総数を減らすことが求められる。これは、アップコンバータ及びダウンコンバータに関しても同様で、アンテナ素子数分のアップコンバータ及びダウンコンバータの実装はコストの増大に繋がる。また、アップコンバータ及びダウンコンバータに入力するローカル発振器は指向性形成のために複素位相の不確定性を排除する必要があるため、ローカル信号の共用化が求められる。これらの高周波信号をアンテナ素子毎に膨大な数を分配することによる損失や、各系統間での相互予被干渉(信号の基板配線上の漏洩)などの影響も無視できない。特に、各系統間の相互予被干渉を回避するためには、それぞれの系統の信号を物理的な距離を隔離することが理想的だが、そのためには更にアレーアンテナの物理的なサイズの大規模化に繋がる。 Furthermore, in addition to power consumption, ultra-high-speed A/D converters and D/A converters are also expensive in price. Therefore, if the number of antenna elements is 100, the cost will be further reduced. It is required to reduce the total number of A/D converters and D/A converters. This also applies to the up-converter and the down-converter, and mounting the up-converter and the down-converter for the number of antenna elements leads to an increase in cost. Further, since the local oscillators input to the up-converter and the down-converter need to eliminate the uncertainty of the complex phase in order to form the directivity, sharing of the local signal is required. The effects of loss due to enormous distribution of these high-frequency signals for each antenna element and mutual pre-interference between systems (leakage of signals on board wiring) cannot be ignored. In particular, in order to avoid mutual pre-interference between each system, it is ideal to separate the signals of each system from the physical distance, but for that purpose, the physical size of the array antenna is large. Lead to change.

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

また、上述のように、高周波数帯を用いたMassive MIMO技術では、波長の短さ故にアンテナサイズを物理的に小型化し、装置全体のサイズを小さくすることが可能になる。この際、例えば送受信アンテナを共用しながら、TDDスイッチなどで送信系と受信系を切り替えて利用する際にTDDスイッチでは送信信号が受信系に漏れこむことを避けて、十分なアイソレーションを確保する必要がある。しかし、装置の規模が小型化すると、TDDスイッチもシンプルな構成にする必要に迫られる。送受信系間のアイソレーションを確保するためには、スイッチを多段にしてアイソレーションをかせぐ方法もあるが、これでは多段のスイッチ分の物理的なサイズが実装時に必要となり小型化には不向きである。このような問題を回避するためには、送信アンテナと受信アンテナを物理的に分けることが想定されるが、送信アンテナと受信アンテナとが異なる場合には、インプリシットフィードバックを行う上での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。 Further, as described above, in the Massive MIMO technique using the high frequency band, the antenna size can be physically reduced due to the short wavelength, and the overall size of the device can be reduced. At this time, for example, when using the TDD switch or the like to switch between the transmission system and the reception system while sharing the transmission/reception antenna, the TDD switch avoids the transmission signal from leaking into the reception system and ensures sufficient isolation. There is a need. However, as the scale of the device becomes smaller, the TDD switch also needs to have a simple structure. In order to secure the isolation between the transmitting and receiving systems, there is also a method of increasing the isolation by making the switch multistage, but this is not suitable for miniaturization because the physical size of the multistage switch is required at the time of mounting. .. In order to avoid such a problem, it is assumed that the transmitting antenna and the receiving antenna are physically separated, but when the transmitting antenna and the receiving antenna are different, the channel of the implicit feedback Since the symmetry is broken, there is a problem that implicit feedback cannot be used.

非特許文献5及び非特許文献6において、このような問題を解決するための技術としては、一部のアンテナ素子を用いてチャネル推定した結果を基に、その他の全体のアンテナ素子の複素位相の回転量情報ないしは送受信ウエイトに関する情報を取得する方法が提案されている(非特許文献5及び6参照)。 In Non-Patent Document 5 and Non-Patent Document 6, as a technique for solving such a problem, based on the result of channel estimation using some antenna elements, the complex phase of all other antenna elements is calculated. A method of acquiring the rotation amount information or the information about the transmission/reception weight has been proposed (see Non-Patent Documents 5 and 6).

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。 In the time-axis beamforming technique, for example, at the time of reception, the main path of the incoming wave between the transmitting and receiving stations is extracted, and signal processing for directing the directional gain of the antenna element group in that direction is performed. The transmission/reception weight used at that time is a constant having no frequency dependence, and as a result, signal processing is reduced at various points. However, since it is based on digital signal processing, each antenna element is individually multiplied by the transmission/reception weight in digital signal processing, and accompanying this, individual A/D (analog/digital) conversion is performed for each antenna system. Device and 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, the multiplication processing of the coefficient having no frequency dependency does not necessarily require digital signal processing, if it is limited to, for example, the rotation processing of the complex phase without the change of the amplitude. Specifically, by using a phase shifter which is an analog circuit and passing an analog signal through this phase shifter set to a predetermined complex phase rotation, signal processing substantially equivalent to weight multiplication processing is performed. Can be realized. In Non-Patent Document 1, directivity control is realized by using a phase shifter. This is, for example, for the phase rotation amount of each antenna element for each predetermined direction set in increments of 5 degrees in the horizontal/vertical direction. The 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 was selected from a preset menu, and it was necessary to search for the direction with the highest reception level while transmitting the training signal individually for each direction. .. However, in time-axis beamforming, the phase rotation amount of each antenna element is optimized based on the training signal transmitted from the terminal station device side, and therefore the calculation of the phase rotation amount used for directivity formation is simply fed back. In addition, the combination set of the rotation amount of the complex phase can be set with a remarkably high degree of freedom without requiring a menu in advance.

そこで、従来の技術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, a wireless station device (wireless communication device) in the related art adopts digital assist type analog beamforming. That is, the wireless station device performs the calculation processing of the rotation amount of the complex phase performed by each phase shifter by digital signal processing, and controls the phase shifter using the value of the complex phase obtained by the digital signal processing. By doing so, the desired complex phase is rotated and directivity is formed on the analog signal.

まず、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(信号の複素位相が同位相となる平面)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。 First, the time-axis beamforming corresponds to the control of directing the directivity to the path having the maximum intensity of the incoming wave. Therefore, in the plane wave approximation of the incoming wave from the direction of the path with the maximum intensity, the length of the perpendicular line drawn from the planarly arranged antenna element to the wave front of the plane wave (the plane where the complex phases of the signals are in phase) is It becomes a path length difference, and the path length difference has a geometric periodicity and is given by a function of coordinates. Further, the transmission/reception weight becomes a coefficient corresponding to the rotation of the complex phase that cancels 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, in reality, since the multipath component is involved and a measurement error is also included, the rotation amount of the complex phase for each antenna element is slightly deviated from the clean periodicity. However, approximately, the x-axis and the y-axis are set on the plane where the antenna is arranged, and three-dimensional notation is performed with the z-axis as the amount of rotation of the complex phase with respect to the coordinate points of the antenna element. When plotting the amount of rotation of the complex phase with respect to the coordinates, all the plot points are on one plane in the plane wave approximation. Note that the rotation amount ψ of the complex phase is completely equivalent to the complex number Exp (−j{ψ±2π×integer}) even if ±2π×integer is added. Depending on the coordinate of the element, it may be considered that it exists on the plane as a value obtained by adding ±2π×integer, but if such a complex phase offset is taken into account, the rotation amount of the complex phase is calculated with a small number of antenna elements. The remaining antenna elements can approximately obtain the rotation amount of the complex phase by linear interpolation processing based on the path length difference.

また、装置の設計上、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。複数のアンテナ素子を用いたシステムにおいては、通常、アンテナ素子間の結合を回避するために、アンテナ素子を半波長以上離して設置するのが一般的である。逆に言えば、最短で半波長程度の素子間隔での運用が可能になる訳であるが、波長が短い高周波数帯のシステムにおいては、アンテナ素子間の物理的な距離を非常に狭めて実装することが予想される。例えば、80GHz帯を想定すれば、波長は3.75mm程度であり、数ミリ間隔でアンテナ素子が配列される場合がある。ここで、時分割で送信と受信とを切り替え、送受信アンテナを共用する場合には、この間隔の中に送信用のハイパワーアンプと受信用のローノイズアンプが実装されることになり、これらのアンプが近接するとハイパワーアンプからの信号がローノイズアンプ側に漏洩する可能性がある。 In addition, due to the design of the device, even if the uplink/downlink channel asymmetry that separates the transmitting antenna and the receiving antenna is involved, the rotation amount of the complex phase can be approximately obtained by considering this path length difference. It is possible to do so. In a system using a plurality of antenna elements, it is common to install the antenna elements at a distance of half a wavelength or more in order to avoid coupling between the antenna elements. Conversely speaking, it is possible to operate with an element interval of about half a wavelength at the shortest, but in a high frequency band system with a short wavelength, the physical distance between antenna elements is extremely narrowed and mounted. Expected to do. For example, assuming the 80 GHz band, the wavelength is about 3.75 mm, and the antenna elements may be arranged at intervals of several millimeters. Here, when transmitting and receiving are switched in time division and the transmitting and receiving antennas are shared, a high power amplifier for transmission and a low noise amplifier for reception are mounted in this interval. When is close to, the signal from the high power amplifier may leak to the low noise amplifier side.

また、時分割で切り替えるためのスイッチも、このサイズに収まるほど小型でありながら、送信側と受信側のアイソレーションを十分に確保しなくてはならず、条件的には厳しい状態になる。さらに言えば、時分割スイッチを導入する場合には、ハイパワーアンプで増幅された信号は時分割スイッチを経由してアンテナ素子に入力されるので、ハイパワーアンプの送信出力は時分割スイッチを経由することによる通過損失分だけロスすることになる。同様に、アンテナで受信された信号は、ローノイズアンプに入力される前に時分割スイッチを経由するため、こちらも時分割スイッチを経由することによる通過損失分だけロスすることになり、その分、SNR特性が劣化する。特に、送受信のアイソレーションを確保するために時分割スイッチを多段のスイッチで構成する場合などは、この通過損失が大きくなり、この影響は無視できない。この様な背景から、送信アンテナと受信アンテナを分離して装置を設計する場合があり、アップリンク/ダウンリンクのチャネルの非対称性に対応した対策が求められる。 Also, the switch for switching in time division is small enough to fit in this size, but it is necessary to ensure sufficient isolation between the transmitting side and the receiving side, which is a severe condition. Furthermore, when introducing a time division switch, the signal amplified by the high power amplifier is input to the antenna element via the time division switch, so the transmission output of the high power amplifier passes through the time division switch. You will lose only the passing loss by doing. Similarly, since the signal received by the antenna passes through the time-division switch before being input to the low-noise amplifier, this also causes a loss corresponding to the passage loss due to passing through the time-division switch. The SNR characteristic deteriorates. In particular, when the time divisional switch is composed of multiple stages of switches in order to secure transmission/reception isolation, this passage loss becomes large, and this effect cannot be ignored. From such a background, a device may be designed by separating a transmitting antenna and a receiving antenna, and a countermeasure corresponding to the asymmetry of the uplink/downlink channel is required.

しかし、この様な場合でも、例えば経路長差をΔL、波長をλとすれば、送信も受信も同様に、経路長差をキャンセルするための複素位相の回転量は共通に(2πΔL/λ)で与えられる。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次元空間上の平面のz軸座標(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を最小に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。 However, even in such a case, 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 common (2πΔL/λ) for both transmission and reception. Given in. At this time, if the rotation amount of the complex phase in at least three antenna elements is obtained, the rotation amount of the complex phase of the remaining antenna elements can be calculated from the rotation amount of the complex phase of each antenna element coordinate on the plane including the three points. Can be calculated. If the complex phase rotation amount can be calculated with four or more antenna elements, the z-axis coordinate of the plane in the three-dimensional space (complex phase rotation amount) given by the coordinates of each antenna element and the complex phase rotation amount can be calculated. Calculate the plane with the smallest sum of squared errors by the method of least squares that minimizes the error with the rotation amount of the complex phase, and find the rotation amount of the complex phase for each antenna coordinate on that plane. Alternatively, this may be set as a phase shifter to deal with it.

また、仮に上述の様にアップリンクとダウンリンク(すなわち送受信)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アップリンク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アップリンクで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複素位相の回転量を算出することができる。 Even if the uplink and downlink (that is, transmission/reception) antenna elements have different configurations as described above, the uplink antenna element and the downlink antenna element are mixed to form the entire antenna configuration. When taking, the amount of rotation of the complex phase of that antenna element is calculated in the uplink receiving antenna, and the amount of rotation of the complex phase of the uplink when it is assumed that other downlink antenna elements are also used in the uplink. It is also possible to calculate, and it is possible to calculate the amount of complex phase rotation of the downlink antenna element by performing calibration processing based on the amount of phase rotation of the antenna element in the uplink.

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。 Or, even if 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 parallel to each other. When there is a moving relationship (that is, when the relative positional relationship of each antenna element 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 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 a common plane wave approximation is expected, it is possible to obtain a sufficiently approximate directivity. It is expected that formation is possible.

なお、図6及び図7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。 As shown in FIG. 6 and FIG. 7, a "sub array separation type" configuration in which a directional beam is formed by being divided into a plurality of sub arrays, and a "sub array shared use" that realizes a plurality of directional beams in one array Although there are variations in the configuration based on the "type" (strictly, it may be understood as an "integrated array" because it is not divided into subarrays), the "subarray separation type" will be described here.

図8に、従来技術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複素位相の回転量予測の概要を示す。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. 8 shows an outline of complex phase rotation amount prediction in a linear array in which antenna elements are linearly arranged in the related art. In the figure, a state is shown in which the antenna elements 401-1 to 401-5 are linearly arranged. First, let us consider a plane wave coming from the direction of the angle θ 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), The path length difference of the sth antenna element (s is an integer of 2 or more) based on the antenna element 401-1 is ΔLs. For convenience, ΔL1 is 0.

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。 Generally, when the wavelength is λ and the path length ΔL is passed, the complex phase is rotated by 2πΔL/λ. Assuming the plane wave approximation, the path length difference between the antenna element 401-1 and the antenna element 401-2 is ΔL2=d·Sinθ. Similarly, the path length difference between the antenna element 401-1 and the antenna element 401-3 is ΔL3=2×d·Sinθ, and the path length difference between the antenna element 401-1 and the antenna element 401-4 is ΔL4=3. ×d·Sinθ, the path length difference between the antenna element 401-1 and the antenna element 401-5 is ΔL5=4×d·Sinθ.

したがって、ある波長λの周波数成分に着目すれば、平面波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, if attention is paid to the frequency component of a certain wavelength λ, Φ2(t)≈Exp{-2πjΔL2/λ}Φ1(t), Φ3(t)≈Exp{-2πjΔL3/λ} in a wave that satisfies the plane wave approximation. Φ1(t), Φ4(t)≈Exp{-2πjΔL4/λ}Φ1(t), Φ5(t)≈Exp{-2πjΔL5/λ}Φ1(t). If the above-mentioned relation of ΔLs=(s−1)d·Sinθ is used, Φs(t)≈Exp{−2πj(s−1)d·Sinθ/λ}Φ1(t), and each antenna element has This means that the complex phase is rotated by Exp{−2πjd·Sin θ/λ}. Therefore, for example, if channel estimation is performed by the antenna element 401-1 and the antenna element 401-5, and 1/4 of the difference in the complex phase is rotated for each antenna element based on the rotation amount of the complex phase during this period. 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9を用いて従来技術における平面状に構成されたアレーアンテナの複素位相の回転量予測の具体例を説明する。図9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 they are arranged two-dimensionally. Next, a specific example of the prediction of the rotation amount of the complex phase of the array antenna configured in a plane according to the conventional technique will be described with reference to FIG. In FIG. 9, alphabets a to z and A to K indicated by “◯” represent antenna elements. Here, an example of a shape in which equilateral triangles are spread in a closest packing shape 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 of three points of antenna elements i, m, and q indicated by double black circles, and obtains the complex phase of the channel information of the three points. Here, for example, the antenna element i is used as a reference antenna, the complex phase rotation amount between the antenna element i and the antenna element m is ζ, and the complex phase rotation amount between the antenna element i and the antenna element q is η. .. In this case, paying attention to an antenna element on a straight line connecting the antenna element i and the antenna element m, the antenna element c is ζ×1/3, the antenna element d is ζ×2/3, and the antenna element B is ζ×4/. 3, the antenna element u can be approximated to −ζ×1/3. Similarly, focusing on the antenna element on the straight line connecting the antenna element i and the antenna element q, η×1/3 for the antenna element b, η×2/3 for the antenna element g, and η×4/ for the antenna element G. 3 and the antenna element v can be approximated as −η×⅓. If this is expanded, two-dimensional prediction is also possible. For example, if the antenna element a is ζ×1/3+η×1/3, and if the antenna element H is −ζ×1/3+η×4/3, The antenna element E 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、複素位相の回転量情報を取得するアンテナ素子の中のふたつのアンテナ素子の間において、複素位相の回転量がπ以下である必要がある。例えば、図8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, the rotation amount of the complex phase needs to be π or less between the two antenna elements among the antenna elements that acquire the rotation amount information of the complex phase. For example, taking the case of FIG. 8 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 j·π/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 the antenna element 401-1 and the antenna element 401-2 should be −3π/2×(1/4).

上記の様な不確定性がある状況では正しく複素位相の回転量情報の予測を行うことは出来ないため、複素位相の回転量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9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9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複素位相の回転量情報を取得する場合には、もう少し細かな複素位相の回転量情報の予測が可能となる。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9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。 The complex phase difference between the antenna elements that obtain the complex phase rotation amount information must be π or less because the complex phase rotation amount information cannot be predicted correctly under the above-mentioned uncertainty. There is. In the actual measurement, fluctuations in the complex phase are expected due to measurement errors due to noise and the effects of multipath. Therefore, in reality, the complex phase difference needs to be a small value with a margin larger than π. The reference value cannot be generally stated because it depends on the magnitude of the reflected wave, but if the antenna element spacing d is small or the arrival angle θ is sufficiently small, the path length difference ΔL becomes small. 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. 9, the three points of the antenna elements i, m and q are in a relatively distant positional relationship, but the mutual element spacing is small in order to make the complex phase difference between the antenna elements π or less. It is also possible to use adjacent antenna elements (for example, antenna elements a, e, f, etc.). Note that FIG. 9 shows an example in which the channel is estimated by three antenna elements and the complex phases of the remaining antenna elements are approximated in a two-dimensional plane. In the case of acquiring, it becomes possible to predict the rotation amount information of a slightly more complex phase. Of course, since there is no essential restriction on the arrangement of the antenna elements, it is not necessary to have the close-packed structure as shown in FIG. 9, and for example, a square lattice array can be used.

次に、図10〜図12を用いて従来技術における平面状に構成された正方アレーアンテナの複素位相の回転量情報予測の具体例を説明する。詳細は後述するが、ここでは送信アンテナと受信アンテナを分離した構成を想定して説明を行う。図10において、「○」で表したa〜rは受信アンテナ素子、「●」で表したs〜z及びA〜Jは送信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代わりに、正方格子状にアンテナ素子が配置された場合の例を示す。例えば、無線局装置は、2重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 the complex phase rotation amount information prediction of the planar array square array antenna according to the related art will be described with reference to FIGS. Although details will be described later, here, description will be made assuming a configuration in which a transmitting antenna and a receiving antenna are separated. In FIG. 10, a to r represented by “◯” represent reception antenna elements, and s to z and A to J represented by “●” represent transmission antenna elements. Here, an example is shown in which the antenna elements are arranged in a square lattice shape instead of the shape in which the equilateral triangles are spread in the closest packing shape. For example, it is assumed that the wireless station device performs channel estimation of three points of antenna elements a, l, and p indicated by double circles, and obtains the complex phase of the channel information of 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9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, the antenna element a is used as a reference antenna, the complex phase rotation amount between the antenna element a and the antenna element l is ζ, and the complex phase rotation amount between the antenna element a and the antenna element p is η. In this case, linear prediction is slightly more complicated than that in FIG. 9, but the basic idea 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 of the antenna s are defined as (1, 0) and the antenna v is defined as (0, 1) (here, the y-axis is a positive direction in which the downward direction is a 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。 If the amount of phase rotation is represented by the z-axis and expressed three-dimensionally, the antenna a is (0,0,0), the antenna l is (5,3,ζ), and the antenna p is (1,5,η). Become. The equation expressing the two-dimensional plane is a(x−x 0 )+b(y−y 0 )+c(z− if the coefficients of a, b, and c (this coefficient is not related to the identifier of the antenna element) are used. It is represented by 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 the absolute value of the vector itself has no meaning. Therefore, if a′=a/c and b′=b/c, the unconstant is It becomes two, and the 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 the plane, it is possible to set up a binary linear simultaneous equation for a′ and b′, and solve this. The values of a'and b'can be easily obtained with.

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複素位相の回転量情報から残りのアンテナ素子の複素位相の回転量情報を推定することが可能である。 Using a'and b'determined as described above, z=-(a'x+b'y), so if the coordinates of each antenna element are substituted for x and y, the complex phase of each antenna element Will be obtained. For example, for antenna e, the coordinates are (3,1), so z=-(3a'+b') is the desired value, and for antenna r, the coordinates are (5,5), so z=-( 5a'+5b') is the desired value. By doing this, it is possible to estimate the rotation amount information of the complex phase of the remaining antenna elements from the rotation amount information of the complex phase for a small number of antenna elements by the same plane wave approximation without depending on the configuration of the antenna arrangement. It is possible.

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9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、3点以上の複素位相を求め、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(4)で与えられるものとする。 A little supplement will be added to the method of utilizing the equation showing the relationship between the coordinates of each antenna element and the complex phase of each antenna element. In the above description with reference to FIG. 9, the case where the complex phases of the antenna elements at three points are obtained and the complex phases of the other antenna elements are obtained by linear approximation therefrom is described. It is also possible to approximate all the antenna elements a to z and A to K with one plane wave by using the multiplication method. For example, when an arbitrary orthogonal x-axis and y-axis are defined in the two-dimensional plane where the antenna elements a to z and AK exist, 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 element is given by the following equation (4) using the coefficients α, β and γ.

Figure 0006712240
Figure 0006712240

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(5))。 On the other hand, the complex phase of the k-th antenna element actually estimated using the first antenna element (for example, the antenna element a in the figure) as a reference antenna is represented by ~φ k (tilde φ represents "~" above φ). In the following, the same description will be made.) The following combination of (α, β, γ) that minimizes the evaluation function W(α, β, γ) can be obtained by the least squares method. (Formula (5)).

Figure 0006712240
Figure 0006712240

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(4)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(4)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, the required complex phase is calculated from the coordinates (x k , y k ) of the k-th antenna element using equation (4). It will be possible. When the least squares method is used as described above, the number of antenna elements for obtaining the complex phase can be selected arbitrarily. Originally, the present invention approximates an incoming wave with a plane wave, but in reality, due to the influence of the reflected wave, the components other than the line-of-sight wave (plane wave) are included, so that a clear relationship such as equation (4) is obtained. Don't The error from this plane affects the estimation accuracy of the complex phase, but by increasing the number of antenna elements used in the least squares method, it becomes possible to average the effect of this reflected wave. The accuracy can be improved. On the other hand, since increasing the number of antenna elements used in the least squares method increases the circuit scale, the number of antenna elements must be set at 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 is shown. However, after obtaining the complex phase of the channel information, the value obtained by multiplying the complex phase by -1 is the complex phase of the phase shifter. Since it corresponds to the amount of rotation, the amount of rotation of the complex phase may be set as the value of the z axis and the arithmetic processing for directly obtaining the amount of rotation of the complex phase may be performed.

なお、図10ではa〜rに相当する「○」で示した受信アンテナ素子と、s〜z及びA〜J相当する「●」で示した送信アンテナ素子が入れ子になって並んでいる。例えば送信アンテナと受信アンテナを分離し、それぞれが比較的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複素位相の回転量情報を取得し、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複素位相の回転量情報の予測は可能になる。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. 10, receiving antenna elements indicated by “◯” corresponding to a to r and transmitting antenna elements indicated by “●” corresponding to s to z and A to J are arranged side by side in a nested manner. For example, if the transmitting antenna and the receiving antenna are separated and they are arranged relatively close to each other, the rotation amount information of the complex phase is acquired by some receiving antennas by the above-mentioned method, and based on the information. If the information of other antenna elements is predicted, the antenna element to be predicted may be a transmitting antenna or a receiving antenna, so even if the transmitting antenna that cannot actually receive a signal has a complex phase It becomes possible to predict the rotation amount information. The transmitting antenna and the receiving antenna do not have to be arranged differently between re-adjacent lattice points, and other general arrangements may be used.

図11に、従来技術における平面状に構成された正方アレーアンテナの送受信アンテナ配置の別例を示す。図10との差分は、図10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11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、例えばひとつの送信信号処理回路とひとつの受信信号処理回路のペアとなるアンテナ素子は、図11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. 11 shows another example of a transmission/reception antenna arrangement of a square array antenna configured in a plane according to the related art. The difference from FIG. 10 is that the transmission antennas and the reception antennas are alternately arranged like the grid of Othello in FIG. 10, whereas the transmission antennas or the reception antennas are arranged in a vertical column in FIG. That is the point. In this case, for example, the antenna elements forming a pair of one transmission signal processing circuit and one reception signal processing circuit may be arranged as adjacent antennas such as the antenna elements a and s and the antenna elements d and v in FIG. It will be.

図12に、従来技術における平面状に構成された正方アレーアンテナの送受信アンテナ配置の別例を示す。図11との差分は、図11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12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。 FIG. 12 shows another example of the arrangement of transmitting and receiving antennas of a square array antenna configured in a plane according to the related art. The difference from FIG. 11 is that in FIG. 11, the transmitting antennas and the receiving antennas are aligned in a vertical row, but the transmitting antennas and the receiving antennas are alternately arranged in the adjacent rows. 12, in FIG. 12, all the receiving antennas a to r are arranged in one place, and similarly, all the transmitting antennas s to z and A to J are also arranged in one place, and each of them is arranged in a different area. ing.

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10、図11で示した様に実際に信号受信による複素位相の回転量情報の取得を行っていないアンテナ素子における複素位相の回転量情報を、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、受信側で取得した複素位相の回転量(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、そのまま送信側の複素位相の回転量情報と見なして扱うことが可能になる。一例としては、図12において受信アンテナ素子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 to prevent the noise of the transmission system from leaking to the reception system when operating without turning off the power of the high power amplifier of the transmission system even when receiving a signal, for example. By separating the entire transmission system and the entire reception system, it is easy to ensure mutual isolation. On the other hand, as shown in FIGS. 10 and 11, in order to estimate the rotation amount information of the complex phase in the antenna element which is not actually acquiring the rotation amount information of the complex phase by the signal reception, It is not structurally preferable. However, if the antenna arrangements of the transmitting antenna and the receiving antenna of the opposing wireless station device #1 and wireless station device #2 have some symmetry, the rotation amount of the complex phase acquired on the receiving side (channel information ) Can be treated as it is as the rotation amount information of the complex phase on the transmission side on the assumption that an appropriate calibration process is performed. As an example, in FIG. 12, 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,... Is in a geometrically parallel positional relationship, and even if the rotation amounts of the complex phases of the receiving antennas a to r are directly applied to the transmitting antennas s to J in consideration of such symmetry, a plane wave approximation is obtained. It can be considered that there is no great difference within the possible range.

なお、複素位相の回転量予測に用いるアンテナ素子の選び方は、図9、図10などで示した様に比較的離れた位置のアンテナ素子を用いる以外にも、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13に、従来技術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13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。 It should be noted that the antenna element used for predicting the rotation amount of the complex phase can be selected not only by using the antenna elements at relatively distant positions as shown in FIG. 9 and FIG. It is also possible to use. FIG. 13 shows an example of an antenna pattern used for predicting the rotation amount of a complex phase in the related art. FIG. 13 shows an example of four patterns (a) to (d) in a 5×5 square array. In the figure, the symbols a to y indicate ● and ◎, which represent antenna elements, and the complex phase of the other antenna elements indicated by ● based on the amount of rotation of the complex phase obtained using the antenna element indicated by ◎. Predict the amount of rotation of. Here, the case where five antenna elements are used to obtain the amount of rotation of the complex phase is shown as an example, but it is of course possible to use other number of elements of 3 or more.

例えば、図13(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h,l,n,rとの相関を算出し、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(4)、式(5)で説明したのと同様の最小二乗法を用い、式(4)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13(b)も同様である。 For example, taking FIG. 13A as an example, the rotation amount of the complex phase is acquired using the antenna elements h, 1, m, n, and r, and the antenna element m near the center of gravity and the other antenna elements h and l are acquired. , N, r are calculated, and the complex phase of the correlation value is obtained for the antenna elements h, 1, n, r. The complex phase thus obtained is set on the z-axis, the least squares method similar to that described in equations (4) and (5) is used, and each antenna element of the relational expression shown in equation (4) is used. The amount of rotation of the complex phase may be estimated. The same applies to FIG. 13(b).

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近接の素子以外を複素位相の回転量情報の予測に用いる図13(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13(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。 In addition, in order to extend the spatial spread of the antenna element used for predicting the rotation amount of the complex phase, elements other than the first proximity element and the second proximity element of the reference antenna are used for predicting the rotation amount information of the complex phase. It is also possible to use patterns 13(c) and 13(d). This case is similar to the case of FIGS. 13A and 13B, but in the case of FIG. 13C, for example, the antenna element r is set as the reference antenna, and the antenna element r, the antenna element l, and the antenna element n are set. After obtaining the complex phase of the correlation value with respect to the antenna element f and the antenna element 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 of the antenna element n and the 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 the relative value of the complex phase of the antenna element f with respect to the antenna element r. It is possible to see. Similarly, 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 approximately the complex value of the antenna element j with respect to the antenna element r. It can be regarded 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。 Furthermore, 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 2π period. And an added value of the relative value of the complex phase of the antenna element f to the antenna element l, and an added value of the relative value of the complex phase of the antenna element n to the antenna element r and the relative value of the complex phase of the antenna element j to the antenna element n. You may use it in another form. In this case, a value obtained by adding an integral multiple of 2π to the 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. So that the sum of the relative values of the complex phase of the antenna element f with respect to, 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 are closest to each other. Alternatively, the correlation value between the antenna element r and the antenna elements f and j may be corrected.

このように、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、複素位相の回転量推定に用い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。 In this way, the reason for including the process of calculating and adding the complex phase difference in multiple stages is that if the complex phase difference between the desired antenna elements is ±π or more, the phase is due to the periodicity of the complex phase. Since the uncertainty of the 2π period cannot be ignored, the complex phase difference between the antenna elements used for estimating the rotation amount of the complex phase is π by adding and using the complex phase of the correlation value between the adjacent antenna elements. It is possible to avoid the above, and as a result, it is possible to avoid the uncertainty of the complex phase of 2π period.

図14は、従来技術における通信システムの構成例を示す図である。図14において、450及び452は無線局装置である。ここでは、例えば基地局装置に相当する無線局装置450が端末局に相当する無線局装置452と通信する構成を示しているが、端末局に相当する無線局装置452が複数台存在し、同時に同一周波数上で空間多重伝送を行うことも可能である。 FIG. 14 is a diagram showing a configuration example of a communication system in the related art. In FIG. 14, 450 and 452 are wireless station devices. Here, for example, a configuration is shown in which the wireless station device 450 corresponding to the base station device communicates with the wireless station device 452 corresponding to the terminal station, but there are a plurality of wireless station devices 452 corresponding to the terminal stations, and at the same time. It is also possible to perform spatial multiplexing transmission on the same frequency.

ここで、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651−1〜651−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、制御回路460を備える。無線局装置450では、複数の送受信信号処理回路651−1〜651−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14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。送受信信号処理回路651−1〜651−Nはそれぞれ共通の構成を備え、変調器120−nからの信号が入力され、出力は信号分離回路141に出力される。
以下、図15及び図16を用いて、従来技術の送受信信号処理回路651−1〜651−Nの構成について説明する。
Here, the wireless station device 450 shown in the figure includes a baseband signal processing circuit 140 and transmission/reception signal processing circuits 651-1 to 651-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) and a control circuit 460. In the wireless station device 450, each of the plurality of transmission/reception signal processing circuits 651-1 to 651-N forms one beam as a sub array. On the other hand, in the wireless station device 452, the (sub)array is shared and one array antenna forms a plurality of beams. In actual operation, as shown in FIG. 14, the wireless station device 450 faces the wireless station device 452, so that signals of N systems can be spatially multiplexed. The transmission/reception signal processing circuits 651-1 to 651-N have a common configuration, a signal from the modulator 120-n is input, and an output is output to the signal separation circuit 141.
Hereinafter, the configurations of the transmission/reception signal processing circuits 651-1 to 651-N according to the related art will be described with reference to FIGS. 15 and 16.

図15は、非特許文献5に示された従来技術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、分配結合器404−n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。
FIG. 15 is a functional block diagram showing a configuration example of a transmission/reception signal processing circuit 651-n (n=1,..., N) in the conventional technique shown in Non-Patent Document 5.
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, a phase shifter 402-n-1 to 402-n-M, a switch 403-n-1 to 403-n-M, and a distribution coupler 404-. n, down converters (DC) 424-n-1 to 424-n-2, A/D converters 425-n-1 to 425-n-2, correlation calculation circuit 405-n, and phase shift control The circuit 406-n and the complex phase rotation amount prediction circuit 410-n are provided.

また、送受信信号処理回路651−nには、アンテナ素子401−1〜401−Mと、ベースバンド信号処理回路140とが接続されている。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 antenna elements 401-1 to 401-M and the baseband signal processing circuit 140 are connected to the transmission/reception signal processing circuit 651-n. Although the down converter 424-n and the A/D converter 425-n have two configurations in the figure, the down converter 424-n and the A/D converter 425-n have a value smaller than M. Any value will do as long as it is available. 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.

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9〜図11で説明した複素位相の回転量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。 A down converter 424-n, an A/D converter 425-n, and the like are arranged in three systems (generally three systems or more and M-1 system or less) of the antenna elements 401-1 to 401-M. If the procedure of acquiring the rotation amount information of the complex phase described in FIGS. 9 to 11 is executed, the down converter 424-n and the A/D converter 425-n are effectively unnecessary in the system of the remaining antenna elements. is there.

以下に、具体的な信号の流れを示す。信号処理に関しては、大きく分けて、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、信号受信処理及び信号送信処理の3種類に分けて説明を行う。また、図14に示した制御回路460は通信全体を管理する回路であり、詳細は省略するが全体のタイミング管理や各種処理を管理し、例えばTDDスイッチ127−nなどのスイッチ切り替えや、移相器402−n−1〜402−n−Mの設定タイミングの管理など、一連の管理を司る。したがって、厳密には各機能ブロックとの信号の入出力があり得るが、ここでは簡単化のために省略している。 The specific signal flow is shown below. The signal processing is roughly divided into three types, that is, signal processing, signal reception processing, and signal transmission processing when calculating the rotation amount of the complex phase performed by the phase shifters 402-n-1 to 402-n-M. And explain. The control circuit 460 shown in FIG. 14 is a circuit that manages the entire communication, and although not described in detail, manages the entire timing management and various processes, for example, switching of the TDD switch 127-n and the like, and phase shifting. It manages a series of management such as management of setting timing of the devices 402-n-1 to 402-n-M. Therefore, strictly speaking, signals may be input/output to/from each functional block, but they are omitted here for simplification.

まず最初に、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ついて説明する。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。 First, the signal processing when calculating the rotation amount of the complex phase performed by the phase shifters 402-n-1 to 402-n-M will be described. In the signal processing for calculating the rotation amount of the complex phase, the switch 403-n-1 connects the down converter 424-n-1 and the phase shifter 402-n-1, and the switch 403-n-4 is down. The converter 424-n-2 and the phase shifter 402-n-4 are connected (actually, a down converter and an antenna system switch equipped with an A/D converter which are not shown here are also the same), The remaining switches are not connected. In this state, first, a training signal for channel estimation is transmitted from the wireless station device of the communication partner that should acquire the rotation amount of the complex phase, 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(例えば0度でも良い)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 (which may be 0 degree, for example) is added to 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, a switch of an antenna system including a down converter and an A/D converter, which are not shown here, are also the same, but the explanation is simplified. Therefore, the signals input to the two antenna systems will be described) are 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 signal into an analog baseband signal. 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 the digital baseband signal 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 using the equations (1) to (3) based on the input information. Further, when the calibration process is required as necessary, the rotation amount of the complex phase on the transmission side is determined as a value in which the calibration coefficient is considered in the equations (1) to (3). The rotation amount of the complex phase calculated 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 that is a communication partner.

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複素位相回転量情報(ないしはチャネル情報)を基に、残りのアンテナ素子の複素位相回転量情報を予測する。図15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)で取得された複素位相回転量情報を基に、残りのアンテナ素子の複素位相回転量情報を予測する。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。なお、これらの一連の処理は、制御回路460が全体の調整、タイミング制御等を行う。 The complex phase rotation amount prediction circuit 410-n predicts the complex phase rotation amount information of the remaining antenna elements based on the complex phase rotation amount information (or channel information) of the limited antenna system. In the case of FIG. 15, the complex phase rotation amount prediction circuit 410-n includes antenna elements 401-1 and 401-4 (actually, a down converter and an A/D converter which are not shown here are provided). The same applies to the antenna elements of the system), and the complex phase rotation amount information of the remaining antenna elements is predicted based on the complex phase rotation amount information acquired. The complex phase rotation amount prediction circuit 410-n calculates the rotation amount 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 that is a communication partner, It is input to the phase shift control circuit 406-n. The phase shift control circuit 406-n manages the value input here by storing it in a memory. It should be noted that the control circuit 460 performs overall adjustment, timing control, and the like in a series of these processes.

次に、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の信号処理について説明する。まずデータ通信を行う際には、スイッチ403−n−1〜403−n−Mは全て分配結合器404−nに接続される。また、ここには図示されていない制御回路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に指示する。 Next, signal processing when actual data communication is performed, that is, when transmission or reception processing is performed will be described. First, when performing data communication, all of the switches 403-n-1 to 403-n-M are connected to the distribution coupler 404-n. In addition, the control circuit 460 (not shown) grasps the wireless station device as the communication partner, and notifies the phase shift control circuit 406-n of the rotation amount of the complex phase corresponding to the wireless station device that performs communication. Instruct the phase shifters 402-n-1 to 402-n-M.

まず、信号を送信する際の信号処理について説明する。送信時には、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)。ここには図示されていない変調器120−nは、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651−nに入力する。送受信信号処理回路651−n(n=1,…,N)には、ここには図示されていない変調器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。 First, the signal processing when transmitting a signal will be described. At the time of transmission, the TDD switch 127-n transmits a signal with the up converter 123-n and the distribution coupler 404-n connected (n=1,..., N). The modulator 120-n (not shown) generates a time-axis digital baseband transmission signal of each stream to be spatially multiplexed and inputs the transmission signal to the transmission/reception signal processing circuit 651-n. The transmission/reception signal processing circuit 651-n (n=1,..., N) receives the transmission signal of the time base digital baseband generated by the modulator 120-n (not shown).

送受信信号処理回路651−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。 The D/A converter 122-n of the transmission/reception signal processing circuit 651-n (n=1,..., N) converts the transmission signal input from the modulator 120-n into an analog baseband signal and up. Input to the converter 123-n. The up converter 123-n converts the signal input from the D/A converter 122-n from a baseband signal into a radio frequency band signal, 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。ここでは、ひとつの送受信信号処理回路651−nに対して説明を行ったが、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 an analog signal of M system. The branched analog signal is input to the phase shifters 402-n-1 to 402-n-M via the 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 add a predetermined amount of complex phase rotation to the signals in the radio frequency band in the analog signal format. The analog signals to which the complex phase rotation is applied 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 the complex phase rotation in the phase shifters 402-n-1 to 402-n-M. Although one transmission/reception signal processing circuit 651-n has been described here, for example, the antenna elements 401-1 to 401-1-M and the antenna elements 401-N-1 to 401-N-M are used. In, directivity is formed individually, and communication is performed with the wireless station device in the directivity direction.

次に、信号の受信について説明する。受信時には、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)。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。 Next, signal reception will be described. At the time of reception, the TDD switch 127-n receives a signal with the distribution coupler 404-n and the down converter 124-n connected (n=1,..., N). 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 adds a predetermined complex phase rotation on the analog signal to the input signal, and outputs the added signal via switches 403-n-1 to 403-n-M. Input to the distribution coupler 404-n.

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、ここには図示されていない信号分離回路に出力する。 The distribution coupler 404-n synthesizes the signals of the respective antenna systems input via the switches 403-n-1 to 403-n-M on an analog signal, and synthesizes the synthesized signal via the TDD switch 127-n. Input to the down converter 124-n. The down converter 124-n converts the 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 down converter 124-n from an analog baseband signal into a digital baseband signal, and outputs it to a signal separation circuit not shown here. ..

図14における信号分離回路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。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に入力される信号ベクトルに対しサンプリングデータ単位で乗算すればよい。 The signal separation circuit 141 in FIG. 14 suppresses crosstalk components between streams to perform signal separation, 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 performed on the frequency axis by once converting into a frequency axis signal by FFT processing. 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 the MIMO channel matrix given by the calculated correlation, a matrix similar to a general MIMO signal separation process such as ZF (Zero Forcing) type or MMSE (Maximum Mean Square Error) type signal separation is calculated. Then, this matrix may be multiplied by the sampling data unit with respect to the signal vector input to the signal separation circuit 141.

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651−1〜651−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。 This is because while a general MIMO signal separation process such as a ZF-type or MMSE-type signal separation on a general frequency axis uses different matrices for each frequency component, a matrix that is almost the same on the frequency axis is used. In the case of using, the 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 651-1 to 651-N is sufficient, and the signal separation circuit 141 does not need to perform any processing. However, in any case, the details of the signal separation method here are not directly related to the features of the present embodiment, and therefore omitted. The demodulators 130-1 to 130-N demodulate the signals in which the crosstalk component is suppressed in the signal separation circuit 141.

なお、図15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 shown in FIG. 15, if a high power amplifier (HPA) or the like on the transmission side is arranged, for example, it is arranged at a point where “A” is described in the figure, and a low noise amplifier on the reception side ( 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 circuits 651-n are not supposed to cooperate with each other, the calibration processing for removing the uncertainty of the complex phase of the individual high power amplifier and low noise amplifier. Although it is not necessary, the low noise amplifier at the point where “C 1 ”to “C 2 ” is described is the same as the antenna element 401-1 and the antenna element 401-4 in the same transmission/reception signal processing circuit 651-n. 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 of the prior art because it may cause the uncertainty of the complex phase between ..

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。 The present invention can be applied to any method, and a specific method of calibration processing does not matter. Considering this calibration result, for example, assuming that the rotation amounts of the complex phase at “C 1 ”and “C 2 ” are +10 degrees and +20 degrees, the complex phase obtained by the equations (1) to (3) is obtained. The phase rotation amount is adjusted by correcting -10 degrees and -20 degrees with respect to the rotation amount. The calibration result information is collected by a calibration circuit (not shown), and the phase shift control circuit 406-n, the complex phase rotation amount prediction circuit 410-n, or the correlation calculation circuit 405-n collects the information. Perform the correction using the information.

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。
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。
In addition, in the figure, regarding the switches 403-n-2, 403-n-3, 403-n-5 to 403-n-M of the system not including the down converter and the A/D converter, the phase shifter 402 -N-1 to 402-n-M, in the signal processing when calculating the amount of rotation of the complex phase, or in the connection state, or these switches 403-n-2, 403-n-3, 403-n- Even if 5 to 403-n-M are omitted, there is no practical problem.
Note that the phase rotation by the phase shifter is normally given by selectively passing a delay line corresponding to the amount of phase rotation on the device. Therefore, if a phase rotation of x is given as an absolute value, a negative phase rotation (delay) of the complex phase rotation amount is performed as a signal with a delay corresponding to the phase x, and the sign 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 To do.

図16は、非特許文献5に示された従来技術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。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. 16 is a functional block diagram showing another configuration example of the transmission/reception signal processing circuit 652-n in the conventional technique shown in Non-Patent Document 5. The same numbers are assigned to the same functional blocks as those in the above figures.

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。また、送受信信号処理回路652−nには、アンテナ素子401−n−1〜401−n−M及びアンテナ素子441−n−1〜441−n−Mが接続されている。 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 coupler 414-n, distribution coupler 415-n, phase shifters 402-n-1 to 402-n-M, switches 403-n-1 to 403-n-M, and Phase converters 409-n-1 to 409-n-M, down converters (DC) 424-n-1 to 424-n-2, and 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. Further, antenna elements 401-n-1 to 401-n-M and antenna elements 441-n-1 to 441-n-M are connected to the transmission/reception signal processing circuit 652-n.

図15との違いは、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が分離されており、その結果、TDDスイッチ127−nが不要になる一方、送受信で共用していた分配結合器404−nが送信用の分配結合器414−nと受信用の分配結合器415−nに分離され、同様に送受信で共用していた移相器402−n−1〜402−n−Mが送信用の移相器409−n−1〜409−n−Mと受信用の移相器402−n−1〜402−n−Mに分離されている点である。それ以外の構成は同じである。 The difference from FIG. 15 is that the antenna elements 401-n-1 to 401-n-M for transmission and the antenna elements 441-n-1 to 441-n-M for reception are separated, and as a result, TDD. While the switch 127-n becomes unnecessary, the distribution coupler 404-n shared by transmission and reception is separated into a transmission distribution coupler 414-n and a reception distribution coupler 415-n. The shared phase shifters 402-n-1 to 402-n-M are the phase shifters 409-n-1 to 409-n-M for transmission and the phase shifters 402-n-1 to 402 for reception. It is a point separated into -n-M. Other configurations are the same.

図15と同様に、信号処理に関しては、大きく分けて移相器402−n−1〜402−n−M及び移相器409−n−1〜409−n−Mで行う複素位相の回転量を算出する際の信号処理、信号受信処理及び信号送信処理の3種類に分けて説明を行う。また同様に、図14に示す制御回路460は通信全体を管理する回路であり、詳細は省略するが全体のタイミング管理や各種処理を管理し、例えば移相器402−n−1〜402−n−M及び移相器409−n−1〜409−n−Mの設定タイミングの管理など、一連の管理を司る。したがって、厳密には各機能ブロックとの信号の入出力があり得るが、ここでは簡単化のために省略している。 Similar to FIG. 15, regarding the signal processing, roughly, the phase shifters 402-n-1 to 402-n-M and the phase shifters 409-n-1 to 409-n-M perform the rotation amount of the complex phase. The signal processing, the signal receiving processing, and the signal transmitting processing when calculating is separately described. Similarly, the control circuit 460 shown in FIG. 14 is a circuit that manages the entire communication. Although not described in detail, the control circuit 460 manages the overall timing management and various processes, and for example, the phase shifters 402-n-1 to 402-n. -M and a phase shifter 409-n-1 to 409-n-M manage a series of management such as management of setting timing. Therefore, strictly speaking, signals may be input/output to/from each functional block, but they are omitted here for simplification.

まず最初に、移相器402−n−1〜402−n−M及び移相器409−n−1〜409−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ついて説明する。移相器402−n−1〜402−n−M及び移相器409−n−1〜409−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。 First, 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 and the phase shifters 409-n-1 to 409-n-M will be described. .. 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 and the phase shifters 409-n-1 to 409-n-M, the switch 403-n- 1 connects the down converter 424-n-1 and the phase shifter 402-n-1, and the switch 403-n-4 connects the down converter 424-n-2 and the phase shifter 402-n-4. (Actually, the same applies to the switches of the antenna system including the down converter and the A/D converter, which are not shown here), but the remaining switches are not connected.

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460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460の管理の基、一斉に同様の処理を行うことになる。 These switches are controlled by the correlation calculation circuit 405-n under the instruction of the control circuit 460 (not shown), and the phase shifter 402-n- is used except when calculating the rotation amount of the complex phase. 1 to 402-n-M are connected to the distribution coupler 415-n. When performing this process, the phase rotation amount of the phase shifters 402-n-1 to 402-n-M is set to a predetermined value. The rotation amount of the complex phase obtained in the subsequent process is set as a difference with respect to the initial predetermined value, as in the above description. Further, the other transmission/reception signal processing circuits 652-n not shown here also perform the same processing all at once under the control of the control circuit 460 not shown here.

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 that should acquire the rotation amount of the complex phase, 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- are input. A predetermined complex phase rotation is added on the analog signal at M, and each is input to the switches 403-n-1 to 403-n-M. Switches 403-n-1 and 403-n-4 (actually, a switch of an antenna system including a down converter and an A/D converter, which are not shown here, are also the same, but the explanation is simplified. Therefore, the signals input to the two antenna systems will be described) are 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, and the A/D converters 425-n-1 to 425-n-2 perform analog conversion. Convert the 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 the digital baseband signal 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 using the equations (1) to (3). Further, when the calibration process is required as necessary, the rotation amount of the complex phase on the transmission side is determined as a value in which the calibration coefficient is considered in the equations (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 that is a communication partner.

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複素位相回転量情報を基に、残りのアンテナ素子の複素位相回転量情報を予測する。図16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 the complex phase rotation amount information of the remaining antenna elements based on the limited complex phase rotation amount information of the antenna system. In the case of FIG. 16, the complex phase rotation amount prediction circuit 410-n calculates the rotation amount 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. The phase shift control circuit 406-n manages the value input here by storing it in a memory.

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 reception system, but the complex phase rotation amount of the low noise amplifier and the high power amplifier In order to cancel the individual difference, a calibration process in the implicit feedback of the prior art is performed, the amount of rotation of the complex phase in the transmission system is converted, and the value is set in the phase shifters 409-n-1 to 409-n-M. Are similarly stored in the memory and managed.

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16には図示されていない制御回路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。 When performing actual data communication, that is, when performing transmission or reception processing, the control circuit 460 (not shown in FIG. 16) grasps the wireless station device as the communication partner, and the phase shift control circuit 406- For n, the phase shifters 402-n-1 to 402-n-M and the phase shifters 409-n-1 to 409-n-M receive the rotation amount of the complex phase corresponding to the wireless station device that performs communication. The phase shifters 402-n-1 to 402-n-M and the phase shifters 409-n-1 to 409-n-M are set to this complex phase rotation amount to indicate the complex phase rotation amount. Achieve the above beamforming.

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」及び又は「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」及び又は「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 shown in the figure, if a high-power amplifier (HPA) on the transmission side is arranged, for example, there is a description of “A” and/or “D 1 ”to “D M ” in the figure. place the point, if placing such reception side low-noise amplifier (LNA), it will be located in a point on the description of "B" and or "E 1" - "E M" in FIG. Regarding "A" and "B", since the transmission/reception signal processing circuit 652-n is not supposed to cooperate with each other, the calibration processing for removing the uncertainty of the complex phase of the individual high power amplifier and low noise amplifier. However, the same transmission/reception signal processing circuit is used for the high-power amplifier at the points described as “D 1 ”to “D M ”and the low-noise amplifier at the points described as “E 1 ”-“E M ”. Since it may cause the uncertainty of the complex phase between the antenna elements 401-n-1 to M and the antenna elements 441-n-1 to 441-n-M in 652-n, By using the implicit feedback calibration method, it is necessary to remove the uncertainty of the complex phase of the low noise amplifier of each system.

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「E」「E」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。 The present invention can be applied to any method, and a specific method of calibration processing does not matter. Considering this calibration result, assuming that the rotation amounts of the complex phase at “E 1 ”, “E 4 ”, etc. are +10 degrees, +20 degrees, etc., they are obtained by Equations (1) to (3). The phase rotation amount is adjusted by correcting the rotation amount of the complex phase by -10 degrees, -20 degrees, or the like. The calibration result information is collected by a calibration circuit (not shown), and the phase shift control circuit 406-n, the complex phase rotation amount prediction circuit 410-n, or the correlation calculation circuit 405-n collects the information. Perform the correction using the information.

また、図15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。 Further, similarly to FIG. 15, the switches 403-n-2, 403-n-3, 403-n-5 to 403-n-M of the system not including the down converter and the A/D converter are moved. In the signal processing at the time of calculating the amount of rotation of the complex phase performed by the phase shifters 402-n-1 to 402-n-M, the connected state is established, or these switches 403-n-2, 403-n-3, 403 are used. Even if -n-5 to 403-n-M are omitted, there is no practical problem.

次に、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の信号処理について説明する。まずデータ通信を行う際には、スイッチ403−n−1〜403−n−Mは全て分配結合器415−nに接続される。また、ここには図示されていない制御回路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及び又は移相器409−n−1〜409−n−Mに指示する。 Next, signal processing when actual data communication is performed, that is, when transmission or reception processing is performed will be described. First, when performing data communication, all the switches 403-n-1 to 403-n-M are connected to the distribution coupler 415-n. In addition, the control circuit 460 (not shown) grasps the wireless station device as the communication partner, and notifies the phase shift control circuit 406-n of the rotation amount of the complex phase corresponding to the wireless station device that performs communication. Instructing the phase shifters 402-n-1 to 402-n-M and/or the phase shifters 409-n-1 to 409-n-M.

まず、信号を送信する際の信号処理について説明する。送信時には、図15の場合と同様に送受信信号処理回路652−n(n=1,…,N)には、ここには図示されていない変調器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、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、分配結合器414−nに入力する。 First, the signal processing when transmitting a signal will be described. At the time of transmission, as in the case of FIG. 15, the transmission/reception signal processing circuits 652-n (n=1,..., N) have the time-axis digital baseband generated by the modulator 120-n (not shown). Is input, the D/A converter 122-n converts the transmission signal input from the modulator 120-n into an analog baseband signal, and inputs the analog baseband signal to the up-converter 123-n. The up converter 123-n converts the signal input from the D/A converter 122-n from a baseband signal into a radio frequency band signal, 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、移相器409−n−1〜409−n−Mに入力される。移相器409−n−1〜409−n−Mは、アナログ信号上で所定の複素位相回転を加える。移相器409−n−1〜409−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。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 414-n branches the analog signal input from the up converter 123-n into an M-system analog signal. The branched analog signal is input to the phase shifters 409-n-1 to 409-n-M. The phase shifters 409-n-1 to 409-n-M add a predetermined complex phase rotation on the analog signal. The analog signals to which the complex phase rotation is applied by the phase shifters 409-n-1 to 409-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 the complex phase rotation in the phase shifters 409-n-1 to 409-n-M. For example, the antenna elements 401-1 to 401-1-M and the antenna elements 401-N-1 to 401-N-M are formed with individual directivities, and the wireless station device in the directivity direction is used. Communicate.

次に、信号の受信について説明する。受信時には、スイッチ403−n−1〜403−n−Mが分配結合器415−nと移相器402−n−1〜402−n−Mとを接続した状態で信号の受信を行う(n=1,…,N)。アンテナ素子441−n−1〜441−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415−nに入力する。 Next, signal reception will be described. At the time of reception, the switches 403-n-1 to 403-n-M receive signals with the distribution coupler 415-n and the phase shifters 402-n-1 to 402-n-M connected (n = 1,...,N). The signals received by the antenna elements 441-n-1 to 441-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 adds a predetermined complex phase rotation on the analog signal to the input signal, and outputs the added signal via switches 403-n-1 to 403-n-M. Input to the distribution coupler 415-n.

分配結合器415−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、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、ここには図示されていない信号分離回路に出力する。その他の処理は図15と同様である。 The distributor/combiner 415-n combines the signals of the respective antenna systems input via the switches 403-1 to 403-n-M on an analog signal and inputs the combined signal to the down converter 124-n. To do. 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 signal input from the down converter 124-n from an analog baseband signal into a digital baseband signal, and outputs it to a signal separation circuit not shown here. .. Other processes are the same as those in FIG.

なお、図14に示した無線局装置450では、送受信信号処理回路651−1〜651−Nの備えるアンテナがそれぞれ独立である場合を示したが、送受信信号処理回路651−1〜651−N毎のアンテナ素子401−1〜401−Mを共用することも可能である。例えば、図14に示す送受信信号処理回路651−1〜651−Nが図15に示す構成を取る場合(即ち、送信アンテナと受信アンテナが共用化されている場合)、送受信信号処理回路651−n(1≦n≦N)からアンテナ素子401−n−k(1≦k≦M)への信号線を分配結合器407−kにて合成し、その先にアンテナ素子401−kが接続される構成であっても良い。この構成は図17に示す構成である。 In the wireless station device 450 shown in FIG. 14, the antennas included in the transmission/reception signal processing circuits 651-1 to 651-N are independent of each other, but each of the transmission/reception signal processing circuits 651-1 to 651-N is shown. It is also possible to share the antenna elements 401-1 to 401-M. For example, when the transmission/reception signal processing circuits 651-1 to 651-N illustrated in FIG. 14 have the configuration illustrated in FIG. 15 (that is, when the transmission antenna and the reception antenna are shared), the transmission/reception signal processing circuit 651-n. The signal line from (1≦n≦N) to the antenna element 401-nk (1≦k≦M) is combined by the distribution coupler 407-k, and the antenna element 401-k is connected to the end. It may be configured. This configuration is the one shown in FIG.

また、図14に示す送受信信号処理回路651−1〜651−Nが図15に示す送受信信号処理回路652−1〜652−Nに置き換えられた構成を取る場合(即ち、送信アンテナと受信アンテナが分離されている場合)、送受信信号処理回路652−n(1≦n≦N)からアンテナ素子401−n−k(1≦k≦M)への信号線を分配結合器407−kにて合成し、その先にアンテナ素子401−kが接続され、且つ、送受信信号処理回路652−n(1≦n≦N)からアンテナ素子441−n−k(1≦k≦M)への信号線を分配結合器447−kにて合成し、その先にアンテナ素子441−kが接続される構成であっても良い。この構成は図18に示す構成である。 In the case where the transmission/reception signal processing circuits 651-1 to 651-N shown in FIG. 14 are replaced with the transmission/reception signal processing circuits 652-1 to 652-N shown in FIG. 15 (that is, the transmission antenna and the reception antenna are If separated), the signal line from the transmission/reception signal processing circuit 652-n (1≦n≦N) to the antenna element 401-n-k (1≦k≦M) is combined by the distribution coupler 407-k. Then, the antenna element 401-k is connected to the end thereof, and the signal line from the transmission/reception signal processing circuit 652-n (1≦n≦N) to the antenna element 441-n-k (1≦k≦M) is connected. A configuration may be used in which the elements are combined by the distribution coupler 447-k and the antenna element 441-k is connected to the end. This structure is the structure shown in FIG.

図14の説明では、無線局装置452についての説明を行わなかったが、図14に示す無線局装置452の構成を図17に示す無線局装置456又は図18に示す無線局装置457のように構成することも可能である。この様にして、ひとつの(サブ)アレーアンテナで複数の指向性ビームを形成し、同一時刻に同一周波数上で空間多重伝送を行うことが可能である。 Although the wireless station device 452 has not been described in the description of FIG. 14, the configuration of the wireless station device 452 shown in FIG. 14 is the same as that of the wireless station device 456 shown in FIG. 17 or the wireless station device 457 shown in FIG. It is also possible to configure. In this way, it is possible to form a plurality of directional beams with one (sub)array antenna and perform spatial multiplex transmission on the same frequency at the same time.

以上のように従来の技術では、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、シングルキャリア伝送及び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。 As described above, in the conventional technology, basically, the estimation process of the complex phase rotation amount performed by the variable phase shifter corresponding to the transmission/reception weight is performed by the digital signal processing, and the actual complex phase rotation process is performed by the analog signal processing. Will be realized. Therefore, the modulators 120-1 to 120-N and the demodulators 130-1 to 130-N are premised on signal processing on the frequency axis like the OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) modulation method. In either case, both systems can be supported even if signal processing on the time axis is premised such as single carrier transmission and SC-FDE (Single-Carrier Frequency Domain Equalization).

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。 However, the signal separation circuit 141 performs signal separation between each signal series, but here it is also possible to perform signal separation on the time axis, and once it is converted to a frequency axis signal by FFT and then on the frequency axis. Frequency-dependent signal separation may be performed. In this sense, the input to the demodulators 130-1 to 130-N may be a time axis signal or a frequency axis signal, but here, for simplicity, the time axis signal is used. Will be described as inputting. In this way, the concept regarding variations of communication systems such as the OFDM modulation system and SC-FDE is the same in the following description.

また、サブアレー構成とした送受信信号処理回路651−1〜651−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。
さらに、以下の全ての説明(本発明の実施形態も含む)においても同様であるが、ベースバンド信号処理回路140と送受信信号処理回路651−1〜651−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651−1〜651−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。
In addition, since the transmission/reception signal processing circuits 651-1 to 651-N having the sub-array configuration can be physically separated from each other, the correlation of the directional beams formed on the analog can be reduced. Are installed at a distance more than a predetermined distance.
Further, the same applies to all the following descriptions (including the embodiments of the present invention), but the baseband signal processing circuit 140 and the transmission/reception signal processing circuits 651-1 to 651-N are connected by wire, and Although the digital baseband signal is transmitted and received on the line, the baseband signal processing circuit 140 mounts the D/A converters 122-1 to 122-N and the A/D converters 125-1 to 125-N. In this case, the signal flowing on the wired connection between the baseband signal processing circuit 140 and the transmission/reception signal processing circuits 651-1 to 651-N can be the analog baseband signal.

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,RCS2014-337,p.213-218Satoshi Suyama, Tatsunori Ohara, Shinkiyun, Yukihiko Okumura, "Influence of analog beamforming configuration in Massive MIMO with high frequency hybrid beamforming", IEICE Technical Report, The Institute of Electronics, Information and Communication Engineers, March 2015 ,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,RCS2015-144,p.73-78Atsushi Ota, Takuto Arai, Hiroshi Shirato, Kazuki Maruta, Tatsuhiko Iwakuni, Masataka Iizuka, “Analytical Environment Millimeter-Wave Band Spatial Multiplexing Technique Using Parallel Transmission of 1st Eigenmode-Proposal and Basic Characteristic Evaluation Results-”, IEICE Technical Report, The Institute of Electronics, Information and Communication Engineers, August 2015, 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,RCS2015-239,p.293-298Atsushi Ota, Hiroshi Shirato, Kazuki Maruta, Takuto Arai, Tatsuhiko Iwakuni, Masataka Iizuka, "Effective Utilization of First Eigenmode Transmission in Massive MIMO for Viewing Environment", IEICE Technical Report, The Institute of Electronics, Information and Communication Engineers, 2015 November, 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,RCS2013-187,p.79-84Fukuzono Hayato, Murakami Tomoki, Kudo Riichi, Takatori Yasushi, Mizoguchi Masato, “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 , RCS2013-187, p.79-84 白戸裕史、丸田一輝、田中健、新井拓人、岩國辰彦、黒崎聰、太田厚,「デジタルアシスト型アナログビームフォーミング(DAABF)技術の提案〜チャネル時変動を伴う無線エントランスへの拡張技術〜」,2016年電子情報通信学会通信ソサイエティ大会,B-5-87,一般社団法人 電子情報通信学会,2016年9月Hiroshi Shirato, Kazuki Maruta, Ken Tanaka, Takuto Arai, Tatsuhiko Iwakuni, Satoshi Kurosaki, Atsushi Ota, “Proposal of Digital Assisted Analog Beamforming (DAABF) Technology-Expansion Technology for Wireless Entrance with Channel Time Fluctuation”, 2016 IEICE Communications Society Conference, B-5-87, The Institute of Electronics, Information and Communication Engineers, September 2016 田中健、丸田一輝、白戸裕史、新井拓人、岩國辰彦、黒崎聰、太田厚,「デジタルアシスト型アナログビームフォーミング(DAABF)技術の提案‐FDD システムへの拡張‐」,2016年電子情報通信学会通信ソサイエティ大会,B-5-89,一般社団法人 電子情報通信学会,2016年9月Ken Tanaka, Kazuki Maruta, Hiroshi Shirato, Takuto Arai, Tatsuhiko Iwakuni, Satoshi Kurosaki, Atsushi Ota, "Proposal of Digital Assisted Analog Beamforming (DAABF) Technology-Expansion to FDD System", 2016 IEICE Communication Society Conference, B-5-89, The Institute of Electronics, Information and Communication Engineers, September 2016

図8において、隣接するアンテナ素子間の経路長差に伴う複素位相の回転量の差がπ以上になると、複素位相の±2nπの不確定性により正確な複素位相の回転量の推定が出来ない場合がある。例えば図8のアンテナ素子間隔が1波長で、到来方向の角度θが30度である場合を考える。この場合、最近接のアンテナ素子間の経路長差はλSin30=λ/2となり、複素位相に換算してπの回転が生じることになる。ここで想定する通信環境は、見通し波が支配的な環境ではあるが、若干は反射波の影響を受けるため、測定された値は若干異なる値となる。 In FIG. 8, if the difference in the amount of rotation of the complex phase due to the difference in path length between adjacent antenna elements becomes π or more, the amount of rotation of the complex phase cannot be accurately estimated due to the uncertainty of ±2nπ of the complex phase. There are cases. For example, consider a case where the antenna element spacing in FIG. 8 is one wavelength and the angle of arrival θ is 30 degrees. In this case, the path length difference between the closest antenna elements is λSin30=λ/2, and π rotation occurs when converted into a complex phase. The communication environment assumed here is an environment in which the line-of-sight wave is dominant, but the measured value is slightly different because it is slightly affected by the reflected wave.

例えば、アンテナ素子401−1、401−2、401−3において、見通し波の複素位相の回転量が0→π→2π→・・・の様に変化したとする。その際、正の微小誤差δ、δに対し、アンテナ素子401−2には反射波によりπ―δ、アンテナ素子401−3には反射波により2π+δの複素位相の回転量が測定されたとする。この際、401−2とアンテナ素子401−3の間の複素位相の回転量は、(2π+δ)−(π―δ)=π+(δ+δ)となり、絶対値がπを超えてしまう一方、仮にアンテナ素子401−3の複素位相の回転量2π+δ−2πと2πだけ補正した値だとすると、その場合の複素位相の回転量は(2π+δ−2π)−(π―δ)=−π+(δ+δ)となり、複素位相の回転量の絶対値はπよりも小さくなる。この場合、このいずれが正しいかが判断突かないため、複素位相の回転量は±π以内に収まっていると仮定すると、誤って後者のアンテナ素子401−3の複素位相回転量は(2π+δ−2π)と見なされることになる。この様に、2π周期の複素位相の不確定性に起因して、誤った複素位相の回転量を用いて最小二乗法の推定処理を行うと、得られる複素位相の回転量は不適切な値となり、適切な指向性制御を行うことができない。 For example, in the antenna elements 401-1 401-2, and 401-3, it is assumed that the rotation amount of the complex phase of the line-of-sight wave changes as 0→π→2π→. At that time, for positive small errors δ 1 and δ 2 , the antenna element 401-2 measures the rotation amount of π−δ 1 by the reflected wave, and the antenna element 401-3 measures the rotation amount of the complex phase of 2π+δ 2 by the reflected wave. Suppose At this time, the rotation amount of the complex phase between 401-2 and the antenna element 401-3 is (2π+δ 2 )−(π−δ 1 )=π+(δ 12 ), and the absolute value exceeds π. On the other hand, if the complex phase rotation amount of the antenna element 401-3 is corrected by 2π+δ 2 −2π and 2π, the complex phase rotation amount in that case is (2π+δ 2 −2π)−(π−δ 1 )= It becomes −π+(δ 12 ), and the absolute value of the rotation amount of the complex phase becomes smaller than π. In this case, since it cannot be determined which is correct, assuming that the complex phase rotation amount is within ±π, the complex phase rotation amount of the latter antenna element 401-3 is erroneously (2π+δ 2 − 2π). In this way, due to the uncertainty of the complex phase of 2π period, if the least squares estimation processing is performed using the incorrect complex phase rotation amount, the obtained complex phase rotation amount is an inappropriate value. Therefore, proper directivity control cannot be performed.

一方、アンテナ全体のサイズが大きくなると、アンテナ開口の増大に伴い指向性ビームのビーム幅は狭くなる。大規模なアンテナで狭指向性ビームを形成する場合には、より多くのアンテナ素子を用いるか、隣接又は近接するアンテナ素子の代わりに例えば図9や図10の様に離れたアンテナ素子を用いることが好ましい。しかし、到来方向を推定し複素位相の回転量を推定するために用いるアンテナ素子数を増やすことは、比較的コストの高いA/D変換器を多数利用することに繋がり、コスト抑制の観点からは好ましくない。また、離れたアンテナ素子を利用すると、上述の様にそのアンテナ素子間の複素位相の回転量が2π周期の不確定性を持つため、正しい複素位相の回転量を算出することができない。したがって、より少ないアンテナ素子数にA/D変換器を実装する構成を取りながら、複素位相の回転量の2π周期の不確定性を回避し、高精度に複素位相の回転量を推定することができる複素位相回転量推定技術が求められる。 On the other hand, when the size of the entire antenna becomes large, the beam width of the directional beam becomes narrow as the antenna aperture increases. When forming a narrow directional beam with a large-scale antenna, use more antenna elements or use distant antenna elements as shown in FIGS. 9 and 10 instead of adjacent or adjacent antenna elements. Is preferred. However, increasing the number of antenna elements used for estimating the direction of arrival and estimating the amount of rotation of the complex phase leads to the use of many A/D converters that are relatively expensive, and from the viewpoint of cost reduction. Not preferable. Further, if the antenna elements that are separated from each other are used, the rotation amount of the complex phase between the antenna elements has an uncertainty of 2π period as described above, and thus the rotation amount of the complex phase cannot be calculated correctly. Therefore, it is possible to accurately estimate the rotation amount of the complex phase while avoiding the uncertainty of the 2π period of the rotation amount of the complex phase while adopting a configuration in which the A/D converter is mounted with a smaller number of antenna elements. A technique for estimating the amount of complex phase rotation is required.

上記事情に鑑み、本発明は、低コスト化を図るとともに、高精度に複素位相の回転量を推定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, it is an object of the present invention to provide a technique capable of reducing the cost and accurately estimating the rotation amount of a complex phase.

本発明の一態様は、複数のアンテナ素子を含んで構成されるひとつまたは複数のアレーアンテナを用いて指向性を形成し、他の無線通信装置と無線通信する無線通信装置であって、前記複数のアンテナ素子が含まれるアンテナ平面の正面方向の映像情報を取得する映像情報取得手段と、該映像情報取得手段で取得した映像情報から通信相手となる前記他の無線通信装置を指定する入力手段と、前記映像情報を解析し、前記入力手段により指定された前記他の無線通信装置の存在する方位情報を取得する方位情報取得手段と、前記他の無線通信装置が送信した信号を、前記複数のアンテナ素子それぞれを介して受信する信号受信部と、前記複数のアンテナ素子の中の一部の複数系統にそれぞれ備えられ、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、前記他の無線通信装置が送信したトレーニング信号を前記一部の複数系統のアンテナ素子で受信した際の前記信号変換部の出力信号に基づいて、前記一部の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、前記一部の複数系統のアンテナ素子の中の他のアンテナ素子との組合せ毎の相関情報を取得し、該相関情報に基づいて前記一部の複数系統のアンテナ素子の複素位相の回転量を算出する相関算出部と、前記方位情報取得手段により取得され前記方位情報に基づいて、前記相関算出部で算出された前記一部の複数系統のアンテナ素子の複素位相の回転量に対し複素位相の不確定性を排除する補正を行う回転量補正部と前記回転量補正部で補正された前記一部の複数系統のアンテナ素子の複素位相の回転量に基づいて、前記複数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予測する第1の回転量予測部と、前記第1の回転量予測部で予測された前記複素位相の回転量を記憶する第1の位相回転量管理部と、前記第1の位相回転量管理部に記憶された前記複素位相の回転量を、受信に用いる前記アンテナ素子毎の受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させる第1の位相回転部と、前記第1の位相回転部で位相回転された前記受信信号を前記アレーアンテナ毎に、受信に用いた全てまたはその一部のアンテナ素子に亘りアナログ信号上又はデジタル信号上で合成する信号合成部と、前記信号合成部により合成された前記受信信号に基づいて前記他の無線通信装置が送信した信号を再生する信号再生部と、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 a plurality of array antennas including a plurality of antenna elements and wirelessly communicates with another wireless communication device. Image information acquisition means for acquiring image information in the front direction of the antenna plane including the antenna element, and input means for specifying the other wireless communication device to be a communication partner from the image information acquired by the image information acquisition means. An azimuth information acquisition unit that analyzes the video information and acquires azimuth information in which the other wireless communication device specified by the input unit exists; and a signal transmitted by the other wireless communication device, A signal receiving unit for receiving via each antenna element, and a part of the plurality of antenna elements, each of which is provided in a plurality of systems, and a radio frequency analog signal received by the antenna element is a baseband digital signal. Based on an output signal of the signal conversion unit when a training signal transmitted by the other wireless communication device is received by the plurality of antenna elements of the plurality of systems, The reference antenna element selected from among the antenna elements of the system, and obtains the correlation information for each combination of the other antenna elements of the antenna elements of the plurality of systems, based on the correlation information a correlation calculation unit for calculating a rotation amount of the complex phase of the antenna elements of said part of a plurality of systems, the based on the acquired azimuth information by azimuth information acquisition means, the part calculated by the correlation calculating section Of a plurality of systems of antenna elements, a rotation amount correction unit that performs correction for eliminating the uncertainty of the complex phase with respect to the rotation amount of a complex phase, and the partial plurality of systems of antenna elements corrected by the rotation amount correction unit A first rotation amount prediction unit that predicts a rotation amount of the complex phase to be given to the reception signals of the plurality of antenna elements based on the rotation amount of the complex phase of , and a prediction by the first rotation amount prediction unit. first phase rotation amount management unit that stores the rotation amount of the complex phase that is, the amount of rotation of said first of said complex phase stored in the phase rotation amount management unit, for each of the antenna elements for receiving signals a first phase rotation unit that Ru is phase rotation on an analog signal or on a digital signal on the received signal, the first of the received signal phase-rotated by the phase rotation section, for each of the array antennas, use the reception Based on the received signal synthesized by the signal synthesizing unit and the signal synthesizing unit that synthesizes an analog signal or a digital signal over all or some of the antenna elements. And a signal reproducing unit that reproduces a signal transmitted by the other wireless communication device.

本発明の一態様は、上記の無線通信装置であって、前記他の無線通信装置に対する送信信号の送信に用いる前記アンテナ素子毎の送信信号に対しデジタル信号上又はアナログ信号上で所定の値だけ位相回転させる第2の位相回転部と、前記第1の回転量予測部で予測された前記複素位相回転量基づいて、前記第2の位相回転部で与えるべき複素位相の回転量を算出する第2の回転量予測部と、前記第2の回転量予測部で算出された複素位相の回転量を記憶し、前記第2の位相回転部に設定する第2の位相回転量管理部と、前記他の無線通信装置宛てのデジタル信号を生成する送信信号生成部と、前記送信信号生成部が生成した信号をデジタル信号上又はアナログ信号上で送信に用いる前記アンテナ素子毎に分岐させ、前記第2の位相回転部に出力する信号分配部と、前記第2の位相回転部位相回転を施した後の信号を、無線周波数のアナログ信号として前記アンテナ素子を介して送信する信号送信部と、をさらに備える。 One aspect of the present invention is the above-described wireless communication apparatus, the other of said antenna elements for each of the transmission signal to Jo Tokoro value on the digital signal on or analog signals used to transmit the transmission signal to the wireless communication device based only the second phase rotation unit that Ru is phase rotation, the rotation amount before Symbol first rotation amount prediction unit in predicted the complex phase rotation of said second complex phase should be given by the phase rotation unit a second rotation amount prediction unit for calculating an amount, and stores the rotation amount of the double prime phase calculated by the second rotation amount prediction unit, a second phase rotation to be set in the second phase rotation unit and quantity management unit, a transmission signal generator for generating a digital signal of the other radio communication device addressed, the antenna element using a signal which the transmission signal generating unit has generated to the transmission on a digital signal on or analog signal is branched for each, and the signal distribution unit for outputting the second phase rotation unit, a signal after phase rotation in front Stories second phase rotation unit, via the antenna element as an analog signal of the radio frequency And a signal transmitting unit for transmitting the signal.

本発明の一態様は、上記の無線通信装置であって、前記受信信号と前記送信信号の無線周波数が異なる場合に、前記第2の位相回転部で与えるべき複素位相の回転量に前記受信信号と前記送信信号の無線周波数の比率を乗算する補正を行第3の回転量予測部をさらに備える。 One aspect of the present invention is the above-described wireless communication apparatus, when the radio frequency of the received signal and the transmission signal is different from the received signal to the amount of rotation of the complex phase should be given by the second phase rotation unit and further comprising a third rotation amount prediction unit intends line correction of multiplying the ratio of the radio frequency of the transmission signal.

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、前記複数のアンテナ素子が含まれるアンテナ平面の正面方向の映像情報を取得する映像情報取得ステップと、該映像情報取得ステップで取得した映像情報から通信相手となる前記他の無線通信装置の指定を受け付ける入力ステップと、前記映像情報を解析し、前記入力ステップにより指定された前記他の無線通信装置の存在する方位情報を取得する方位情報取得ステップと、前記他の無線通信装置が送信した信号を、前記複数のアンテナ素子それぞれを介して受信する信号受信ステップと、前記他の無線通信装置が送信したトレーニング信号を前記複数のアンテナ素子の中の一部の複数系統アンテナ素子受信して得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した信号に基づいて、前記一部の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、前記一部の複数系統のアンテナ素子の中の他のアンテナ素子との組合せ毎の相関情報を取得し、該相関情報に基づいて前記一部の複数系統のアンテナ素子の複素位相の回転量を算出する相関算出ステップと、前記方位情報取得ステップにより取得された前記方位情報に基づいて、前記相関算出ステップで算出された前記一部の複数系統のアンテナ素子の複素位相の回転量に対し複素位相の不確定性を排除する補正を行う回転量補正ステップと前記回転量補正ステップで補正された前記一部の複数系統のアンテナ素子の複素位相の回転量に基づいて、前記複数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予測する第1の回転量予測ステップと、前記第1の回転量予測ステップで予測された前記複素位相の回転量を記憶する第1の位相回転量管理ステップと、前記第1の位相回転量管理ステップで記憶された前記複素位相の回転量を、受信に用いる前記アンテナ素子毎の受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させる第1の位相回転ステップと、前記第1の位相回転ステップで位相回転された前記受信信号を前記アレーアンテナ毎に、受信に用いた全てまたはその一部のアンテナ素子に亘りアナログ信号上又はデジタル信号上で合成する信号合成ステップと、前記信号合成ステップにより合成された前記受信信号に基づいて前記他の無線通信装置が送信した信号を再生する信号再生ステップと、を有する無線通信方法である。
One embodiment of the present invention is a wireless communication method performed by a wireless communication device which forms directivity using one or a plurality of array antennas including a plurality of antenna elements and wirelessly communicates with another wireless communication device. And a video information acquisition step of acquiring video information in a front direction of an antenna plane including the plurality of antenna elements, and the other wireless communication device serving as a communication partner from the video information acquired in the video information acquisition step. An input step of accepting the designation of:, an azimuth information acquisition step of analyzing the video information, and acquiring azimuth information of the existence of the other wireless communication device specified by the input step, and the other wireless communication device transmitting the signal, a signal receiving step of receiving via each of the plurality of antenna elements, the antenna elements of a portion of a plurality of systems in said another wireless communication device transmitted training signal pre SL plurality of antenna elements Based on a signal obtained by converting an analog signal of a radio frequency obtained by reception into a digital signal of a base band, a reference antenna element selected from among the antenna elements of the plurality of systems, and the part of the antenna element. Correlation calculation step of acquiring correlation information for each combination with other antenna elements of the antenna elements of the plurality of systems, and calculating the amount of rotation of the complex phase of the antenna elements of the plurality of systems based on the correlation information If, on the basis of the said orientation information acquired by the azimuth information acquisition step, uncertainty of the complex phase with respect to the rotation amount of the complex phase of the antenna elements of a plurality of systems of said portion calculated by the correlation calculating step Based on the rotation amount correction step of performing a correction to eliminate the , the rotation amount of the complex phase of the antenna elements of the plurality of systems corrected in the rotation amount correction step, with respect to the received signal of the plurality of antenna elements first and rotational amount prediction step, a first phase rotation amount managing step of storing a rotation amount of predicted the complex phase in the first rotation amount prediction steps for predicting the amount of rotation of the complex phase to give Te When the amount of rotation of said stored complex phase in the first phase rotation amount management step, is used to receive the relative received signal of each antenna element and the first to Ru by phase rotation on an analog signal or on a digital signal a phase rotation step, the first of the received signal phase-rotated by the phase rotation step for each of the array antenna, on all used for reception or analog signals over a part of the antenna element or on a digital signal The signal combining step to combine and the signal combining step And a signal reproducing step of reproducing a signal transmitted by the other wireless communication device based on the more combined received signal.

本発明により、低コスト化を図るとともに、高精度に複素位相の回転量を推定することが可能となる。 According to the present invention, the cost can be reduced and the complex phase rotation amount can be estimated with high accuracy.

第1の実施形態におけるアンテナ素子の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the antenna element in 1st 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。It is a functional block diagram which shows the structural example of the transmission/reception signal processing circuit in the same embodiment. 同実施形態における複素位相回転量予測回路の構成例を示す図である。It is a figure which shows the structural example of the complex phase rotation amount prediction circuit in the same embodiment. 第2の実施形態における送受信信号処理回路の構成を示す機能ブロック図である。It is a functional block diagram which shows the structure of the transmission/reception signal processing circuit in 2nd Embodiment. 第4の実施形態における送受信信号処理回路の構成を示す機能ブロック図である。It is a functional block diagram which shows the structure of the transmission/reception signal processing circuit in 4th Embodiment. 従来技術における無線局装置の構成例を示す機能ブロック図である。It is a functional block diagram which shows the structural example of the wireless station apparatus in a prior 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。It is a functional block diagram which shows the structural example of the wireless station apparatus in a prior art. 従来技術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複素位相の回転量予測の概要を示す図である。FIG. 10 is a diagram showing an outline of complex phase rotation amount prediction in a linear array in which antenna elements are linearly arranged in the related art. 従来技術における平面状に構成されたアレーアンテナの複素位相の回転量予測の概要を示す図である。It is a figure which shows the outline|summary of rotation amount prediction of the complex phase of the array antenna comprised in the planar form in the prior art. 従来技術における平面状に構成された正方アレーアンテナの複素位相の回転量予測の概要を示す図である。It is a figure which shows the outline|summary of the rotation amount prediction of the complex phase of the square array antenna comprised by the planar shape in a prior art. 従来技術における平面状に構成された正方アレーアンテナの複素位相の回転量予測の概要を示す図である。It is a figure which shows the outline|summary of the rotation amount prediction of the complex phase of the square array antenna comprised by the planar shape in a prior art. 従来技術における平面状に構成された正方アレーアンテナの複素位相の回転量予測の概要を示す図である。It is a figure which shows the outline|summary of the rotation amount prediction of the complex phase of the square array antenna comprised by the planar shape in a prior art. 従来技術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 which shows the example of the antenna pattern used for prediction of the rotation amount of a complex phase in a prior art. 従来技術における通信システムの構成例を示す図である。It is a figure which shows the structural example of the communication system in a prior art. 従来技術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。It is a functional block diagram which shows the structural example of the transmission/reception signal processing circuit in a prior art. 従来技術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。It is a functional block diagram which shows the structural example of the transmission/reception signal processing circuit in a prior 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。It is a functional block diagram which shows the structural example of the wireless station apparatus in a prior 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。It is a functional block diagram which shows the structural example of the wireless station apparatus in a prior 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。なお、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。 Embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. Note that the terms “time axis” and “frequency axis” used in this specification may be expressed as “time domain” and “frequency domain”, but here, the terms “time axis” and “frequency axis” are unified. And explain.

[第1の実施形態]
本発明は、無線局装置を固定的に設置した状態で、且つ、無線局装置間のチャネルの時変動が無視できる環境において、この様な条件の無線局装置に上記の背景技術で示した技術を適用する場合に利用するための技術である。したがって、実際のサービス運用開始前に、事前に以下に示す処理を各無線局装置において実施することを前提とする。また、第1の実施形態では、複素位相の回転量を算出する際に用いるアンテナ素子が、水平方向に直線的に並んだアンテナ素子と、垂直方向に直線的に並んだアンテナ素子とで構成されることを前提としている。
[First Embodiment]
The present invention is directed to a radio station device under such conditions in the state where the radio station device is fixedly installed and in which the time variation of the channel between the radio station devices can be ignored, as shown in the background art. Is a technology to be used when applying. Therefore, it is premised that the following processing is performed in advance in each wireless station device before the actual service operation starts. Further, in the first embodiment, the antenna elements used when calculating the rotation amount of the complex phase are composed of antenna elements linearly arranged in the horizontal direction and antenna elements linearly arranged in the vertical direction. It is assumed that

以下、図を用いて本発明の基本原理について説明する。図1に、本発明の第1の実施形態におけるアンテナ素子の一例を示す。図1は、図10と類似の配置であるが、差分としては、複素位相の回転量の推定に用いるアンテナ素子をアンテナ素子f、l、p、q、r(図1において、◎で示されるアンテナ素子)とした点である。ここで、アンテナ素子f、l、pは垂直方向に、アンテナ素子p、q、rは水平方向に整列しているとする。図10と同様に、図1において「○」で表したa〜rはデータの受信で用いる受信アンテナ素子、「●」で表したs〜z及びA〜Jはデータの送信で用いる送信アンテナ素子を表す。 The basic principle of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 shows an example of an antenna element according to the first embodiment of the present invention. 1 has a similar arrangement to that of FIG. 10, but the difference is that the antenna elements used for estimating the amount of rotation of the complex phase are antenna elements f, l, p, q, and r (indicated by ⊚ in FIG. 1). Antenna element). Here, it is assumed that the antenna elements f, l, and p are aligned in the vertical direction, and the antenna elements p, q, and r are aligned in the horizontal direction. Similar to FIG. 10, in FIG. 1, a to r represented by “◯” are reception antenna elements used for data reception, and s to z and A to J represented by “●” are transmission antenna elements used in data transmission. Represents.

一例として、「○」で表したa〜r、「●」で表したs〜z及びA〜Jで構成される正方格子の各格子の1辺が1波長間隔であるとする。したがって、「◎」で示したアンテナ素子f、l、p、q、rの間隔は2波長である。水平方向に並ぶアンテナ素子p、q、rに着目した時、例えば水平方向の角度差θ方向から到来する受信信号のアンテナ素子毎の経路長差は、2λ×Sinθである。例えばθ=14.5度の場合を考えると、2λ×Sinθ=λ/2となり、位相にしてπの変化が生じる。実際にはこれに反射波の影響を受けて、πの周りに若干の誤差を伴うため、場合によってはアンテナ素子間で±π以内には収まらないことになる。しかし、仮に小型のカメラを実装し、画像解析の結果から正面方向からの水平方向の角度差φ(及び、垂直方向に関しても角度差φ)を概算値として得ることが出来れば、おおよその複素位相の回転量を予測することが可能であり、その予測値に対して±πの複素位相差となる値を選択することで、2π周期の複素位相の不確定性を排除することが可能である。 As an example, it is assumed that one side of each square lattice of the square lattice composed of a to r represented by “◯”, s to z represented by “●”, and A to J has one wavelength interval. Therefore, the distance between the antenna elements f, l, p, q, and r indicated by “⊚” is two wavelengths. Focusing on the antenna elements p, q, and r arranged in the horizontal direction, for example, the path length difference for each antenna element of the received signal coming from the horizontal angle difference θ direction is 2λ×Sinθ. Considering the case of θ=14.5 degrees, for example, 2λ×Sin θ=λ/2, which results in a change of π in phase. In reality, this is affected by the reflected wave and causes a slight error around π, so that it may not be within ±π between the antenna elements in some cases. However, if a small camera is mounted and the angle difference φ H in the horizontal direction from the front direction (and the angle difference φ E also in the vertical direction) can be obtained as an approximate value from the result of image analysis, it is approximate. It is possible to predict the amount of rotation of the complex phase, and by selecting a value that is a complex phase difference of ±π with respect to the predicted value, it is possible to eliminate the uncertainty of the complex phase of 2π period. Is.

例えば、小型カメラの映像をモニタ上に表示し、無線局装置の設置者が通信相手となる無線局装置の位置をモニタ上で指定し、その指定された場所を画像解析により正面方向からの水平及び垂直方向の角度差として取得できれば、この値を角度差φ及び、φとして利用することが可能になる。この時、水平方向で複素位相の回転量推定に用いるアンテナ素子(例えばアンテナ素子pとq、アンテナ素子qとr)の間隔をdとすれば、素子間の複素位相の回転量は概ねd/λ×Sin(φ)であると予想される。したがって、複素位相の回転量Δは以下の式6で示される範囲にあることが予想される。 For example, the image of a small camera is displayed on the monitor, the installer of the wireless station device specifies the position of the wireless station device to be the communication partner, and the specified place is horizontally analyzed from the front by image analysis. If it can be obtained as the angle difference in the vertical direction and the angle difference in the vertical direction, this value can be used as the angle difference φ H and φ E. At this time, if the distance between the antenna elements (for example, antenna elements p and q, antenna elements q and r) used for estimating the rotation amount of the complex phase in the horizontal direction is d H , the rotation amount of the complex phase between the elements is approximately d. It is expected to be H 2 /λ×Sin(φ H ). Accordingly, the rotation amount delta H of complex phase is expected to be in the range of formula 6 below.

Figure 0006712240
Figure 0006712240

同様に、垂直方向で複素位相の回転量推定に用いるアンテナ素子(例えばアンテナ素子fとl、アンテナ素子lとr)の間隔をdとすれば、素子間の複素位相の回転量は概ねd/λ×Sin(φ)であると予想される。したがって、複素位相の回転量Δは以下の式7で示される範囲にあることが予想される。 Similarly, if the distance between the antenna elements (for example, antenna elements f and l, antenna elements l and r) used for estimating the amount of complex phase rotation in the vertical direction is d E , the amount of complex phase rotation between the elements is approximately d. E /λ×Sin(φ E ). Therefore, it is expected that the rotation amount Δ E of the complex phase is in the range shown by the following Expression 7.

Figure 0006712240
Figure 0006712240

この様にして複素位相の不確定性を排除し、アンテナ素子f、l、p、q、rの複素位相の回転量を算出し、この結果に対して本発明の背景技術と同様に最小二乗法を適用すればよい。この結果、例えば図1の様に2波長間隔のアンテナ素子を想定すれば、水平及び垂直方向の角度が±14.5度の範囲内にない場合には本発明の背景技術を適用するときに2π周期の複素位相の不確定性を排除できないはずであるが、本発明の実施形態の適用により、より広範囲な無線局装置に対して2π周期の複素位相の不確定性を排除可能になる。言い換えれば、無線局装置の存在する角度範囲に縛られることなく、複素位相の回転量推定に用いるアンテナ素子の空間的な広がりを拡大し、等価的に広開口のアンテナ素子で高精度の推定が可能になる。 In this way, the uncertainty of the complex phase is eliminated, and the rotation amount of the complex phase of the antenna elements f, l, p, q, and r is calculated. Multiplication should be applied. As a result, for example, assuming an antenna element with a two-wavelength interval as shown in FIG. 1, when the horizontal and vertical angles are not within the range of ±14.5 degrees, when applying the background art of the present invention. Although it should be impossible to eliminate the uncertainty of the complex phase of 2π period, the application of the embodiment of the present invention makes it possible to eliminate the uncertainty of the complex phase of 2π period for a wider range of wireless station devices. In other words, the spatial spread of the antenna element used for estimating the rotation amount of the complex phase is expanded without being restricted by the angular range in which the wireless station device exists, and the antenna element with a wide aperture can equivalently perform high-precision estimation. It will be possible.

図2は、第1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例を示す機能ブロック図である。図2は、図14に示す送受信信号処理回路651−nに対応し、図15に示した送受信信号処理回路651−nとの差分を中心に説明する。 FIG. 2 is a functional block diagram showing a configuration example of a transmission/reception signal processing circuit for realizing the first embodiment. 2 corresponds to the transmission/reception signal processing circuit 651-n shown in FIG. 14, and the description will focus on the differences from the transmission/reception signal processing circuit 651-n shown in FIG.

同図に示す送受信信号処理回路655−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、分配結合器404−n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417−nと、小型カメラ661と、画像処理回路662と、到来角推定回路663と、情報入力手段664とを備える。また、送受信信号処理回路655−nには、アンテナ素子401−1〜401−M、ベースバンド信号処理回路140が接続されている。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がそれぞれ2つの構成を示しているが、ダウンコンバータ424−n、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つの場合を例に説明する。なお、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、その説明の詳細は必要に応じて省略する。 A transmission/reception signal processing circuit 655-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, a phase shifter 402-n-1 to 402-n-M, a switch 403-n-1 to 403-n-M, and a distribution coupler 404-. n, down converters (DC) 424-n-1 to 424-n-2, A/D converters 425-n-1 to 425-n-2, correlation calculation circuit 405-n, and phase shift control The circuit 406-n, the complex phase rotation amount prediction circuit 417-n, the small camera 661, the image processing circuit 662, the arrival angle estimation circuit 663, and the information input unit 664 are provided. Further, antenna elements 401-1 to 401-M and a baseband signal processing circuit 140 are connected to the transmission/reception signal processing circuit 655-n. Although the down converter 424-n and the A/D converter 425-n each have two configurations in the figure, the down converter 424-n and the A/D converter 425-n have values smaller than M. Any value may be used as long as it is. In the following description, the case where there are two down converters 424-n and A/D converters 425-n will be described as an example. In the figure, the same numbers are assigned to the same functional blocks as those in the above figures, and the detailed description thereof will be omitted as necessary.

図15との差分は、送受信信号処理回路に、小型カメラ661、画像処理回路662、到来角推定回路663及び情報入力手段664が追加されている点や、複素位相回転量予測回路410−nが複素位相回転量予測回路417−nに置き換えられている点である。
上記の相違点を除けば、データ通信において送信及び受信時の信号の流れる領域は図15と共通であり、アンテナ素子401−1〜401−Mを介したデータの送受信に関する信号処理は、図15における本発明の背景技術の信号処理と等価である。信号処理の差分は、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のみに存在する。以下、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ついて説明する。
The difference from FIG. 15 is that a small camera 661, an image processing circuit 662, an arrival angle estimation circuit 663 and an information input means 664 are added to the transmission/reception signal processing circuit, and the complex phase rotation amount prediction circuit 410-n. It is replaced with the complex phase rotation amount prediction circuit 417-n.
Except for the above differences, the region in which signals flow during transmission and reception in data communication is the same as in FIG. 15, and the signal processing relating to data transmission/reception via antenna elements 401-1 to 401-M is the same as in FIG. Is equivalent to the signal processing of the background art of the present invention. The difference in the signal processing exists only in the signal processing when calculating the rotation amount of the complex phase performed by the phase shifters 402-n-1 to 402-n-M. The signal processing when calculating the amount of rotation of the complex phase performed by the phase shifters 402-n-1 to 402-n-M will be described below.

まず、各無線局装置を設置する際には、設置作業者が設置場所に無線局装置を設置すると共に、小型カメラ661を介して撮影した画像を情報入力手段664で確認する。小型カメラ661は複数のカメラで構成されていても構わない。例えば、水平方向位置の異なる2台の小型カメラ661、及び垂直方向位置の異なるに2台のカメラなどを利用すれば、立体的な画像情報を取得可能となり、画像処理での方位の推定精度を向上させることも可能である。ここで情報入力手段664とは、例えばモニタ画面と設置作業者が入力するための手段(例えばモニタ画面のタッチパネル)となっている。上述の様に複数台の小型カメラ661を利用する場合でも、モニタ画面には1台分の小型カメラ661の映像のみを表示し、その他のカメラの映像に関しては、画像処理で相互に対応する場所を検索可能であるものとする。ここで仮にタッチパネルを用いる場合には、画面上をタッチすることで通信相手となる無線局装置を指定する。これは、他にもマウスなどで画面上の場所を指定することとしても構わない。この様にして情報入力手段664から入力された情報は、画像処理回路662にて水平方向と垂直方向に対する参照点などと比較したり既存の様々な画像処理技術を用いて、その位置関係などから到来角推定回路663にて正面方向に対する水平方向の角度差φ及び垂直方向の角度差φを算出する。この意味で、画像処理回路662と到来角推定回路663は一体として機能していても構わない。この様にして算出した結果は複素位相回転量予測回路417−nに入力される。以上の処理を事前に行っておく。その後、複素位相の回転量を算出する処理を行う。 First, when installing each wireless station device, the installation operator installs the wireless station device at the installation location and confirms the image captured through the small camera 661 with the information input unit 664. The small camera 661 may be composed of a plurality of cameras. For example, if two small cameras 661 with different horizontal positions and two cameras with different vertical positions are used, stereoscopic image information can be obtained, and the accuracy of orientation estimation in image processing can be improved. It is also possible to improve. Here, the information input unit 664 is, for example, a monitor screen and a unit for the installation operator to input (for example, a touch panel of the monitor screen). Even when a plurality of small cameras 661 are used as described above, only the images of one small camera 661 are displayed on the monitor screen, and the images of the other cameras are displayed at locations corresponding to each other in image processing. Be searchable. If a touch panel is used here, the wireless station device to be the communication partner is designated by touching the screen. Alternatively, the location on the screen may be designated with a mouse or the like. The information input from the information input unit 664 in this manner is compared with reference points in the horizontal direction and the vertical direction in the image processing circuit 662, and various existing image processing techniques are used to determine the positional relationship. The arrival angle estimation circuit 663 calculates an angle difference φ H in the horizontal direction and an angle difference φ E in the vertical direction with respect to the front direction. In this sense, the image processing circuit 662 and the arrival angle estimation circuit 663 may function integrally. The result calculated in this way is input to the complex phase rotation amount prediction circuit 417-n. The above processing is performed in advance. Then, the process of calculating the rotation amount of the complex phase is performed.

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 rotation amount of the complex phase, the switch 403-n-1 connects the down converter 424-n-1 and the phase shifter 402-n-1, and the switch 403-n-4 is down. The converter 424-n-2 and the phase shifter 402-n-4 are connected (actually, a down converter and an antenna system switch equipped with an A/D converter which are not shown here are also the same), The remaining switches are not connected. In this state, first, a training signal for channel estimation is transmitted from the wireless station device of the communication partner that should acquire the rotation amount of the complex phase, and the wireless station device receives this signal.

アンテナ素子401−n−1で受信した信号は、移相器402−n−1に入力され、移相器402−n−1にてアナログ信号上で所定の複素位相回転(例えば0度でも良い)が加えられ、スイッチ403−n−1に入力される。スイッチ403−n−1に入力された信号は、ダウンコンバータ424−n−1に入力される。また、アンテナ素子401−n−4で受信した信号は、移相器402−n−4に入力され、移相器402−n−4にてアナログ信号上で所定の複素位相回転(例えば0度でも良い)が加えられ、スイッチ403−n−4に入力される。スイッチ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1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−4に入力される。 The signal received by the antenna element 401-n-1 is input to the phase shifter 402-n-1, and the phase shifter 402-n-1 rotates a predetermined complex phase (for example, 0 degree) on the analog signal. ) Is added and input to the switch 403-n-1. The signal input to the switch 403-n-1 is input to the down converter 424-n-1. The signal received by the antenna element 401-n-4 is input to the phase shifter 402-n-4, and the phase shifter 402-n-4 rotates a predetermined complex phase (for example, 0 degree) on the analog signal. However, it may be input) to the switches 403-n-4. The switch 403-n-4 (actually, a switch of an antenna system including a down converter and an A/D converter not shown here is also the same, but for simplification of description, this one antenna is used. Signal will be input to the down converter 424-n-4.

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。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417−nに入力される。 The down converters 424-n-1 to 424-n-2 convert the input radio frequency signal into an analog baseband signal. The A/D converters 425-n-1 to 425-n-2 convert analog signals into digital baseband signals. The information converted into the digital baseband signal 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 using the equations (1) to (3) based on the input information. Further, when the calibration process is required as necessary, the rotation amount of the complex phase on the transmission side is determined as a value in which the calibration coefficient is considered in the equations (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 417-n together with the identification number of the wireless station device that is a communication partner.

複素位相回転量予測回路417−nでは、まず、図1の例においてはアンテナ素子f、l、p、q、rに関する複素位相は2π周期の複素位相の不確定性を伴うため、到来角推定回路663から入力される正面方向に対する水平方向の角度差φ及び垂直方向の角度差φを式(7)及び式(8)に適用し、複素位相の不確定性を排除する。例えば、アンテナ素子rとアンテナ素子qを例に取れば、これらの2素子の間の複素位相の回転量は式(6)の範囲に収まっている。したがって、アンテナ素子rを基準アンテナとすれば、この基準アンテナ素子rに対するアンテナ素子qの複素位相回転量は、相関算出回路405−nで求めた複素位相の回転量に±2πnを加え、式(6)の範囲となる複素位相を求める。この様にしてアンテナ素子qの複素位相の回転量(ここではΔとおく)を確定する(2π周期の複素位相の不確定性を除去する)。その後、アンテナ素子qに対するアンテナ素子pの複素位相回転量を算出し、式(6)により同様に複素位相の回転量の不確定性を除去し、これにΔを加算して基準アンテナ素子rに対するアンテナ素子pの複素位相の回転量(ここではΔとおく)を算出する。この場合、Δ及びΔは以下の条件式8を満たす。 In the complex phase rotation amount prediction circuit 417-n, first, in the example of FIG. 1, since the complex phase regarding the antenna elements f, l, p, q, and r involves the uncertainty of the complex phase of 2π period, the arrival angle estimation is performed. The horizontal angle difference φ H and the vertical angle difference φ E with respect to the front direction input from the circuit 663 are applied to the equations (7) and (8) to eliminate the uncertainty of the complex phase. For example, taking the antenna element r and the antenna element q as an example, the rotation amount of the complex phase between these two elements is within the range of Expression (6). Therefore, when the antenna element r is used as the reference antenna, the complex phase rotation amount of the antenna element q with respect to the reference antenna element r is added to the complex phase rotation amount obtained by the correlation calculation circuit 405-n by ±2πn, and the expression ( Find the complex phase within the range of 6). Rotational amount of the complex phase of the antenna element q in this way (here delta q and rear) (to remove the uncertainty of the complex phase of 2π cycles) to determine the. After that, the complex phase rotation amount of the antenna element p with respect to the antenna element q is calculated, the uncertainty of the complex phase rotation amount is similarly removed by the formula (6), and Δ q is added to this to add the reference antenna element r. The amount of rotation of the complex phase of the antenna element p with respect to (corresponding to Δp ) is calculated. In this case, Δ q and Δ q satisfy the following conditional expression 8.

Figure 0006712240
Figure 0006712240

ないしは、直接、基準アンテナ素子rとアンテナ素子pとの間の素子間隔が2dであることを利用し、以下の式9により直接求めても構わない。 Alternatively, the fact that the element spacing between the reference antenna element r and the antenna element p is 2d H may be directly used to obtain the value directly by the following Expression 9.

Figure 0006712240
Figure 0006712240

以上の処理を水平方向に並ぶ複素位相の回転量を推定するためのアンテナ素子(本図ではアンテナ素子p、q、r)に対して実施する。その後に同様の処理を、垂直方向に並ぶ複素位相の回転量を推定するためのアンテナ素子(本図ではアンテナ素子f、l、r)に対して実施する。この様にして、アンテナ素子f、l、p、q、rに対する2π周期の複素位相の不確定性を排除し、この結果を基に複素位相回転量予測回路417−nでは図15における複素位相回転量予測回路410−nと同様に、最小二乗法を適用し、式(4)に相当する最終的な推定式を算出する。この結果を各アンテナ素子の座標に適用し、各アンテナ素子の複素位相の回転量を推定する。 The above process is performed on the antenna elements (antenna elements p, q, and r in this figure) for estimating the rotation amount of the complex phase arranged in the horizontal direction. After that, the same processing is performed on the antenna elements (antenna elements f, l, and r in this figure) for estimating the rotation amount of the complex phase arranged in the vertical direction. In this way, the uncertainty of the complex phase of the 2π period with respect to the antenna elements f, l, p, q, and r is eliminated, and based on this result, the complex phase rotation amount prediction circuit 417-n uses the complex phase in FIG. Similar to the rotation amount prediction circuit 410-n, the least squares method is applied to calculate the final estimation formula corresponding to the formula (4). The result is applied to the coordinates of each antenna element to estimate the rotation amount of the complex phase of each antenna element.

この様にしてアンテナ素子の複素位相の回転量の2π周期の不確定性を排除しながらも、複素位相の回転量推定に用いるアンテナ素子の空間的な広がりを拡大し、等価的に広開口のアンテナ素子で高精度の推定が可能になる。この様にして複素位相回転量予測回路417−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。なお、これらの一連の処理は、制御回路460が全体の調整、タイミング制御等を行う。 In this way, the spatial spread of the antenna element used for estimating the amount of rotation of the complex phase is expanded while eliminating the uncertainty of the 2π period of the amount of rotation of the complex phase of the antenna element, and the equivalent wide aperture is used. The antenna element enables highly accurate estimation. In this way, the complex phase rotation amount prediction circuit 417-n calculates the rotation amount of the complex phase to be performed by the phase shifters 402-n-1 to 402-n-M, and the wireless station device of the other party to communicate with. It is input to the phase shift control circuit 406-n together with the identification number. The phase shift control circuit 406-n manages the value input here by storing it in a memory. It should be noted that the control circuit 460 performs overall adjustment, timing control, and the like in a series of these processes.

図3は、第1の実施形態における複素位相回転量予測回路417−nの構成例を示す図である。図3において、複素位相回転量予測回路417−nは、仮位相回転量算出回路418−nと、複素位相回転量補正回路419−nとを備える。図2の説明を例に取れば、仮位相回転量算出回路418−nには、到来角推定回路663から正面方向に対する水平方向の角度差φ及び垂直方向の角度差φが入力される。仮位相回転量算出回路418−nは、入力された水平方向の角度差φ及び垂直方向の角度差φと、式(6)〜式(9)とを用いて、方位情報から予想される複素位相の回転量を推定する。複素位相回転量補正回路419−nは、推定された複素位相の回転量に対して±πの範囲で複素位相の回転量を限定し、相関算出回路405−nから入力される複素位相の回転量の複素位相の不確定性を排除し、アンテナ素子f、l、p、q、rに対する複素位相の回転量を決定する。さらに複素位相回転量補正回路419−nは、これらを用いて最小二乗法を用いて式(4)に相当する全アンテナ素子の複素位相の回転量に関する情報を算出する。 FIG. 3 is a diagram showing a configuration example of the complex phase rotation amount prediction circuit 417-n in the first embodiment. In FIG. 3, the complex phase rotation amount prediction circuit 417-n includes a provisional phase rotation amount calculation circuit 418-n and a complex phase rotation amount correction circuit 419-n. Taking the description of FIG. 2 as an example, the angle difference φ H in the horizontal direction and the angle difference φ E in the vertical direction with respect to the front direction are input to the provisional phase rotation amount calculation circuit 418-n from the arrival angle estimation circuit 663. .. The provisional phase rotation amount calculation circuit 418-n is predicted from the azimuth information by using the input horizontal angle difference φ H and vertical direction angle difference φ E and Expressions (6) to (9). The amount of rotation of the complex phase is estimated. The complex phase rotation amount correction circuit 419-n limits the rotation amount of the complex phase within the range of ±π with respect to the estimated rotation amount of the complex phase, and rotates the complex phase rotation input from the correlation calculation circuit 405-n. The uncertainty of the complex phase of the quantity is eliminated and the amount of rotation of the complex phase with respect to the antenna elements f, l, p, q, r is determined. Further, the complex phase rotation amount correction circuit 419-n calculates information about the rotation amount of the complex phase of all the antenna elements corresponding to the equation (4) by using the least squares method using these.

この様にして得られた式(4)に相当する式に各アンテナ素子の座標を代入し、各アンテナ素子の移相器に設定すべき複素位相の回転量を算出し、これを位相シフト制御回路に入力する。この様にして、複素位相の不確定性の排除の手段を除けば、基本的に図15の複素位相回転量予測回路410−nと等価な処理を行う。 Substituting the coordinates of each antenna element into the equation corresponding to equation (4) obtained in this way, the amount of rotation of the complex phase to be set in the phase shifter of each antenna element is calculated, and this is used for phase shift control. Input to the circuit. In this way, the processing basically equivalent to that of the complex phase rotation amount prediction circuit 410-n of FIG. 15 is performed except the means for eliminating the uncertainty of the complex phase.

以上説明したように、本実施形態によれば、無線局装置は、小型カメラ661と、画像処理回路662と、到来角推定回路663と、情報入力手段664とにより水平及び垂直方向に関する到来角を推定し、推定した到来角に基づいて、複素位相の回転量に関する2π周期の不確定性を排除する。これにより、高精度に複素位相の回転量を推定することができる。そのため、チャネル情報ないしは複素位相の回転量情報を取得するのに必要とするA/D変換器及びD/A変換器の台数を抑えつつ、指向性を高精度で設定することが可能となる。また、無線局装置は、消費電力を低減するとともに、装置を構成するコストを低減することができる。 As described above, according to the present embodiment, the wireless station device uses the small camera 661, the image processing circuit 662, the arrival angle estimation circuit 663, and the information input means 664 to determine the arrival angle in the horizontal and vertical directions. Based on the estimated arrival angle, the uncertainty of 2π period regarding the rotation amount of the complex phase is eliminated. Thereby, the rotation amount of the complex phase can be estimated with high accuracy. Therefore, it is possible to set the directivity with high accuracy while suppressing the number of A/D converters and D/A converters required to acquire channel information or complex phase rotation amount information. Further, the wireless station device can reduce the power consumption and the cost of configuring the device.

図2では、本発明の背景技術における図15の送受信信号処理回路651−nに対応した送受信信号処理回路655−nについて説明を行ったが、同様に図16に対応した構成により実現することも可能である。すなわち、送信アンテナと受信アンテナを分離する構成でも同様に利用可能である。 Although the transmission/reception signal processing circuit 655-n corresponding to the transmission/reception signal processing circuit 651-n of FIG. 15 in the background art of the present invention has been described with reference to FIG. 2, it may also be realized by the configuration corresponding to FIG. It is possible. That is, it can be similarly used in a configuration in which the transmitting antenna and the receiving antenna are separated.

[第2の実施形態]
図4は、第2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を示す機能ブロック図である。図16との差分は、図15に対する図2の場合と同様に、送受信信号処理回路に、小型カメラ661、画像処理回路662、到来角推定回路663、情報入力手段664が追加されている。また、複素位相回転量予測回路410−nが複素位相回転量予測回路417−nに置き換えられている。
[Second Embodiment]
FIG. 4 is a functional block diagram showing the configuration of a transmission/reception signal processing circuit for realizing the second embodiment. The difference from FIG. 16 is that a small camera 661, an image processing circuit 662, an arrival angle estimation circuit 663, and an information input unit 664 are added to the transmission/reception signal processing circuit, as in the case of FIG. The complex phase rotation amount prediction circuit 410-n is replaced with the complex phase rotation amount prediction circuit 417-n.

図16との対応でみれば、小型カメラ661、画像処理回路662、到来角推定回路663、情報入力手段664が追加されていこと、及び複素位相回転量予測回路417−nの処理を除けば、アンテナ素子441−1〜442−Mを介したデータの受信に関する信号処理は、図16における本発明の背景技術の信号処理と等価である。同様に、アンテナ素子401−1〜401−Mを介したデータの送信に関する信号処理は、図16における本発明の背景技術の信号処理と等価である。信号処理の差分は、移相器402−n−1〜402−n−M及び移相器442−n−2〜442−n−Mで行う複素位相の回転量を算出する際の信号処理のみに存在する。また、移相器402−n−1〜402−n−M及び移相器442−n−2〜442−n−Mで行う複素位相の回転量を算出する際の信号処理は、第1の実施形態における図3の信号処理と等価である。したがって、複素位相回転量予測回路417−nも図3の構成で実現される。 Compared with FIG. 16, except that the small camera 661, the image processing circuit 662, the arrival angle estimation circuit 663, the information input means 664 are added, and the processing of the complex phase rotation amount prediction circuit 417-n is excluded, The signal processing relating to the reception of data via the antenna elements 441-1 to 442-M is equivalent to the signal processing of the background art of the present invention in FIG. Similarly, the signal processing relating to the transmission of data via the antenna elements 401-1 to 401-M is equivalent to the signal processing of the background art of the present invention in FIG. The difference of the signal processing is only the signal processing when calculating the rotation amount of the complex phase performed by the phase shifters 402-n-1 to 402-n-M and the phase shifters 442-n-2 to 442-n-M. Exists in. Further, the signal processing when calculating the amount of rotation of the complex phase performed by the phase shifters 402-n-1 to 402-n-M and the phase shifters 442-n-2 to 442-n-M is the first. This is equivalent to the signal processing of FIG. 3 in the embodiment. Therefore, the complex phase rotation amount prediction circuit 417-n is also realized by the configuration of FIG.

[第3の実施形態]
本発明の背景技術では、非特許文献6に記載の通り、送受信間で利用する周波数が異なるFDDの場合の移相器に設定する複素位相の回転量の取得方法が記されている。ここでは、例えば式(4)で与えられる複素位相の回転量に関するα、β、γの値、及び受信方向(バックワード方向)の周波数fBWと送信方向(フォワード方向)の周波数fFWに対し、以下の式で受信方向で求めた式(4)に対し、送信方向の複素位相の回転量の換算式が以下の式10のように与えられる。
[Third Embodiment]
As described in Non-Patent Document 6, the background art of the present invention describes a method of acquiring the rotation amount of a complex phase set in a phase shifter in the case of FDD in which frequencies used for transmission and reception are different. Here, for example, with respect to the values of α, β, and γ regarding the rotation amount of the complex phase given by Expression (4), and the frequency f BW in the receiving direction (backward direction) and the frequency f FW in the transmitting direction (forward direction), A conversion formula for the rotation amount of the complex phase in the transmission direction is given by the following formula 10 with respect to the formula (4) obtained in the reception direction by the following formula.

Figure 0006712240
Figure 0006712240

したがって、複素位相回転量予測回路417−n内(例えば複素位相回転量補正回路419−n)にて、この換算を行う機能を実装すれば、FDDにおいても本発明を利用することが可能になる。 Therefore, if the function of performing this conversion is implemented in the complex phase rotation amount prediction circuit 417-n (for example, the complex phase rotation amount correction circuit 419-n), the present invention can be used in FDD. ..

[第4の実施形態]
本発明の第1から第3の実施形態で説明した図2及び図4の構成において、小型カメラ661、画像処理回路662、到来角推定回路663、情報入力手段664は、無線局装置の設置者が無線局装置を設置する作業時においてのみ利用する。したがって、小型カメラ661、画像処理回路662、到来角推定回路663、情報入力手段664は無線局装置に必ずしも必須ではなく、取り外し可能な外付け装置で実現することが可能である。
[Fourth Embodiment]
In the configurations of FIGS. 2 and 4 described in the first to third embodiments of the present invention, the small camera 661, the image processing circuit 662, the arrival angle estimation circuit 663, and the information input unit 664 are the installers of the wireless station device. It is used only when the radio station equipment is installed by the. Therefore, the small camera 661, the image processing circuit 662, the arrival angle estimation circuit 663, and the information input unit 664 are not necessarily essential to the wireless station device, and can be realized by a removable external device.

図5は、第4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を示す機能ブロック図である。図5に示す構成は、図2に示した構成における小型カメラ661、画像処理回路662、到来角推定回路663、情報入力手段664を取り外し可能な外付け装置とした構成であり、送受信信号処理回路656−nと外付け装置657のそれぞれに、接続のためのインタフェース回路665、666を実装している。このインタフェース回路665、666を介して情報交換することを除けば、図2に示した送受信信号処理回路655−nと処理内容は全く等価である。なお、外付け装置657は取り外して、他の送受信信号処理回路655−nに接続可能である。 FIG. 5 is a functional block diagram showing the configuration of a transmission/reception signal processing circuit for realizing the fourth embodiment. The configuration shown in FIG. 5 is a configuration in which the small camera 661, the image processing circuit 662, the arrival angle estimation circuit 663, and the information input means 664 in the configuration shown in FIG. Interface circuits 665 and 666 for connection are mounted on each of the 656-n and the external device 657. Except that information is exchanged via the interface circuits 665 and 666, the processing content is completely equivalent to that of the transmission/reception signal processing circuit 655-n shown in FIG. The external device 657 can be removed and connected to another transmission/reception signal processing circuit 655-n.

また、本構成は図2に示した構成における小型カメラ661、画像処理回路662、到来角推定回路663、情報入力手段664を取り外し可能な外付け装置とした構成であるが、同様に図4に示した構成に小型カメラ661、画像処理回路662、到来角推定回路663、情報入力手段664を取り外し可能な外付け装置とした構成でも実現可能である。 Further, this configuration is a configuration in which the small camera 661, the image processing circuit 662, the arrival angle estimation circuit 663, and the information input means 664 in the configuration shown in FIG. It is also possible to realize a configuration in which the small camera 661, the image processing circuit 662, the arrival angle estimation circuit 663, and the information input means 664 are detachable external devices in the configuration shown.

以上説明したように、上記の各実施形態によれば、無線局装置は、全てのアンテナ素子の複素位相の回転量情報を取得せず、一部のアンテナ素子の複素位相の回転量情報を取得する。無線局装置は、取得した複素位相の回転量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。この際、小型カメラと画像解析手段を用いて水平及び垂直方向に関する到来角を推定出来れば、複素位相の回転量を推定する際に用いる一部のアンテナ素子の複素位相の回転量から2π周期の複素位相の不確定性を排除することができる。この複素位相の不確定性を排除することで、本発明の背景技術では設定できなかった比較的離れたアンテナ素子を、複素位相の回転量の推定に用いることを可能としている。これにより、チャネル情報ないしは複素位相の回転量情報を取得するために必要となるA/D変換器及びD/A変換器の数を抑えながら、複素位相の回転量を推定するために用いるアンテナ素子の空間的な広がり(アンテナ開口)を広げることができ、その結果として形成する指向性を高精度で設定することができる。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。また、送信と受信で周波数が異なる場合でも、拡張したインプリシットフィードバックを利用し、高精度で指向性制御が可能となる。 As described above, according to each of the above embodiments, the wireless station device does not acquire the complex phase rotation amount information of all the antenna elements, but acquires the complex phase rotation amount information of some of the antenna elements. To do. The wireless station device calculates weight information from the acquired complex phase rotation amount information, and approximately calculates weight information of other antenna elements based on the calculated weight information. At this time, if the angles of arrival in the horizontal and vertical directions can be estimated using the small camera and the image analysis means, the rotation amount of the complex phase of a part of the antenna elements used when estimating the rotation amount of the complex phase is 2π cycles. Complex phase uncertainties can be eliminated. By eliminating this uncertainty of the complex phase, it is possible to use the antenna elements relatively distant, which could not be set in the background art of the present invention, for estimating the rotation amount of the complex phase. As a result, the antenna element used for estimating the rotation amount of the complex phase while suppressing the number of A/D converters and D/A converters required to acquire the channel information or the rotation amount information of the complex phase. It is possible to widen the spatial spread (antenna aperture), and as a result, the directivity to be formed can be set with high accuracy. Further, as described above, by calculating the weight information of other antenna elements by approximation, even if the transmitting antenna and the receiving antenna are different, 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. Further, even when the frequency is different between the transmission and the reception, the extended implicit feedback is used to enable the directivity control with high accuracy.

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 above-described embodiments, the rotation of the complex phase is performed on the analog signal of the radio frequency, but the position of the up converter is changed to rotate the complex phase of the analog signal of the baseband or the intermediate frequency. It may be configured such that the frequency conversion is performed and the frequency conversion with the radio frequency is performed in the subsequent stage or the previous 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 regarding the embodiment]
The supplementary items regarding the embodiment of the present invention described above will be shown below.
The wireless station device in the above-described embodiment may be realized by a computer. In that case, the program for realizing this function may be recorded in a computer-readable recording medium, and the program recorded in this recording medium may be read by a computer system and executed. The “computer system” mentioned here includes an OS and hardware such as peripheral devices. Further, the “computer-readable recording medium” refers to a portable medium such as a flexible disk, a magneto-optical disk, a ROM, a CD-ROM, or a storage device such as a hard disk built in a computer system. Further, the "computer-readable recording medium" means that a program is dynamically held for a short time like a communication line when transmitting the program through a network such as the Internet or a communication line such as a telephone line. In this case, a volatile memory inside the computer system that serves as a server or a client in that case may hold a program for a certain period of time. Further, 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 PLD (Programmable Logic Device) or 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。 Although the embodiments of the present invention have been described with reference to the drawings, the above embodiments are merely examples of the present invention, and it is obvious that the present invention is not limited to the above embodiments. is there. Therefore, additions, omissions, replacements, and other changes of the constituent elements may be made without departing from the technical idea 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 can be applied to a wireless communication device that transmits and receives wireless signals by 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
417−n…複素位相回転量予測回路
418−n…仮位相回転量算出回路
419−n…複素位相回転量補正回路
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
655−n…送受信信号処理回路
656−n…送受信信号処理回路
657…外付け装置
661…小型カメラ
662…画像処理回路
663…到来角推定回路
664…情報入力手段
665…I/F(インタフェース回路)
666…I/F(インタフェース回路)
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... Modulator 122-1 to 122-N, 122-n... D/A converter 123-1 to 123-N, 123-n... Up converter 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 to 401-NM, 401-n-1 to 401-n-M... Antenna elements 402-1-1 to 402-N- M, 402-n-1 to 402-n-M... Phase shifter 403-1-1 to 403-NM, 403-n-1 to 403-n-M... Switch 404-1 to 404-N... Distribution couplers 405-1 to 405-N, 405-n... Correlation calculation circuits 406-1 to 406-N, 406-n... Phase shift control circuits 407-1 to 407-M... Distribution coupler 408-n-1 ~ 408-n-M... TDD switch 409-n-1 to 409-n-M... Phase shifter 410-n... Complex phase rotation amount prediction circuit 411-n... Transmission weight calculation circuit 414-n... Distribution coupler 415 -N... Distribution coupler 417-n... Complex phase rotation amount prediction circuit 418-n... Temporary phase rotation amount calculation circuit 419-n... Complex phase rotation amount correction circuit 424-1-1 to 424-NM, 424- n-1 to 424-n-M... Down converter 425-1-1 to 425-NM, 425-n-1 to 425-n-M... A/D converter 441-1 to 441-M... Antenna Element 441-n-1 to 441-n-M... Antenna element 450... Radio station apparatus 451-1 to 451-N... Transmission/reception signal processing circuit 452... Radio station apparatus 453-n... Transmission/reception signal processing circuit 454-n... Transmission/reception Signal processing circuit 455-n... Transmission/reception signal processing circuit 460... Control circuit 655-n... Transmission/reception signal processing circuit 656-n... Transmission/reception signal processing circuit 657... External device 661... Small camera 662... Image processing circuit 663... Arrival angle estimation Circuit 664... Information input means 665... I/F (interface circuit)
666... I/F (interface circuit)
901-1 to 901-N... Modulator 902... Precoder 903-1 to 903-N 0 ... IFFT & GI assigning circuit 904-1 to 904-N 0 ... D/A converter 905-1 to 905-N 0 ... Up converter 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 to 921-N... Time axis transmission weight multiplication circuits 922-1 to 922-M... 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 to 924-M... Down converters 924-1-1 to 924-NM... Down converters 925-1 to 925-M... A/D converters 925-1 to 925-NM... A/D converters 926-1 to 926-N... Time axis reception weight multiplication circuits 927-1 to 927- N... TDD switch 928-1 to 928-M... Antenna element 928-1-1 to 928-NM... Antenna element 929-1 to 929-N... Transmit/receive signal processing circuit 941-1 to 941-M... Distribution coupling Unit 942... Wireless station devices 943-1 to 943-M... Adder/combiner 944-1 to 944-M... Duplicator 945... Wireless station devices 951-1 to 951-3... High power amplifiers 952-1 to 952-3 ...Low noise amplifier 953-1 to 953-3... TDD switch 954-1 to 954-3... Antenna element 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、
前記複数のアンテナ素子が含まれるアンテナ平面の正面方向の映像情報を取得する映像情報取得手段と、
該映像情報取得手段で取得した映像情報から通信相手となる前記他の無線通信装置を指定する入力手段と、
前記映像情報を解析し、前記入力手段により指定された前記他の無線通信装置の存在する方位情報を取得する方位情報取得手段と、
前記他の無線通信装置が送信した信号を、前記複数のアンテナ素子それぞれを介して受信する信号受信部と、
前記複数のアンテナ素子の中の一部の複数系統にそれぞれ備えられ、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、
前記他の無線通信装置が送信したトレーニング信号を前記一部の複数系統のアンテナ素子で受信した際の前記信号変換部の出力信号に基づいて、前記一部の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、前記一部の複数系統のアンテナ素子の中の他のアンテナ素子との組合せ毎の相関情報を取得し、該相関情報に基づいて前記一部の複数系統のアンテナ素子の複素位相の回転量を算出する相関算出部と、
前記方位情報取得手段により取得され前記方位情報に基づいて、前記相関算出部で算出された前記一部の複数系統のアンテナ素子の複素位相の回転量に対し複素位相の不確定性を排除する補正を行う回転量補正部と
前記回転量補正部で補正された前記一部の複数系統のアンテナ素子の複素位相の回転量に基づいて、前記複数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予測する第1の回転量予測部と、
前記第1の回転量予測部で予測された前記複素位相の回転量を記憶する第1の位相回転量管理部と、
前記第1の位相回転量管理部に記憶された前記複素位相の回転量を、受信に用いる前記アンテナ素子毎の受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させる第1の位相回転部と、
前記第1の位相回転部で位相回転された前記受信信号を前記アレーアンテナ毎に、受信に用いた全てまたはその一部のアンテナ素子に亘りアナログ信号上又はデジタル信号上で合成する信号合成部と、
前記信号合成部により合成された前記受信信号に基づいて前記他の無線通信装置が送信した信号を再生する信号再生部と、
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,
Video information acquisition means for acquiring video information in the front direction of the antenna plane including the plurality of antenna elements,
Input means for designating the other wireless communication device to be a communication partner from the video information acquired by the video information acquisition means;
Azimuth information acquisition means for analyzing the video information and acquiring azimuth information in which the other wireless communication device specified by the input means exists.
A signal reception unit that receives a signal transmitted by the other wireless communication device via each of the plurality of antenna elements,
A signal converter provided in each of a plurality of systems of a part of the plurality of antenna elements, for converting an analog signal of a radio frequency received by the antenna element into a baseband digital signal,
Based on an output signal of the signal conversion unit when the training signal transmitted by the other wireless communication device is received by the antenna elements of the plurality of systems, a selection is made from among the antenna elements of the plurality of systems. To obtain correlation information for each combination of an antenna element serving as a reference and an antenna element of the plurality of antenna elements of the plurality of systems, and based on the correlation information, the antennas of the plurality of systems. A correlation calculation unit that calculates the rotation amount of the complex phase of the element ,
Based on the orientation information acquired by the azimuth information acquisition means, the rotation amount of the complex phase of the antenna element of the plurality of lines of said portion calculated by the correlation calculating unit to eliminate the uncertainty of complex phase A rotation amount correction unit that performs correction ,
Predicting the rotation amount of the complex phase to be given to the reception signals of the plurality of antenna elements based on the rotation amount of the complex phase of the antenna elements of the plurality of systems corrected by the rotation amount correction unit 1 rotation amount prediction unit,
First phase rotation amount management unit that stores the rotation amount of the predicted the complex phase in the first rotation amount estimation section,
The amount of rotation of said first of said complex phase stored in the phase rotation amount management unit, a first phase rotation Ru by phase rotation in the upper analog signal on the received signal of each antenna element or on a digital signal for use in reception Department,
The received signal phase-rotated by said first phase rotation unit, the array for each antenna, the signal synthesizing unit for synthesizing on an analog signal or on a digital signal over all or a portion of the antenna element used for reception When,
A signal reproducing unit that reproduces a signal transmitted by the other wireless communication device based on the received signal combined by the signal combining unit,
A wireless communication device.
前記他の無線通信装置に対する送信信号の送信に用いる前記アンテナ素子毎の送信信号に対しデジタル信号上又はアナログ信号上で所定の値だけ位相回転させる第2の位相回転部と
記第1の回転量予測部で予測された前記複素位相回転量基づいて、前記第2の位相回転部で与えるべき複素位相の回転量を算出する第2の回転量予測部と、
前記第2の回転量予測部で算出された複素位相の回転量を記憶し、前記第2の位相回転部に設定する第2の位相回転量管理部と、
前記他の無線通信装置宛てのデジタル信号を生成する送信信号生成部と、
前記送信信号生成部が生成した信号をデジタル信号上又はアナログ信号上で送信に用いる前記アンテナ素子毎に分岐させ、前記第2の位相回転部に出力する信号分配部と
記第2の位相回転部位相回転を施した後の信号を、無線周波数のアナログ信号として前記アンテナ素子を介して送信する信号送信部と、
をさらに備える、請求項1に記載の無線通信装置。
A second phase rotation unit that Ru is only phase rotation Jo Tokoro value on the digital signal on or analog signal to the transmission signal for each of the antenna elements used for transmission of the transmission signal to the other wireless communication device,
Before SL based on the rotation amount of predicted the complex phase at a first rotational amount prediction unit, a second rotation amount prediction unit for calculating a rotation amount of the complex phase should be given by the second phase rotation unit,
Stores the rotation amount of the double prime phase calculated by the second rotation amount prediction unit, a second phase rotation amount management unit to be set in the second phase rotation unit,
A transmission signal generation unit that generates a digital signal addressed to the other wireless communication device;
A signal distributor for said signal to the transmission signal generating unit has generated is branched for each of the antenna elements used for transmission on a digital signal on or analog signal, and outputs the second phase rotation unit,
The signal after phase rotation in front Stories second phase rotation unit, a signal transmitting unit for transmitting via the antenna element as an analog signal of the radio frequency,
The wireless communication device according to claim 1, further comprising:
前記受信信号と前記送信信号の無線周波数が異なる場合に、前記第2の位相回転部で与えるべき複素位相の回転量に前記受信信号と前記送信信号の無線周波数の比率を乗算する補正を行第3の回転量予測部をさらに備える、請求項に記載の無線通信装置。 When the radio frequency of the received signal and the transmitted signal is different, intends row correction for multiplying the ratio of the radio frequency of the received signal and the transmitted signal to the amount of rotation of the complex phase should be given by the second phase rotation unit The wireless communication device according to claim 2 , further comprising a third rotation amount prediction unit. 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、
前記複数のアンテナ素子が含まれるアンテナ平面の正面方向の映像情報を取得する映像情報取得ステップと、
該映像情報取得ステップで取得した映像情報から通信相手となる前記他の無線通信装置の指定を受け付ける入力ステップと、
前記映像情報を解析し、前記入力ステップにより指定された前記他の無線通信装置の存在する方位情報を取得する方位情報取得ステップと、
前記他の無線通信装置が送信した信号を、前記複数のアンテナ素子それぞれを介して受信する信号受信ステップと、
前記他の無線通信装置が送信したトレーニング信号を前記複数のアンテナ素子の中の一部の複数系統アンテナ素子受信して得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した信号に基づいて、前記一部の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、前記一部の複数系統のアンテナ素子の中の他のアンテナ素子との組合せ毎の相関情報を取得し、該相関情報に基づいて前記一部の複数系統のアンテナ素子の複素位相の回転量を算出する相関算出ステップと、
前記方位情報取得ステップにより取得された前記方位情報に基づいて、前記相関算出ステップで算出された前記一部の複数系統のアンテナ素子の複素位相の回転量に対し複素位相の不確定性を排除する補正を行う回転量補正ステップと
前記回転量補正ステップで補正された前記一部の複数系統のアンテナ素子の複素位相の回転量に基づいて、前記複数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予測する第1の回転量予測ステップと、
前記第1の回転量予測ステップで予測された前記複素位相の回転量を記憶する第1の位相回転量管理ステップと、
前記第1の位相回転量管理ステップで記憶された前記複素位相の回転量を、受信に用いる前記アンテナ素子毎の受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させる第1の位相回転ステップと、
前記第1の位相回転ステップで位相回転された前記受信信号を前記アレーアンテナ毎に、受信に用いた全てまたはその一部のアンテナ素子に亘りアナログ信号上又はデジタル信号上で合成する信号合成ステップと、
前記信号合成ステップにより合成された前記受信信号に基づいて前記他の無線通信装置が送信した信号を再生する信号再生ステップと、
を有する無線通信方法。
A radio communication method executed by a radio communication device that forms a directivity using one or a plurality of array antennas configured to include a plurality of antenna elements, and that performs radio communication with another radio communication device,
A video information acquisition step of acquiring video information in the front direction of the antenna plane including the plurality of antenna elements;
An input step of accepting designation of the other wireless communication device to be a communication partner from the video information acquired in the video information acquisition step;
An azimuth information acquisition step of acquiring the azimuth information in which the other wireless communication device specified by the input step is analyzed by analyzing the video information,
A signal receiving step of receiving a signal transmitted by the other wireless communication device via each of the plurality of antenna elements,
The part of the radio frequency analog signal obtained by receiving at the antenna elements of a plurality of systems into a digital signal of baseband signals in said other wireless communication apparatus before Symbol plurality of antenna elements of the training signal transmitted On the basis of the above , the correlation information for each combination of the reference antenna element selected from the antenna elements of the plurality of systems and the other antenna element of the antenna elements of the plurality of systems A correlation calculation step of acquiring, and calculating the amount of rotation of the complex phase of the antenna elements of the plurality of systems based on the correlation information ,
Based on the orientation information acquired by the azimuth information acquisition step, eliminating the uncertainty of complex phase with respect to the rotation amount of the complex phase of the antenna element of the plurality of lines of said portion calculated by the correlation calculating step a rotation amount correction step of performing correction for,
Predicting a rotation amount of a complex phase to be given to a reception signal of the plurality of antenna elements based on a rotation amount of a complex phase of the antenna elements of the plurality of systems corrected in the rotation amount correction step 1 rotation amount prediction step,
A first phase rotation amount managing step of storing a rotation amount of predicted the complex phase in the first rotation amount prediction steps,
Wherein the amount of rotation of said stored complex phase in the first phase rotation amount management step, a first phase rotation Ru by phase rotation on an analog signal or on a digital signal on the received signal for each of said antenna elements for receiving signals Steps,
Signal combining step of combining the received signal phase-rotated by said first phase rotation step for each of the array antenna, on all used for reception or analog signal or on a digital signal over a portion of the antenna element When,
A signal reproducing step of reproducing a signal transmitted by the other wireless communication device based on the received signal combined by the signal combining step,
And a wireless communication method.
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