JP6728955B2 - アンテナ間位相差検出回路、基地局無線装置及びアンテナ間位相差検出方法 - Google Patents

Description

本発明は、アンテナ間位相差検出回路、基地局無線装置及びアンテナ間位相差検出方法に関する。

近年、モバイル通信の高速化や安定した通信環境を実現するために、基地局のマルチアンテナ化及びベースバンド信号の位相を制御したビームフォーミング技術が積極的に検討されている。例えば、位相制御の精度を上げるために基地局無線装置が備えるアンテナ間の位相差を極力小さくすることが求められている。アンテナ間の位相差を小さくする手法としては、各アンテナ端から送信信号をフィードバックしてベースバンド信号にダウンコンバートし、元々のベースバンド信号と比較することで位相を検出し、検出した位相差に対して調整する構成が一般的である。

ここで、図９を用いて一般的なアンテナ間の位相差検出回路について説明する。図９は、４本のアンテナ（アンテナ６１、６２、６３、６４）を備えた基地局無線装置において、各アンテナ６１〜６４間の位相差を検出する回路の構成例を示している。ＴＲＸ２０およびＴＲＸ３０の各々は、送信２系統分のアップコンバータ、受信２系統分のダウンコンバータを内蔵したＩＣ（Integrated Circuit）である。ＴＲＸ２０およびＴＲＸ３０はベースバンド処理を行うＢＢＰ１０と高速なデジタルインターフェースを介して接続されている。

基地局無線装置から端末装置への送信信号（下り信号）は、例えば、ＢＢＰ（Baseband Processor）１０、ＴＲＸ２０、ＰＡ（Power Amplifier）２１、サーキュレータ２３、ＢＰＦ（Band-Pass Filter）２７を通過してアンテナ６１から送出される。また、例えば、アンテナ６３から送出される下り信号は、ＢＢＰ１０、ＴＲＸ３０、ＰＡ３１、サーキュレータ３３、ＢＰＦ３７を通過してアンテナ６３から送出される。アンテナ６２、６４から送出される下り信号についても同様である。
一方、端末装置から基地局無線装置が受信する受信信号（上り信号）については、例えば、アンテナ６１が受信した上り信号は、ＢＰＦ２７、サーキュレータ２３、ＬＮＡ（Low Noise amplifier）２６、ＴＲＸ２０を通過してＢＢＰ１０にて処理される。また、例えば、アンテナ６３が受信した上り信号は、ＢＰＦ３７、サーキュレータ３３、ＬＮＡ３６、ＴＲＸ３０を通過してＢＢＰ１０にて処理される。アンテナ６２、６４で受信した上り信号についても同様である。この基地局無線装置は、ＴＤＤ方式で制御され、上り信号の受信時と下り信号の送信時では、ＢＢＰ１０がＳＷ４３、４４、４５、４６を切り替えることで信号の通過経路を選択する。

ＴＤＤ方式では、時分割で送信と受信を切り替える。この送信と受信を切り替えるタイミングには、時間的なギャップ（ガードピリオド：以下、ＧＰと呼ぶ）が設けられている。ＢＢＰ１０は、このＧＰの間にアンテナ間の位相差を検出するための位相差検出信号を出力し、位相差の算出処理を行う。図９に示す一般的なアンテナ間の位相差検出回路は、位相差検出処理のためにＴＲＸ４０を備えている。ＴＲＸ４０は、ＴＲＸ２０等と同様にダウンコンバータを備えている。また、ＴＲＸ４０は、ＴＲＸ２０等と同様のアップコンバータを備えていても良い。ＴＲＸ４０とＢＢＰ１０の間は、ＴＲＸ２０、３０と同様に高速なデジタルインターフェースで接続されている。

まず、下り信号を例に、一般的な位相差検出処理について説明する。まず、ＢＢＰ１０がＧＰの間に、位相差検出信号をＴＲＸ２０に出力する。ＴＲＸ２０は位相差検出信号をアップコンバートし、ＰＡ２１に出力する。上述の通過経路を経由してアンテナ６１端に至った位相差検出信号は、ＤＩＶＩＤＥＲ／ＣＯＭＢＩＮＥＲ４２（以下、ＤＩＶ／ＣＯＭＢ４２と呼ぶ）、サーキュレータ４１を介してＴＲＸ４０に出力される。ＴＲＸ４０は、位相差検出信号をベースバンド信号にダウンコンバートし、ＢＢＰ１０に出力する。ＢＢＰ１０は、ＴＲＸ４０から取得した位相差検出信号と、自らが出力した位相差検出信号との位相差を信号処理によって解析し、アンテナ６１の位相値を求める。ＢＢＰ１０は、同様にアンテナ６２〜６４の位相値を求め、それらを比較することで各アンテナ間の下り信号の位相差を算出する。

次に、上り信号の位相差検出処理について説明する。この場合、ＴＲＸ４０は、ＴＲＸ２０等と同様にアップコンバータを備えている。まず、ＢＢＰ１０が、ＧＰの間に位相差検出信号をＴＲＸ４０に出力する。ＴＲＸ４０は、位相差検出信号をアップコンバートして出力する。出力された信号は、サーキュレータ４１、ＤＩＶ／ＣＯＭＢ４２を介してアンテナ６１〜６４のアンテナ端に注入される。注入された位相差検出信号は、上記の通過経路を経由してＴＲＸ２０、３０に至り、ベースバンド信号にダウンコンバートされ、ＢＢＰ１０に出力される。ＢＢＰ１０は、ＴＲＸ２０、３０から取得した位相差検出信号と、自らが出力した位相差検出信号との位相差を信号処理によって解析し、各アンテナ６１〜６４の位相値を求める。ＢＢＰ１０は、それらを比較することで各アンテナ間の上り信号の位相差を算出する。ＢＢＰ１０は、アンテナ間の位相差に基づいてアンテナ６１〜６４ごとに位相調整（キャリブレーション）し、アンテナ間の位相差を揃える。

なお、関連する技術として、特許文献１には、複数のアンテナを備えるレーダ装置において、アンテナ間の位相差を検出する方法が記載されている。この方法では、複数のアンテナのうち１つを選択し、送信信号の一部と選択したアンテナから受信した受信信号とをミキサによって混合し、ミキサが出力する電圧を測定する。そして、測定した電圧と、予め定められた電圧と位相との関係とに基づいて、選択したアンテナの位相値を算出する。特許文献１に記載の方法によれば、同様の方法で全てのアンテナについて位相値を算出し、アンテナ間の位相差を求めることができる。

特開２００６−１０４０４号公報

しかし、図９で例示した一般的な構成によると、位相差算出のためにＲＦ信号をベースバンド信号に変換するダウンコンバータ（ＴＲＸ４０）が必要になる。近年のマルチキャリア化により、ダウンコンバータの広帯域化が要求されており、高速な処理を実現するためには、高価なダウンコンバータが必要になるという課題がある。また、図９のＴＲＸ４０では、ベースバンド信号をＲＦ信号に変換するアップコンバータやＢＢＰ１０との高速なデジタルインターフェースが必要になり、さらにコストが掛かることになる。また、ダウンコンバートしたフィードバック信号を送信信号と比較してアンテナ間の位相差を算出するためには、大規模な演算処理が必要であるため、そのような演算処理を実現できる回路構成を有した機器やソフトウェアの開発が必要になるという課題がある。
なお、特許文献１の方法では、送信信号に係る送信波の反射波を選択したアンテナで受信し、その受信波に係る受信信号と送信信号から位相値を算出するが、精度よく位相値を算出するためには、適切に反射物（ターゲット）を設置する等の工夫が必要になる。

そこでこの発明は、上述の課題を解決することのできるアンテナ間位相差検出回路、基地局無線装置及びアンテナ間位相差検出方法を提供することを目的としている。

本発明は、上述の課題を解決すべくなされたもので、複数のアンテナと接続され、前記複数のアンテナのうち、基準となるアンテナから送出される送信信号の経路を通過する第一送信信号と、前記基準となるアンテナ以外の他の一つのアンテナから送出される送信信号の経路を通過する第二送信信号とを入力し、それら２つの信号の位相差に応じた位相差電圧信号を出力する位相差電圧信号出力部と、予め定められた位相差電圧信号と位相差との関係と、前記位相差電圧信号出力部が出力した位相差電圧信号とに基づいて、前記第一送信信号と前記第二送信信号との位相差を算出する第一位相差算出部と、を備え、前記位相差電圧信号出力部は、位相検出手段と、前記第一送信信号または前記第二送信信号の位相を変化させる可変移相器と、を備えるアンテナ間位相差検出回路である。

また本発明は、複数のアンテナと、前記複数のアンテナと接続され、前記複数のアンテナのうち、基準となるアンテナから送出される送信信号の経路を通過する第一送信信号と、前記基準となるアンテナ以外の他の一つのアンテナから送出される送信信号の経路を通過する第二送信信号とを入力し、それら２つの信号の位相差に応じた位相差電圧信号を出力する位相差電圧信号出力部と、予め定められた位相差電圧信号と位相差との関係と、前記位相差電圧信号出力部が出力した位相差電圧信号とに基づいて、前記第一送信信号と前記第二送信信号との位相差を算出する第一位相差算出部、を備え、前記第一位相差算出部が算出した位相差に基づいて、ベースバンド信号の位相を補正するベースバンド処理部と、を備え、前記位相差電圧信号出力部は、位相検出手段と、前記第一送信信号または前記第二送信信号の位相を変化させる可変移相器と、を備える基地局無線装置である。

また本発明は、複数のアンテナと接続され、前記複数のアンテナのうち、基準となるアンテナから送出される送信信号の経路を通過する第一送信信号と、前記基準となるアンテナ以外の他の一つのアンテナから送出される送信信号の経路を通過する第二送信信号とのうち何れか１つの信号の位相を変化させて、それら２つの信号を入力し、入力した前記２つの信号の位相差に応じた位相差電圧信号を出力し、予め定められた位相差電圧信号と位相差との関係と、前記出力された位相差電圧信号とに基づいて、前記第一送信信号と前記第二送信信号との位相差を算出する、アンテナ間位相差検出方法である。

本発明によれば、高価な機器を必要とせずにアンテナ間の位相差を検出することができる。また、位相差検出における演算処理の簡素化により、処理負荷やソフトウェアの開発コストも軽減することができる。

本発明の第一の実施形態によるアンテナ間位相差検出回路の最小構成を示す図である。 本発明の第一の実施形態によるアンテナ間位相差検出回路を含む基地局無線装置の一例を示すブロック図である。 本発明の第一の実施形態によるアンテナ間位相差検出方法を説明する第一の図である。 本発明の第一の実施形態によるアンテナ間位相差検出方法を説明する第二の図である。 本発明の第一の実施形態によるアンテナ間位相差検出方法を説明する第三の図である。 本発明の第一の実施形態によるアンテナ間位相差検出処理の一例を示す第一のフローチャートである。 本発明の第一の実施形態によるアンテナ間位相差検出処理の一例を示す第二のフローチャートである。 本発明の第二の実施形態によるアンテナ間位相差検出回路の一例を示す図である。 一般的なアンテナ間位相差検出回路の一例を示すブロック図である。

＜第一の実施形態＞
以下、本発明の一実施形態によるアンテナ間位相差検出回路を図１〜図７を参照して説明する。
図１は、本発明の第一の実施形態によるアンテナ間位相差検出回路の最小構成を示す図である。
図１に示す通り、アンテナ間位相差検出回路は、位相差電圧信号出力部５５と、第一位相差算出部１１とを少なくとも備えている。
位相差電圧信号出力部５５は、複数のアンテナと接続され、それら複数のアンテナのうち基準となるアンテナから送出される送信信号の経路を通過する第一送信信号と、基準となるアンテナ以外の他の一つのアンテナから送出される送信信号の経路を通過する第二送信信号とを入力し、それら２つの信号の位相差に応じた位相差電圧信号を出力する。
第一位相差算出部１１は、予め定められた位相差電圧信号と位相差との関係と、位相差電圧信号出力部５５が出力した位相差電圧信号とに基づいて、第一送信信号と第二送信信号との位相差を算出する。
なお、第一送信信号が通過する経路に接続されたアンテナを第一アンテナ、第二送信信号が通過する経路に接続されたアンテナを第二アンテナとした場合、第一送信信号と第二送信信号との位相差のことを、第一アンテナと第二アンテナの位相差のように記載する場合がある。

図２は、本発明の第一の実施形態によるアンテナ間位相差検出回路を含む基地局無線装置の一例を示すブロック図である。
この図において、基地局無線装置１００は、ＢＢＰ１０と、ＴＲＸ２０と、ＴＲＸ３０と、ＰＡ２１と、ＰＡ２２と、ＰＡ３１と、ＰＡ３２と、サーキュレータ２３と、サーキュレータ２４と、サーキュレータ３３と、サーキュレータ３４と、ＬＮＡ２５と、ＬＮＡ２６と、ＬＮＡ３５と、ＬＮＡ３６と、ＢＰＦ２７と、ＢＰＦ２８と、ＢＰＦ３７と、ＢＰＦ３８と、スイッチ４３と、スイッチ４４と、スイッチ４５と、スイッチ４６と、アンテナ６１と、アンテナ６２と、アンテナ６３と、アンテナ６４と、ＡＴＴ（Attenuator）５１と、ＤＩＶ／ＣＯＭＢ５２と、可変移相器５３と、ミキサ５４と、ＬＰＦ（Low pass filter）５６と、ＡＤＣ（Analog to digital converter）５７と、スイッチ５８と、ＤＩＶ／ＣＯＭＢ５９とを備える。また、ＢＢＰ１０は、第一位相差算出部１１と、第二位相差算出部１２とを備える。

基地局無線装置１００における送信信号、受信信号に係る構成については、図９と同様であって、４本のアンテナ６１〜６４を備え、ＴＲＸ２０およびＴＲＸ３０において、送信４系統、受信４系統の通信を行い、送受信はＴＤＤ方式で制御されるとする。
ＢＢＰ１０は、例えば、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）、ＭＰＵ（Micro-Processing Unit）、ＣＰＵ（Central Processing Unit）などを備えている。ＢＢＰ１０は、ベースバンド信号の生成や各種信号処理、ＴＤＤ方式に基づく通信制御、各アンテナ間の位相差の算出および位相調整処理などを行う。
ＴＲＸ２０およびＴＲＸ３０は、ベースバンド信号の周波数をアップコンバートして送信信号（ＲＦ信号）を生成し、増幅等の処理を行ってアンテナ６１等から送出する。また、ＴＲＸ２０およびＴＲＸ３０は、アンテナ６１等が受信し、増幅等された受信信号（ＲＦ信号）をベースバンド信号の周波数にダウンコンバートする。

次に送信信号および受信信号の通過経路について説明する。ＢＢＰ１０は、ＴＤＤ方式に基づいて、送信と受信を所定の時間ごとに切り替える。送信時は、ＴＲＸ２０が、ＢＢＰ１０からベースバンド信号（デジタル信号）を取得し、ＲＦ信号（アナログ信号）へアップコンバートする。アップコンバートされた信号は、ＰＡ２１、ＰＡ２２で増幅された後、送信信号として、各々ＢＰＦ２７、ＢＰＦ２８に入力される。ＢＰＦ２７は、送信信号に帯域制限を行って、アンテナ６１を介して送信信号を送出する。ＢＰＦ２８は、送信信号に帯域制限を行って、アンテナ６２を介して送信信号を送出する。同様に、ＴＲＸ３０においても、ＢＢＰ１０から取得したベースバンド信号をＲＦ信号へアップコンバートする。アップコンバートされた信号は、ＰＡ３１、ＰＡ３２で増幅された後、各々ＢＰＦ３７、ＢＰＦ３８で帯域制限が施される。帯域制限が施された送信信号はアンテナ６３、６４を介して送出される。なお、送信信号を下り信号、送信信号の通過経路を下り経路と呼ぶ場合がある。

また、受信時には、ＢＢＰ１０がスイッチ４３を、サーキュレータ２４とＬＮＡ２５が接続するよう切り替え、スイッチ４４を、サーキュレータ２３とＬＮＡ２６が接続するよう切り替える。同様に、ＢＢＰ１０はスイッチ４５を、サーキュレータ３４とＬＮＡ３５が接続するよう切り替え、スイッチ４６を、サーキュレータ３３とＬＮＡ３６が接続するよう切り替える。そして、アンテナ６１を介して受信した受信信号は、ＢＰＦ２７で帯域制限を施された後、ＬＮＡ２６にて増幅されＴＲＸ２０に入力される。アンテナ６２を介して受信した受信信号は、ＢＰＦ２８で帯域制限を施された後、ＬＮＡ２５にて増幅されＴＲＸ２０に入力される。ＴＲＸ２０は、ＬＮＡ２５、ＬＮＡ２６から取得したＲＦ信号をベースバンド信号へダウンコンバートする。ＢＢＰ１０は、ＴＲＸ２０からベースバンド信号を取得し、各種処理を行う。同様に、アンテナ６３、６４を介して受信された受信信号は、それぞれＢＰＦ３７、ＢＰＦ３８で帯域制限を施された後、ＬＮＡ３５、ＬＮＡ３６にて増幅されＴＲＸ３０に入力される。ＴＲＸ３０は、取得した受信信号をダウンコンバートしたベースバンド信号をＢＢＰ１０へ出力する。なお、受信信号を上り信号、受信信号の通過経路を上り経路と呼ぶ場合がある。

次に、本実施形態のアンテナ間位相差検出回路に係る構成について説明を行う。まず、下り信号の位相差検出処理に係る構成について説明する。
本実施形態では、下り信号におけるアンテナ間の位相差を算出するにあたり、基準となるアンテナ（基準アンテナ）を設定し、基準アンテナと他のアンテナとの位相差を算出する。図２に示す構成例では、基準アンテナをアンテナ６１とし、第一位相差算出部１１が、アンテナ６１とアンテナ６２の位相差、アンテナ６１とアンテナ６３の位相差、アンテナ６１とアンテナ６４の位相差、をそれぞれ算出する。
また、下り信号における位相差検出回路は、ＡＴＴ５１と、ＤＩＶ／ＣＯＭＢ５２と、可変移相器５３と、Ｖｅｃｔｏｒモジュレータ５５ａ（ミキサ５４、ＬＰＦ５６）と、ＡＤＣ５７と、第一位相差算出部１１と、を含んで構成される。

ＡＴＴ５１は、アンテナ６１端に注入されたアップコンバート後の位相差検出信号の、Ｖｅｃｔｏｒモジュレータ５５ａへの入力レベルを調整する減衰器である。通常、Ｖｅｃｔｏｒモジュレータ５５ａで必要な２つの入力端における入力レベルは異なるため、アンテナ６１とＶｅｃｔｏｒモジュレータ５５ａとの間にＡＴＴ５１を設け、Ｖｅｃｔｏｒモジュレータ５５ａへの入力レベルを調整可能とする。
ＤＩＶ／ＣＯＭＢ５２は、アンテナ６２〜６４端の何れかに注入されたアップコンバート後の位相差検出信号をＶｅｃｔｏｒモジュレータ５５ａへ出力する。

Ｖｅｃｔｏｒモジュレータ５５ａは、複数のアンテナ６１〜６４と接続され、それら複数のアンテナ６１〜６４のうち、基準となる一つの基準アンテナ６１から送出される信号の経路を通過する第一送信信号（アンテナ６１端に注入された位相差検出信号をＡＴＴ５１で調整した信号）と、基準アンテナ以外の他の一つのアンテナから送出される信号の経路を通過する第二送信信号（アンテナ６２〜６４端の何れかに注入された位相差検出信号）とを入力し、それら２つの送信信号に基づく位相差電圧信号を出力する。Ｖｅｃｔｏｒモジュレータ５５ａは、位相検出手段と可変移相器５３を含んで構成される。位相・振幅検出手段の例は、ミキサ５４のような乗算器である。また、Ｖｅｃｔｏｒモジュレータ５５ａは、位相差電圧信号出力部５５に相当する。
可変移相器５３は、アンテナ６１端に注入された位相差検出信号の位相を、所定の値だけ変化させる。例えば、可変移相器５３は、入力した位相差検出信号の位相を固定的に９０度変化させてもよい。
ミキサ５４は、可変移相器５３を介して入力したアンテナ６１端に注入された位相差検出信号と、ＤＩＶ／ＣＯＭＢ５２を介して入力したアンテナ６２〜６４端の何れかに注入された位相差検出信号との混合信号を出力する。ミキサ５４が出力する混合信号は、両信号の位相差に応じた電圧値を含む信号（位相差電圧信号）である。

ＬＰＦ５６は、Ｖｅｃｔｏｒモジュレータ５５ａが出力した位相差電圧信号から交流成分を除去する。後に図３〜図５で例示するように２つのＲＦ信号に位相差がある場合は、位相差電圧信号出力部５５の出力信号にはＡＣ成分が含まれる。そのためＡＤＣ５７に入力する前にＬＰＦ５６にてＡＣ成分を除去する。
ＡＤＣ５７は、ＬＰＦ５６によって直流成分だけが抽出されたアナログの位相差電圧信号をデジタル信号に変換する。Ｖｅｃｔｏｒモジュレータ５５ａは、基地局無線装置１００が出力する周波数に対応しており、２つのＲＦ信号の差を数十ＭＨｚのＩＦ〜ＤＣの範囲で出力する。ＡＤＣ５７は、数マイクロ秒の間に出力される位相差検出信号に対するＶｅｃｔｏｒモジュレータ５５ａの位相差電圧信号を取り込む目的で使用するため、サンプリング速度が、数ＭＨｚ〜数十ＭＨｚ程度の一般的なＡＤＣを用いることができる。また、ＡＤＣ５７に入力する信号は、Ｖｅｃｔｏｒモジュレータ５５ａに入力した２つのＲＦ信号の位相差ＤＣ電圧であることからＡＤＣ５７とＢＢＰ１０を高速なインターフェースで接続する必要がない。ＡＤＣ５７は、変換後のデジタルの位相差電圧信号をＢＢＰ１０へ出力する。

ＢＢＰ１０では第一位相差算出部１１が、ＡＤＣ５７から取得した位相差電圧信号と、位相差電圧信号と位相差との関係を定めたテーブルや関数等を用いて、基準アンテナと他のアンテナ間の位相差を算出する。

次に、上り信号における位相差検出に係る構成について説明する。下り信号における位相差検出回路は、スイッチ５８と、ＤＩＶ／ＣＯＭＢ５９と、第二位相差算出部１２とを含んで構成される。

スイッチ５８は、アンテナ６１からＢＢＰ１０への下り経路の途中に設けられ、アップコンバート後の位相差検出信号をアンテナ６１に出力するか、ＤＩＶ／ＣＯＮＶ５９に出力するかを切り替える。スイッチ５８の切り替えは、ＢＢＰ１０が制御する。
ＤＩＶ／ＣＯＮＶ５９は、スイッチ５８とアンテナ６１〜６４との間に設けられ、アンテナ６１〜６４と接続されている。ＤＩＶ／ＣＯＮＶ５９は、スイッチ５８がＤＩＶ／ＣＯＮＶ５９側に切り替えられた場合に、位相差検出信号を、アンテナ６１〜６４端へ接続された各経路に分配する分配器である。各経路に分配された位相差検出信号は、各アンテナ端に注入される。

第二位相差算出部１２は、上り信号におけるアンテナ間の位相差を算出する。より具体的には、第二位相差算出部１２は、複数のアンテナ６１〜６４のうち少なくとも一つの端から注入されたアップコンバート後の位相差検出信号が、ＬＮＡ２５、２６を通過してＴＲＸ２０によってダウンコンバートされたベースバンド信号およびＬＮＡ３５、３６を通過してＴＲＸ３０によってダウンコンバートされたベースバンド信号と、ＢＢＰ１０が出力した位相差検出信号との位相差を算出する。第二位相差算出部１２による、位相差算出処理は、デジタル信号処理によって行われる。この位相差算出処理自体は、例えば、図９を用いて説明した上り信号の位相差算出処理と同様であってよい。

上記説明したように、本実施形態による位相差検出回路によれば、図９を用いて説明したＴＲＸ４０のような高価な機器を追加することなくアンテナ間の位相差を検出することが可能になる。

次に下り信号の位相差算出方法について説明する。
図３は、本発明の第一の実施形態によるアンテナ間位相差検出方法を説明する第一の図である。
図３の左図は、あるＧＰ間にアンテナ６１とアンテナ６２に対して出力した位相差検出信号が、ＡＴＴ５１及びＤＩＶ／ＣＯＭＢ５２を介してＶｅｃｔｏｒモジュレータ５５ａに入力された場合に、Ｖｅｃｔｏｒモジュレータ５５ａが出力した位相差電圧信号の時間推移を示している。位相差電圧信号には、２つのアンテナ６１、６２各々のアンテナ端から注入された信号の位相差に応じた電圧値が含まれる。また、図示するように、位相差電圧信号にはＡＣ成分が含まれる。
図３の右図は、ＬＰＦ５６通過後の位相差電圧信号の時間推移を示している。図示するように、ＬＰＦ５６を通過させることで、位相差電圧信号内のＡＣ成分が除去され、ＤＣ成分のみを含む信号となる。ＡＤＣ５７は、ＤＣ成分だけを含む位相差電圧信号を取得し、デジタル信号に変換してＢＢＰ１０に出力する。ＢＢＰ１０は、ＡＤＣ５７が出力した位相差電圧信号（電圧値：Ｖ２）を取得する。ＢＢＰ１０の記憶部（図示せず）には、予め実験や計算等に基づいて算出された位相差電圧信号と位相差との関係を規定したテーブルや関数等が記録されている。第一位相差算出部１１は、ＢＢＰ１０が取得した位相差電圧信号（電圧値：Ｖ２）を用いて、このテーブルを参照する等してＶ２に対応する位相差φ２を求める。これにより、アンテナ６１とアンテナ６２間の位相差を算出する。

なお、可変移相器５３によって、アンテナ６１端に注入された位相差検出信号の位相を固定的に９０度ずらすことで、２つの入力信号の位相差に対する感度を最大にすることができる。また、２つの信号の振幅差に関係なく両信号の位相差が最も小さくなったときにＬＰＦ５６の出力も最小になる。例えば、ＤＩＶ／ＣＯＮＶ５２の出力信号をＡ×ｓｉｎ（α＋９０）、ＡＴＴ５１の出力信号をＢ×ｓｉｎ（β）とする。すると、Ｖｅｃｔｏｒモジュレータ５５ａの出力信号は、以下の式で表すことができる。
Ａ×ｓｉｎ（α＋９０） × Ｂ×ｓｉｎ（β）
＝（Ａ×Ｂ／２）×｛ｃｏｓ（α−β−９０）−ｃｏｓ（α+β＋９０）｝
両信号の位相が合うとα=βであるため、この式は、
（Ａ×Ｂ／２）×｛ｃｏｓ（−９０）−ｃｏｓ（２×α＋９０）｝
＝（−Ａ×Ｂ／２）×｛ｃｏｓ（２×α）×ｃｏｓ（９０）−
ｓｉｎ（２×α）×ｓｉｎ（９０）｝
＝（Ａ×Ｂ／２）×ｓｉｎ（２×α）
と変形できる。ＬＰＦ５６で平滑化すると、２倍波成分が除去されるため、両信号の位相が等しい（α=β）場合、ＡＤＣ５７の入力は振幅Ａ、Ｂに関わらずゼロになる。この性質を利用して、可変移相器５３によって９０度の位相差を付けるように構成することで、Ｖｅｃｔｏｒモジュレータ５５ａから２つの信号の位相差のみに対応した電圧値を出力させることができる。なお、可変移相器５３をＤＩＶ／ＣＯＮＶ５２側に設け、ＤＩＶ／ＣＯＮＶ５２の出力信号に対して、可変移相器５３が９０度の位相差を付けるように構成してもよい。

図４は、本発明の第一の実施形態によるアンテナ間位相差検出方法を説明する第二の図である。
図４の左図は、例えば、次のＧＰ間にアンテナ６１とアンテナ６３に対して出力した位相差検出信号に対する、Ｖｅｃｔｏｒモジュレータ５５ａが出力した位相差電圧信号の時間推移を示している。図４の右図は、ＬＰＦ５６通過後の位相差電圧信号（電圧値：Ｖ３）の時間推移を示している。
第一位相差算出部１１は、上記と同様にして、取得した位相差電圧信号（電圧値：Ｖ３）を用いて、テーブル等を用い、Ｖ３に対応する位相差φ３を求める。これにより、アンテナ６１とアンテナ６３間の位相差φ３を算出する。

図５は、本発明の第一の実施形態によるアンテナ間位相差検出方法を説明する第三の図である。
図５の左図は、例えば、さらに次のＧＰ間にアンテナ６１とアンテナ６４に対して出力した位相差検出信号に対するＶｅｃｔｏｒモジュレータ５５ａが出力した位相差電圧信号の時間推移を示している。図４の右図は、ＬＰＦ５６通過後の位相差電圧信号（電圧値：Ｖ４）の時間推移を示している。
第一位相差算出部１１は、同様に取得した位相差電圧信号（電圧値：Ｖ４）を用いて、テーブル等を用い、Ｖ４に対応する位相差φ４を求める。これにより、アンテナ６１とアンテナ６４間の位相差φ４を算出する。

このようにして、ＢＢＰ１０は、ＧＰを迎える度に、基準以外のアンテナ６２〜６４から順に一つを選択し、選択したアンテナの下り経路と基準アンテナ６１の下り経路に位相差検出信号を出力する。また、第一位相差算出部１１は、基準となるアンテナ６１に対するアンテナ６２、６３及び６４の位相差（φ２〜φ４）を算出する。

一般的なアンテナ間位相差検出回路では、ＧＰの間にＴＲＸ２０または３０から取得したベースバンド信号と位相差検出用に設けられたＴＲＸ４０から取得したベースバンド信号とをＢＢＰ１０にて相関演算することが必要であった。しかし、本実施形態の位相差検出回路によれば、アンテナ間の位相差は、ＤＣ電圧値（位相差電圧信号）として与えられ、電圧値と位相差との簡単な変換処理によって位相差を算出することができ、演算量を削減することができる。また、高機能なダウンコンバータ機能を備えるＴＲＸ４０を備える必要が無く、比較的安価にアンテナ間位相差検出回路を構成することができる。また、制御が必要な項目は、ＡＤＣ５７から位相差電圧信号をリードするタイミングのみで、このタイミングはＴＤＤ方式では周期的であることから複雑なデジタル処理及びソフトウェア制御を必要としない。

次に図６を用いて、下り信号におけるアンテナ間の位相差検出処理の流れについて説明する。
図６は、本発明の第一の実施形態によるアンテナ間位相差検出処理の一例を示す第一のフローチャートである。
前提として、位相差の算出は、アンテナ６１とアンテナ６２間、アンテナ６１とアンテナ６３間、アンテナ６１とアンテナ６４間の順に算出することが定められているとする。
また、アンテナ６１の経路に出力された位相差検出信号を位相差検出信号６１０、アンテナ６２の経路に出力された位相差検出信号を位相差検出信号６２０などと呼ぶ。また、アンテナ６１とアンテナ６２間の位相差電圧信号を位相差電圧信号６１−６２、アンテナ６１とアンテナ６２間の位相差を位相差６１−６２などと呼ぶ。

まず、ＢＢＰ１０がＧＰ（ガードピリオド）を迎えたかどうかを判定する（ステップＳ１１）。ＧＰではない場合（ステップＳ１１；Ｎｏ）、ＧＰを迎えるまで待機する。ＧＰを迎えた場合（ステップＳ１１；Ｙｅｓ）、ＢＢＰ１０は、位相差検出信号を生成し、ＴＲＸ２０へ出力する（ステップＳ１２）。なお、位相差検出信号は、基準となる参照信号として使用するため無変調波とする。また、ＢＢＰ１０は、位相差検出信号を、アンテナ６１の経路およびアンテナ６２の経路に出力するようＴＲＸ２０に指示する。ＴＲＸ２０は、位相差検出信号をアップコンバートし、ＰＡ２１とＰＡ２２へ出力する。アップコンバート後の位相差検出信号６１０は、ＰＡ２１で増幅され、ＢＰＦ２７で帯域制限された後にアンテナ６１端に注入される。位相差検出信号６１０は、ＡＴＴ５１で入力レベルを調整した後に可変移相器５３に入力される。可変移相器５３は、位相差検出信号６１０の位相を、＋９０度または−９０度変化させ、その信号６１０をミキサ５４に出力する。

一方、アップコンバート後の位相差検出信号６２０は、ＰＡ２２で増幅され、ＢＰＦ２８で帯域制限された後にアンテナ６２端に注入される。位相差検出信号６２０は、ＤＩＶ／ＣＯＭＢ５２を介してミキサ５４に入力される。ミキサ５４が位相差検出信号６１０、６２０の位相差に応じた電圧値を含む位相差電圧信号６１−６２をＬＰＦ５６に出力する（ステップＳ１３）。ＬＰＦ５６は、ＡＣ成分を除去した位相差電圧信号６１−６２をＡＤＣ５７に出力する。ＡＤＣ５７は、位相差電圧信号６１−６２を、アナログ信号からデジタル信号に変換し、ＢＢＰ１０へ出力する。ＢＢＰ１０では、第一位相差算出部１１がデジタル変換後の位相差電圧信号６１−６２を取得し、この信号と、電圧と位相差の関係を規定したテーブル等に基づいて、位相差電圧信号６１−６２に対応する位相差６１−６２を算出する（ステップＳ１４）。第一位相差算出部１１は、算出した位相差６１−６２を、例えば、ＢＢＰ１０が備える記憶部（図示せず）に記録する。

次にＢＢＰ１０は、全アンテナ間の位相差を算出したかどうかを判定する（ステップＳ１５）。全アンテナ間の位相差を算出していない場合、ＢＢＰ１０は、ステップＳ１１からの処理を繰り返す。この例の場合、ＢＢＰ１０は、次に位相差を算出する対象をアンテナ６１およびアンテナ６３として処理を行う。具体的には、ＢＢＰ１０は、次のＧＰを迎えたかどうかを判定し（ステップＳ１１）、次のＧＰを迎えた場合、位相差検出信号をＴＲＸ２０、ＴＲＸ３０へ出力する（ステップＳ１２）。ＴＲＸ２０は、位相差検出信号をアップコンバートし、ＰＡ２１へ出力する。位相差検出信号６１０については、１回目の処理と同様の下り経路を経由してミキサ５４に入力される。一方、ＴＲＸ３０は、位相差検出信号をアップコンバートし、ＰＡ３１へ出力する。位相差検出信号６３０は、ＰＡ３１で増幅され、ＢＰＦ３７で帯域制限された後にアンテナ６３端に注入される。位相差検出信号６３０は、ＤＩＶ／ＣＯＭＢ５２を介してミキサ５４に入力される。ミキサ５４は位相差電圧信号６１−６３をＬＰＦ５６に出力し（ステップＳ１３）、ＬＰＦ５６は、ＡＣ成分を除去した位相差電圧信号をＡＤＣ５７に出力する。ＡＤＣ５７は、位相差電圧信号６１−６３をデジタル信号に変換し、ＢＢＰ１０へ出力する。第一位相差算出部１１は、位相差電圧信号６１−６３を取得し、この信号６１−６３と、電圧と位相差の関係を規定したテーブル等に基づいて位相差６１−６３を算出する（ステップＳ１４）。第一位相差算出部１１は、位相差６１−６３を記憶部（図示せず）に記録する。続いてＢＢＰ１０は、次のＧＰを迎えると、残りのアンテナ６１−アンテナ６４間について位相差検出信号を出力し同様の処理を開始する。第一位相差算出部１１は、位相差６１−６４を記憶部（図示せず）に記録する。
ＢＢＰ１０が全アンテナ間の位相差を算出したことを判定すると（ステップＳ１５；Ｙｅｓ）、アンテナ間位相差検出処理を終了する。

次に図７を用いて、上り信号におけるアンテナ間の位相差検出処理について説明する。
図７は、本発明の第一の実施形態によるアンテナ間位相差検出処理の一例を示す第二のフローチャートである。
説明の便宜のため、下り信号の位相差検出については考えず、ＢＢＰ１０は、ＧＰを迎えると、そのＧＰ間に上り信号におけるアンテナ間の位相差検出処理を行うとする。また、例えば、ＤＩＶ／ＣＯＭＢ５９がアンテナ６１の経路に出力した位相差検出信号を位相差検出信号６１０と呼ぶ。他のアンテナについても同様である。また、アンテナ６１とアンテナ６２間の位相差を位相差６１−６２などと呼ぶ。他のアンテナ間についても同様である。

まず、ＢＢＰ１０がＧＰ（ガードピリオド）を迎えたかどうかを判定する（ステップＳ２１）。ＧＰではない場合（ステップＳ２１；Ｎｏ）、ＧＰを迎えるまで待機する。ＧＰを迎えた場合（ステップＳ２１；Ｙｅｓ）、ＢＢＰ１０は、まず、スイッチ５８をＴＲＸ２０とＤＩＶ／ＣＯＭＢ５９を接続するように切り替える（ステップＳ２２）。また、ＢＢＰ１０は、スイッチ４３をサーキュレータ２４とＬＮＡ２５が接続するように、スイッチ４４をサーキュレータ２３とＬＮＡ２６が接続するように、スイッチ４５をサーキュレータ３４とＬＮＡ３５が接続するように、スイッチ４６をサーキュレータ３３とＬＮＡ３６が接続するよう切り替える。続いて、ＢＢＰ１０は、位相差検出信号を生成し、ＴＲＸ２０へ出力する（ステップＳ２３）。なお、位相差検出信号は、基準となる参照信号として使用するため無変調波とする。また、ＢＢＰ１０は、位相差検出信号をアンテナ６１の経路に出力するようＴＲＸ２０に指示する。ＴＲＸ２０は、位相差検出信号をアップコンバートし、アンテナ６１の経路へ出力する。ステップＳ２２にてスイッチ５８の切り替えを行ったため、位相差検出信号は、アンテナ６１への下り経路を伝達せず、ＤＩＶ／ＣＯＭＢ５９へ入力される。ＤＩＶ／ＣＯＭＢ５９は、位相差検出信号を分配し、アンテナ６１〜６４へ至る４つの経路に出力する。

アンテナ６１の経路に出力された位相差検出信号６１０は、アンテナ６１端に注入される。位相差検出信号６１０は、ＢＰＦ２７で帯域制限を施されＬＮＡ２６で増幅された後、ＴＲＸ２０に入力される。ＴＲＸ２０は、位相差検出信号６１０をダウンコンバートしたベースバンド信号（デジタル信号）をＢＢＰ１０に出力する。同様にアンテナ６２の経路に出力された位相差検出信号６２０は、アンテナ６２端に注入され、ＢＰＦ２８で帯域制限を施されＬＮＡ２５で増幅された後、ＴＲＸ２０に入力される。ＴＲＸ２０は、位相差検出信号６２０をダウンコンバートしたベースバンド信号をＢＢＰ１０に出力する。また、アンテナ６３の経路に出力された位相差検出信号６３０は、アンテナ６３端に注入され、ＢＰＦ３７で帯域制限を施されＬＮＡ３６で増幅された後、ＴＲＸ３０に入力される。ＴＲＸ３０は、位相差検出信号６３０をダウンコンバートしたベースバンド信号をＢＢＰ１０に出力する。同様に、アンテナ６４の経路に出力された位相差検出信号６４０は、アンテナ６４端に注入され、ＢＰＦ３８で帯域制限を施されＬＮＡ３５で増幅された後、ＴＲＸ３０に入力される。ＴＲＸ３０は、位相差検出信号６４０をダウンコンバートしたベースバンド信号をＢＢＰ１０に出力する。

ＢＢＰ１０では、第二位相差算出部１２が、取得した位相差検出信号６１０〜６４０に対応するベースバンド信号のそれぞれとＢＢＰ１０が出力した位相差検出信号とを比較して、各アンテナ６１〜６４ごとに位相差検出信号との位相差を算出する（ステップＳ２４）。第二位相差算出部１２は、算出した各アンテナ６１〜６４ごとの位相差を互いに比較して、各アンテナ間の位相差（例えば、位相差６１−６２等）を算出する。第二位相差算出部１２は、算出した各アンテナ間の位相差を、例えば、ＢＢＰ１０が備える記憶部（図示せず）に記録する。

本実施形態によれば、図９に示した一般的な基地局無線装置の構成に、スイッチ５８とＤＩＶ／ＣＯＭＢ５９を追加し、スイッチ５８を基準となるアンテナ６１の経路の下り経路に配置し、スイッチ５８を介して抽出した信号をＤＩＶ／ＣＯＭＢ５９にて分岐し各アンテナ端に注入するよう構成するだけで、元々、基地局無線装置が備えるＴＲＸ２０のアップコンバート機能を用いて各アンテナ６１〜６４の上り経路を通過する位相差検出信号６１０〜６４０を生成することができる。また、ＴＲＸ２０およびＴＲＸ３０のダウンコンバート機能を用いて、位相差検出信号６１０〜６４０をベースバンド信号にダウンコンバートすることができる。これにより、ＢＢＰ１０が備えるベースバンド信号の位相差算出ソフトウェアを用いて各アンテナ間の位相差を算出ることができる。従って、図９に示した構成においてＴＲＸ４０が不要となり、より安価な構成で上り信号におけるアンテナ間の位相差を算出することができる。

以上説明したように、本実施形態によれば複数アンテナを備えた送受信機においてアンテナ間の位相差を検出して補正する場合に、位相差検出用の高価なアップコンバータおよびダウンコンバータが不要になる。また、位相差検出手段がＤＣ電圧の比較であることから従来の技術のようなベースバンド処理またはソフトウェアでの大掛かりな演算を必要としない。これにより、安価で複雑な制御を必要としない方法でアンテナ間位相差検出回路を実現することができる。

＜第二の実施形態＞
以下、本発明の第二の実施形態によるアンテナ間位相差検出回路を、図８を参照して説明する。図８は、本発明の第二の実施形態によるアンテナ間位相差検出回路の一例を示す図である。図８に示すように、本実施形態によるアンテナ間位相差検出回路では、下り信号における位相差検出回路が、ＡＴＴ５１と、ＤＩＶ／ＣＯＭＢ５２と、可変移相器５３と、位相差電圧信号出力部５５Ａ（ミキサ５４）と、ＡＤＣ５７と、第一位相差算出部１１と、を含んで構成される。つまり、第二実施形態の位相差電圧信号出力部５５Ａは、可変移相器５３を備えていない点で第一実施形態と異なる。第二の実施形態による基地局無線装置１００Ａのその他の構成は、第一の実施形態の基地局無線装置１００と同様である。
下り信号のアンテナ間位相差検出処理において、ＡＴＴ５１およびＤＩＶ／ＣＯＭＢ５２に、対応するアンテナ端から注入されたアップコンバート後の位相差検出信号が入力されるまでの処理は、第一の実施形態と同様である。次に、位相差電圧信号出力部５５Ａは、ＡＴＴ５１からの位相差検出信号６１０と、ＤＩＶ／ＣＯＭＢ５２からの位相差検出信号６２０〜６４０の何れかを入力信号とし、これら２つの入力信号の位相差に応じた位相差電圧信号をＬＰＦ５６に出力する。以降の処理は、第一実施形態と同様である。また、上り信号のアンテナ間位相差検出処理は第一の実施形態度と同様である。
第二の本実施形態によれば、第一の実施形態に比べ、さらに回路構成を簡素化することができる。

その他、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、上記した実施の形態における構成要素を周知の構成要素に置き換えることは適宜可能である。また、この発明の技術範囲は上記の実施形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。ＴＲＸ２０、ＴＲＸ３０は送受信部の一例である。ＢＢＰ１０は、ベースバンド処理部の一例である。

１００、１００Ａ・・・基地局無線装置
１０、１０Ａ・・・ＢＢＰ
１１・・・第一位相差算出部
１２・・・第二位相差算出部
２０、３０・・・ＴＲＸ
２１、２２、３１、３２・・・ＰＡ
２３、２４、３３、３４・・・サーキュレータ
２５、２６、３５、３６・・・ＬＮＡ
２７、２８、３７、３８・・・ＢＰＦ
４３、４４、４５、４６、５８・・・スイッチ
６１、６２、６３、６４・・・アンテナ
５１・・・ＡＴＴ
５２、５９・・・ＤＩＶ／ＣＯＭＢ
５３・・・可変移相器
５４・・・ミキサ
５５、５５Ａ・・・位相差電圧信号出力部
５６・・・ＬＰＦ
５７・・・ＡＤＣ
５８・・・スイッチ

Claims (6)

1. 複数のアンテナと接続され、前記複数のアンテナのうち、基準となるアンテナから送出される送信信号の経路を通過する第一送信信号と、前記基準となるアンテナ以外の他の一つのアンテナから送出される送信信号の経路を通過する第二送信信号とを入力し、それら２つの信号の位相差に応じた位相差電圧信号を出力する位相差電圧信号出力部と、
   予め定められた位相差電圧信号と位相差との関係と、前記位相差電圧信号出力部が出力した位相差電圧信号とに基づいて、前記第一送信信号と前記第二送信信号との位相差を算出する第一位相差算出部と、
   を備え、
   前記位相差電圧信号出力部は、位相検出手段と、前記第一送信信号または前記第二送信信号の位相を変化させる可変移相器と、を備える、
   アンテナ間位相差検出回路。
2. 前記可変移相器は、前記第一送信信号または前記第二送信信号の位相を９０度変化させる、
   請求項１に記載のアンテナ間位相差検出回路。
3. 請求項１から請求項２の何れか１項に記載の送信信号のアンテナ間位相差検出回路と、
   受信信号のアンテナ間位相差検出回路と、
   を備え、
   前記受信信号のアンテナ間位相差検出回路は、
   前記複数のアンテナと接続され、位相差の検出に用いる位相差検出信号を前記複数のアンテナに分配して入力する分配器と、
   送信信号が通過する経路の途中に設けられ、前記位相差検出信号を、前記送信信号が通過する経路から前記分配器に接続された経路へ切り替えるスイッチと、
   前記複数のアンテナ端から分配して注入された前記位相差検出信号を取得し、各アンテナ端から注入された信号間の位相差を算出する第二位相差算出部と、
   を備えるアンテナ間位相差検出回路。
4. 複数のアンテナと、
   前記複数のアンテナと接続され、前記複数のアンテナのうち、基準となるアンテナから送出される送信信号の経路を通過する第一送信信号と、前記基準となるアンテナ以外の他の一つのアンテナから送出される送信信号の経路を通過する第二送信信号とを入力し、それら２つの信号の位相差に応じた位相差電圧信号を出力する位相差電圧信号出力部と、
   予め定められた位相差電圧信号と位相差との関係と、前記位相差電圧信号出力部が出力した位相差電圧信号とに基づいて、前記第一送信信号と前記第二送信信号との位相差を算出する第一位相差算出部、を備え、前記第一位相差算出部が算出した位相差に基づいて、ベースバンド信号の位相を補正するベースバンド処理部と、
   を備え、
   前記位相差電圧信号出力部は、位相検出手段と、前記第一送信信号または前記第二送信信号の位相を変化させる可変移相器と、を備える、基地局無線装置。
5. 前記ベースバンド処理部が出力したベースバンド信号をアップコンバートして送信信号を生成し、前記アンテナを介して受信した受信信号をダウンコンバートしてベースバンド信号を生成する送受信部であって、前記ベースバンド処理部が出力した位相差の検出に用いる位相差検出信号をアップコンバートする送受信部と、
   前記アップコンバート後の位相差検出信号を、前記複数のアンテナに分配して入力する分配器と、
   前記アップコンバート後の位相差検出信号の経路を、前記送信信号が通過する経路から前記分配器に接続された経路へ切り替えるスイッチと、
   前記複数のアンテナ端のうち少なくとも一つから注入された前記アップコンバート後の位相差検出信号を前記送受信部によってダウンコンバートした信号を入力し、前記位相差検出信号との位相差を算出する第二位相差算出部と、
   をさらに備える請求項４に記載の基地局無線装置。
6. 複数のアンテナと接続され、前記複数のアンテナのうち、基準となるアンテナから送出される送信信号の経路を通過する第一送信信号と、前記基準となるアンテナ以外の他の一つのアンテナから送出される送信信号の経路を通過する第二送信信号とのうち何れか１つの信号の位相を変化させて、それら２つの信号を入力し、入力した前記２つの信号の位相差に応じた位相差電圧信号を出力し、
   予め定められた位相差電圧信号と位相差との関係と、前記出力された位相差電圧信号と
   に基づいて、前記第一送信信号と前記第二送信信号との位相差を算出する、
   アンテナ間位相差検出方法。

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