JP7466810B2 - ARRAY ANTENNA SYSTEM AND METHOD FOR CALIBRATING ARRAY ANTENNA SYSTEM - Google Patents
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Description
本開示技術はアレーアンテナシステム、及びアレーアンテナシステムの校正方法に関する。 The disclosed technology relates to an array antenna system and a method for calibrating an array antenna system.
通信システムの分野において、アレーアンテナシステムの技術が用いられている。例えば特許文献1には、通信システム用のアダプティブアレーアンテナシステムが開示されている。また特許文献1には、アダプティブアレーアンテナシステムの位相キャリブレーション方法が開示されている。
特許文献1に示される位相キャリブレーション方法は、主信号(本開示技術の「送信信号」に相当)にキャリブレーション信号(本開示技術の「校正信号」に相当)を挿入して所定の回路に入力し、該回路の出力信号に含まれるキャリブレーション信号の位相変化に基づいて主信号の位相をキャリブレーションする、というものである。
In the field of communication systems, array antenna system technology is used. For example,
The phase calibration method disclosed in
特許文献1に示された方法は、各送信系統のアナログ回路を通過させる前の送信信号の合成信号と、各送信系統のアナログ回路を通過後の送信信号の合成信号と、両者の差分を求める、というものである。特許文献1によれば、位相キャリブレータが、アナログ回路での位相変化の補正を行い、すなわちアナログ回路での位相特性と逆特性の位相補正を行って、アレーアンテナにおいて結果的に位相がそろうように制御する、とある。
ただし特許文献1は、各送信系統のアナログ回路の振幅位相特性をどのようにして効率的に求めるかについて、詳細には開示していない。さらに言えば特許文献1は、アレーアンテナシステムが有する送信系統を同時に校正する方法については言及していない。
The method disclosed in
However,
本開示技術は、特許文献1に例示される従来のアレーアンテナシステム及びアレーアンテナシステムの校正方法を改良するものである。より詳細に言えば本開示技術は、アレーアンテナシステムが有する全ての送信系統を、同時に校正することができるアレーアンテナシステム及びアレーアンテナシステムの校正方法を提供することを目的とする。The disclosed technology improves on the conventional array antenna system and calibration method for the array antenna system exemplified in
本開示技術に係るアレーアンテナシステムは、複数の送信系統を備えるアレーアンテナシステムの校正方法であって、アレーアンテナシステムの校正信号生成部が、校正信号を生成し、アレーアンテナシステムの位相制御部が、送信系統から抽出した送信信号と校正信号とからなる抽出信号の位相を制御し、アレーアンテナシステムの電力合成部が、位相制御部で位相が制御された複数の信号を合成し、アレーアンテナシステムの校正信号受信機が、電力合成部で合成された信号を復調し、アレーアンテナシステムの電力計測部が、校正信号受信機で復調された信号の電力を計測し、アレーアンテナシステムの位相制御指示部が、電力計測部で計測された電力の計測値に基づいて、位相制御部に対して制御する位相量を指示し、位相制御部による位相の制御は、直近の校正で得られた位相設定値を解の候補として行う。 The array antenna system according to the present disclosed technology is a calibration method for an array antenna system having a plurality of transmission systems, in which a calibration signal generation unit of the array antenna system generates a calibration signal, a phase control unit of the array antenna system controls the phase of an extracted signal consisting of a transmission signal extracted from the transmission system and a calibration signal, a power combining unit of the array antenna system combines a plurality of signals whose phases have been controlled by the phase control unit, a calibration signal receiver of the array antenna system demodulates the signal combined by the power combining unit, a power measurement unit of the array antenna system measures the power of the signal demodulated by the calibration signal receiver, and a phase control instruction unit of the array antenna system instructs the phase control unit on the amount of phase to be controlled based on the measurement value of the power measured by the power measurement unit, and the phase control by the phase control unit is performed using the phase setting value obtained in the most recent calibration as a candidate solution.
本開示技術に係るアレーアンテナシステムは上記構成を備えるため、アレーアンテナシステムが有する全ての送信系統を、同時に校正することができる、という効果を奏する。 Since the array antenna system of the disclosed technology has the above-mentioned configuration, it has the effect of being able to simultaneously calibrate all of the transmission systems possessed by the array antenna system.
本開示技術に係るアレーアンテナシステムの校正方法は、素子電界ベクトル回転法(REV法、Rotating Element Electric Field Vector Method)に基づく。素子電界ベクトル回転法は、フェーズドアレーの移相器の移相量を変化させたときの、合成電界の大きさの変化を測定するものである。合成電界の大きさは、移相量の変化に対して、正弦波を描くように変化することが知られている。The calibration method for the array antenna system according to the disclosed technology is based on the Rotating Element Electric Field Vector Method (REV method). The Rotating Element Electric Field Vector Method measures the change in the magnitude of the composite electric field when the phase shift amount of the phase shifter of the phased array is changed. It is known that the magnitude of the composite electric field changes in a sinusoidal manner in response to the change in the phase shift amount.
実施の形態1.
図1は、実施の形態1に係るアレーアンテナシステムの機能構成を示すブロック図である。図1に示されるとおり実施の形態1に係るアレーアンテナシステムは、アンテナ素子1と、抽出部2と、送信機3と、注入部4と、DBF部10と、信号処理部20と、校正信号生成部30と、位相制御部40と、電力合成部50と、校正信号受信機60と、電力計測部70と、位相制御指示部80と、校正信号位相オフセット部90と、校正信号解析部100と、を含む。
図1に示されるとおりアンテナ素子1は複数あり、それぞれ1つずつを区別する場合は、アンテナ素子1-1、アンテナ素子1-2、…、アンテナ素子1-N、と表示する。Nは、アンテナ素子1の総数である。図1に示されるとおり抽出部2、送信機3、及び注入部4は、それぞれN個ある。抽出部2、送信機3、及び注入部4の、それぞれ1つずつを区別する場合は、符号の後ろに「-1」、「-2」、…、「-N」を付して表すものとする。nを1からNまでの自然数だとすると、信号処理部20、DBF部10、注入部4-n、送信機3-n、抽出部2-n、及びアンテナ素子1-nは、それぞれ1つの送信系統を構成する。すなわち実施の形態1に係るアレーアンテナシステムは、N個の送信系統を有する。
実施の形態1に係るアレーアンテナシステムにおいて、校正信号生成部30、位相制御部40、電力合成部50、校正信号受信機60、電力計測部70、位相制御指示部80、校正信号位相オフセット部90、及び校正信号解析部100は、校正信号系統を構成する。
Fig. 1 is a block diagram showing a functional configuration of an array antenna system according to
As shown in FIG. 1, there are a plurality of
In the array antenna system of
《送信系統における信号処理部20》
信号処理部20は、アレーアンテナシステムの送信信号を生成するための構成要素である。送信信号は、ベースバンド信号を変調したデジタル変調信号であってよい。なお、本明細書において用語「送信信号」は、ベースバンド信号とベースバンド信号を変調して得られるデジタル変調信号とを総称する用語として用いるものとする。
The
《送信系統におけるDBF部10》
DBF部10は、送信信号をデジタルビームフォーミングするための構成要素である。
DBF部10は、第1に、ベースバンド信号をN個の系統に分配する。
DBF部10は、第2に、N個に分配されたベースバンド信号のそれぞれに対し、デジタルビームフォーミングを実現するため、振幅及び位相を調整する。振幅及び位相が調整されたベースバンド信号は、注入部4-nを介して、送信機3-nへ送られる。
<<
The
First, the DBF
Secondly, the
《送信系統における注入部4》
注入部4-nは、後述の校正信号を送信系統へ注入するための構成要素である。注入部4の詳細は、後述の説明により明らかになる。
<<
The injection unit 4-n is a component for injecting a calibration signal, which will be described later, into the transmission system. Details of the
《送信系統における送信機3》
送信機3-nは、デジタルのベースバンド信号を、アナログのRF帯域(Radio Frequency 帯域)の信号に変調するための構成要素である。
送信機3-nで変調されたアナログのRF帯の送信信号は、抽出部2-nを介して、アンテナ素子1-nへ送られる。なお、アナログのRF帯の送信信号は、データ信号、又は通信信号と称されることがある。
<<
The transmitter 3-n is a component for modulating a digital baseband signal into an analog RF band (Radio Frequency band) signal.
The analog RF band transmission signal modulated by the transmitter 3-n is sent to the antenna element 1-n via the extraction unit 2-n. The analog RF band transmission signal is sometimes called a data signal or a communication signal.
《送信系統における抽出部2》
抽出部2-nは、送信系統を流れる信号の一部を抽出するための構成要素である。抽出部2-nで抽出された信号は、「抽出信号」と称する。
The extractor 2-n is a component for extracting a part of a signal flowing through a transmission system. The signal extracted by the extractor 2-n is called an "extracted signal."
《送信系統におけるアンテナ素子1》
アンテナ素子1-nは、RF帯の送信信号を、空間へ放射するための構成要素である。アンテナ素子1-nは、アレー状に配置される。一般的にアレーアンテナシステムにおけるアンテナ素子1は、等間隔の規則的な位置に配置されることが多い。
<
Antenna element 1-n is a component for radiating an RF band transmission signal into space. Antenna elements 1-n are arranged in an array. In general,
《校正信号系統における校正信号生成部30》
校正信号生成部30は、校正信号を生成するための構成要素である。校正信号生成部30は、任意のシンボルパターンを持つ校正信号を生成することができる。ここで、用語「シンボルパターン」は、例えば、特開2001-332925号公報で用いられているシンボルパターンと同義である。
校正信号生成部30で生成される校正信号は、時間軸で見たときに、アップチャープとダウンチャープとがランダムに登場するチャープパルス信号であってよい。アップチャープとダウンチャープとを組み合わせて成る校正信号は、各送信系統では異なるもの、すなわちアップチャープとダウンチャープとの組合せが異なるもの、が使用される。
校正信号生成部30で生成された校正信号は、注入部4-nを介して、送信系統へ注入される。
<<Calibration
The calibration
The calibration signal generated by the
The calibration signal generated by the calibration
《校正信号系統における位相制御部40》
位相制御部40は、抽出部2-nで抽出された抽出信号のそれぞれについて、位相を制御するための構成要素である。最終的に位相制御部40は、抽出部2で抽出された抽出信号を、後述の電力合成部50で合成したときに、送信信号の成分がキャンセル(相殺)されるような位相を求めて制御する。
位相制御部40で制御される位相量の詳細は、後述の説明により明らかとなる。
位相制御部40で位相が制御されたN個の信号は、電力合成部50へ送られる。
<<
The
The details of the phase amount controlled by the
The N signals whose phases have been controlled by the
《校正信号系統における電力合成部50》
電力合成部50は、位相制御部40から送られたN個の信号を、合成するための構成要素である。
電力合成部50で合成された信号は、校正信号受信機60へ送られる。
<<
The
The signal combined in the
《校正信号系統における校正信号受信機60》
校正信号受信機60は、電力合成部50から送られた信号を検波するための構成要素である。ここで、用語の「検波する」は、変調波からベースバンド信号を取り出すこと、すなわち復調することを意味する。
校正信号受信機60で検波された信号は、電力計測部70及び校正信号解析部100へ送られる。
<<
The
The signal detected by the
《校正信号系統における電力計測部70》
電力計測部70は、校正信号受信機60から送られた信号の電力量を計測するための構成要素である。
前述の位相制御部40は、電力計測部70と協調して、制御する位相量を決定する。位相制御部40と電力計測部70との協調は、位相制御指示部80からの指示により実現される。具体的に位相制御部40は、制御する位相量を徐々に変化させ、電力計測部70で計測した電力量を参照し、この電力量が最小となる位相量を探索する。位相制御部40において、電力量が最小となる位相量を探索する動作のモードを、探索モードと称することにする。
<<
The
The
《校正信号系統における位相制御指示部80》
位相制御指示部80は、位相制御部40と電力計測部70との協調を実現するための指示を行うための構成要素である。また位相制御指示部80は、電力量が最小となる位相量を格納し、この位相量を校正信号位相オフセット部90へ指示するための構成要素でもある。
電力量が最小となる位相量が送られてくると、位相制御指示部80は、位相制御部40に対し、探索モードを中止し、以後はこの位相量で制御することを指示する。位相制御部40において、電力量が最小となる位相量に固定して制御する動作のモードを、固定モードと称することにする。すなわち実施の形態1に係るアレーアンテナシステムは、探索モードを実施するため、位相制御部40、電力合成部50、校正信号受信機60、電力計測部70、及び位相制御指示部80からなるループの処理を、少なくとも1回は実施する。
<<Phase
The phase
When the phase amount at which the amount of power is minimized is sent, the phase
《校正信号系統における校正信号位相オフセット部90》
校正信号位相オフセット部90は、校正信号生成部30で生成された校正信号に対し、位相制御指示部80から指示された位相量だけ、位相をオフセットする(相殺調整する)ための構成要素である。
校正信号位相オフセット部90で位相がオフセット(相殺調整)された校正信号は、校正信号解析部100へ送られる。
<<Calibration signal phase offset
The calibration signal phase offset
The calibration signal whose phase has been offset (adjusted for offsetting) by the calibration signal phase offset
《校正信号系統における校正信号解析部100》
校正信号解析部100は、送信系統を通過した校正信号を抽出し、相対的な振幅位相誤差(以降、「相対振幅位相誤差」と称する)を算出するための構成要素である。校正信号解析部100は、相対振幅位相誤差を算出するため、信号間の相関を計算するとよい。
校正信号解析部100で算出された相対振幅位相誤差は、DBF部10へ送られる。DBF部10は、ビームフォーミングの設計値を、相対振幅位相誤差をキャンセルするように補正する。
<<Calibration
The
The relative amplitude and phase errors calculated by the
《ハードウエア構成について》
図2は、実施の形態1に係るアレーアンテナシステムの一部のハードウエア構成を示す図その1である。図3は、実施の形態1に係るアレーアンテナシステムの一部のハードウエア構成を示す図その2である。
About the hardware configuration
Fig. 2 is a diagram showing a first part of a hardware configuration of the array antenna system according to the first embodiment. Fig. 3 is a diagram showing a second part of a hardware configuration of the array antenna system according to the first embodiment.
アレーアンテナシステムにおける送信機3、注入部4、DBF部10、信号処理部20、校正信号生成部30、校正信号受信機60、電力計測部70、位相制御指示部80、校正信号位相オフセット部90、及び校正信号解析部100、の各機能は、処理回路により実現される。処理回路は、専用のハードウエアであっても、メモリに格納されるプログラムを実行する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、DSPとも称される)であっても、どちらでもよい。The functions of the
図2は、具体的には、処理回路が専用のハードウエアである処理回路500の場合の図である。処理回路500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。送信機3、注入部4、DBF部10、信号処理部20、校正信号生成部30、校正信号受信機60、電力計測部70、位相制御指示部80、校正信号位相オフセット部90、及び校正信号解析部100、の各機能は、それぞれごとに処理回路500により実現されてもよいし、まとめて1つの処理回路500により実現されてもよい。2 is a diagram of a
図3は、具体的には、処理回路がCPU502の場合の図である。処理回路がCPU502の場合、上記の各機能は、ソフトウエア、ファームウエア、又はソフトウエアとファームウエアとの組合せにより実現される。ソフトウエア及びファームウエアはプログラムとして記述され、メモリ504に格納される。CPU502は、メモリ504に記憶されたプログラムを読み出して実行することにより、各部の機能を実現する。すなわちアレーアンテナシステムは、処理回路により実行されるときに、アレーアンテナシステムの各処理ステップが結果的に実行されることになるプログラムを格納するためのメモリ504を備える。また、これらのプログラムは、アレーアンテナシステムの手順及び方法をコンピュータに実行させるものである、とも言える。ここでメモリ504は、例えば、RAM、ROM、フラッシュメモリ、EPROM、EEPROM等の、不揮発性又は揮発性の半導体メモリであってよい。またメモリ504は、磁気ディスク、フレキシブルディスク、光ディスク、コンパクトディスク、ミニディスク、DVD、等のディスクを有する構造のものであってもよい。さらにメモリ504は、HDD、又はSSDの態様であってもよい。3 is a diagram in which the processing circuit is a
なお、アレーアンテナシステムの上記の各機能は、一部を専用のハードウエアで実現し、その他の一部をソフトウエア又はファームウエアで実現するようにしてもよい。このように処理回路は、ハードウエア、ソフトウエア、ファームウエア、又はこれらの組合せによって、上記の各機能を実現することができる。 Note that each of the above functions of the array antenna system may be realized in part by dedicated hardware and in part by software or firmware. In this way, the processing circuit can realize each of the above functions by hardware, software, firmware, or a combination of these.
《実施の形態1に係るアレーアンテナシステムの校正方法について》
図4は、実施の形態1に係るアレーアンテナシステムの処理ステップを示すフローチャートである。
図4に示されるとおり実施の形態1に係るアレーアンテナシステムの処理ステップは、大きく3つのフェーズから構成される。
第1のフェーズは、校正信号の生成ST11と、校正信号の注入ST12と、校正信号の抽出ST13と、を含む。
第2のフェーズは、図4において「P101」と表記された破線の枠により囲まれた部分であり、「位相設定値探索フェーズ」と称する。位相設定値探索フェーズは、前述した位相制御部40の探索モードに対応する。位相設定値探索フェーズは、位相設定ST21と、校正信号の合成ST22と、校正信号の検波ST23と、信号の電力計測ST24と、位相設定値の変更回数確認ST25と、を含む。
第3のフェーズは、図4において「P102」と表記された破線の枠により囲まれた部分であり、「校正フェーズ」と称する。校正フェーズにおいて位相制御部40は、固定モードである。校正フェーズは、位相設定値算出ST41と、位相設定ST42と、校正信号の合成ST43と、校正信号の検波ST44と、相対振幅位相誤差の算出ST45と、校正値の算出ST47と、送信信号の補正ST48と、を含む。
<<Regarding the calibration method of the array antenna system according to the first embodiment>>
FIG. 4 is a flowchart showing processing steps of the array antenna system according to the first embodiment.
As shown in FIG. 4, the processing steps of the array antenna system according to the first embodiment are roughly composed of three phases.
The first phase includes generating a calibration signal ST11, injecting a calibration signal ST12, and extracting a calibration signal ST13.
The second phase is the portion enclosed by a dashed box labeled "P101" in Fig. 4, and is referred to as the "phase set value search phase". The phase set value search phase corresponds to the search mode of the
The third phase is the portion enclosed by a dashed frame labeled "P102" in Fig. 4, and is called the "calibration phase". In the calibration phase, the
校正信号の生成ST11は、校正信号生成部30が行う処理ステップである。校正信号の生成ST11において校正信号生成部30は、あらかじめ設計された仕様に従い、校正信号を生成する。
校正信号は、例えば、位相変調を実現する変調信号であってもよい。より好ましくは、校正信号は、N個の送信系統に注入されるそれぞれが、時間軸方向で相関が低い、すなわち直交性の高い、そのようなN個の変調信号であるとよい。
Calibration signal generation ST11 is a processing step performed by the calibration
The calibration signal may be, for example, a modulated signal that realizes phase modulation. More preferably, the calibration signals are N modulated signals that are injected into the N transmission systems and have low correlation in the time axis direction, i.e., high orthogonality.
校正信号の注入ST12は、校正信号生成部30が行う処理ステップである。正信号の注入ST12において校正信号生成部30は、N個の校正信号を、それぞれ対応する送信系統の注入部4-1、注入部4-2、…、注入部4-N、へ注入する。
前述のとおり校正信号生成部30及び注入部4の各機能は、CPU502により実現されてよい。すなわち、N個の校正信号の注入は、物理的な手段を用いず、CPU502の中でデジタル処理を行えばよい。つまり、N個の校正信号の注入は、それぞれの送信系統において、送信信号と校正信号との加算処理を行えばよい。注入部4-1、注入部4-2、…、注入部4-N、の各機能は、スイッチ、及び方向性結合器(カプラ)といった物理的な手段を用いないことにより、物理的な手段に固有の歪み、及びノイズ、等の悪影響を受けずに済む。
Calibration signal injection ST12 is a processing step performed by calibration
As described above, the functions of calibration
校正信号の抽出ST13は、抽出部2-1、抽出部2-2、…、抽出部2-N、が行う処理ステップである。校正信号の抽出ST13において抽出部2-1、抽出部2-2、…、抽出部2-N、のそれぞれは、送信系統を流れる信号の一部を抽出信号として抽出する。抽出信号には、送信信号と校正信号とが含まれる。
抽出部2-1、抽出部2-2、…、抽出部2-N、が抽出する信号は、前述のとおり、RF帯のアナログ信号である。ベースバンド信号と異なりRF帯のアナログ信号は、サンプリングしてデジタル処理するには周波数帯域が高すぎて、現実的ではない。そこで抽出部2-1、抽出部2-2、…、抽出部2-N、の各機能は、方向性結合器(カプラ)、及びスイッチ、等の物理的な手段により実現するとよい。
The calibration signal extraction ST13 is a processing step performed by the extraction unit 2-1, extraction unit 2-2, ..., extraction unit 2-N. In the calibration signal extraction ST13, each of the extraction units 2-1, 2-2, ..., extraction unit 2-N extracts a part of the signal flowing through the transmission system as an extracted signal. The extracted signal includes the transmission signal and the calibration signal.
As described above, the signals extracted by the extraction units 2-1, 2-2, ..., 2-N are analog signals in the RF band. Unlike baseband signals, RF analog signals have a frequency band that is too high to sample and digitally process, making it impractical. Therefore, it is preferable to realize the functions of the extraction units 2-1, 2-2, ..., 2-N by physical means such as directional couplers and switches.
位相設定値探索フェーズ(P101)における位相設定ST21は、探索モードの位相制御部40が行う処理ステップである。位相設定ST21において位相制御部40は、抽出部2-1、抽出部2-2、…、抽出部2-N、により抽出されたRF帯のアナログ信号のそれぞれに対し、位相量を徐々に変化させ、位相を制御する。位相制御部40による位相の制御は、アナログ又はデジタルの移相器により実現されるとよい。移相器は、1つだけ用意して系統を切り替えるようにしてもよいし、N個用意し系統ごとに備えてもよい。
Phase setting ST21 in the phase setting value search phase (P101) is a processing step performed by the
位相設定値探索フェーズ(P101)における校正信号の合成ST22は、電力合成部50が行う処理ステップである。校正信号の合成ST22において電力合成部50は、位相制御部40から送られたN個の信号を、合成する。電力合成部50は、例えば、電力合成器等のハードウエアにより実現される。The calibration signal synthesis ST22 in the phase setting value search phase (P101) is a processing step performed by the
位相設定値探索フェーズ(P101)における校正信号の検波ST23は、校正信号受信機60が行う処理ステップである。校正信号の検波ST23において校正信号受信機60は、電力合成部50から送られた信号を復調し、ベースバンド信号を取り出す。なお、校正信号の検波ST23で取り出されたベースバンド信号は、デジタル信号である。
Calibration signal detection ST23 in the phase setting value search phase (P101) is a processing step performed by the
位相設定値探索フェーズ(P101)における信号の電力計測ST24は、電力計測部70が行う処理ステップである。信号の電力計測ST24において電力計測部70は、校正信号受信機60から送られた信号の電力量を計測する。
Signal power measurement ST24 in the phase setting value search phase (P101) is a processing step performed by the
位相設定値探索フェーズ(P101)における位相設定値の変更回数確認ST25は、位相制御指示部80が行う処理ステップである。位相設定値の変更回数確認ST25において位相制御指示部80は、位相制御部40にて変化させた位相量と、電力計測部70で計測された電力量と、その対応関係を、少なくとも一時的に記憶し、保持する。また位相設定値の変更回数確認ST25において位相制御指示部80は、位相制御部40と電力計測部70との協調を実現するための指示を行う。さらに位相設定値の変更回数確認ST25において位相制御指示部80は、位相設定値の変更回数を確認し、位相制御部40の探索モードか終了したか否かを確認する。
In the phase setting value search phase (P101), checking the number of times the phase setting value has been changed ST25 is a processing step performed by the phase
位相制御部40において変化させる位相量は、例えば、ネスト(入れ子)を取り入れたN重のFor文(For Loop)により実現してもよい。N重のFor文は、例えば、内側から1番目のFor文を、抽出部2-1から抽出した第1のアナログ信号に対して、位相量を0度から360度まで、ステップ状に変化させる。内側から2番目のFor文は、抽出部2-2から抽出した第2のアナログ信号に対して、位相量を0度から360度まで、ステップ状に変化させる。以下同様にして、位相量は、内側からN番目のFor文までを用いて、ステップ状に変化させる。位相制御部40において変化させる位相量は、例えば、このように実現してもよい。各for文におけるステップ状の変化がK個ある場合、位相設定値の変更回数確認ST25において位相制御指示部80は、変更回数がK×N以下か超えているか、を確認する。The phase amount changed in the
位相設定値の変更回数確認ST25において位相制御指示部80は、N個のアナログ信号に対応する、N個の位相量の組合せの1つについて電力計測部70での電力量の計測が完了した後に、位相制御部40に対して、次の位相量の組合せに制御するよう、指示を行う。別の言い方をすれば位相制御指示部80は、前述の位相制御部40が実施するN重のFor文に対して、「Next」の命令の役割を果たす。In the phase setting value change count confirmation ST25, after the
校正フェーズ(P102)における位相設定値算出ST41は、位相制御指示部80が行う処理ステップである。位相設定値算出ST41において位相制御指示部80は、一時的に記憶してあるK×Nの組合せの位相量と電力量との対応関係から、電力量が最小となる位相量の推定値を算出する。前述のとおり、移相器により変化させる位相量(移相量)に対して、電力量(合成電界の大きさ)は、正弦波を描くように変化することが知られている。この性質を用い、位相設定値算出ST41において位相制御指示部80は、一時的に記憶してあるK×Nの組合せの位相量と電力量との対応関係から、最小二乗法を用い、もっともらしい理論的な正弦波を算出し、電力量が最小となる位相量の推定値を求めればよい。
The phase setting value calculation ST41 in the calibration phase (P102) is a processing step performed by the phase
校正フェーズ(P102)における位相設定ST42は、位相制御指示部80が行う処理ステップである。位相設定ST42において位相制御指示部80は、位相制御部40に対して、電力量が最小となる位相量の推定値で移相器を制御するよう、指示する。以降、位相制御部40に対して指示した位相量は、用語「位相設定値」で表すこととする。位相設定値が指示された位相制御部40は、固定モードで移相器を制御する。
Phase setting ST42 in the calibration phase (P102) is a processing step performed by the phase
校正フェーズ(P102)における校正信号の合成ST43は、電力合成部50が行う処理ステップである。校正信号の合成ST43において電力合成部50は、位相制御部40から送られたN個の信号を、合成する。The calibration signal synthesis ST43 in the calibration phase (P102) is a processing step performed by the
校正フェーズ(P102)における校正信号の検波ST44は、校正信号受信機60が行う処理ステップである。校正信号の検波ST44において校正信号受信機60は、電力合成部50から送られた信号を復調し、デジタル信号であるベースバンド信号を取り出す。
In the calibration phase (P102), detection of the calibration signal ST44 is a processing step performed by the
校正フェーズ(P102)における位相設定ST42、校正信号の合成ST43、及び校正信号の検波ST44の処理は、位相制御部40が制御する位相量を除いては、位相設定値探索フェーズ(P101)における位相設定ST21、校正信号の合成ST22、及び校正信号の検波ST23の処理と、同じ内容である。The processes of phase setting ST42, synthesis of the calibration signal ST43, and detection of the calibration signal ST44 in the calibration phase (P102) are the same as the processes of phase setting ST21, synthesis of the calibration signal ST22, and detection of the calibration signal ST23 in the phase setting value search phase (P101), except for the phase amount controlled by the
校正フェーズ(P102)における相対振幅位相誤差の算出ST45は、校正信号解析部100が実施する処理ステップである。相対振幅位相誤差の算出ST45において校正信号解析部100は、校正信号の検波ST44において校正信号受信機60により復調されたベースバンド信号に対して、校正信号生成部30で生成された校正信号を参照信号として、相関を求める処理(以降、単に「相関処理」と称す)を施す。相関処理は、周波数領域において実施しても、時間領域において実施しても、どちらでもよい。
校正信号がアップチャープとダウンチャープとを組み合わせたものである場合、相関処理は、パルス圧縮(Pulse Compression)であってもよい。
Calculation ST45 of the relative amplitude and phase error in the calibration phase (P102) is a processing step performed by
If the calibration signal is a combination of up-chirp and down-chirp, the correlation process may be Pulse Compression.
図1に示されるとおり、相対振幅位相誤差の算出ST45において校正信号解析部100が参照信号として用いる校正信号は、校正信号位相オフセット部90を経由している。
相対振幅位相誤差の算出ST45において校正信号解析部100が参照信号として用いる校正信号は、校正信号位相オフセット部90によって、位相設定値の分だけ、位相がオフセット(相殺調整)されている。
As shown in FIG. 1, the calibration signal used as a reference signal by
The calibration signal used as a reference signal by
相対振幅位相誤差の算出ST45において校正信号解析部100は、各送信系統を通過した校正信号を抽出する。
また、相対振幅位相誤差の算出ST45において校正信号解析部100は、抽出した校正信号に基づいて、相対振幅位相誤差(以降、単に「振幅位相誤差」と称する)を算出する。振幅位相誤差は、N個の送信系統間の特性のばらつきを示す指標となる。
In calculation ST45 of relative amplitude and phase errors,
Furthermore, in calculation ST45 of the relative amplitude and phase error,
校正フェーズ(P102)における校正値の算出ST47は、校正信号解析部100が実施する処理ステップである。校正値の算出ST47において校正信号解析部100は、算出した振幅位相誤差をキャンセルする振幅及び位相についての校正値(以降、「振幅位相校正値」と称する)を算出する。
Calculation of the calibration value ST47 in the calibration phase (P102) is a processing step performed by the calibration
校正フェーズ(P102)における送信信号の補正ST48は、DBF部10が実施する処理ステップである。送信信号の補正ST48においてDBF部10は、振幅位相校正値を用いて、送信信号を補正する。
校正フェーズ(P102)における処理は、送信信号の補正ST48を最後の処理ステップとして完了する。
Correction ST48 of the transmission signal in the calibration phase (P102) is a processing step performed by the
The process in the calibration phase (P102) is completed with the correction of the transmission signal ST48 as the final process step.
本開示技術に係るアレーアンテナシステムは、図4に示された一連の処理を、定期的に実施してもよいし、校正が必要な状況に応じて実施してもよい。
本開示技術に係るアレーアンテナシステムの校正方法は、アレーアンテナシステムの出荷前の調整の場面をはじめとして、アレーアンテナシステムを設置した後の運用中の日々のメンテナンスの場面、及び定期的に実施する定期メンテナンスの場面、等の様々な場面で使用することができる。
The array antenna system according to the disclosed technique may perform the series of processes shown in FIG. 4 periodically, or may perform the series of processes according to a situation where calibration is required.
The calibration method for the array antenna system according to the present disclosed technology can be used in various situations, including adjustments before shipment of the array antenna system, daily maintenance during operation after the array antenna system is installed, and scheduled maintenance that is performed periodically.
以上のように実施の形態1に係るアレーアンテナシステムは上記構成を備えるため、N個全てのアンテナ素子1についての送信系統を、同時に校正を行うことができる。この作用により実施の形態1に係るアレーアンテナシステムは、自動的に一連の校正処理を実施するだけで、アンテナ素子1-n(n=1,2,…,N)間の、又は送信系統間の、特性のばらつきを抑えることができる。
As described above, the array antenna system according to the first embodiment has the above configuration, and therefore can simultaneously calibrate the transmission systems for all
実施の形態2.
実施の形態2に係るアレーアンテナシステムの校正方法は、本開示技術に係るアレーアンテナシステムの校正方法の変形例である。
実施の形態2で用いる符号は、特に明記する場合を除き、実施の形態1で用いられた符号と同じである。実施の形態2において、実施の形態1と重複する説明は、適宜、省略される。
The calibration method for the array antenna system according to the second embodiment is a modified example of the calibration method for the array antenna system according to the present disclosure.
Unless otherwise specified, the reference symbols used in the second embodiment are the same as those used in the first embodiment. In the second embodiment, descriptions that overlap with those in the first embodiment will be omitted as appropriate.
実施の形態1においては、アレーアンテナシステムの校正方法として、位相設定値探索フェーズ(P101)において、探索モードの位相制御部40が、位相量を0度から360度までステップ状に変化させ、幅広い範囲において位相量の解を探索する態様が示されたが、本開示技術はこれに限定されない。
位相量の探索は、電力量が最小となる解の候補がある場合、解の候補を中心としてその近傍について行うようにしてもよい。また位相量の探索は、電力量が最小となる解の候補がある場合、解の候補の近傍を、細かいステップで変化させて電力量の計測を実施してもよい。
In
When there is a candidate solution with the minimum power amount, the search for the phase amount may be performed around the candidate solution. When there is a candidate solution with the minimum power amount, the search for the phase amount may be performed by changing the neighborhood of the candidate solution in small steps to measure the power amount.
実施の形態2に係るアレーアンテナシステムの校正方法は、2回目以降の校正を行うときに、直近の校正で得られた位相設定値を、電力量が最小となる解の候補としてよい。実施の形態2に係るアレーアンテナシステムは、出荷前の校正において得られた位相設定値を、電力量が最小となる解の候補として、メモリ504に格納するようにしてよい。
In the calibration method of the array antenna system according to the second embodiment, when performing the second or subsequent calibration, the phase setting value obtained in the most recent calibration may be set as a candidate solution that minimizes the amount of power. The array antenna system according to the second embodiment may store the phase setting value obtained in the calibration before shipment in
以上のとおり実施の形態2に係るアレーアンテナシステムの校正方法は、直近の校正で得られた位相設定値を解の候補として用いるため、不必要に広い範囲の探索を行うことなく、実施の形態1に示した効果を奏する。As described above, the calibration method for the array antenna system according to
実施の形態3.
実施の形態3に係るアレーアンテナシステム及びアレーアンテナシステムの校正方法は、本開示技術に係るアレーアンテナシステム及びアレーアンテナシステムの校正方法の変形例である。
実施の形態3で用いる符号は、特に明記する場合を除き、既出の実施の形態で用いられた符号と同じである。実施の形態3において、既出の実施の形態と重複する説明は、適宜、省略される。
The array antenna system and the calibration method for the array antenna system according to the third embodiment are modified examples of the array antenna system and the calibration method for the array antenna system according to the present disclosure.
The reference numerals used in the third embodiment are the same as those used in the previous embodiments unless otherwise specified. In the third embodiment, the description that overlaps with the previous embodiments will be omitted as appropriate.
図5は、実施の形態3に係るアレーアンテナシステムの機能構成を示すブロック図である。図5に示されるとおり、本開示技術は、電力計測部70を有さないアレーアンテナシステムにも適用できる。
図5に示されるとおり、実施の形態3に係るアレーアンテナシステムは、DBF部10からの情報が、位相制御指示部80へ送られる。
以上の違いを除いて、実施の形態3に係るアレーアンテナシステムの構成は、既出の実施の形態で示したアレーアンテナシステムの構成と同じである。
5 is a block diagram showing a functional configuration of an array antenna system according to
As shown in FIG. 5, in the array antenna system according to the third embodiment, information from
Except for the above differences, the configuration of the array antenna system according to the third embodiment is the same as the configurations of the array antenna systems shown in the above-mentioned embodiments.
実施の形態3に係るアレーアンテナシステムの校正方法は、大がかりな校正ではなく、経年変化による小さい特性変化に対応することを目的としている。実施の形態3に係るアレーアンテナシステムの校正方法は、出荷前調整において、送信系統の校正がなされていることを前提としている。本開示技術は、送信系統の各要素の経年変化(経年劣化)による入出力特性への影響は大がかりな校正を必要とするほど大きくない、という原理に基づいている。 The calibration method of the array antenna system according to the third embodiment is intended to accommodate small changes in characteristics due to aging, rather than to perform extensive calibration. The calibration method of the array antenna system according to the third embodiment is based on the premise that the transmission system has been calibrated during pre-shipment adjustment. The disclosed technology is based on the principle that the impact on input/output characteristics due to aging (deterioration over time) of each element of the transmission system is not so great as to require extensive calibration.
実施の形態3に係るアレーアンテナシステムの校正方法は、具体的には、測定による合成電界の大きさに基づく位相量を止め、固定された位相設定値を用いるというものである。本明細書では、測定による合成電界の大きさに基づく位相量から固定された位相設定値への切換えは、「固定設定値切換え」の用語で表すものとする。
出荷前調整において、n番目の送信系統を補正する振幅及び位相は、複素数のWnで表されるとする。実施の形態3に係るアレーアンテナシステムの校正方法は、固定設定値切換え時において、例えば、以下の式に表される修正位相量(φn)の修正を行う。
ここで式(1)右辺の第1項のarg()は、引数である複素数の偏角を求める関数を表す。式(1)において、右辺の第1項は出荷前調整時の測定による合成電界の大きさに基づく位相量をキャンセルする項であり、右辺の第2項は固定された位相設定値に関する項の一例である。
Specifically, the calibration method for the array antenna system according to the third embodiment stops the phase amount based on the magnitude of the measured composite electric field and uses a fixed phase setting value. In this specification, the switching from the phase amount based on the magnitude of the measured composite electric field to a fixed phase setting value is referred to as "fixed setting value switching."
In the pre-shipment adjustment, the amplitude and phase for correcting the n-th transmission system are represented by a complex number W n . In the calibration method for the array antenna system according to the third embodiment, when switching the fixed setting value, for example, a correction phase amount (φ n ) represented by the following formula is corrected.
Here, arg() in the first term on the right side of formula (1) represents a function that finds the argument of a complex number. In formula (1), the first term on the right side is a term that cancels the phase amount based on the magnitude of the composite electric field measured during adjustment before shipping, and the second term on the right side is an example of a term related to a fixed phase setting value.
一般に、ビームフォーミングとは、アレーアンテナシステムの電波をある方向に向けるための技術である。ビームフォーミングは、アレーアンテナを送信アンテナとして使用する場合でも、アレーアンテナを受信アンテナとして使用する場合でも、適用することができる。ビームフォーミングは、電波が波の性質を持っていることに基づいている。具体的に波の一種である電波は、同じ位相の波同士をかけあわせると強められ、逆位相の波をかけあわせると打ち消される、という性質を有する。ビームフォーミングは、この波の性質を積極的に利用している。
ビームフォーミングにおいて、アレーアンテナシステムにおける各送信系統の位相をどのように設計するかは、アンテナ素子1がどのような間隔(d)及び態様で配置されているか、及びアレーアンテナシステムの電波をどの方向に指向させたいか、によって異なる。本開示技術は、式(1)右辺の第2項に示された値に限定されることなく、ビームフォーミングで設計した位相設定値が用いられてよい。
Generally speaking, beamforming is a technology for directing radio waves from an array antenna system in a certain direction. Beamforming can be applied whether the array antenna is used as a transmitting antenna or as a receiving antenna. Beamforming is based on the fact that radio waves have wave properties. Specifically, radio waves, which are a type of wave, have the property that they are strengthened when waves of the same phase are multiplied together, and are cancelled out when waves of opposite phase are multiplied together. Beamforming actively utilizes this wave property.
In beamforming, how to design the phase of each transmission system in the array antenna system varies depending on the interval (d) and arrangement of the
図6は、実施の形態3に係るアレーアンテナシステムの処理ステップを示すフローチャートである。図6に示されるとおり実施の形態3に係るアレーアンテナシステムの処理ステップは、校正信号の生成ST11と、校正信号の注入ST12と、校正信号の抽出ST13と、位相設定ST42と、校正信号の合成ST43と、校正信号の検波ST44と、相対振幅位相誤差の算出ST45と、校正値の算出ST47と、送信信号の補正ST48と、を含む。
Figure 6 is a flowchart showing the processing steps of the array antenna system according to
《実施の形態3に係るアレーアンテナシステムの校正方法について》
実施の形態3に係るアレーアンテナシステムの校正方法において、第1のフェーズは、校正信号の生成ST11、校正信号の注入ST12、及び校正信号の抽出ST13の処理ステップが実施される。実施の形態3に係る校正信号の生成ST11、校正信号の注入ST12、及び校正信号の抽出ST13、これらそれぞれの処理内容は、実施の形態1に示されたそれぞれの内容と同じである。
<<Regarding the calibration method of the array antenna system according to the third embodiment>>
In the calibration method for the array antenna system according to the third embodiment, the first phase includes the processing steps of generating a calibration signal ST11, injecting the calibration signal ST12, and extracting the calibration signal ST13. The processing contents of the calibration signal generation ST11, the calibration signal injection ST12, and the calibration signal extraction ST13 according to the third embodiment are the same as those shown in the first embodiment.
実施の形態3に係る位相設定ST42は、位相制御指示部80が実施する処理ステップである。位相設定ST42において位相制御指示部80は、固定設定値切換え時に、修正位相量(φn)を位相制御部40に指示する。修正位相量(φn)は、例えば、式(1)に例示されているものであり、DBF部10が行うデジタルビームフォーミングの目的に応じて決定されたものでよい。
位相制御部40は、位相制御指示部80の指示に基づいて、移相器を制御する。
Phase setting ST42 according to the third embodiment is a processing step performed by the phase
The
実施の形態3に係る校正信号の合成ST43、校正信号の検波ST44、相対振幅位相誤差の算出ST45、校正値の算出ST47、及び送信信号の補正ST48、これらそれぞれの処理内容は、実施の形態1に示されたそれぞれの内容と同じである。
The processing contents of each of the steps of synthesis of the calibration signal ST43, detection of the calibration signal ST44, calculation of the relative amplitude and phase error ST45, calculation of the calibration value ST47, and correction of the transmission signal ST48 in
以上のとおり実施の形態3に係るアレーアンテナシステムの校正方法は、固定設定値切換えの処理ステップを含むため、出荷前調整時の測定による合成電界の大きさに基づく校正値から固定設定値に切り替えることができ、経年変化による小さい特性変化に対応できる、という効果を奏する。As described above, the calibration method for the array antenna system according to
実施の形態4.
実施の形態4に係るアレーアンテナシステム及びアレーアンテナシステムの校正方法は、本開示技術に係るアレーアンテナシステム及びアレーアンテナシステムの校正方法の変形例である。
実施の形態4で用いる符号は、特に明記する場合を除き、既出の実施の形態で用いられた符号と同じである。実施の形態4において、既出の実施の形態と重複する説明は、適宜、省略される。
The array antenna system and the calibration method for the array antenna system according to the fourth embodiment are modified examples of the array antenna system and the calibration method for the array antenna system according to the present disclosure.
The reference numerals used in the fourth embodiment are the same as those used in the previous embodiments unless otherwise specified. In the fourth embodiment, the description that overlaps with the previous embodiments will be omitted as appropriate.
図7は、実施の形態4に係るアレーアンテナシステムの機能構成を示すブロック図である。図7に示されるとおり実施の形態4に係るアレーアンテナシステムは、位相制御部40、電力合成部50、及び位相制御指示部80に代えて、バトラーマトリクス回路110、経路選択部120、及び経路選択指示部130を備える。
バトラーマトリクス回路110、経路選択部120、及び経路選択指示部130は、図7に示されるように接続されている。
Fig. 7 is a block diagram showing a functional configuration of an array antenna system according to
The
既出の実施の形態では、図示しない移相器を用いることで校正を行うことを示したが、本開示技術はこれに限定されない。本開示技術は、移相器ではなくバトラーマトリクス回路110を用いるアレーアンテナシステムの校正方法にも適用することができる。一般に、バトラーマトリクス(Butler Matrix)とは、アレーアンテナシステムのビームフォーミングのためのネットワークを意味する。一般に、バトラーマトリクスは、m×mのマトリクス状に配置されたハイブリッドカプラと、固定された位相量をシフトする固定フェーズシフタと、から構成される。ここでmは、一般には、2のべき乗の数である。In the above-mentioned embodiment, the calibration is performed by using a phase shifter (not shown), but the disclosed technology is not limited to this. The disclosed technology can also be applied to a calibration method of an array antenna system that uses a
《バトラーマトリクス回路110》
バトラーマトリクス回路110は、ハイブリッド回路、固定フェーズシフタ、及び結合器からなる回路である。バトラーマトリクス回路110は、少なくともN個の入力ポートと、少なくともN個の出力ポートと、を有する。
図7に示されるとおり、バトラーマトリクス回路110の入力ポートには、抽出部2-1、抽出部2-2、…、抽出部2-N、で抽出された信号が、すなわち送信信号と校正信号とが重畳された信号が、入力される。
バトラーマトリクス回路110は、入力ポートから入力された信号について、複数の移相設定値で合成し、それぞれを異なる出力ポートに出力する。
The
As shown in FIG. 7, the signals extracted by extraction units 2-1, 2-2, ..., 2-N, i.e., signals on which the transmission signal and the calibration signal are superimposed, are input to the input ports of the
The
《経路選択部120》
経路選択部120は、バトラーマトリクス回路110の出力ポートを切り替えるスイッチとして機能する構成要素である。
<<
The
《経路選択指示部130》
経路選択指示部130は、経路選択部120に対して指示を与えるための構成要素である。経路選択指示部130は、既出の実施の形態における位相制御指示部80と同等の役割を果たす構成要素である。
経路選択指示部130の機能は、図2又は図3に示された処理回路により実現される。
<<Route
The path
The function of the route
《実施の形態4に係るアレーアンテナシステムの校正方法について》
図8は、実施の形態4に係るアレーアンテナシステムの処理ステップを示すフローチャートである。
図8に示されるとおり実施の形態4に係るアレーアンテナシステムの処理ステップも、大きく3つのフェーズから構成される。
第1のフェーズは、校正信号の生成ST11と、校正信号の注入ST12と、校正信号の抽出ST13と、を含む。実施の形態4に係る第1のフェーズは、実施の形態1に示されたものと同じ内容である。
第2のフェーズは、図8において「P401」と表記された破線の枠により囲まれた部分であり、位相設定値探索フェーズである。位相設定値探索フェーズは、経路設定ST31と、校正信号の検波ST32と、信号の電力計測ST33と、経路切替回数の確認ST34と、を含む。
第3のフェーズは、図8において「P402」と表記された破線の枠により囲まれた部分であり、校正フェーズである。校正フェーズは、電力が最小となる経路決定ST51と、経路設定ST52と、校正信号の検波ST53と、相対振幅位相誤差の算出ST54と、校正値の算出ST55と、送信信号の補正ST56と、を含む。
<<Regarding the calibration method of the array antenna system according to the fourth embodiment>>
FIG. 8 is a flowchart showing processing steps of the array antenna system according to the fourth embodiment.
As shown in FIG. 8, the processing steps of the array antenna system according to the fourth embodiment are also roughly composed of three phases.
The first phase includes generating a calibration signal ST11, injecting the calibration signal ST12, and extracting the calibration signal ST13. The first phase according to the fourth embodiment is the same as that shown in the first embodiment.
The second phase is the portion enclosed by a dashed box labeled "P401" in Fig. 8, and is a phase setpoint search phase. The phase setpoint search phase includes a path setting ST31, a calibration signal detection ST32, a signal power measurement ST33, and a path switching count confirmation ST34.
The third phase is the portion enclosed by a dashed frame labeled "P402" in Fig. 8, and is a calibration phase. The calibration phase includes steps ST51 for determining a route that minimizes power, ST52 for setting a route, ST53 for detecting a calibration signal, ST54 for calculating a relative amplitude and phase error, ST55 for calculating a calibration value, and ST56 for correcting a transmission signal.
位相設定値探索フェーズ(P401)における経路設定ST31は、経路選択指示部130の指示の下、経路選択部120が行う処理ステップである。経路設定ST31において経路選択部120は、バトラーマトリクス回路110の出力ポートのうち1つを、校正信号受信機60へ接続する。ここでの動作は、探索モードの位相制御部40の動作に対応している。
Path setting ST31 in the phase setting value search phase (P401) is a processing step performed by the
位相設定値探索フェーズ(P401)における校正信号の検波ST32は、校正信号受信機60が行う処理ステップである。位相設定値探索フェーズ(P401)における校正信号の検波ST32は、実施の形態1に示された位相設定値探索フェーズ(P101)における校正信号の検波ST23と同じ内容である。
The detection ST32 of the calibration signal in the phase set value search phase (P401) is a processing step performed by the
位相設定値探索フェーズ(P401)における信号の電力計測ST33は、電力計測部70が行う処理ステップである。位相設定値探索フェーズ(P401)における信号の電力計測ST33は、実施の形態1に示された位相設定値探索フェーズ(P101)における信号の電力計測ST24と同じ内容である。The signal power measurement ST33 in the phase setting value search phase (P401) is a processing step performed by the
位相設定値探索フェーズ(P401)における経路切替回数の確認ST34は、経路選択指示部130が行う処理ステップである。経路切替回数の確認ST34において経路選択指示部130が行う処理の内容は、実施の形態1に示された位相設定値の変更回数確認ST25において位相制御指示部80が行う処理の内容と同じである。
The confirmation of the number of route switching times ST34 in the phase setting value search phase (P401) is a processing step performed by the route
校正フェーズ(P402)における電力が最小となる経路決定ST51は、経路選択指示部130が行う処理ステップである。電力が最小となる経路決定ST51において経路選択指示部130は、位相設定値探索フェーズ(P401)で得られた出力ポート情報と電力の計測値との対応関係から、電力の計測値が最小であった信号を出力したバトラーマトリクス回路110の出力ポートを特定する。
The route determination ST51 for determining the route with the minimum power in the calibration phase (P402) is a processing step performed by the route
校正フェーズ(P402)における経路設定ST52は、経路選択指示部130が行う処理ステップである。経路設定ST52において経路選択指示部130は、経路選択部120に対して、電力が最小となる経路決定ST51で特定した出力ポートを選択するよう、指示をする。以降の経路選択指示部130の動作モードは、実施の形態1で示された固定モードに対応する。
In the calibration phase (P402), route setting ST52 is a processing step performed by the route
校正フェーズ(P402)における校正信号の検波ST53は、校正信号受信機60が行う処理ステップである。校正フェーズ(P402)における校正信号の検波ST53は、実施の形態1に示された校正フェーズ(P102)における校正信号の検波ST44と同じ内容である。
The detection of the calibration signal ST53 in the calibration phase (P402) is a processing step performed by the
校正フェーズ(P402)における相対振幅位相誤差の算出ST54、校正値の算出ST55、及び送信信号の補正ST56は、実施の形態1に示された校正フェーズ(P102)における相対振幅位相誤差の算出ST45、校正値の算出ST47、及び送信信号の補正ST48と、それぞれ同じ内容である。
The calculation of the relative amplitude and phase error ST54, the calculation of the calibration value ST55, and the correction of the transmission signal ST56 in the calibration phase (P402) are the same as the calculation of the relative amplitude and phase error ST45, the calculation of the calibration value ST47, and the correction of the transmission signal ST48 in the calibration phase (P102) shown in
以上のとおり本開示技術は、移相器ではなくバトラーマトリクス回路110を用いるアレーアンテナシステムの校正方法にも適用することができる。As described above, the disclosed technology can also be applied to a calibration method for an array antenna system that uses a
実施の形態5.
実施の形態5に係るアレーアンテナシステム及びアレーアンテナシステムの校正方法は、本開示技術に係るアレーアンテナシステム及びアレーアンテナシステムの校正方法の変形例である。
実施の形態5で用いる符号は、特に明記する場合を除き、既出の実施の形態で用いられた符号と同じである。実施の形態5において、既出の実施の形態と重複する説明は、適宜、省略される。
Embodiment 5.
The array antenna system and the calibration method for the array antenna system according to the fifth embodiment are modified examples of the array antenna system and the calibration method for the array antenna system according to the present disclosure.
The reference numerals used in the fifth embodiment are the same as those used in the preceding embodiments unless otherwise specified. In the fifth embodiment, the description that overlaps with the preceding embodiments will be omitted as appropriate.
図9は、実施の形態5に係るアレーアンテナシステムの機能構成を示すブロック図である。図9に示されるとおり本開示技術に係るアレーアンテナシステムは、遅延補正部140を備えてもよい。
Figure 9 is a block diagram showing the functional configuration of an array antenna system relating to embodiment 5. As shown in Figure 9, the array antenna system relating to the disclosed technology may include a
《遅延補正部140》
遅延補正部140は、送信系統間の特性のばらつきを、信号の位相の単位ではなく、直接的な時間の単位で補正するための構成要素である。
遅延補正部140の機能は、図2又は図3に示された処理回路により実現される。
<<Delay
The
The function of the
《実施の形態5に係るアレーアンテナシステムの校正方法について》
図10は、実施の形態5に係るアレーアンテナシステムの処理ステップを示すフローチャートである。
図10に示されるとおり実施の形態5に係るアレーアンテナシステムの処理ステップは、図4に示される実施の形態1に係るアレーアンテナシステムの処理ステップに加えて、相対遅延差の算出ST46を含む。相対遅延差の算出ST46は、校正フェーズ(P502)における処理ステップであり、相対振幅位相誤差の算出ST45の後に実施される処理ステップである。
<<Regarding the calibration method of the array antenna system according to the fifth embodiment>>
FIG. 10 is a flowchart showing processing steps of the array antenna system according to the fifth embodiment.
As shown in Fig. 10, the processing steps of the array antenna system according to the fifth embodiment include a calculation ST46 of a relative delay difference in addition to the processing steps of the array antenna system according to the first embodiment shown in Fig. 4. The calculation ST46 of the relative delay difference is a processing step in the calibration phase (P502), and is a processing step performed after the calculation ST45 of the relative amplitude-phase error.
校正フェーズ(P502)における相対遅延差の算出ST46は、遅延補正部140が行う処理ステップである。相対遅延差の算出ST46において遅延補正部140は、時間領域において各送信系統の校正信号を比較し、相対的な時間遅延量を求める。
Calculation of the relative delay difference in the calibration phase (P502) ST46 is a processing step performed by the
校正フェーズ(P502)における校正値の算出ST47は、校正信号解析部100が実施する処理ステップである。実施の形態5の場合、校正値の算出ST47において校正信号解析部100は、振幅位相校正値に加えて、相対的な時間遅延量をキャンセルする時間についての校正値(以降、「時間校正値」と称する)も算出する。
Calculation of the calibration value ST47 in the calibration phase (P502) is a processing step performed by the calibration
校正フェーズ(P502)における送信信号の補正ST48は、DBF部10が実施する処理ステップである。実施の形態5の場合、送信信号の補正ST48においてDBF部10は、振幅位相校正値及び時間校正値を用いて、送信信号を補正する。The correction ST48 of the transmission signal in the calibration phase (P502) is a processing step performed by the
以上のとおり本開示技術は、送信系統間の特性のばらつきを、信号の位相の単位ではなく、直接的な時間の単位で補正することができる。As described above, the disclosed technology can correct the variation in characteristics between transmission systems in direct units of time rather than in units of signal phase.
実施の形態6.
実施の形態6に係るアレーアンテナシステム及びアレーアンテナシステムの校正方法は、本開示技術に係るアレーアンテナシステム及びアレーアンテナシステムの校正方法の変形例である。
実施の形態6で用いる符号は、特に明記する場合を除き、既出の実施の形態で用いられた符号と同じである。実施の形態6において、既出の実施の形態と重複する説明は、適宜、省略される。
Embodiment 6.
The array antenna system and the calibration method for the array antenna system according to the sixth embodiment are modified examples of the array antenna system and the calibration method for the array antenna system according to the present disclosure.
The reference numerals used in the sixth embodiment are the same as those used in the preceding embodiments unless otherwise specified. In the sixth embodiment, the description that overlaps with the preceding embodiments will be omitted as appropriate.
図11は、実施の形態6に係るアレーアンテナシステムの機能構成を示すブロック図である。図11に示されるとおり本開示技術に係るアレーアンテナシステムは、校正トリガ指示部150を備えてもよい。
図11に示されるとおり校正トリガ指示部150は、電力計測部70からの情報を取得し、校正信号生成部30に指示を出すように接続されている。
11 is a block diagram showing a functional configuration of an array antenna system according to embodiment 6. As shown in FIG. 11 , the array antenna system according to the present disclosure may include a calibration
As shown in FIG. 11, the calibration
《校正トリガ指示部150》
校正トリガ指示部150は、新たな校正を開始する判断をした場合のトリガを出力するための構成要素である。
校正トリガ指示部150の機能は、図2又は図3に示された処理回路により実現される。
<<Calibration
The calibration
The function of the calibration
《実施の形態6に係るアレーアンテナシステムの校正方法について》
図12は、実施の形態6に係るアレーアンテナシステムの処理ステップを示すフローチャートである。
図12に示されるとおり実施の形態6に係るアレーアンテナシステムの処理ステップは、図4に示される実施の形態1に係るアレーアンテナシステムの処理ステップに加えて、信号の電力測定ST01と、電力値の確認ST02と、を含む。
図12において「P601」と表記された破線の枠により囲まれた部分は、「校正実施判断フェーズ」と称する。実施の形態6で追加された信号の電力測定ST01及び電力値の確認ST02の処理ステップは、校正実施判断フェーズに含まれる。
<<Regarding the calibration method of the array antenna system according to the sixth embodiment>>
FIG. 12 is a flowchart showing processing steps of the array antenna system according to the sixth embodiment.
As shown in Figure 12, the processing steps of the array antenna system of embodiment 6 include, in addition to the processing steps of the array antenna system of
12, the portion enclosed by a dashed frame labeled “P601” is referred to as the “calibration execution determination phase.” The processing steps of measuring the power of a signal (ST01) and confirming the power value (ST02), which are added in the sixth embodiment, are included in the calibration execution determination phase.
校正実施判断フェーズ(P601)における信号の電力測定ST01は、電力計測部70が行う処理ステップである。信号の電力測定ST01において電力計測部70は、校正信号受信機60から送られた信号の電力量を計測する。
Signal power measurement ST01 in the calibration execution judgment phase (P601) is a processing step performed by the
校正実施判断フェーズ(P601)における電力値の確認ST02は、校正トリガ指示部150が実施する処理ステップである。電力値の確認ST02において校正トリガ指示部150は、電力計測部70で計測した電力量が、予め設定されている閾値を下回ったかを判断する。
電力計測部70で計測した電力量が予め設定されている閾値を下回った場合(YESの場合)、処理ステップは校正信号の生成ST11へ進む。電力計測部70で計測した電力量が予め設定されている閾値を下回っていない場合(NOの場合)、処理ステップは、信号の電力測定ST01へ戻る。
Power value confirmation ST02 in the calibration execution determination phase (P601) is a processing step performed by the calibration
If the amount of power measured by the
図13は、計測する電力量の時系列変化を表したグラフであり、新たな校正を開始するタイミングを説明するものである。図13に示されるグラフにおいて、横軸は時間を、縦軸は電力計測部70で計測した電力量を、それぞれ表す。また図13に示されるグラフにおいて、「Threshold Power」と表示された破線は、校正トリガ指示部150が用いる電力量の閾値を表す。さらに図13に示されるグラフにおいて、「Calibration Trigger」と表示された矢印は、校正トリガ指示部150がトリガを出力するタイミングを表している。
Figure 13 is a graph showing the time series change in the amount of power measured, and explains the timing for starting a new calibration. In the graph shown in Figure 13, the horizontal axis represents time, and the vertical axis represents the amount of power measured by the
図13に示された校正実施判断フェーズ(P601)より先の処理ステップは、実施の形態1に示された処理ステップと同じ内容である。The processing steps beyond the calibration implementation judgment phase (P601) shown in Figure 13 are the same as the processing steps shown in
以上のとおり実施の形態6に係るアレーアンテナシステムは校正トリガ指示部150を含むため、合成電界の大きさを閾値と比較することができ、新たな校正を開始する判断をすることができる。As described above, since the array antenna system of embodiment 6 includes a calibration
実施の形態7.
実施の形態7に係るアレーアンテナシステム及びアレーアンテナシステムの校正方法は、本開示技術に係るアレーアンテナシステム及びアレーアンテナシステムの校正方法の変形例である。
実施の形態7で用いる符号は、特に明記する場合を除き、既出の実施の形態で用いられた符号と同じである。実施の形態7において、既出の実施の形態と重複する説明は、適宜、省略される。
Embodiment 7.
The array antenna system and the calibration method for the array antenna system according to the seventh embodiment are modified examples of the array antenna system and the calibration method for the array antenna system according to the present disclosure.
The reference numerals used in the seventh embodiment are the same as those used in the previous embodiments unless otherwise specified. In the seventh embodiment, the description that overlaps with the previous embodiments will be omitted as appropriate.
(実施の形態7におけるイントロダクション)
(ブロック符号について)
符号は、情報の通信と記録に関する様々な目的に利用される。符号は、特に誤り訂正に使われる。
ブロック符号(Block code)は、符号語(codeword)の集合である。ブロック符号は、“(n,k,d)q”といった表記がなされることが多い。ここで、nはブロックのサイズであり、kはメッセージの長さ(送るブロックの個数)であり、dはその符号の最小距離である。ただし、ここで言う最小距離とは、相異なる二つの符号語のハミング距離の最小値である。ハミング距離は、二つのベクトル(xとy)に対して定義されるものであり、互いに異なる成分の個数であり、dH(x,y)で表される。また、下添え字のqは、符号語の各成分がq個の記号からなるアルファベット等(数字を含む)の元であることを表す。q=2の場合、符号は2元符号(binary code)である。
誤り訂正に用いられるブロック符号は、「ブロック誤り訂正符号」とも称される。
実施の形態7において後述するアダマール符号は、(2r,r,2r-1)2の符号である。
“実施の形態7におけるイントロダクション”に記載の内容は、主に、以下の参照文献からの引用である。
参照文献:“誤り訂正符号入門[第2版]”,イエルン・コステセン/トム・ホーホルト著、森北出版株式会社、ISBN978-4-627-81712-8.
(Introduction to the Seventh Embodiment)
(About block codes)
Codes are used for a variety of purposes in communicating and storing information, in particular for error correction.
A block code is a set of codewords. Block codes are often written as "(n, k, d) q ", where n is the size of the block, k is the length of the message (the number of blocks to be sent), and d is the minimum distance of the code. The minimum distance is the minimum value of the Hamming distance between two different codewords. The Hamming distance is defined for two vectors (x and y), and is the number of different components, and is represented as d H (x, y). The subscript q indicates that each component of the codeword is an element of an alphabet (including numbers) consisting of q symbols. When q=2, the code is a binary code.
The block code used for error correction is also called a "block error correcting code."
The Hadamard code, which will be described later in the seventh embodiment, is a (2 r , r, 2 r−1 ) 2 code.
The contents described in the "Introduction to the Seventh Embodiment" are mainly quoted from the following reference documents.
Reference: "Introduction to Error Correcting Codes [Second Edition]", by Jern Kostesen and Tom Hoholt, Morikita Publishing Co., Ltd., ISBN 978-4-627-81712-8.
(実施の形態7の内容)
実施の形態1から4までに記載されているとおり、校正信号は、例えば、位相変調を実現する変調信号であってもよい。この場合、N個の送信系統に注入されるN個の変調信号は、時間軸方向における相関が低いこと、すなわち、直交性が高いこと、が重要である。しかし、変調信号自体を直交性が高いものとなるように設計しても、N個の送信系統に例えば遅延差を生じるような個体差があると、N個の変調信号は、相互の直交性が崩れ、干渉し合い、最終的に十分な校正精度が得られなくなる、ということも生じ得る。
(Contents of the Seventh Embodiment)
As described in the first to fourth embodiments, the calibration signal may be, for example, a modulated signal that realizes phase modulation. In this case, it is important that the N modulated signals injected into the N transmission systems have low correlation in the time axis direction, that is, high orthogonality. However, even if the modulated signals themselves are designed to have high orthogonality, if there are individual differences in the N transmission systems that cause, for example, delay differences, the mutual orthogonality of the N modulated signals is lost and they interfere with each other, and ultimately, sufficient calibration accuracy cannot be obtained.
実施の形態7に係るアレーアンテナシステム及びアレーアンテナシステムの校正方法は、上記の課題を解決する工夫がなされたものである。具体的に言えば、実施の形態7に係るアレーアンテナシステム及びアレーアンテナシステムの校正方法は、校正信号の変調周期ごとに、更なる直交符号系列による位相変調及び位相復調をかけるものである。この技術的特徴により、実施の形態7に係るアレーアンテナシステム及びアレーアンテナシステムの校正方法は、他系統の校正信号からの影響を除去することができる。 The array antenna system and the calibration method for the array antenna system according to the seventh embodiment are devised to solve the above problems. Specifically, the array antenna system and the calibration method for the array antenna system according to the seventh embodiment apply phase modulation and phase demodulation using an additional orthogonal code sequence for each modulation period of the calibration signal. Due to this technical feature, the array antenna system and the calibration method for the array antenna system according to the seventh embodiment can eliminate the influence of calibration signals from other systems.
図14は、実施の形態7に係るアレーアンテナシステムにおける位相変調及びその復調を説明する図である。図14のうち図14Aは、位相変調を説明する図である。図14Bは、その復調を説明する図である。図14A及び図14Bには、それぞれ4つのグラフが示されている。これら4つのグラフは、周波数領域における有限の幅を持つスペクトル成分、すなわち占有帯域を示している。
図14Aにおける{Tx1,Tx2}は、送信系列を表している。図14Bにおける{Rx1,Rx2}は、受信系列を表している。このように、簡単のため、図14に示される例では、送信系統も受信系統もそれぞれ2系統である、としている。
図14A及び図14Bにおいて、Modulation Periodとは、変調周期を意味する。図14においては、2周期分(#1,#2)の送信系列又は受信系列が示されている。
Fig. 14 is a diagram for explaining phase modulation and its demodulation in the array antenna system according to the seventh embodiment. In Fig. 14, Fig. 14A is a diagram for explaining phase modulation. Fig. 14B is a diagram for explaining the demodulation. Fig. 14A and Fig. 14B each show four graphs. These four graphs show spectral components having a finite width in the frequency domain, i.e., occupied bands.
In Fig. 14A, {Tx1, Tx2} represents a transmission sequence. In Fig. 14B, {Rx1, Rx2} represents a reception sequence. For simplicity, the example shown in Fig. 14 has two transmission systems and two reception systems.
14A and 14B, the term "Modulation Period" means a modulation cycle. In FIG. 14, a transmission sequence or a reception sequence for two periods (#1, #2) is shown.
受信系列において、Rx1には、本来はTx1に対応する信号のみが、Rx2には、本来はTx2に対応する信号のみが、それぞれ入力される。しかし、図14Bにおいて、Rx1に、Tx1及びTx2の2つに対応する信号が示されている。Rx2においても、同様に、Tx1及びTx2の2つに対応する信号が示されている。これは、意図的に、本開示技術の課題である干渉の状況を再現したものである。In the reception sequence, only the signal that should be associated with Tx1 is input to Rx1, and only the signal that should be associated with Tx2 is input to Rx2. However, in FIG. 14B, Rx1 shows two signals corresponding to Tx1 and Tx2. Similarly, Rx2 shows two signals corresponding to Tx1 and Tx2. This is an intentional reproduction of the interference situation that is the subject of the disclosed technology.
校正信号の変調周期ごとに行う位相変調の処理は、直交符号系列が用いられる。直交符号系列は、例えば、アダマール符号(Hadamard code)が考えられる。前述のとおり、アダマール符号は、(2r,r,2r-1)2の符号である。また、アダマール符号は、アダマール行列(H)に基づいて生成されるブロック符号である。
アダマール行列は、要素が+1又は-1のいずれかであり、かつ各行が互いに直交であるような正方行列である。すなわち、アダマール行列の任意の2つの行は、互いに垂直な行ベクトルである。同様に、アダマール行列の任意の2つの列は、互いに垂直な列ベクトルである。アダマール行列(H)は、以下の数式に示す性質を有する。
ここで、数式(2)に登場するInは、サイズがn×nの単位行列である。また、上添え字のTは、転置を表す。
An orthogonal code sequence is used for the phase modulation process performed for each modulation period of the calibration signal. The orthogonal code sequence may be, for example, a Hadamard code. As described above, the Hadamard code is a (2 r , r, 2 r-1 ) 2 code. The Hadamard code is a block code generated based on a Hadamard matrix (H).
A Hadamard matrix is a square matrix whose elements are either +1 or -1 and whose rows are orthogonal to each other. That is, any two rows of a Hadamard matrix are row vectors that are perpendicular to each other. Similarly, any two columns of a Hadamard matrix are column vectors that are perpendicular to each other. A Hadamard matrix (H) has the property shown in the following equation.
Here, I n appearing in the formula (2) is a unit matrix of size n×n, and the superscript T represents transposition.
2次のアダマール行列には、例えば、以下のものがある。
ここで、数式(3)左辺に登場する右下添え数字の“2”は、アダマール行列が2次であることを強調した表記である。
An example of a second order Hadamard matrix is:
Here, the subscript "2" on the left side of the formula (3) is a notation emphasizing that the Hadamard matrix is quadratic.
本開示技術に係るアレーアンテナシステムは、アダマール行列(H)の行ベクトル又は列ベクトルの要素に基づいて、校正信号の変調周期毎の移相変調量を決定してもよい。移相変調量は、アダマール行列(H)の行ベクトル又は列ベクトルの要素に基づいて、例えば、+1の場合には0度、-1の場合には180度(π[rad])と決める。このように決めれば、図14Aに例示される2系統において、第1系統は、数式(3)で示されるアダマール行列(H)の第1行目の(+1,+1)に対応した位相(0,0)の変調がかけら、第2系統は、第2行目の(+1,-1)に対応した位相(0,π)の変調がかけられる。The array antenna system according to the disclosed technology may determine the amount of phase modulation for each modulation period of the calibration signal based on the elements of the row vector or column vector of the Hadamard matrix (H). The amount of phase modulation is determined based on the elements of the row vector or column vector of the Hadamard matrix (H), for example, to be 0 degrees for +1 and 180 degrees (π [rad]) for -1. If determined in this way, in the two systems illustrated in FIG. 14A, the first system is modulated with a phase (0, 0) corresponding to (+1, +1) in the first row of the Hadamard matrix (H) shown in formula (3), and the second system is modulated with a phase (0, π) corresponding to (+1, -1) in the second row.
図14Bに示されるとおり、復調処理においては、2系統の校正信号が重畳された信号が対象となる。これは、校正信号解析部100が、校正信号の周期毎に前記直交符号系列に基づく位相復調をかけ、積算処理を行うことにより実現される。図14Bに示される例においては、第1系統の校正信号を抽出する処理では、位相(0,0)による復調がなされ、第2系統の校正信号を抽出する処理では、位相(0,-π)による復調がなされる。
本開示技術に係る校正方法の技術的特徴は、図14の例で言えば2周期分の復調信号を積算する、という点にある。この技術的特徴は、他系統の校正信号をキャンセルし合う、という作用効果を奏する。本開示技術に係る校正方法は、この技術的特徴を有することにより、他系統の校正信号の影響を低減できる、という効果を奏する。
As shown in Fig. 14B, the demodulation process targets a signal on which two systems of calibration signals are superimposed. This is realized by the
A technical feature of the calibration method according to the disclosed technology is that, in the example of Fig. 14, two periods of demodulated signals are accumulated. This technical feature provides the effect of canceling out calibration signals of other systems. By having this technical feature, the calibration method according to the disclosed technology provides the effect of reducing the influence of calibration signals of other systems.
一般に、積算処理は、同じ波形(情報)が繰り返される周期的な信号に対してSNRを改善する効果が認められ、SNRを改善する目的で実施される。すなわち、積算処理は、平均化処理と同じ効果を奏し、LPF(Low Pass Filter)の一種とも考えられる。
なお、レーダの技術分野において、インコヒーレント積分と比較してコヒーレント積分の方がSNRを改善する効果が優れていることが報告されている(例えば、以下の非特許文献)。
非特許文献:影目聡ら、「目標レンジプロフィールのコヒーレント積分によるSNR改善アルゴリズムの原理検証」、2009年、電子情報通信学会総合大会、B-2-22、通信講演論文集1 P.279.
In general, the accumulation process is recognized to have an effect of improving the SNR for a periodic signal in which the same waveform (information) is repeated, and is performed for the purpose of improving the SNR. In other words, the accumulation process has the same effect as the averaging process, and can be considered as a type of LPF (Low Pass Filter).
In the field of radar technology, it has been reported that coherent integration is more effective at improving SNR than incoherent integration (for example, see the following non-patent literature).
Non-patent literature: Satoshi Kageme et al., "Verification of the principle of an SNR improvement algorithm using coherent integration of a target range profile," 2009, Institute of Electronics, Information and Communication Engineers General Conference, B-2-22, Proceedings of the
アレーアンテナの校正装置又は校正方法の技術分野において、直交符号発生器を備え、符号が+1の場合には位相値を0度にし、符号が-1の場合には位相値を180度(π[rad])に割り当てることは、新規な着想ではないかもしれない。また、アダマール行列発生器を備え、アダマール行列(H)の行ベクトルの要素に基づいて、例えば、+1の場合には0度、-1の場合には180度(π[rad])とする位相パターンによる位相回転を各アンテナ素子の受信信号に与えることも知られている(例えば、国際公開第2006/051614号)。
しかし、上記の校正装置又は校正方法は、複数素子を同時に校正でき、素子数が多いアレーアンテナにおいても効率的な校正を行うことを目的としており、本開示技術が課題とする、送信系統の遅延差に起因する直交性の崩れ、をメインテーマとしていない。
In the technical field of an array antenna calibration device or calibration method, it may not be a novel idea to provide an orthogonal code generator and assign a phase value of 0 degrees when the code is +1 and a phase value of 180 degrees (π [rad]) when the code is -1. It is also known to provide a Hadamard matrix generator and impart a phase rotation to the received signal of each antenna element according to a phase pattern in which, for example, 0 degrees for +1 and 180 degrees (π [rad]) for -1 are provided based on the elements of row vectors of a Hadamard matrix (H) (for example, International Publication No. WO 2006/051614).
However, the above-mentioned calibration device or calibration method is intended to be capable of simultaneously calibrating multiple elements and to perform efficient calibration even in array antennas with a large number of elements, and does not have as its main theme the loss of orthogonality caused by delay differences in the transmission system, which is an issue faced by the present disclosed technology.
以上のとおり、実施の形態7においては、直交符号系列の具体例としてアダマール符号が示されているが、本開示技術はこれに限定されない。本開示技術が用いる符号系列は、直交性の高いものであればよい。
また、実施の形態7においては、校正信号の変調周期毎に位相変調をかけることを示したが、例示であって、本開示技術はこれに限定されない。実施の形態7で示した効果は、位相変調をかける周期が、校正信号の周期を単位とした任意のもの(1周期、2周期,3周期、…、N周期)であっても変わらない。
As described above, in the seventh embodiment, the Hadamard code is shown as a specific example of the orthogonal code sequence, but the disclosed technology is not limited to this. The code sequence used in the disclosed technology may be any code sequence that has high orthogonality.
In addition, in the seventh embodiment, the phase modulation is performed for each modulation period of the calibration signal, but this is merely an example, and the disclosed technology is not limited to this. The effect shown in the seventh embodiment remains the same even if the period for which the phase modulation is performed is any period (1 period, 2 periods, 3 periods, ..., N periods) in units of the period of the calibration signal.
なお、本開示技術に係るアレーアンテナシステム及びアレーアンテナシステムの校正方法は、各実施の形態に例示した態様に限定されず、各実施の形態を組み合わせ、実施の形態のそれぞれの任意の構成要素を変形し、又は実施の形態のそれぞれにおいて任意の構成要素を省略することができる。 Note that the array antenna system and the calibration method of the array antenna system according to the disclosed technology are not limited to the aspects exemplified in each embodiment, and each embodiment may be combined, any component of each embodiment may be modified, or any component of each embodiment may be omitted.
本開示技術に係るアレーアンテナシステム及びアレーアンテナシステムの校正方法は、例えば、携帯電話等のセルラーシステムにおいて、CDMA方式を用いたアダプティブなアレーアンテナシステムに応用でき、産業上の利用可能性を有する。 The array antenna system and the calibration method for the array antenna system according to the present disclosure can be applied, for example, to an adaptive array antenna system using the CDMA method in cellular systems such as mobile phones, and has industrial applicability.
1 アンテナ素子、2 抽出部、3 送信機、4 注入部、10 DBF部、20 信号処理部、30 校正信号生成部、40 位相制御部、50 電力合成部、60 校正信号受信機、70 電力計測部、80 位相制御指示部、90 校正信号位相オフセット部、100 校正信号解析部、110 バトラーマトリクス回路、120 経路選択部、130 経路選択指示部、140 遅延補正部、150 校正トリガ指示部、500 処理回路、502 CPU、504 メモリ。1 Antenna element, 2 Extraction unit, 3 Transmitter, 4 Injection unit, 10 DBF unit, 20 Signal processing unit, 30 Calibration signal generation unit, 40 Phase control unit, 50 Power combining unit, 60 Calibration signal receiver, 70 Power measurement unit, 80 Phase control instruction unit, 90 Calibration signal phase offset unit, 100 Calibration signal analysis unit, 110 Butler matrix circuit, 120 Path selection unit, 130 Path selection instruction unit, 140 Delay correction unit, 150 Calibration trigger instruction unit, 500 Processing circuit, 502 CPU, 504 Memory.
Claims (10)
アレーアンテナシステムの校正信号生成部が、校正信号を生成し、
アレーアンテナシステムの位相制御部が、前記送信系統から抽出した送信信号と前記校正信号とからなる抽出信号の位相を制御し、
アレーアンテナシステムの電力合成部が、前記位相制御部で位相が制御された複数の信号を合成し、
アレーアンテナシステムの校正信号受信機が、前記電力合成部で合成された信号を復調し、
アレーアンテナシステムの電力計測部が、前記校正信号受信機で復調された信号の電力を計測し、
アレーアンテナシステムの位相制御指示部が、前記電力計測部で計測された電力の計測値に基づいて、前記位相制御部に対して制御する位相量を指示し、
前記位相制御部による位相の制御は、直近の校正で得られた位相設定値を解の候補として行う、
アレーアンテナシステムの校正方法。 A method for calibrating an array antenna system having a plurality of transmission systems, comprising the steps of:
A calibration signal generating unit of the array antenna system generates a calibration signal;
a phase control unit of the array antenna system controls a phase of an extracted signal including a transmission signal extracted from the transmission system and the calibration signal;
a power combining unit of the array antenna system combining the multiple signals whose phases have been controlled by the phase control unit;
A calibration signal receiver of the array antenna system demodulates the signal combined by the power combining unit;
a power measurement unit of the array antenna system measures the power of the signal demodulated by the calibration signal receiver;
a phase control instruction unit of the array antenna system instructs the phase control unit on an amount of phase control based on a measurement value of power measured by the power measurement unit ;
The phase control by the phase control unit is performed using a phase setting value obtained in the most recent calibration as a candidate for a solution.
A method for calibrating an array antenna system.
アレーアンテナシステムの校正信号生成部が、校正信号を生成し、
アレーアンテナシステムの位相制御部が、前記送信系統から抽出した送信信号と前記校正信号とからなる抽出信号の位相を制御し、
アレーアンテナシステムの電力合成部が、前記位相制御部で位相が制御された複数の信号を合成し、
アレーアンテナシステムの校正信号受信機が、前記電力合成部で合成された信号を復調し、
アレーアンテナシステムの電力計測部が、前記校正信号受信機で復調された信号の電力を計測し、
アレーアンテナシステムの位相制御指示部が、前記電力計測部で計測された電力の計測値に基づいて、前記位相制御部に対して制御する位相量を指示し、
前記位相制御指示部が、固定設定値切換え時に、修正位相量を前記位相制御部に指示する、
アレーアンテナシステムの校正方法。 A method for calibrating an array antenna system having a plurality of transmission systems, comprising the steps of:
A calibration signal generating unit of the array antenna system generates a calibration signal;
a phase control unit of the array antenna system controls a phase of an extracted signal including a transmission signal extracted from the transmission system and the calibration signal;
a power combining unit of the array antenna system combining the multiple signals whose phases have been controlled by the phase control unit;
A calibration signal receiver of the array antenna system demodulates the signal combined by the power combining unit;
a power measurement unit of the array antenna system measures the power of the signal demodulated by the calibration signal receiver;
a phase control instruction unit of the array antenna system instructs the phase control unit on an amount of phase control based on a measurement value of power measured by the power measurement unit ;
the phase control instructing unit instructs the phase control unit of a correction amount of phase when switching the fixed set value;
A method for calibrating an array antenna system.
校正信号を生成する校正信号生成部と、
入力ポートに、前記送信系統から抽出した送信信号と前記校正信号とからなる抽出信号が入力され、複数の移相設定値で合成し、それぞれを異なる出力ポートに出力するバトラーマトリクス回路と、
前記バトラーマトリクス回路の前記出力ポートを切り替えるスイッチとして機能する経路選択部と、
前記経路選択部を経由した信号を復調する校正信号受信機と、
前記校正信号受信機で復調された信号の電力を計測する電力計測部と、
前記電力計測部で計測された電力の計測値に基づいて、前記経路選択部に対し、前記出力ポートの切換えを指示する経路選択指示部と、を備える、
アレーアンテナシステム。 An array antenna system having a plurality of transmission systems,
a calibration signal generating unit that generates a calibration signal;
a Butler matrix circuit which receives an extracted signal composed of a transmission signal extracted from the transmission system and the calibration signal at an input port, synthesizes the extracted signal at a plurality of phase shift setting values, and outputs each of the synthesized signals to different output ports;
a path selection unit that functions as a switch for switching the output port of the Butler matrix circuit;
a calibration signal receiver that demodulates the signal that has passed through the path selection unit;
a power measurement unit that measures the power of a signal demodulated by the calibration signal receiver;
a path selection instruction unit that instructs the path selection unit to switch the output port based on a measurement value of the power measured by the power measurement unit.
Array antenna system.
請求項3に記載のアレーアンテナシステム。 the path selection instruction unit identifies the output port of the Butler matrix circuit that minimizes the measured value of power, determines a phase setting value, and instructs the path selection unit to switch to the identified output port.
4. The array antenna system according to claim 3 .
前記校正信号受信機で復調された信号と、前記校正信号位相オフセット部で調整された信号と、に基づいて、相対振幅位相誤差を算出する校正信号解析部と、
前記相対振幅位相誤差がなくなるように前記送信信号を補正した上で、デジタルビームフォーミングを行うDBF部と、をさらに備える、
請求項4に記載のアレーアンテナシステム。 a calibration signal phase offset unit that adjusts the phase of the calibration signal by offsetting the phase setting value;
a calibration signal analysis unit that calculates a relative amplitude and phase error based on the signal demodulated by the calibration signal receiver and the signal adjusted by the calibration signal phase offset unit;
and a DBF unit that corrects the transmission signal so as to eliminate the relative amplitude and phase error, and then performs digital beamforming.
5. The array antenna system according to claim 4 .
前記校正信号生成部は、前記校正信号の周期を単位として、直交符号系列に基づく位相変調をかけ、
前記校正信号解析部は、前記校正信号の周期を単位として、前記直交符号系列に基づく位相復調をかけ、積算処理を行う、
請求項3に記載のアレーアンテナシステム。 a calibration signal analysis unit that extracts the calibration signal that has passed through the transmission system and calculates a relative amplitude and phase error;
the calibration signal generation unit performs phase modulation based on an orthogonal code sequence, with the period of the calibration signal being a unit;
the calibration signal analysis unit performs phase demodulation based on the orthogonal code sequence and performs an integration process, with the period of the calibration signal being a unit.
4. The array antenna system according to claim 3 .
アレーアンテナシステムの校正信号生成部が、校正信号を生成し、
入力ポートに、前記送信系統から抽出した送信信号と前記校正信号とからなる抽出信号が入力されるアレーアンテナシステムのバトラーマトリクス回路が、複数の移相設定値で合成し、それぞれを異なる出力ポートに出力し、
アレーアンテナシステムの経路選択部が、前記バトラーマトリクス回路の前記出力ポートを切り替えるスイッチとして機能し、
アレーアンテナシステムの校正信号受信機が、前記経路選択部を経由した信号を復調し、
アレーアンテナシステムの電力計測部が、前記校正信号受信機で復調された信号の電力を計測し、
アレーアンテナシステムの経路選択指示部が、前記電力計測部で計測された電力の計測値に基づいて、前記経路選択部に対し、前記出力ポートの切換えを指示する、
アレーアンテナシステムの校正方法。 A method for calibrating an array antenna system having a plurality of transmission systems, comprising the steps of:
A calibration signal generating unit of the array antenna system generates a calibration signal;
a Butler matrix circuit of the array antenna system, to which an extracted signal composed of a transmission signal extracted from the transmission system and the calibration signal is input to an input port, combines the extracted signals at a plurality of phase shift setting values, and outputs each of the combined signals to a different output port;
a path selection unit of the array antenna system functions as a switch for switching the output port of the Butler matrix circuit;
A calibration signal receiver of the array antenna system demodulates the signal that has passed through the path selection unit,
a power measurement unit of the array antenna system measures the power of the signal demodulated by the calibration signal receiver;
a path selection instruction unit of the array antenna system instructs the path selection unit to switch the output port based on the power measurement value measured by the power measurement unit;
A method for calibrating an array antenna system.
請求項7に記載のアレーアンテナシステムの校正方法。 the path selection instruction unit identifies the output port of the Butler matrix circuit that minimizes the measured value of power, determines a phase setting value, and instructs the path selection unit to switch to the identified output port.
A method for calibrating an array antenna system according to claim 7 .
校正信号解析部が、前記校正信号受信機で復調された信号と、前記校正信号位相オフセット部で調整された信号と、に基づいて、相対振幅位相誤差を算出し、
DBF部が、前記相対振幅位相誤差がなくなるように前記送信信号を補正した上で、デジタルビームフォーミングを行う、
請求項8に記載のアレーアンテナシステムの校正方法。 a calibration signal phase offset unit offsets the phase of the calibration signal by the phase setting value;
A calibration signal analysis unit calculates a relative amplitude and phase error based on the signal demodulated by the calibration signal receiver and the signal adjusted by the calibration signal phase offset unit;
The DBF unit corrects the transmission signal so that the relative amplitude and phase error is eliminated, and then performs digital beamforming.
The method for calibrating an array antenna system according to claim 8 .
前記送信系統を通過した前記校正信号を抽出し、相対的な振幅位相誤差を算出する校正信号解析部が、前記校正信号の周期を単位として、前記直交符号系列に基づく位相復調をかけ、積算処理を行う、
請求項7に記載のアレーアンテナシステムの校正方法。 the calibration signal generation unit performs phase modulation based on an orthogonal code sequence, with the period of the calibration signal being a unit;
a calibration signal analysis unit that extracts the calibration signal that has passed through the transmission system and calculates a relative amplitude and phase error, performs phase demodulation based on the orthogonal code sequence with the period of the calibration signal as a unit, and performs an integration process;
A method for calibrating an array antenna system according to claim 7 .
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