JP7034394B2 - 校正装置、校正方法、校正プログラム、中継装置及び衛星通信システム - Google Patents

Description

本開示は、複数の受信素子アンテナにおけるそれぞれの特性及び複数の送信素子アンテナにおけるそれぞれの特性を校正する校正装置、校正方法及び校正プログラムと、校正装置を備える中継装置と、中継装置を実装している通信衛星を備える衛星通信システムとに関するものである。

例えば、以下の特許文献１には、送信デジタルビームフォーミング（以下、「送信ＤＢＦ」と称する）を実施するための送信アレーアンテナを備える移動体通信システムが開示されている。送信アレーアンテナは、複数の素子アンテナを有している。送信ＤＢＦによって所望の方向に送信ビームを形成するには、複数の素子アンテナにおける特性のばらつきを事前に補償しておく必要がある。特性のばらつきは、振幅のばらつきと、位相のばらつきとを含んでいる。
当該移動体通信システムでは、送信アレーアンテナの近傍に設置されているピックアップアンテナが、送信アレーアンテナから送信された校正用信号を受信している。そして、適応フィルタが、ピックアップアンテナにより受信された校正用信号に対するデジタル演算処理を実施することによって、複数の素子アンテナにおける特性のばらつきを算出している。そして、送信ＤＢＦ回路が、適応フィルタによるばらつきの算出結果に基づいて、複数の素子アンテナにおけるそれぞれの特性を校正している。

特開２０１１－２５９３６９号公報

特許文献１に開示されている移動体通信システムは、電波を送信するためのシステムであって、電波の受信と電波の送信とを行う中継器ではないが、特許文献１に開示されているピックアップアンテナ、適応フィルタ及び送信ＤＢＦ回路のそれぞれを中継器に適用した場合を想定する。この場合、中継器の送信アレーアンテナに含まれている複数の素子アンテナにおけるそれぞれの特性を校正できても、中継器の受信アレーアンテナに含まれている複数の素子アンテナにおけるそれぞれの特性を校正することができないという課題があった。

本開示は、上記のような課題を解決するためになされたもので、複数の受信素子アンテナにおけるそれぞれの特性及び複数の送信素子アンテナにおけるそれぞれの特性を校正することができる校正装置、校正方法及び校正プログラムを得ることを目的とする。

本開示に係る校正装置は、中継器が有している複数の送信素子アンテナのそれぞれから放射された送信信号に係る電波を受信し、電波の受信信号を出力する第１のアンテナと、第１のアンテナから出力された受信信号に係る電波を中継器が有している複数の受信素子アンテナに向けて放射する第２のアンテナと、中継器が電波の送信周波数に用いることが可能な複数の周波数のうち、中継器が電波の受信周波数に用いることが可能な周波数と共通している周波数の中で、中継器が未使用の周波数を検出して、未使用の周波数を有する校正用信号を生成し、複数の送信素子アンテナのそれぞれに与えられる送信信号に校正用信号を重畳させる信号重畳部と、複数の受信素子アンテナのそれぞれにより受信された電波の受信信号を用いて、複数の受信素子アンテナにおけるそれぞれの特性を校正し、複数の受信素子アンテナのそれぞれにより受信された電波の受信信号に含まれている校正信号を用いて、複数の送信素子アンテナにおけるそれぞれの特性を校正する校正部とを備えるようにしたものである。

本開示によれば、複数の受信素子アンテナにおけるそれぞれの特性及び複数の送信素子アンテナにおけるそれぞれの特性を校正することができる。

実施の形態１に係る校正装置２を含む中継装置を示す構成図である。 実施の形態１に係る校正装置２の信号重畳部３１及び校正部３９におけるそれぞれのハードウェアを示すハードウェア構成図である。 校正装置２の一部が、ソフトウェア又はファームウェア等によって実現される場合のコンピュータのハードウェア構成図である。 信号重畳部３１及び校正部３９におけるそれぞれの処理手順を示すフローチャートである。 図１に示す中継装置における各部の特性を示す説明図である。 実施の形態１に係る他の校正装置２を含む中継装置を示す構成図である。 実施の形態１に係る他の校正装置２を含む中継装置を示す構成図である。 実施の形態２に係る校正装置２を含む中継装置を示す構成図である。 実施の形態２に係る校正装置２の信号重畳部３１及び校正部３９におけるそれぞれのハードウェアを示すハードウェア構成図である。 実施の形態３に係る衛星通信システムを示す構成図である。

以下、本開示をより詳細に説明するために、本開示を実施するための形態について、添付の図面に従って説明する。

実施の形態１．
図１は、実施の形態１に係る校正装置２を含む中継装置を示す構成図である。
図２は、実施の形態１に係る校正装置２の信号重畳部３１及び校正部３９におけるそれぞれのハードウェアを示すハードウェア構成図である。
図１において、中継器１は、受信アレーアンテナ１１と、受信機１２－１～１２－Ｋと、中継処理部１３と、送信機２２－１～２２－Ｍと、送信アレーアンテナ２３とを備えている。Ｋは、２以上の整数、Ｍは、２以上の整数である。
校正装置２は、信号重畳部３１、第１のアンテナ３６、周波数変換部３７、第２のアンテナ３８及び校正部３９を備えている。
校正装置２は、中継器１の受信アレーアンテナ１１が有している複数の受信素子アンテナ１１－１～１１－Ｋにおけるそれぞれの特性及び中継器１の送信アレーアンテナ２３が有している複数の送信素子アンテナ２３－１～２３－Ｍにおけるそれぞれの特性を校正する。ここでの特性は、例えば、振幅の特性と、位相の特性とを含んでいる。

受信アレーアンテナ１１は、複数の受信素子アンテナ１１－１～１１－Ｋを備えている。
受信素子アンテナ１１－ｋ（ｋ＝１，・・・，Ｋ）は、電波を受信し、電波の受信信号を受信素子信号Ｒ_ｋとして受信機１２－ｋに出力する。
受信機１２－ｋ（ｋ＝１，・・・，Ｋ）は、受信素子アンテナ１１－ｋから出力された受信素子信号Ｒ_ｋに対する受信処理を実施し、受信処理後の信号Ｒ_ｋ’を中継処理部１３の後述する分波部１４－ｋに出力する。
受信処理としては、受信素子信号Ｒ_ｋを増幅する増幅処理、受信素子信号Ｒ_ｋの周波数を変換する周波数変換処理、受信素子信号Ｒ_ｋに含まれている高周波成分等を除去するフィルタ処理、又は、受信素子信号Ｒ_ｋをアナログ信号からデジタル信号に変換するアナログデジタル変換処理等が想定される。

中継処理部１３は、分波部１４－１～１４－Ｋと、受信抽出部１５－１～１５－Ｋと、受信ＤＢＦ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｂｅａｍ Ｆｏｒｍｉｎｇ）部１６と、スイッチ部（以下、「ＳＷ部」と称する）１７と、送信ＤＢＦ部１８と、送信抽出部１９－１～１９－Ｍと、注入部２０－１～２０－Ｍと、合波部２１－１～２１－Ｍとを備えている。
分波部１４－ｋ（ｋ＝１，・・・，Ｋ）は、受信機１２－ｋから出力された受信処理後の信号Ｒ_ｋ’を所定の周波数分割単位で分波する。受信処理後の信号Ｒ_ｋ’の周波数帯域が、例えば、ｆ_１～ｆ_１０であるとき、周波数分割単位が当該周波数帯域の１０分の１であるとすれば、分波部１４－ｋは、受信処理後の信号Ｒ_ｋ’を、周波数ｆ_１の信号と、周波数ｆ_２の信号と、・・・周波数ｆ_１０の信号とに分波する。
分波部１４－ｋは、分波後の信号Ｒｆ_ｋを受信抽出部１５－ｋに出力する。分波後の信号Ｒｆ_ｋは、互いに分波されている複数の信号の集合であり、例えば、周波数ｆ_１の信号と、周波数ｆ_２の信号と、・・・周波数ｆ_１０の信号との集合である。

受信抽出部１５－ｋ（ｋ＝１，・・・，Ｋ）は、分波部１４－ｋから出力された分波後の信号Ｒｆ_ｋを、受信ＤＢＦ部１６、信号重畳部３１の後述する受信電力算出部３２及び校正部３９のそれぞれに出力する。

受信ＤＢＦ部１６は、受信抽出部１５－ｋ（ｋ＝１，・・・，Ｋ）から出力されたＫ個の分波後の信号Ｒｆ_１～Ｒｆ_ＫのそれぞれをＪ個に分配することによって、Ｋ×Ｊ個の分波後の受信素子信号である受信分波信号Ｒｆ_ｋ，ｊ（ｋ＝１，・・・，Ｋ：ｊ＝１，・・・，Ｊ）を生成する。Ｊは、１以上の整数である。即ち、受信ＤＢＦ部１６は、全部でＫ×Ｊ個の受信分波信号として、受信分波信号Ｒｆ_１，１～Ｒｆ_Ｋ，１と、受信分波信号Ｒｆ_１，２～Ｒｆ_Ｋ，２と、・・・、受信分波信号Ｒｆ_１，Ｊ～Ｒｆ_Ｋ，Ｊとを生成する。
受信ＤＢＦ部１６は、受信分波信号Ｒｆ_ｋ，１～Ｒｆ_ｋ，Ｊ（ｋ＝１，・・・，Ｋ）のそれぞれに、校正部３９により算出された校正値ＣＶｒ_ｋを乗算することにより、受信分波信号Ｒｆ_１，Ｊ～Ｒｆ_Ｋ，Ｊにおけるそれぞれの振幅及び位相をそれぞれ調整する。
また、受信ＤＢＦ部１６は、振幅位相調整後の受信分波信号Ｒｆ_ｋ，ｊ’（ｋ＝１，・・・，Ｋ：ｊ＝１，・・・，Ｊ）に、受信素子アンテナ１１－ｋの重み値Ｗｒ_ｋ，ｊを乗算する。受信素子アンテナ１１－ｋの重み値Ｗｒ_ｋ，ｊは、受信ＤＢＦ部１６の内部メモリに格納されていてもよいし、受信ＤＢＦ部１６の外部から与えられるものであってもよい。
受信ＤＢＦ部１６は、Ｋ×Ｊ個の重み値乗算後の受信分波信号のうち、ｊ番目の受信分波信号に係るＫ個の信号Ｒｆ_ｋ，ｊ×ＣＶｒ_ｋ×Ｗｒ_ｋ，ｊ（ｋ＝１，・・・，Ｋ）を互いに加算する。
受信ＤＢＦ部１６は、Ｊ個の加算後の信号のそれぞれを受信ビーム信号ＲＢ_ｊ（ｊ＝１，・・・，Ｊ）としてＳＷ部１７に出力する。

ＳＷ部１７は、受信ＤＢＦ部１６から出力されたそれぞれの受信ビーム信号ＲＢ_ｊが示す受信ビームの周波数配置を変換するルーティング処理を実施することにより、Ｍ個の送信ビーム信号ＴＢ_ｎ（ｎ＝１，・・・，Ｎ）を生成する。Ｎは、１以上の整数である。
ＳＷ部１７は、Ｎ個の送信ビーム信号ＴＢ_１～ＴＢ_Ｎのそれぞれを送信ＤＢＦ部１８に出力する。

送信ＤＢＦ部１８は、ＳＷ部１７から出力されたＮ個の送信ビーム信号ＴＢ_１～ＴＢ_ＮのそれぞれをＭ個に分配することによって、Ｍ×Ｎ個の送信ビーム信号ＴＢ_ｍ，ｎ（ｍ＝１，・・・，Ｍ：ｎ＝１，・・・，Ｎ）を生成する。即ち、送信ＤＢＦ部１８は、全部でＭ×Ｎ個の送信ビーム信号として、送信ビーム信号ＴＢ_１，１～ＴＢ_Ｍ，１と、送信ビーム信号ＴＢ_１，２～ＴＢ_Ｍ，２と、・・・、送信ビーム信号ＴＢ_１，Ｎ～ＴＢ_Ｍ，Ｎとを生成する。
送信ＤＢＦ部１８は、送信ビーム信号ＴＢ_ｍ，１～ＴＢ_ｍ，Ｎ（ｍ＝１，・・・，Ｍ）のそれぞれに、校正部３９により算出された校正値ＣＶｔ_ｍを乗算することにより、送信ビーム信号ＴＢ_ｍ，１～ＴＢ_ｍ，Ｎにおけるそれぞれの振幅及び位相をそれぞれ調整する。
また、送信ＤＢＦ部１８は、振幅位相調整後の送信ビーム信号ＴＢ_ｍ，ｎ’に、送信ＤＢＦを実施する際の送信素子アンテナ２３－ｍの重み値Ｗｔ_ｍ，ｎを乗算する。送信素子アンテナ２３－ｍの重み値Ｗｔ_ｍ，ｎは、送信ＤＢＦ部１８の内部メモリに格納されていてもよいし、送信ＤＢＦ部１８の外部から与えられるものであってもよい。
送信ＤＢＦ部１８は、Ｍ×Ｎ個の重み値乗算後の送信ビーム信号のうち、ｍ番目の送信ビーム信号に係るＮ個の信号ＴＢ_ｍ，ｎ×ＣＶｔ_ｍ×Ｗｔ_ｍ，ｎ（ｎ＝１，・・・，Ｎ）を互いに加算する。
送信ＤＢＦ部１８は、Ｍ個の加算後の信号のそれぞれを送信素子信号Ｔｘ_ｍ（ｍ＝１，・・・，Ｍ）として、送信抽出部１９－ｍに出力する。送信素子信号Ｔｘ_ｍは、周波数分割単位に分割されている信号である。

送信素子信号Ｔｘ_ｍの周波数帯域が、例えば、ｆ_３～ｆ_１２であるとき、周波数分割単位が当該周波数帯域の１０分の１であるとすれば、送信素子信号Ｔｘ_ｍは、周波数ｆ_３の信号と、周波数ｆ_４の信号と、・・・周波数ｆ_１２の信号との集合である。

送信抽出部１９－ｍ（ｍ＝１，・・・，Ｍ）は、送信ＤＢＦ部１８から出力された送信素子信号Ｔｘ_ｍを、注入部２０－ｍ及び信号重畳部３１の後述する送信電力算出部３３のそれぞれに出力する。
注入部２０－ｍは、送信抽出部１９－ｍから出力された送信素子信号Ｔｘ_ｍに、信号重畳部３１の後述する校正用信号生成部３５から出力された校正用信号Ｓ_ｍを注入する。
合波部２１－ｍは、注入部２０－ｍによる校正用信号注入後の送信素子信号Ｔｘ_ｍ’を周波数方向に合波する。
校正用信号注入後の送信素子信号Ｔｘ_ｍ’が、例えば、周波数ｆ_３の信号と、周波数ｆ_４の信号と、・・・周波数ｆ_１２の信号との集合であれば、合波部２１－ｍは、周波数ｆ_３の信号と、周波数ｆ_４の信号と、・・・周波数ｆ_１２の信号とを周波数方向に合波する。
合波部２１－ｍは、合波後の送信素子信号Ｔｘ_ｍ”を送信機２２－ｍに出力する。

送信機２２－ｍは、合波部２１－ｍから出力された送信素子信号Ｔｘ_ｍ”に対する送信処理を実施し、送信処理後の信号Ｔ_ｍを送信信号として、送信素子アンテナ２３－ｍに出力する。
送信処理としては、送信素子信号Ｔｘ_ｍ”をデジタル信号からアナログ信号に変換するデジタルアナログ変換処理、送信素子信号Ｔｘ_ｍ”の周波数を変換する周波数変換処理、送信素子信号Ｔｘ_ｍ”に含まれている高周波成分等を除去するフィルタ処理、又は、送信素子信号Ｔｘ_ｍ”を増幅する増幅処理等が想定される。
送信アレーアンテナ２３は、複数の送信素子アンテナ２３－１～２３－Ｍを備えている。
送信素子アンテナ２３－ｍ（ｍ＝１，・・・，Ｍ）は、送信機２２－ｍによる送信処理後の信号Ｔ_ｍに係る電波を空間に放射する。

信号重畳部３１は、受信電力算出部３２、送信電力算出部３３、未使用周波数検出部３４及び校正用信号生成部３５を備えている。
信号重畳部３１は、中継器１が電波の送信周波数に用いることが可能な複数の周波数のうち、中継器１が電波の受信周波数に用いることが可能な周波数と共通している周波数の中で、中継器１が未使用の周波数を検出して、未使用の周波数を有する校正用信号Ｓ_ｍを生成する。
信号重畳部３１は、複数の送信素子アンテナ２３－１～２３－Ｍのそれぞれに与えられる信号に校正用信号Ｓ_ｍを重畳させる。

受信電力算出部３２は、例えば、図２に示す受信電力算出回路４１によって実現される。
受信電力算出部３２は、複数の受信素子アンテナ１１－１～１１－Ｋのそれぞれにより受信された電波の受信信号に含まれている複数の周波数成分の電力をそれぞれ算出する。
即ち、受信電力算出部３２は、受信抽出部１５－１～１５－Ｋから出力されたそれぞれの分波後の信号Ｒｆ_ｋに含まれている複数の周波数成分の電力をそれぞれ算出する。

送信電力算出部３３は、例えば、図２に示す送信電力算出回路４２によって実現される。
送信電力算出部３３は、複数の送信素子アンテナ２３－１～２３－Ｍのそれぞれに与えられる送信信号に含まれている複数の周波数成分の電力をそれぞれ算出する。
即ち、送信電力算出部３３は、送信抽出部１９－１～１９－Ｍから出力されたそれぞれの送信素子信号Ｔｘ_ｍに含まれている複数の周波数成分の電力をそれぞれ算出する。

未使用周波数検出部３４は、例えば、図２に示す未使用周波数検出回路４３によって実現される。
未使用周波数検出部３４は、受信電力算出部３２により算出されたそれぞれの電力と、送信電力算出部３３により算出されたそれぞれの電力とに基づいて、共通している周波数の中で、中継器１が未使用の周波数を検出する。

校正用信号生成部３５は、例えば、図２に示す校正用信号生成回路４４によって実現される。
校正用信号生成部３５は、未使用周波数検出部３４により検出された周波数を有する校正用信号Ｓ_ｍを生成する。
校正用信号生成部３５は、校正用信号Ｓ_ｍを注入部２０－１～２０－Ｍのそれぞれに出力することにより、送信抽出部１９－ｍから出力された送信素子信号Ｔｘ_ｍに、校正用信号Ｓ_ｍを重畳させる。

第１のアンテナ３６は、複数の送信素子アンテナ２３－１～２３－Ｍのそれぞれから放射された電波を受信し、当該電波の受信信号を周波数変換部３７に出力する受信ピックアップアンテナである。

周波数変換部３７は、第１のアンテナ３６から出力された受信信号の周波数を、中継器１の受信機１２－１～１２－Ｍが受信可能な周波数に変換し、周波数変換後の受信信号を第２のアンテナ３８に出力する。
図１に示す校正装置２は、周波数変換部３７を備えている。しかし、受信機１２－１～１２－Ｍが受信可能な周波数と、送信機２２－１～２２－Ｍが送信可能な周波数とが同じ周波数であれば、校正装置２は、周波数変換部３７を実装する必要がない。
第２のアンテナ３８は、周波数変換部３７による周波数変換後の受信信号に係る電波を複数の受信素子アンテナ１１－１～１１－Ｋのそれぞれに向けて放射する送信ピックアップアンテナである。

校正部３９は、例えば、図２に示す校正回路４５によって実現される。
校正部３９は、複数の受信素子アンテナ１１－１～１１－Ｋのそれぞれにより受信された電波の受信信号を用いて、受信素子アンテナ１１－１～１１－Ｋにおけるそれぞれの特性を校正するための校正値ＣＶｒ_ｋ（ｋ＝１，・・・，Ｋ）を算出する。
即ち、校正部３９は、受信抽出部１５－１～１５－Ｋから出力されたそれぞれの分波後の信号Ｒｆ_ｋを用いて、校正値ＣＶｒ_ｋ（ｋ＝１，・・・，Ｋ）を算出する。
校正部３９は、校正値ＣＶｒ_１～ＣＶｒ_Ｋのそれぞれを受信ＤＢＦ部１６に出力することにより、受信素子アンテナ１１－１～１１－Ｋにおけるそれぞれの特性を校正する。

校正部３９は、複数の受信素子アンテナ１１－１～１１－Ｋのそれぞれにより受信された電波の受信信号に含まれている校正信号Ｕ_ｋ（ｋ＝１，・・・，Ｋ）を用いて、複数の送信素子アンテナ２３－１～２３－Ｍにおけるそれぞれの特性を校正するための校正値ＣＶｔ_ｍ（ｍ＝１，・・・，Ｍ）を算出する。
即ち、校正部３９は、受信抽出部１５－１～１５－Ｋから出力されたそれぞれの分波後の信号Ｒｆ_ｋに含まれている校正信号Ｕ_ｋを抽出し、校正信号Ｕ_１～Ｕ_Ｋを用いて、校正値ＣＶｔ_ｍ（ｍ＝１，・・・，Ｍ）を算出する。
校正部３９は、校正値ＣＶｔ_１～ＣＶｔ_Ｍのそれぞれを送信ＤＢＦ部１８に出力することにより、送信素子アンテナ２３－１～２３－Ｍにおけるそれぞれの特性を校正する。

図１では、校正装置２の一部の構成要素である受信電力算出部３２、送信電力算出部３３、未使用周波数検出部３４、校正用信号生成部３５及び校正部３９のそれぞれが、図２に示すような専用のハードウェアによって実現されるものを想定している。即ち、校正装置２の一部が、受信電力算出回路４１、送信電力算出回路４２、未使用周波数検出回路４３、校正用信号生成回路４４及び校正回路４５によって実現されるものを想定している。
受信電力算出回路４１、送信電力算出回路４２、未使用周波数検出回路４３、校正用信号生成回路４４及び校正回路４５のそれぞれは、例えば、単一回路、複合回路、プログラム化したプロセッサ、並列プログラム化したプロセッサ、ＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｉｆｉｃ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）、ＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ－Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ）、又は、これらを組み合わせたものが該当する。

校正装置２の一部の構成要素は、専用のハードウェアによって実現されるものに限るものではなく、校正装置２の一部が、ソフトウェア、ファームウェア、又は、ソフトウェアとファームウェアとの組み合わせによって実現されるものであってもよい。
ソフトウェア又はファームウェアは、プログラムとして、コンピュータのメモリに格納される。コンピュータは、プログラムを実行するハードウェアを意味し、例えば、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）、中央処理装置、処理装置、演算装置、マイクロプロセッサ、マイクロコンピュータ、プロセッサ、あるいは、ＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｉｇｎａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）が該当する。

図３は、校正装置２の一部が、ソフトウェア又はファームウェア等によって実現される場合のコンピュータのハードウェア構成図である。
校正装置２の一部が、ソフトウェア又はファームウェア等によって実現される場合、受信電力算出部３２、送信電力算出部３３、未使用周波数検出部３４、校正用信号生成部３５及び校正部３９のそれぞれの処理手順をコンピュータに実行させるためのプログラムがメモリ５１に格納される。そして、コンピュータのプロセッサ５２がメモリ５１に格納されているプログラムを実行する。

次に、図１に示す中継装置の動作について説明する。
最初に、中継器１の動作について説明する。
受信素子アンテナ１１－ｋ（ｋ＝１，・・・，Ｋ）は、第２のアンテナ３８から放射された電波を受信し、電波の受信信号を受信素子信号Ｒ_ｋとして、受信機１２－ｋに出力する。
中継器１が電波を送受信する実運用中であれば、受信素子アンテナ１１－ｋは、第２のアンテナ３８から放射された電波のほかに、図示せぬ、外部の装置から送信された電波を受信する。
受信機１２－ｋ（ｋ＝１，・・・，Ｋ）は、受信素子アンテナ１１－ｋから出力された受信素子信号Ｒ_ｋに対する受信処理を実施し、受信処理後の信号Ｒ_ｋ’を分波部１４－ｋに出力する。

分波部１４－ｋ（ｋ＝１，・・・，Ｋ）は、受信機１２－ｋから受信処理後の信号Ｒ_ｋ’を受けると、受信処理後の信号Ｒ_ｋ’を所定の周波数分割単位で分波する。
分波部１４－ｋは、分波後の信号Ｒｆ_ｋを受信抽出部１５－ｋに出力する。

受信抽出部１５－ｋ（ｋ＝１，・・・，Ｋ）は、分波部１４－ｋから分波後の信号Ｒｆ_ｋを受けると、分波後の信号Ｒｆ_ｋを、受信ＤＢＦ部１６、受信電力算出部３２及び校正部３９のそれぞれに出力する。

受信ＤＢＦ部１６は、受信抽出部１５－ｋ（ｋ＝１，・・・，Ｋ）からＫ個の分波後の信号Ｒｆ_ｋを受けると、Ｋ個の分波後の信号Ｒｆ_ｋのそれぞれをＪ個に分配することによって、Ｋ×Ｊ個の受信分波信号Ｒｆ_ｋ，ｊ（ｋ＝１，・・・，Ｋ：ｊ＝１，・・・，Ｊ）を生成する。
受信ＤＢＦ部１６は、受信分波信号Ｒｆ_ｋ，１～Ｒｆ_ｋ，Ｊ（ｋ＝１，・・・，Ｋ）のそれぞれに、校正部３９により算出された校正値ＣＶｒ_ｋを乗算することにより、受信分波信号Ｒｆ_１，Ｊ～Ｒｆ_Ｋ，Ｊにおけるそれぞれの振幅及び位相をそれぞれ調整する。
また、受信ＤＢＦ部１６は、振幅位相調整後の受信分波信号Ｒｆ_ｋ，ｊ’に、受信素子アンテナ１１－ｋの重み値Ｗｒ_ｋ，ｊを乗算する。
受信ＤＢＦ部１６は、Ｋ×Ｊ個の重み値乗算後の受信分波信号のうち、ｊ番目の受信分波信号に係るＫ個の信号Ｒｆ_ｋ，ｊ×ＣＶｒ_ｋ×Ｗｒ_ｋ，ｊ（ｋ＝１，・・・，Ｋ）を互いに加算する。
受信ＤＢＦ部１６は、Ｊ個の加算後の信号のそれぞれを受信ビーム信号ＲＢ_ｊ（ｊ＝１，・・・，Ｊ）としてＳＷ部１７に出力する。

ＳＷ部１７は、受信ＤＢＦ部１６からＪ個の受信ビーム信号ＲＢ_ｊを受けると、Ｊ個の受信ビーム信号ＲＢ_ｊが示す受信ビームの周波数配置を変換するルーティング処理を実施することにより、Ｎ個の送信ビーム信号ＴＢ_ｎ（ｎ＝１，・・・，Ｎ）を生成する。受信ビームの周波数配置を変換するルーティング処理自体は、公知の技術であるため詳細な説明を省略する。
ＳＷ部１７は、Ｎ個の送信ビーム信号ＴＢ_１～ＴＢ_Ｎのそれぞれを送信ＤＢＦ部１８に出力する。

送信ＤＢＦ部１８は、ＳＷ部１７からＮ個の送信ビーム信号ＴＢ_１～ＴＢ_Ｎを受けると、Ｎ個の送信ビーム信号ＴＢ_ｎ（ｎ＝１，・・・，Ｎ）のそれぞれをＭ個に分配することによって、Ｍ×Ｎ個の送信ビーム信号ＴＢ_ｍ，ｎ（ｍ＝１，・・・，Ｍ：ｎ＝１，・・・，Ｎ）を生成する。
送信ＤＢＦ部１８は、送信ビーム信号ＴＢ_ｍ，１～ＴＢ_ｍ，Ｎ（ｍ＝１，・・・，Ｍ）のそれぞれに、校正部３９により算出された校正値ＣＶｔ_ｍを乗算することにより、送信ビーム信号ＴＢ_ｍ，１～ＴＢ_ｍ，Ｎにおけるそれぞれの振幅及び位相をそれぞれ調整する。
また、送信ＤＢＦ部１８は、振幅位相調整後の送信ビーム信号ＴＢ_ｍ，ｎ’に、送信ＤＢＦを実施する際の送信素子アンテナ２３－ｍの重み値Ｗｔ_ｍ，ｎを乗算する。
送信ＤＢＦ部１８は、Ｍ×Ｎ個の重み値乗算後の送信ビーム信号のうち、ｍ番目の送信ビーム信号に係るＮ個の信号ＴＢ_ｍ，ｎ×ＣＶｔ_ｍ×Ｗｔ_ｍ，ｎを互いに加算する。
送信ＤＢＦ部１８は、Ｍ個の加算後の信号のそれぞれを送信素子信号Ｔｘ_ｍ（ｍ＝１，・・・，Ｍ）として、送信抽出部１９－ｍに出力する。送信素子信号Ｔｘ_ｍは、周波数分割単位に分割されている信号である。

送信抽出部１９－ｍ（ｍ＝１，・・・，Ｍ）は、送信ＤＢＦ部１８から出力された送信素子信号Ｔｘ_ｍを、注入部２０－ｍ及び送信電力算出部３３のそれぞれに出力する。
注入部２０－ｍ（ｍ＝１，・・・，Ｍ）は、送信抽出部１９－ｍから送信素子信号Ｔｘ_ｍを受けると、送信素子信号Ｔｘ_ｍに、校正用信号生成部３５から出力された校正用信号Ｓ_ｍを注入する。
注入部２０－ｍは、校正用信号注入後の送信素子信号Ｔｘ_ｍ’を合波部２１－ｍに出力する。
合波部２１－ｍ（ｍ＝１，・・・，Ｍ）は、注入部２０－ｍによる校正用信号注入後の送信素子信号Ｔｘ_ｍ’、即ち、周波数分割単位に分割されている送信素子信号Ｔｘ_ｍ’を周波数方向に合波する。
合波部２１－ｍは、合波後の送信素子信号Ｔｘ_ｍ”を送信機２２－ｍに出力する。

送信機２２－ｍは、合波部２１－ｍから合波後の送信素子信号Ｔｘ_ｍ”を受けると、送信素子信号Ｔｘ_ｍ”に対する送信処理を実施し、送信処理後の信号Ｔ_ｍを送信素子アンテナ２３－ｍに出力する。
送信素子アンテナ２３－ｍ（ｍ＝１，・・・，Ｍ）は、送信機２２－ｍによる送信処理後の信号Ｔ_ｍに係る電波を空間に放射する。

次に、校正装置２の動作について説明する。
図４は、信号重畳部３１及び校正部３９におけるそれぞれの処理手順を示すフローチャートである。
第１のアンテナ３６は、複数の送信素子アンテナ２３－１～２３－Ｍのそれぞれから放射された電波を受信すると、当該電波の受信信号を周波数変換部３７に出力する。

周波数変換部３７は、第１のアンテナ３６から出力された受信信号の周波数を、中継器１の受信機１２－１～１２－Ｍが受信可能な周波数に変換する。
例えば、第１のアンテナ３６から出力された受信信号の周波数帯域が、ｆ_ａ～ｆ_ｂであり、受信機１２－１～１２－Ｍが受信可能な周波数帯域が、ｆ_ｃ～ｆ_ｄであるとする。
このとき、例えば、ｆ_ａ＜ｆ_ｂ＜ｆ_ｃ＜ｆ_ｄであれば、第２のアンテナ３８が、第１のアンテナ３６から出力された受信信号に係る電波を受信素子アンテナ１１－ｋ（ｋ＝１，・・・，Ｋ）に向けて放射しても、受信機１２－ｋが、受信素子アンテナ１１－ｋから出力された受信素子信号Ｒ_ｋに対する受信処理を実施することができない。
そこで、周波数変換部３７は、ｆ_ａ～ｆ_ｂを周波数変換した後の周波数ｆ_ａ’～ｆ_ｂ ’が、例えば、ｆ_ｃ＜ｆ_ａ’＜ｆ_ｂ’＜ｆ_ｄとなるように、第１のアンテナ３６から出力された受信信号の周波数を変換する。
周波数変換部３７は、周波数変換後の信号を第２のアンテナ３８に出力する。
第２のアンテナ３８は、周波数変換部３７による周波数変換後の信号に係る電波を複数の受信素子アンテナ１１－１～１１－Ｋのそれぞれに向けて放射する。

受信電力算出部３２は、受信抽出部１５－１～１５－Ｋから分波後の信号Ｒｆ_１～Ｒｆ_Ｋを受けると、それぞれの分波後の信号Ｒｆ_ｋ（ｋ＝１，・・・，Ｋ）に含まれている複数の周波数成分の電力Ｐｒ_ｆをそれぞれ算出する（図４のステップＳＴ１）。
例えば、受信処理後の信号Ｒ_ｋの周波数帯域がｆ_１～ｆ_１０であるとき、周波数分割単位が当該周波数帯域の１０分の１であれば、周波数分割単位の周波数は、ｆ_１，ｆ_２，・・・，ｆ_１０である。周波数分割単位の周波数が、ｆ_１，ｆ_２，・・・，ｆ_１０であれば、受信電力算出部３２は、分波後の信号Ｒｆ_ｋに含まれている複数の周波数成分の電力Ｐｒ_ｆとして、周波数ｆ_１の周波数成分の電力Ｐｒ_１と、周波数ｆ_２の周波数成分の電力Ｐｒ_２と、・・・周波数ｆ_１０の周波数成分の電力Ｐｒ_１０とを算出する。
受信電力算出部３２は、複数の周波数成分の電力Ｐｒ_ｆを示す受信電力情報ＩＰｒ_ｆを未使用周波数検出部３４に出力する。

送信電力算出部３３は、送信抽出部１９－１～１９－Ｍから送信素子信号Ｔｘ_１～Ｔｘ_Ｍを受けると、それぞれの送信素子信号Ｔｘ_ｍ（ｍ＝１，・・・，Ｍ）に含まれている複数の周波数成分の電力Ｐｔ_ｆをそれぞれ算出する（図４のステップＳＴ２）。
例えば、送信素子信号Ｔｘ_ｍの周波数帯域がｆ_３～ｆ_１２であるとき、周波数分割単位が当該周波数帯域の１０分の１であれば、周波数分割単位の周波数は、ｆ_３，ｆ_４，・・・，ｆ_１２である。周波数分割単位の周波数が、ｆ_３，ｆ_４，・・・，ｆ_１２であれば、送信電力算出部３３は、送信素子信号Ｔｘ_ｍに含まれている複数の周波数成分の電力Ｐｔ_ｆとして、周波数ｆ_３の周波数成分の電力Ｐｔ_３と、周波数ｆ_４の周波数成分の電力Ｐｔ_４と、・・・周波数ｆ_１２の周波数成分の電力Ｐｔ_１２とを算出する。
送信電力算出部３３は、複数の周波数成分の電力Ｐｔ_ｆを示す送信電力情報ＩＰｔ_ｆを未使用周波数検出部３４に出力する。

未使用周波数検出部３４は、受信電力算出部３２から出力された受信電力情報ＩＰｒ_ｆと、送信電力算出部３３から出力された送信電力情報ＩＰｔ_ｆとを取得する。
未使用周波数検出部３４は、受信電力情報ＩＰｒ_ｆが示す複数の周波数成分の電力Ｐｒ_ｆと、送信電力情報ＩＰｔ_ｆが示す複数の周波数成分の電力Ｐｔ_ｆとから、共通している周波数の中で、中継器１が未使用の周波数を検出する（図４のステップＳＴ３）。
共通している周波数は、送信機２２－１～２２－Ｍが送信可能な複数の周波数のうち、受信機１２－１～１２－Ｋが受信可能な周波数と共通している周波数である。
以下、未使用周波数検出部３４による未使用周波数の検出処理を具体的に説明する。

送信機２２－１～２２－Ｍが送信可能な複数の周波数が、例えば、ｆ_１，ｆ_２，ｆ_３，ｆ_４，ｆ_５，ｆ_６，ｆ_７，ｆ_８，ｆ_９，ｆ_１０であり、受信機１２－１～１２－Ｋが受信可能な複数の周波数が、例えば、ｆ_３，ｆ_４，ｆ_５，ｆ_６，ｆ_７，ｆ_８，ｆ_９，ｆ_１０，ｆ_１１，ｆ_１２であるとする。この場合、共通している周波数は、ｆ_３，ｆ_４，ｆ_５，ｆ_６，ｆ_７，ｆ_８，ｆ_９，ｆ_１０である。
未使用周波数検出部３４は、受信電力情報ＩＰｒ_ｆが示す複数の周波数成分の電力Ｐｒ_ｆ（ｆ＝３，４，５，６，７，８，９，１０）と閾値Ｔｈとを比較する。
また、未使用周波数検出部３４は、送信電力情報ＩＰｔ_ｆが示す複数の周波数成分の電力Ｐｔ_ｆ（ｆ＝３，４，５，６，７，８，９，１０）と閾値Ｔｈとを比較する。閾値Ｔｈは、未使用周波数検出部３４の内部メモリに格納されていてもよいし、未使用周波数検出部３４の外部から与えられるものであってもよい。

未使用周波数検出部３４は、複数の周波数成分の電力Ｐｒ_ｆ（ｆ＝３，４，５，６，７，８，９，１０）の中で、閾値Ｔｈよりも小さい電力Ｐｒ_ｆを検出する。
未使用周波数検出部３４は、例えば、Ｐｒ_３＜Ｔｈ、Ｐｒ_６＜Ｔｈ、Ｐｒ_７＜Ｔｈであり、Ｐｒ_４≧Ｔｈ、Ｐｒ_５≧Ｔｈ、Ｐｒ_８≧Ｔｈ、Ｐｒ_９≧Ｔｈ、Ｐｒ_１０≧Ｔｈであれば、閾値Ｔｈよりも小さい電力Ｐｒ_ｆとして、電力Ｐｒ_３，Ｐｒ_６，Ｐｒ_７を検出する。

また、未使用周波数検出部３４は、複数の周波数成分の電力Ｐｔ_ｆ（ｆ＝３，４，５，６，７，８，９，１０）の中で、閾値Ｔｈよりも小さい電力Ｐｔ_ｆを検出する。
未使用周波数検出部３４は、例えば、Ｐｔ_３＜Ｔｈ、Ｐｔ_４＜Ｔｈ、Ｐｔ_６＜Ｔｈであり、Ｐｔ_５≧Ｔｈ、Ｐｔ_７≧Ｔｈ、Ｐｔ_８≧Ｔｈ、Ｐｔ_９≧Ｔｈ、Ｐｔ_１０≧Ｔｈであれば、閾値Ｔｈよりも小さい電力Ｐｔ_ｆとして、電力Ｐｔ_３，Ｐｔ_４，Ｐｔ_６を検出する。

未使用周波数検出部３４により検出された電力Ｐｒ_３，Ｐｒ_６，Ｐｒ_７のそれぞれの周波数は、ｆ_３，ｆ_６，ｆ_７である。
また、未使用周波数検出部３４により検出された電力Ｐｔ_３，Ｐｔ_４，Ｐｔ_６のそれぞれの周波数は、ｆ_３，ｆ_４，ｆ_６である。
未使用周波数検出部３４は、電力Ｐｒ_３，Ｐｒ_６，Ｐｒ_７のそれぞれの周波数ｆ_３，ｆ_６，ｆ_７の中で、電力Ｐｔ_３，Ｐｔ_４，Ｐｔ_６のそれぞれの周波数ｆ_３，ｆ_４，ｆ_６と共通している周波数を検出する。
この場合、未使用周波数検出部３４は、共通している周波数として、周波数ｆ_３と周波数ｆ_６とを検出し、周波数ｆ_３，ｆ_６が未使用周波数であると判定する。

校正用信号生成部３５は、未使用周波数検出部３４が、未使用周波数として、例えば、周波数ｆ_３と周波数ｆ_６とを検出すると、周波数ｆ_３を有する校正用信号Ｓ_ｍ（ｍ＝１，・・・，Ｍ）、又は、周波数ｆ_６を有する校正用信号Ｓ_ｍを生成する（図４のステップＳＴ４）。
校正用信号生成部３５は、生成した校正用信号Ｓ_ｍを注入部２０－１～２０－Ｍのそれぞれに出力することにより、複数の送信素子アンテナ２３－１～２３－Ｍのそれぞれから送信される信号に校正用信号Ｓを重畳させる（図４のステップＳＴ５）。
注入部２０－１～２０－Ｍのそれぞれは、校正用信号生成部３５から出力された校正用信号Ｓ_ｍの周波数が、例えば周波数ｆ_３であれば、周波数分割単位に分割されている送信素子信号Ｔｘ_ｍ、即ち、周波数がｆ_１の信号と、周波数がｆ_２の信号と、・・・周波数がｆ_１０の信号との集合である送信素子信号Ｔｘ_ｍのうち、周波数がｆ_３の信号に、校正用信号Ｓ_ｍを注入する。

校正部３９は、受信素子アンテナ１１－１～１１－Ｋにおけるそれぞれの特性を校正し、送信素子アンテナ２３－１～２３－Ｍにおけるそれぞれの特性を校正する（図４のステップＳＴ６）。
以下、校正部３９による特性の校正処理を具体的に説明する。

図５は、図１に示す中継装置における各部の特性を示す説明図である。
図５に示すように、合波部２１－ｍから送信素子アンテナ２３－ｍに至る通過特性がＰＣｔ_ｍ、送信素子アンテナ２３－ｍから第１のアンテナ３６への結合特性がＢＣｔ_ｍであるとする。
また、第１のアンテナ３６から第２のアンテナ３８に至る通過特性がＰＣａであるとする。
また、第２のアンテナ３８から受信素子アンテナ１１－ｋへの結合特性がＢＣｒ_ｋ、受信素子アンテナ１１－ｋから分波部１４－ｋに至る通過特性がＰＣｒ_ｋであるとする。
結合特性ＢＣｔ_ｍ及び結合特性ＢＣｒ_ｋのそれぞれは、事前に測定されており、例えば、校正部３９の内部メモリに格納されている。ただし、これは一例に過ぎず、結合特性ＢＣｔ_ｍ及び結合特性ＢＣｒ_ｋのそれぞれは、校正部３９の外部から与えられるものであってもよい。

注入部２０－ｍ（ｍ＝１，・・・，Ｍ）によって、送信素子信号Ｔｘ_ｍに注入される校正用信号がＳ_ｍ（ｔ）であるとすると、送信機２２－ｍから送信素子アンテナ２３－ｍに出力される信号Ｔ_ｍに含まれる校正信号は、ＰＣｔ_ｍ×Ｓ_ｍ（ｔ）のように表される。ｔは、時間を示す変数である。
送信素子アンテナ２３－ｍから放射された電波は、第１のアンテナ３６に受信される。第１のアンテナ３６により電波が受信されたのち、第２のアンテナ３８に入力される信号がｇ（ｔ）であるとすると、信号ｇ（ｔ）は、以下の式（１）のように表される。

第２のアンテナ３８から放射された電波は、受信素子アンテナ１１－ｋに受信される。受信素子アンテナ１１－ｋにより電波が受信されたのち、分波部１４－ｋによる分波後の信号Ｒｆ_ｋ（ｔ）は、以下の式（２）のように表される。

校正部３９による送信素子アンテナ２３－ｍ（ｍ＝１，・・・，Ｍ）の特性の校正処理は、以下の通りである。
合波部２１－ｍから送信素子アンテナ２３－ｍに至る通過特性ＰＣｔ_１～ＰＣｔ_Ｍの相対関係を把握できれば、送信素子アンテナ２３－１～２３－Ｍにおけるそれぞれの特性を校正することができる。
式（２）に示すように、第ｋ番目の分波部１４－ｋによる分波後の信号Ｒｆ_ｋ（ｔ）は、Ｍ個の校正信号Ｓ_ｍ（ｔ）の全てを含んでいる。
校正部３９は、分波部１４－ｋによる分波後の信号Ｒｆ_ｋ（ｔ）から校正信号Ｖ_ｋ，ｍを抽出する。校正信号Ｖ_ｋ，ｍは、分波後の信号Ｒｆ_ｋ（ｔ）に含まれている信号であり、校正信号Ｓ_ｍ（ｔ）は、送信素子信号Ｔｘ_ｍに含まれている信号である。
校正信号Ｖ_ｋ，ｍは、公知の素子電界ベクトル回転法（ＲＥＶ法：Ｒｏｔａｔｉｎｇ ｅｌｅｍｅｎｔ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ ｆｉｅｌｄ Ｖｅｃｔｏｒ ｍｅｔｈｏｄ）を用いて、抽出することが可能である。
また、Ｍ個の校正信号Ｓ_１（ｔ）～Ｓ_Ｍ（ｔ）のうち、第ｍ番目の校正信号Ｓ_ｍ（ｔ）と、第ｍ番目以外の校正信号Ｓ_ｈ（ｔ）（ｈ≠ｍ）とが直交していれば、校正信号Ｓ_ｍ（ｔ）と校正信号Ｓ_ｈ（ｔ）とを乗算し、校正信号Ｓ_ｍ（ｔ）と校正信号Ｓ_ｈ（ｔ）との乗算結果を積分することで、校正信号Ｖ_ｋ，ｍ（ｔ）を抽出することができる。
校正信号Ｓ_ｍ（ｔ）と校正信号Ｓ_ｈ（ｔ）との直交条件は、以下の式（３）のように表される。

Ｍ個の分波後の信号Ｒｆ_１（ｔ）～Ｒｆ_Ｍ（ｔ）のうち、第１番目の信号Ｒｆ_１（ｔ）と第２番目の信号Ｒｆ_２（ｔ）とに着目すると、第１番目の信号Ｒｆ_１（ｔ）に含まれている校正信号Ｖ_ｋ，１及び第２番目の信号Ｒｆ_１（ｔ）に含まれている校正信号Ｖ_ｋ，２のそれぞれは、以下の式（４）（５）のように表される。また、第ｍ（ｍ＝３，・・・，Ｍ）番目の信号Ｒｆ_ｍ（ｔ）に含まれている校正信号Ｖ_ｋ，ｍは、以下の式（６）のように表される。

送信素子アンテナ２３－１～２３－Ｍのうち、第１番目の送信素子アンテナ２３－１を基準とすると、送信素子アンテナ２３－１に対する送信素子アンテナ２３－２の特性のばらつきは、以下の式（７）のように表される。
また、送信素子アンテナ２３－１に対する送信素子アンテナ２３－ｍ（ｍ＝３，・・・，Ｍ）の特性のばらつきは、以下の式（８）のように表される。

校正部３９において、結合特性ＢＣｔ_１、結合特性ＢＣｔ_２及び結合特性ＢＣｔ_ｍのそれぞれは、既値であるため、式（７）及び式（８）より、通過特性ＰＣｔ_１～ＰＣｔ_Ｍの相対関係を把握することができる。
そこで、校正部３９は、第１番目の送信素子アンテナ２３－１を基準として、以下の式（９）に示すように、送信素子アンテナ２３－２の特性を校正するための校正値ＣＶｔ_２を算出する。

また、校正部３９は、第１番目の送信素子アンテナ２３－１を基準として、以下の式（１０）に示すように、送信素子アンテナ２３－ｍ（ｍ＝３，・・・，Ｍ）の特性を校正するための校正値ＣＶｔ_ｍを算出する。

第１番目の送信素子アンテナ２３－１を基準とする場合、送信素子アンテナ２３－１の特性を校正するための校正値ＣＶｔ_１は、１である。
校正部３９は、校正値ＣＶｔ_ｍ（ｍ＝１，・・・，Ｍ）を送信ＤＢＦ部１８に出力することにより、送信素子アンテナ２３－１～２３－Ｍにおけるそれぞれの特性を校正する。

校正部３９による受信素子アンテナ１１－ｋ（ｋ＝１，・・・，Ｋ）の特性の校正処理は、以下の通りである。
受信素子アンテナ１１－ｋから分波部１４－ｋに至る通過特性がＰＣｒ_１～ＰＣｒ_Ｋの相対関係を把握できれば、受信素子アンテナ１１－１～１１－Ｋにおけるそれぞれの特性を校正することができる。

受信素子アンテナ１１－１～１１－Ｋのうち、第１番目の受信素子アンテナ１１－１を基準とすると、受信素子アンテナ１１－１に対する受信素子アンテナ１１－２の特性のばらつきは、以下の式（１１）のように表される。
また、受信素子アンテナ１１－１に対する受信素子アンテナ１１－ｋ（ｋ＝３，・・・，Ｋ）の特性のばらつきは、以下の式（１２）のように表される。

校正部３９において、結合特性ＢＣｒ_１、結合特性ＢＣｒ_２及び結合特性ＢＣｒ_ｍのそれぞれは、既値であるため、式（１１）及び式（１２）より、通過特性ＰＣｒ_１～ＰＣｒ_Ｋの相対関係を把握することができる。
そこで、校正部３９は、第１番目の受信素子アンテナ１１－１を基準として、以下の式（１３）に示すように、受信素子アンテナ１１－２の特性を校正するための校正値ＣＶｒ_２を算出する。

また、校正部３９は、第１番目の受信素子アンテナ１１－１を基準として、以下の式（１４）に示すように、受信素子アンテナ１１－ｋ（ｋ＝３，・・・，Ｋ）の特性を校正するための校正値ＣＶｒ_ｋを算出する。

第１番目の受信素子アンテナ１１－１を基準とする場合、受信素子アンテナ１１－１の特性を校正するための校正値ＣＶｒ_１は、１である。
校正部３９は、校正値ＣＶｒ_ｋ（ｋ＝１，・・・，Ｋ）を受信ＤＢＦ部１６に出力することにより、受信素子アンテナ１１－１～１１－Ｋにおけるそれぞれの特性を校正する。

以上の実施の形態１では、中継器１が有している複数の送信素子アンテナ２３－１～２３－Ｍのそれぞれから放射された送信信号に係る電波を受信し、電波の受信信号を出力する第１のアンテナ３６と、第１のアンテナ３６から出力された受信信号に係る電波を中継器１が有している複数の受信素子アンテナ１１－１～１１－Ｋに向けて放射する第２のアンテナ３８とを備えるように、校正装置２を構成した。また、校正装置２が、中継器１が電波の送信周波数に用いることが可能な複数の周波数のうち、中継器１が電波の受信周波数に用いることが可能な周波数と共通している周波数の中で、中継器１が未使用の周波数を検出して、未使用の周波数を有する校正用信号を生成し、複数の送信素子アンテナ２３－１～２３－Ｍのそれぞれに与えられる送信信号に校正用信号を重畳させる信号重畳部３１と、複数の受信素子アンテナ１１－１～１１－Ｋのそれぞれにより受信された電波の受信信号を用いて、複数の受信素子アンテナ１１－１～１１－Ｋにおけるそれぞれの特性を校正し、複数の受信素子アンテナ１１－１～１１－Ｋのそれぞれにより受信された電波の受信信号に含まれている校正信号を用いて、複数の送信素子アンテナ２３－１～２３－Ｍにおけるそれぞれの特性を校正する校正部３９とを備えるように構成した。したがって、校正装置２は、複数の受信素子アンテナ１１－１～１１－Ｋにおけるそれぞれの特性及び複数の送信素子アンテナ２３－１～２３－Ｍにおけるそれぞれの特性を校正することができる。

図１に示す中継装置では、受信ＤＢＦ部１６が、振幅位相調整後の受信分波信号Ｒｆ_ｋ，ｊ’に、受信素子アンテナ１１－ｋの重み値Ｗｒ_ｋ，ｊを乗算している。
振幅位相調整後の受信分波信号Ｒｆ_ｋ，ｊ’のうち、校正用信号生成部３５から出力された校正用信号Ｓ_ｍの周波数と同じ周波数の信号に乗算する重み値Ｗｒ_ｋ，ｊについては、０としてもよい。当該重み値Ｗｒ_ｋ，ｊを０とすることで、受信素子アンテナ１１－ｋ（ｋ＝１，・・・，Ｋ）の受信信号に含まれている校正用信号が、送信素子アンテナ２３－ｍ（ｍ＝１，・・・，Ｍ）から再び放射されるのを防ぐことができる。

図１に示す校正装置２は、第１のアンテナ３６、周波数変換部３７及び第２のアンテナ３８を備えている。図６に示すように、校正装置２が、さらに、可変アッテネータ４０を備えるようにしてもよい。
図６は、実施の形態１に係る他の校正装置２を含む中継装置を示す構成図である。図６において、図１と同一符号は同一又は相当部分を示すので説明を省略する。
可変アッテネータ４０は、周波数変換部３７と第２のアンテナ３８との間に設けられており、周波数変換部３７による周波数変換後の信号を減衰し、減衰後の信号を第２のアンテナ３８に出力する。
図６に示す校正装置２では、可変アッテネータ４０が、周波数変換部３７と第２のアンテナ３８との間に設けられている。しかし、これは一例に過ぎず、可変アッテネータ４０が、第１のアンテナ３６と周波数変換部３７との間に設けられていてもよい。
第２のアンテナ３８から放射される電波の電力が大きいために、受信機１２－ｋ（ｋ＝１，・・・，Ｋ）が飽和してしまう可能性があるとき、可変アッテネータ４０が、周波数変換後の信号を減衰することで、受信機１２－ｋでの飽和を防ぐことができる。

図１に示す中継装置では、受信電力算出部３２が、受信抽出部１５－ｋ（ｋ＝１，・・・，Ｋ）から出力された分波後の信号Ｒｆ_ｋに含まれている複数の周波数成分の電力Ｐｒ_ｆをそれぞれ算出している。
また、図１に示す中継装置では、送信電力算出部３３が、送信抽出部１９－ｍ（ｍ＝１，・・・，Ｍ）から出力された送信素子信号Ｔｘ_ｍに含まれている複数の周波数成分の電力Ｐｔ_ｆをそれぞれ算出している。
しかし、これは一例に過ぎず、図７に示すように、受信電力算出部６３が、受信ビーム抽出部６１－ｊ（ｊ＝１，・・・，Ｊ）から出力された受信ビーム信号ＲＢ_ｊに含まれている複数の周波数成分の電力Ｐｒ_ｆをそれぞれ算出するようにしてもよい。また、送信電力算出部６４が、送信ビーム抽出部６２－ｍ（ｍ＝１，・・・，Ｍ）から出力された送信ビーム信号ＴＢ_ｍに含まれている複数の周波数成分の電力Ｐｔ_ｆをそれぞれ算出するようにしてもよい。
図７は、実施の形態１に係る他の校正装置２を含む中継装置を示す構成図である。図７において、図１と同一符号は同一又は相当部分を示すので説明を省略する。
受信ビーム抽出部６１－ｊ（ｊ＝１，・・・，Ｊ）は、受信ＤＢＦ部１６から出力された受信ビーム信号ＲＢ_ｊを、ＳＷ部１７及び受信電力算出部６３のそれぞれに出力する。
送信ビーム抽出部６２－ｍ（ｍ＝１，・・・，Ｍ）は、ＳＷ部１７から出力された送信ビーム信号ＴＢ_ｍを、送信ＤＢＦ部１８及び送信電力算出部６４のそれぞれに出力する。
図７に示す中継装置でも、図１に示す中継装置と同様に、複数の受信素子アンテナ１１－１～１１－Ｋにおけるそれぞれの特性及び複数の送信素子アンテナ２３－１～２３－Ｍにおけるそれぞれの特性を校正することができる。

図１に示す中継装置では、周波数分割単位の周波数が、例えば、ｆ_１，ｆ_２，・・・，ｆ_１０であるとき、未使用の周波数が、例えば、周波数ｆ_３であれば、校正装置２が、周波数ｆ_３の校正用信号を用いて、校正値ＣＶｒ_ｋ及び校正値ＣＶｔ_ｍのそれぞれを算出している。
そして、校正部３９は、校正値ＣＶｒ_ｋを用いて、受信素子アンテナ１１－ｋの特性を校正し、校正値ＣＶｔ_ｍを用いて、送信素子アンテナ２３－ｍの特性を校正している。
校正値ＣＶｒ_ｋ及び校正値ＣＶｔ_ｍのそれぞれは、未使用の周波数ｆ_３に係る校正値であるため、校正部３９は、受信素子アンテナ１１－ｋにおける周波数ｆ_３に係る特性を精度よく校正することができる。また、校正部３９は、送信素子アンテナ２３－ｍにおける周波数ｆ_３に係る特性を精度よく校正することができる。
校正部３９は、受信素子アンテナ１１－ｋにおける周波数ｆ_３以外の周波数に係る特性についても、校正値ＣＶｒ_ｋを用いて校正している。また、校正部３９は、送信素子アンテナ２３－ｍにおける周波数ｆ_３以外の周波数に係る特性についても、校正値ＣＶｔ_ｍを用いて校正している。
したがって、受信素子アンテナ１１－ｋにおける周波数ｆ_３以外の周波数に係る特性の校正は、周波数ｆ_３に係る特性の校正よりも校正精度が低下する。また、送信素子アンテナ２３－ｍにおける周波数ｆ_３以外の周波数に係る特性の校正は、周波数ｆ_３に係る特性の校正よりも校正精度が低下する。
そこで、未使用の周波数が、例えば、周波数ｆ_３と周波数ｆ_６とであれば、校正用信号生成部３５が、周波数ｆ_３を有する校正用信号Ｓ_ｍと、周波数ｆ_６を有する校正用信号Ｓ_ｍとを生成する。そして、校正用信号生成部３５が、それぞれの校正用信号Ｓ_ｍを順番に注入部２０－１～２０－Ｍのそれぞれに出力する。そして、校正部３９が、周波数ｆ_３についての校正値ＣＶｒ_ｋ及び校正値ＣＶｔ_ｍのそれぞれを算出し、周波数ｆ_６についての校正値ＣＶｒ_ｋ及び校正値ＣＶｔ_ｍのそれぞれを算出する。
周波数ｆ_３，ｆ_６以外の周波数についての校正値ＣＶｒ_ｋ及び校正値ＣＶｔ_ｍのそれぞれは、校正部３９が、周波数ｆ_３についての校正値ＣＶｒ_ｋ及び校正値ＣＶｔ_ｍのそれぞれと、周波数ｆ_６についての校正値ＣＶｒ_ｋ及び校正値ＣＶｔ_ｍのそれぞれとを用いる線形補間処理によって算出する。ここでは、校正部３９が、線形補間処理によって算出するとしているが、これは一例に過ぎず、例えば、内挿処理、又は、外挿処理によって算出するものであってもよい。
これにより、周波数分割単位の周波数の全てについて、校正値ＣＶｒ_ｋ及び校正値ＣＶｔ_ｍのそれぞれが得られるので、受信素子アンテナ１１－ｋにおける周波数ｆ_３以外の周波数に係る特性の校正も、周波数ｆ_３に係る特性の校正と概ね同様の校正精度が得られる。また、送信素子アンテナ２３－ｍにおける周波数ｆ_３以外の周波数に係る特性の校正も、周波数ｆ_３に係る特性の校正と概ね同様の校正精度が得られる。

実施の形態２．
実施の形態２では、信号重畳部３１が、周波数情報取得部７１及び校正用信号生成部７２を備える校正装置について説明する。

図８は、実施の形態２に係る校正装置２を含む中継装置を示す構成図である。図８において、図１と同一符号は同一又は相当部分を示すので説明を省略する。
図９は、実施の形態２に係る校正装置２の信号重畳部３１及び校正部３９におけるそれぞれのハードウェアを示すハードウェア構成図である。
周波数情報取得部７１は、例えば、図９に示す周波数情報取得回路４６によって実現される。
周波数情報取得部７１は、中継器１が電波の送信周波数に用いることが可能な複数の周波数のうち、中継器１が電波の受信周波数に用いることが可能な周波数と共通している周波数の中で、中継器１が未使用の周波数を示す周波数情報を取得する。周波数情報取得部７１は、例えば、周波数情報を送信する地上局から取得する。
周波数情報取得部７１は、取得した周波数情報を校正用信号生成部７２に出力する。
図９に示す校正装置２では、周波数情報取得部７１が、例えば、地上局から周波数情報を取得しているが、未使用の周波数を検出可能な情報であれば、どのような情報であってもよい。例えば、周波数情報取得部７１は、地上局から、ＳＷ部７のルーティング処理に用いるルーティング情報を取得し、ルーティング情報から未使用の周波数を検出するようにしてもよい。ルーティング情報は、周波数の配置前後を示す情報、即ち、受信ビームの周波数と、送信ビームの周波数とを示す情報である。したがって、ルーティング情報は、周波数情報に含まれる概念である。

校正用信号生成部７２は、例えば、図９に示す校正用信号生成回路４７によって実現される。
校正用信号生成部７２は、周波数情報取得部７１により取得された周波数情報を参照することによって、中継器１が未使用の周波数を検出する。
校正用信号生成部７２は、未使用の周波数を有する校正用信号Ｓ_ｍ（ｍ＝１，・・・，Ｍ）を生成する。
校正用信号生成部７２は、図１に示す校正用信号生成部３５と同様に、校正用信号を注入部２０－１～２０－Ｍのそれぞれに出力することにより、複数の送信素子アンテナ２３－１～２３－Ｍのそれぞれから送信される信号に校正用信号Ｓ_ｍを重畳させる。

図８では、校正装置２の一部の構成要素である周波数情報取得部７１、校正用信号生成部７２及び校正部３９のそれぞれが、図９に示すような専用のハードウェアによって実現されるものを想定している。即ち、校正装置２の一部が、周波数情報取得回路４６、校正用信号生成回路４７及び校正回路４５によって実現されるものを想定している。
周波数情報取得回路４６、校正用信号生成回路４７及び校正回路４５のそれぞれは、例えば、単一回路、複合回路、プログラム化したプロセッサ、並列プログラム化したプロセッサ、ＡＳＩＣ、ＦＰＧＡ、又は、これらを組み合わせたものが該当する。

校正装置２の一部の構成要素は、専用のハードウェアによって実現されるものに限るものではなく、校正装置２の一部が、ソフトウェア、ファームウェア、又は、ソフトウェアとファームウェアとの組み合わせによって実現されるものであってもよい。
校正装置２の一部が、ソフトウェア又はファームウェア等によって実現される場合、周波数情報取得部７１、校正用信号生成部７２及び校正部３９のそれぞれの処理手順をコンピュータに実行させるためのプログラムが図３に示すメモリ５１に格納される。そして、コンピュータのプロセッサ５２がメモリ５１に格納されているプログラムを実行する。

次に、図８に示す中継装置の動作について説明する。
周波数情報取得部７１及び校正用信号生成部７２以外は、図１に示す中継装置と同様であるため、ここでは、周波数情報取得部７１及び校正用信号生成部７２の動作について説明する。
周波数情報取得部７１は、例えば、地上局から、未使用の周波数を示す周波数情報を取得すると、周波数情報を校正用信号生成部７２に出力する。
校正用信号生成部７２は、周波数情報取得部７１から周波数情報を受けると、周波数情報を参照することによって、中継器１が未使用の周波数を検出し、検出した周波数を有する校正用信号Ｓ_ｍ（ｍ＝１，・・・，Ｍ）を生成する。
校正用信号生成部７２は、図１に示す校正用信号生成部３５と同様に、校正用信号を注入部２０－１～２０－Ｍのそれぞれに出力することにより、複数の送信素子アンテナ２３－１～２３－Ｍのそれぞれから送信される信号に校正用信号を重畳させる。

図８に示す中継装置でも、図１に示す中継装置と同様に、複数の受信素子アンテナ１１－１～１１－Ｋにおけるそれぞれの特性及び複数の送信素子アンテナ２３－１～２３－Ｍにおけるそれぞれの特性を校正することができる。

実施の形態３．
実施の形態３では、実施の形態１，２に係る中継装置が適用される衛星通信システムについて説明する。
図１０は、実施の形態３に係る衛星通信システムを示す構成図である。
衛星通信システムは、通信衛星８１、制御局８２、ユーザ局８３及びユーザ局８４を備えている。図１０に示す衛星通信システムは、２つのユーザ局８３，８４を備えている。しかし、これは一例に過ぎず、例えば、３つ以上のユーザ局を備えていてもよい。
通信衛星８１は、図１、図６、図７又は図８に示す中継装置を実装している。
通信衛星８１は、ユーザ局８３から送信された電波を受信し、当該電波の受信信号に係る電波を制御局８２に送信する。
また、通信衛星８１は、制御局８２から送信された電波を受信し、当該電波の受信信号に係る電波をユーザ局８３に送信する。
通信衛星８１は、ユーザ局８４から送信された電波を受信し、当該電波の受信信号に係る電波を制御局８２に送信する。
また、通信衛星８１は、制御局８２から送信された電波を受信し、当該電波の受信信号に係る電波をユーザ局８４に送信する。
通信衛星８１が実装している中継装置が、図８に示す中継装置であれば、通信衛星８１は、制御局８２から、周波数情報を取得する。

制御局８２は、例えば、地上に設置されている地上局である。
制御局８２は、通信衛星８１と電波の送受信を行う。
制御局８２は、通信衛星８１が実装している中継装置が、図８に示す中継装置であれば、周波数情報を通信衛星８１に送信する。
ユーザ局８３及びユーザ局８４のそれぞれは、通信衛星８１と電波の送受信を行う。

次に、図１０に示す衛星通信システムの動作について説明する。
例えば、ユーザ局８３が、データを制御局８２に提供する場合、ユーザ局８３は、データを含む電波を通信衛星８１に送信する。
通信衛星８１に実装されている中継装置では、実施の形態１，２に示している通り、受信素子アンテナ１１－１～１１－Ｋにおけるそれぞれの特性が校正され、送信素子アンテナ２３－１～２３－Ｍにおけるそれぞれの特性が校正される。
通信衛星８１に実装されている中継装置は、ユーザ局８３から送信されたデータを含む電波を受信し、データを含む電波を制御局８２に送信する。

なお、本開示は、各実施の形態の自由な組み合わせ、あるいは各実施の形態の任意の構成要素の変形、もしくは各実施の形態において任意の構成要素の省略が可能である。

本開示は、複数の受信素子アンテナにおけるそれぞれの特性及び複数の送信素子アンテナにおけるそれぞれの特性を校正する校正装置、校正方法及び校正プログラムに適している。
また、本開示は、校正装置を備える中継装置に適している。
また、本開示は、中継装置を実装している通信衛星を備える衛星通信システムに適している。

１ 中継器、２ 校正装置、１１ 受信アレーアンテナ、１１－１～１１－Ｋ 受信素子アンテナ、１２－１～１２－Ｋ 受信機、１３ 中継処理部、１４－１～１４－Ｋ 分波部、１５－１～１５－Ｋ 受信抽出部、１６ 受信ＤＢＦ部、１７ ＳＷ部、１８ 送信ＤＢＦ部、１９－１～１９－Ｍ 送信抽出部、２０－１～２０－Ｍ 注入部、２１－１～２１－Ｍ 合波部、２２－１～２２－Ｍ 送信機、２３ 送信アレーアンテナ、２３－１～２３－Ｍ 送信素子アンテナ、３１ 信号重畳部、３２ 受信電力算出部、３３ 送信電力算出部、３４ 未使用周波数検出部、３５ 校正用信号生成部、３６ 第１のアンテナ、３７ 周波数変換部、３８ 第２のアンテナ、３９ 校正部、４０ 可変アッテネータ、４１ 受信電力算出回路、４２ 送信電力算出回路、４３ 未使用周波数検出回路、４４ 校正用信号生成回路、４５ 校正回路、４６ 周波数情報取得回路、４７ 校正用信号生成回路、５１ メモリ、５２ プロセッサ、６１－１～６１－Ｊ 受信ビーム抽出部、６２－１～６２－Ｍ 送信ビーム抽出部、６３ 受信電力算出部、６４ 送信電力算出部、７１ 周波数情報取得部、７２ 校正用信号生成部、８１ 通信衛星、８２ 制御局、８３，８４ ユーザ局。

Claims (9)

1. 中継器が有している複数の送信素子アンテナのそれぞれから放射された送信信号に係る電波を受信し、前記電波の受信信号を出力する第１のアンテナと、
   前記第１のアンテナから出力された受信信号に係る電波を前記中継器が有している複数の受信素子アンテナに向けて放射する第２のアンテナと、
   前記中継器が電波の送信周波数に用いることが可能な複数の周波数のうち、前記中継器が電波の受信周波数に用いることが可能な周波数と共通している周波数の中で、前記中継器が未使用の周波数を検出して、前記未使用の周波数を有する校正用信号を生成し、前記複数の送信素子アンテナのそれぞれに与えられる送信信号に前記校正用信号を重畳させる信号重畳部と、
   前記複数の受信素子アンテナのそれぞれにより受信された電波の受信信号を用いて、前記複数の受信素子アンテナにおけるそれぞれの特性を校正し、前記複数の受信素子アンテナのそれぞれにより受信された電波の受信信号に含まれている校正信号を用いて、前記複数の送信素子アンテナにおけるそれぞれの特性を校正する校正部と
   を備えた校正装置。
2. 前記信号重畳部は、
   前記複数の受信素子アンテナのそれぞれにより受信された電波の受信信号に含まれている複数の周波数成分の電力をそれぞれ算出する受信電力算出部と、
   前記複数の送信素子アンテナのそれぞれに与えられる送信信号に含まれている複数の周波数成分の電力をそれぞれ算出する送信電力算出部と、
   前記受信電力算出部により算出されたそれぞれの電力と、前記送信電力算出部により算出されたそれぞれの電力とに基づいて、前記共通している周波数の中で、前記中継器が未使用の周波数を検出する未使用周波数検出部と、
   前記未使用周波数検出部により検出された周波数を有する校正用信号を生成し、前記複数の送信素子アンテナのそれぞれに与えられる送信信号に前記校正用信号を重畳させる校正用信号生成部と
   を備えていることを特徴とする請求項１記載の校正装置。
3. 前記信号重畳部は、
   前記共通している周波数の中で、前記中継器が未使用の周波数を示す周波数情報を取得する周波数情報取得部と、
   前記周波数情報取得部により取得された周波数情報を参照することによって、前記中継器が未使用の周波数を検出して、前記未使用の周波数を有する校正用信号を生成し、前記複数の送信素子アンテナのそれぞれに与えられる送信信号に前記校正用信号を重畳させる校正用信号生成部と
   を備えていることを特徴とする請求項１記載の校正装置。
4. 前記第１のアンテナにより受信された電波の受信信号の周波数を、前記中継器が受信可能な周波数に変換し、周波数変換後の受信信号を前記第２のアンテナに出力する周波数変換部を備えたことを特徴とする請求項１記載の校正装置。
5. 前記第１のアンテナにより受信された電波の受信信号を減衰し、減衰後の受信信号を前記第２のアンテナに出力する可変アッテネータを備えたことを特徴とする請求項１記載の校正装置。
6. 第１のアンテナが、中継器が有している複数の送信素子アンテナのそれぞれから放射された送信信号に係る電波を受信して、前記電波の受信信号を出力し、第２のアンテナが、前記第１のアンテナから出力された受信信号に係る電波を前記中継器が有している複数の受信素子アンテナに向けて放射すると、
   信号重畳部が、前記中継器が電波の送信周波数に用いることが可能な複数の周波数のうち、前記中継器が電波の受信周波数に用いることが可能な周波数と共通している周波数の中で、前記中継器が未使用の周波数を検出して、前記未使用の周波数を有する校正用信号を生成し、前記複数の送信素子アンテナのそれぞれに与えられる送信信号に前記校正用信号を重畳させ、
   校正部が、前記複数の受信素子アンテナのそれぞれにより受信された電波の受信信号を用いて、前記複数の受信素子アンテナにおけるそれぞれの特性を校正し、前記複数の受信素子アンテナのそれぞれにより受信された電波の受信信号に含まれている校正信号を用いて、前記複数の送信素子アンテナにおけるそれぞれの特性を校正する
   校正方法。
7. 中継器が有している複数の受信素子アンテナにおけるそれぞれの特性と、前記中継器が有している複数の送信素子アンテナにおけるそれぞれの特性とを校正するコンピュータの処理手順を示す校正プログラムであって、
   第１のアンテナが、前記複数の送信素子アンテナのそれぞれから放射された送信信号に係る電波を受信して、前記電波の受信信号を出力し、第２のアンテナが、前記第１のアンテナから出力された受信信号に係る電波を前記複数の受信素子アンテナに向けて放射すると、
   信号重畳部が、前記中継器が電波の送信周波数に用いることが可能な複数の周波数のうち、前記中継器が電波の受信周波数に用いることが可能な周波数と共通している周波数の中で、前記中継器が未使用の周波数を検出して、前記未使用の周波数を有する校正用信号を生成し、前記複数の送信素子アンテナのそれぞれに与えられる送信信号に前記校正用信号を重畳させる処理手順と、
   校正部が、前記複数の受信素子アンテナのそれぞれにより受信された電波の受信信号を用いて、前記複数の受信素子アンテナにおけるそれぞれの特性を校正し、前記複数の受信素子アンテナのそれぞれにより受信された電波の受信信号に含まれている校正信号を用いて、前記複数の送信素子アンテナにおけるそれぞれの特性を校正する処理手順と
   を備えていることを特徴とする校正プログラム。
8. 複数の受信素子アンテナと、複数の送信素子アンテナと、前記複数の受信素子アンテナのそれぞれにより受信された電波の受信信号からビームを生成し、前記ビームから、前記複数の送信素子アンテナのそれぞれに与える送信信号を生成する中継処理部とを含む中継器と、
   請求項１から請求項５のうちのいずれか１項記載の校正装置と
   を備えた中継装置。
9. 請求項８記載の中継装置を実装している通信衛星を備える衛星通信システム。

Images