JP7497892B2 - 無線通信装置及び無線通信方法 - Google Patents

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Description

本開示は、無線通信装置及び無線通信方法に関する。
無線通信システムの大容量化を実現する技術の1つとして、基地局が、複数のアンテナを使用して、複数の端末との間で同時に通信を行うMU-MIMO(Multi User - Multi Input Multi Output)が挙げられる。
基地局は、MU-MIMOの実行時には、アンテナから放射されるビームの指向性を制御するビームフォーミングを行う。ビームフォーミングにおいては、空間多重を行う端末のうち任意の端末への希望波の方向の指向性を高くする一方で、他の端末の方向にヌル(Null)を生成し、他の端末への干渉ビームを抑圧する。
その一方で、近年、基地局にAAS(Active Antenna System。アクティブアンテナシステム)を用いることが検討されている(例えば、特許文献1参照)。AASは、複数のアンテナと、複数のアンテナの各々に対応して設けられた複数の送受信機と、を内蔵したものである。基地局にAASを用いることにより、前記した空間多重を含むビームフォーミング性能の実現と高度化を図れると共に、複数の低出力送信機からの出力パワーを統合することで、高いEIRP(Equivalent Isotropic Radiated Power)性能を実現できる。このように、基地局にAASを用いることにより、多くの効能が考えられる。
特開2017-195463号公報
ところで、AASにおいては、ビームフォーミング形成の為に各送受信機を通過する信号に重み付けされた振幅と位相に、各送受信機毎にばらつきを持った振幅及び位相特性が印加されてしまう事で、所望のビームフォーミング特性が劣化しない様にする必要がある。そのため、AASにおいては、全送受信機のキャリブレーションを行い、各送受信機間の振幅位相のばらつきを低減・消去する必要がある。また、運用時の外気温や経時変動により各送受信機の振幅及び位相特定が変動し、この変動によっても各送受信機間の振幅及び位相特定に差異が生じる。この差異を併せて補償するには、周期的に逐次キャリブレーションを行い、この差異を除去することも重要となる。
ここで、送受信機内の送信機のキャリブレーションとなる送信キャリブレーションを実行する場合、各送信機は、送信キャリブレーション信号を送出する。
しかし、各送信機が、マルチトーンで構成される同一周波数配置の送信キャリブレーション信号を使用する場合には、送信キャリブレーション信号の伝送経路の接続構成によっては、送信キャリブレーション信号同士が干渉するおそれがある。
そのため、各送信機が、マルチトーンで構成される同一周波数配置の送信キャリブレーション信号を使用する場合、送信キャリブレーション信号同士の干渉を回避するためには、複数の送信機の送信キャリブレーションを一括して同時に行うことはできず、各送信機毎に送信キャリブレーションを別時間帯に個別に行わなければならなかった。
その結果、複数の送信機の送信キャリブレーションが全て終了するまでに時間を要してしまい、その時間内でも送信機の振幅及び位相特定が変動するため、送信キャリブレーションの精度が劣化してしまうという問題があった。
本開示の目的は、上述した課題を解決し、送信キャリブレーションの精度を高く維持することができる無線通信装置及び無線通信方法を提供することにある。
一態様による無線通信装置は、
複数のアンテナと、
前記複数のアンテナの各々に対応して設けられ、各々が送信機及び受信機を含む複数の送受信機と、
キャリブレーション用送受信機と、
分配合成部と、
制御部と、を備え、
前記制御部は、各送信機に送出する送信キャリブレーション信号を、各送信機毎に周波数直交させ、
各送信機は、周波数直交された前記送信キャリブレーション信号を送出し、
前記分配合成部は、各送信機から送出される前記送信キャリブレーション信号を合成し、該合成信号を前記キャリブレーション用送受信機に伝送する。
一態様による無線通信方法は、
複数のアンテナと、
前記複数のアンテナの各々に対応して設けられ、各々が送信機及び受信機を含む複数の送受信機と、
キャリブレーション用送受信機と、
分配合成部と、
を備える無線通信装置による無線通信方法であって、
各送信機に送出する送信キャリブレーション信号を、各送信機毎に周波数直交させる第1ステップと、
各送信機が、周波数直交された前記送信キャリブレーション信号を送出する第2ステップと、
前記分配合成部が、各送信機から送出される前記送信キャリブレーション信号を合成し、該合成信号を前記キャリブレーション用送受信機に伝送する第3ステップと、
を含む。
上述の態様によれば、送信キャリブレーションの精度を高く維持できる無線通信装置及び無線通信方法を提供できるという効果が得られる。
実施の形態1に係るAASの構成例を示す回路図である。 実施の形態1に係るAASのDLキャリブレーション動作の動作例を説明する図である。 実施の形態1に係るAASのDL動作の動作例を説明する図である。 実施の形態1に係るAASにおける、図1のポイントAから各ポイントBまでの伝送経路全体の接続構成例を示す図である。 図4のTRXサブブロック#1の拡大構成例を示す図である。 実施の形態1に係るAASがDLキャリブレーションを実行するタイミングの例を説明する図である。 実施の形態1に係る各送信機用のDLキャリブレーション信号の周波数配置の第1の例を説明する図である。 実施の形態1に係るAASにおける、送信機/アンテナの配置例を示す図である。 実施の形態1に係る各送信機用のDLキャリブレーション信号の周波数配置の第2の例を説明する図である。 実施の形態2に係るAASにおける、Zadoff-Chu系列による位相変調をかけたDLキャリブレーション信号のコンステレーションの例を説明する図である。 実施の形態2に係るAASにおける、Zadoff-Chu系列による位相変調をかけたDLキャリブレーション信号のコンステレーションの例を説明する図である。 実施の形態2に係るAASにおける、Zadoff-Chu系列による位相変調をかけたDLキャリブレーション信号のコンステレーションの例を説明する図である。 実施の形態2に係るAASにおける、Zadoff-Chu系列による位相変調をかけたDLキャリブレーション信号のコンステレーションの例を説明する図である。 実施の形態2に係るAASにおける、Zadoff-Chu系列による位相変調をかけたDLキャリブレーション信号のコンステレーションの例を説明する図である。 実施の形態2に係るAASにおける、Zadoff-Chu系列による位相変調をかけたDLキャリブレーション信号のコンステレーションの例を説明する図である。 実施の形態2に係るAASにおける、Zadoff-Chu系列による位相変調をかけたDLキャリブレーション信号のコンステレーションの例を説明する図である。 実施の形態2に係るAASにおける、Zadoff-Chu系列による位相変調をかけたDLキャリブレーション信号のコンステレーションの例を説明する図である。 実施の形態2に係るAASにおける、Zadoff-Chu系列による位相変調をかけたDLキャリブレーション信号のコンステレーションの例を説明する図である。 実施の形態2に係るAASにおける、Zadoff-Chu系列による位相変調をかけたDLキャリブレーション信号のコンステレーションの例を説明する図である。 実施の形態2に係るAASにおける、Zadoff-Chu系列による位相変調をかけたDLキャリブレーション信号のコンステレーションの例を説明する図である。 実施の形態2に係るAASにおける、Zadoff-Chu系列による位相変調をかけたDLキャリブレーション信号のコンステレーションの例を説明する図である。 実施の形態2に係るAASにおける、Zadoff-Chu系列による位相変調をかけたDLキャリブレーション信号のコンステレーションの例を説明する図である。 実施の形態2に係るAASにおける、Zadoff-Chu系列による位相変調をかけたDLキャリブレーション信号のコンステレーションの例を説明する図である。 実施の形態2に係るAASにおける、Zadoff-Chu系列による位相変調をかけたDLキャリブレーション信号のコンステレーションの例を説明する図である。 実施の形態2に係るAASにおける、Zadoff-Chu系列による位相変調をかけたDLキャリブレーション信号のコンステレーションの例を説明する図である。 実施の形態2に係るAASにおける、DLキャリブレーション信号のPAPR特性の例を説明する図である。 実施の形態を概念的に示した無線通信装置の構成例を示す図である。
以下、図面を参照して本開示の実施の形態について説明する。なお、以下の記載及び図面は、説明の明確化のため、適宜、省略及び簡略化がなされている。また、以下の各図面において、同一の要素には同一の符号が付されており、必要に応じて重複説明は省略されている。
(1)実施の形態1
まず、図1を参照して、本実施の形態1に係るAAS100の構成例について説明する。図1は、本実施の形態1に係るAAS100の構成例を示す回路図である。本実施の形態1に係るAAS100は、無線通信装置の一例である。
図1に示されるように、本実施の形態1に係るAAS100は、光トランシーバ10、ベースバンド(BB:Baseband)部20、フロントエンド(Frontend)部30、複数本(m本。mは2以上の自然数)のアンテナ40#n(n=1,・・・,m)、キャリブレーション用送受信機CAL-TRX、スイッチ(SW)50、及び分配合成部60を備えている。フロントエンド部30は、複数本のアンテナ40#nのそれぞれに対応して、送受信機TRX#n、スイッチ(SW)31#n、送信アンプ32#n、及び受信アンプ33#nを、それぞれ複数個(m個)備えている。送受信機TRX#nは、不図示の送信機TX#n及び受信機RX#nを備えている。なお、図1において、キャリブレーション用送受信機CAL-TRXの入出力部分をポイントAで表し、各送受信機TRX#nの入出力部分をポイントBで表している。
本実施の形態1に係るAAS100は、基地局に用いることを想定している。そのため、AAS100は、送信キャリブレーションとして、各送信機TX#nの振幅及び位相特性のばらつきを補償するためのDL(Downlink)キャリブレーションウェイト(図中、「DL CAL Weight」と表記することがある)を計算するDLキャリブレーション(図中、「DL CAL」と表記することがある)を実行する。また、AAS100は、受信キャリブレーションとして、各受信機RX#nの振幅及び位相特性のばらつきを補償するためのUL(Uplink)キャリブレーションウェイトを計算するUL(Uplink)キャリブレーションを実行する。
光トランシーバ10は、分配ユニット(DU:Distributed Unit)900とベースバンド部20との間で送受信される信号の光電変換及びその逆の変換を行う。
ベースバンド部20は、DLキャリブレーションを実行する場合は、各送受信機TRX#nにDLキャリブレーション信号(IQ信号)を出力する。また、ベースバンド部20は、ULキャリブレーションを実行する場合は、キャリブレーション用送受信機CAL-TRXにULキャリブレーション信号(IQ信号)を出力する。ベースバンド部20は、制御部の一例である。
送受信機TRX#nは、上述のように、不図示の送信機TX#n及び受信機RX#nを備えている。送信機TX#nは、DLキャリブレーションを実行する場合は、ベースバンド部20から出力されたDLキャリブレーション信号を、IQ信号からRF信号に変換して、送信アンプ32#nに送出する。また、受信機RX#nは、ULキャリブレーションを実行する場合は、受信アンプ33#nから出力されたULキャリブレーション信号を、RF信号からIQ信号に変換して、ベースバンド部20に送出する。
送信アンプ32#nは、DLキャリブレーションを実行する場合は、送信機TX#nから出力されたDLキャリブレーション信号を増幅して、スイッチ31#nに出力する。受信アンプ33#nは、ULキャリブレーションを実行する場合は、スイッチ31#nから出力されたULキャリブレーション信号を増幅して、受信機RX#nに出力する。
スイッチ31#nは、アンテナ40#nと送信機TX#nおよび受信機RX#n間の接続を切り替えるスイッチであり、本実施の形態1での通信方式としてはTDD(Time Division Duplex、時分割複信)を前提としている。なお、スイッチ31#nは、DLキャリブレーションを実行する場合は、送信アンプ32#nから出力されたDLキャリブレーション信号を分配合成部60に出力する。また、スイッチ31#nは、ULキャリブレーションを実行する場合は、分配合成部60から出力されたULキャリブレーション信号を受信アンプ33#nに出力する。
分配合成部60は、DLキャリブレーションを実行する場合は、各スイッチ31#nから出力されたDLキャリブレーション信号を合成して、スイッチ50に出力する。また、分配合成部60は、ULキャリブレーションを実行する場合は、スイッチ50から出力されたULキャリブレーション信号を分配して、各スイッチ31#nに出力する。
スイッチ50は、キャリブレーション用送受信機CAL-TRXと各送受信機TRX#n間の、DLおよびULキャリブレーションの方向を切り替えるスイッチである。スイッチ50は、DLキャリブレーションを実行する場合は、分配合成部60から出力されたDLキャリブレーション信号をキャリブレーション用送受信機CAL-TRXに出力する。また、スイッチ50は、ULキャリブレーションを実行する場合は、キャリブレーション用送受信機CAL-TRXから出力されたULキャリブレーション信号を分配合成部60に出力する。
キャリブレーション用送受信機CAL-TRXは、不図示のキャリブレーション用送信機CAL-TX及びキャリブレーション用受信機CAL-RXを備えている。キャリブレーション用受信機CAL-RXは、DLキャリブレーションを実行する場合は、スイッチ50から出力されたDLキャリブレーション信号を、RF信号からIQ信号に変換して、ベースバンド部20に送出する。また、キャリブレーション用送信機CAL-TXは、ULキャリブレーションを実行する場合は、ベースバンド部20から出力されたULキャリブレーション信号を、IQ信号からRF信号に変換して、スイッチ50に送出する。
ベースバンド部20は、DLキャリブレーションを実行する場合は、キャリブレーション用受信機CAL-RXから送出されたDLキャリブレーション信号に基づいて、各送信機TX#nのDLキャリブレーションウェイトを計算する。また、ベースバンド部20は、ULキャリブレーションを実行する場合は、各受信機RX#nから送出されたULキャリブレーション信号に基づいて、各受信機RX#nのULキャリブレーションウェイトを計算する。
不図示の端末にBF信号を送信するDL動作時には、分配ユニット900から出力されたBF信号(IQ信号)が光トランシーバ10を介してベースバンド部20に入力される。ベースバンド部20は、各送信機TX#nのDLキャリブレーションウェイトを用いて、BF信号を補正し、補正後のBF信号を各送信機TX#nに出力する。その後、BF信号は、各送信機TX#nにてIQ信号からRF信号に変換されて送出され、各送信アンプ32#nにて増幅されて、各アンテナ40#nから不図示の端末に送信される。
不図示の端末からUL信号を受信するUL動作時には、不図示の端末からのUL信号(RF信号)は、各アンテナ40#nにて受信され、各受信アンプ33#nにて増幅され、各受信機RX#nにてRF信号からIQ信号に変換されて送出され、ベースバンド部20に入力される。ベースバンド部20は、各受信機RX#nのULキャリブレーションウェイトを用いて、各受信機RX#nからのUL信号を補正し、補正後のUL信号を、光トランシーバ10を介して分配ユニット900に出力する。
以下、本実施の形態1に係るAAS100の概略動作について説明する。なお、本開示は、DLキャリブレーション(送信キャリブレーション)に係る課題の解決を図ることを目的とするものであるため、以下では、DLキャリブレーション動作及びDL動作についてのみ、詳細に説明を行う。
まず、図2を参照して、本実施の形態1に係るAAS100のDLキャリブレーション動作の動作例について説明する。図2は、本実施の形態1に係るAAS100のDLキャリブレーション動作の動作例を説明する図である。
図2に示されるように、ベースバンド部20は、DLキャリブレーション信号(IQ信号)を各送信機TX#nに出力する。各送信機TX#nは、DLキャリブレーション信号を、IQ信号からRF信号に変換し、送出する。各送信機TX#nから送出されたDLキャリブレーション信号は、送信アンプ32#n及びスイッチ31#nを介して、分配合成部60に出力され、分配合成部60で合成される。分配合成部60で合成されたDLキャリブレーション信号は、スイッチ50を介してキャリブレーション用送受信機CAL-TRXに伝送される。
キャリブレーション用送受信機CAL-TRXは、分配合成部60から伝送されたDLキャリブレーション信号を、RF信号からIQ信号に変換して、ベースバンド部20に送出する。
キャリブレーション用送受信機CAL-TRXから送出されたDLキャリブレーション信号は、各送信機TX#nから送出されたDLキャリブレーション信号が周波数多重により合成された状態になっている。そのため、ベースバンド部20は、キャリブレーション用送受信機CAL-TRXから送出されたDLキャリブレーション信号を、FFT(Fast Fourier Transform)により周波数分離して、各送信機TX#n毎に、DLキャリブレーション信号を抽出し、DLキャリブレーションウェイトを計算する。
ここで、送信機TX#nのDLキャリブレーションウェイトは、以下の数式1で表されるように、送信機TX#nの送信系特性(振幅及び位相特性)[TX#n]と、キャリブレーション用受信機CAL-RXの受信系特性(振幅及び位相特性)[CAL-RX]と、が乗算されたものになる。
Figure 0007497892000001
続いて、図3を参照して、本実施の形態1に係るAAS100のDL動作の動作例について説明する。図3は、本実施の形態1に係るAAS100のDL動作の動作例を説明する図である。
図3に示されるように、ベースバンド部20には、分配ユニット900から出力されたBF信号(IQ信号)が光トランシーバ10を介して入力される。ベースバンド部20は、各送信機TX#nのDLキャリブレーションウェイトを用いて、BF信号を補正する。具体的には、ベースバンド部20は、DLキャリブレーションウェイトを分母に、キャリブレーション用受信機CAL-RXの固定の受信系特性[CAL-RX(固定)]を分子に持つ分数を、BF信号に乗算する。補正後のBF信号は、以下の数式2のように表される。なお、[CAL-RX(固定)]は、ベースバンド部20に予め格納されている。
Figure 0007497892000002
ベースバンド部20により補正された補正後のBF信号は、各送信機TX#nにてIQ信号からRF信号に変換されて送出され、各送信アンプ32#nにて増幅されて、フロントエンド部30から出力される。フロントエンド部30から出力されたBF信号は、各送信機TX#nを通過するため、以下の数式3のように表される。
Figure 0007497892000003
また、数式3は、[TX#n]を消去すると、以下の数式4のように表される。
Figure 0007497892000004
数式4において、[CAL-RX(固定)]=[CAL-RX]であれば、BF信号は理想状態になり、理想状態のBF信号が各アンテナ40#nから送信されることになる。
以上の図2及び図3の動作を行うことにより、各送信機TX#nの振幅及び位相特定のばらつきを補償することが可能となる。
ここで、図4及び図5を参照して、32個の送受信機TRX#nが設けられている場合(すなわち、m=32の場合)における、図1のポイントAから各ポイントBまでの伝送経路の接続構成例について説明する。図4は、ポイントAから各ポイントBまでの伝送経路全体の接続構成例を示し、図5は、図4のTRXサブブロック#1の拡大構成例を示している。
図4及び図5に示されるように、ポイントAから各ポイントBまでの伝送経路に配置された分配合成部60は、トーナメント接続された複数の分配合成器61から構成されている。また、トーナメントの最上段がポイントA、最下段が各ポイントBになっている。
図4及び図5に示されるような伝送経路とすることにより、ULキャリブレーションを実行する場合に、キャリブレーション用送受信機CAL-TRXから各受信機RX#nに対して、ULキャリブレーション信号を一括かつ同時に伝送することができる。また、DLキャリブレーションを実行する場合に、各送信機TX#nからキャリブレーション用送受信機CAL-TRXに対して、DLキャリブレーション信号を一括かつ同時に伝送することができる。
ここで、ULキャリブレーションにおいては、キャリブレーション用送受信機CAL-TRXから各受信機RX#nに対して、ULキャリブレーション信号を一括かつ同時に伝送しても、ULキャリブレーション信号同士が干渉するおそれはない。
その一方、DLキャリブレーションにおいて、各送信機TX#nからキャリブレーション用送受信機CAL-TRXに対してDLキャリブレーション信号を伝送する場合、各送信機TX#nから送出されたDLキャリブレーション信号は、分配合成部60で合成される。そのため、各送信機TX#nが、マルチトーンで構成される同一周波数配置のDLキャリブレーション信号を使用する場合には、DLキャリブレーション信号同士が干渉する事となる。このようなDLキャリブレーション信号同士の干渉を回避するために、各送信機TX#n毎にDLキャリブレーションを別時間帯に個別に行うことも考えられる。しかし、各送信機TX#n毎にDLキャリブレーションを個別に行う場合、各送信機TX#nのDLキャリブレーションが全て終了するまでに時間を要してしまう。その結果、その時間内でも各送信機TX#nの振幅及び位相特定が変動するため、DLキャリブレーションの精度が劣化してしまう。
また、3GPP(Third Generation Partnership Project)で策定された5G(Generation) NR(New Radio)規格の元で、AAS100がDLキャリブレーションを実行する場合には、ULシンボル又はDLシンボルの先頭又は末尾の非常に短い空き時間にDLキャリブレーションを実行する必要がある。
ここで、図6を参照して、5G NR規格のTDD方式の中で、最も高速かつフレキシブルな端末間送受信を構成できるDynamic TDD(シンボル毎にDL/ULを切り替える)の元で、AAS100がDLキャリブレーションを実行するタイミングの例について説明する。図6は、5G NR規格の元で、AAS100がDLキャリブレーションを実行するタイミングの例を説明する図である。なお、図6においては、サブキャリア(Subcarrier。SC)間隔が60[kHz]であり、1サブフレームが4スロットからなり、1スロットが14シンボルからなり、1シンボルのサイクリックプレフィックスを除いた部分のシンボル長が16.7[μsec]であるものとする。
図6の例では、DLシンボル(図中、「D」と表記)の先頭の8.34[μsec]という非常に短い空き時間(図中、「DC」と表記)が、DLキャリブレーションを実行する時間(すなわち、上述の図2のDLキャリブレーション動作を実行する時間)として割り当てられている。なお、上述の図3のDL動作は、DLシンボルが割り当てられた時間に実行される。また、ULシンボル(図中、「U」と表記)が割り当てられた時間には、UL動作が実行される。
以上の通り、各送信機TX#n毎にDLキャリブレーションを個別に行うと、DLキャリブレーションを終了するまでに時間を要する。その為、キャリブレーション周期初頭にDLキャリブレーション補正値を求めた送信機TX#1の振幅位相状態が、最後の送信機TX#mのDLキャリブレーション補正値導出が終了した時点で変わってしまう場合がある。この場合は、同周期初頭の送信機TX#1のキャリブレーション実行後の振幅位相にずれが生じてしまう為、全送信機TX#1~TX#mのDLキャリブレーション後の残留振幅位相誤差が劣化してしまうという問題が発生する。また、5G NR規格の元では、非常に短い時間にDLキャリブレーションを実行する必要がある為、瞬時に全送信機TX#1~TX#m間のDLキャリブレーションを完遂する事が要求される。
このことから、各送信機TX#nのDLキャリブレーションは、ULキャリブレーションと同様に、一括かつ同時に行うことが重要となる。ただし、そのためには、各送信機TX#nからDLキャリブレーション信号を一括かつ同時にキャリブレーション用送受信機CAL-TRXに伝送しても、DLキャリブレーション信号同士が周波数軸上で混合及び干渉しないような対処を行う必要がある。
そこで、本実施の形態1においては、ベースバンド部20は、各送信機TX#nから送出される、マルチトーンで構成されるDLキャリブレーション信号を、各送信機TX#n毎に周波数直交させる。
以下、各送信機TX#n毎に周波数直交させたDLキャリブレーション信号の周波数配置の例について説明する。ここでは、32個の送受信機TRX#nが設けられている場合(すなわち、m=32の場合)における、各送信機TX#n用のDLキャリブレーション信号の周波数配置の例について説明する。
(A)第1の例
まず、図7を参照して、各送信機TX#n用のDLキャリブレーション信号の周波数配置の第1の例について説明する。図7は、各送信機TX#n用のDLキャリブレーション信号の周波数配置の第1の例を説明する図である。
図7に示される第1の例は、1つの送信機TX#nのDLキャリブレーション信号の周波数配置において、DLキャリブレーション信号の送出に用いるサブキャリアを、X[MHz]の間隔で配置している。そして、隣接する送信機TX#n同士では、DLキャリブレーション信号の周波数配置を、周波数方向にY[MHz]だけシフトさせている。なお、fs0[MHz]は、基準となる周波数である。
ここで、図7に示される第1の例では、以下の2つの周波数配置条件A1,A2を満たす必要がある。
周波数配置条件A1:
X[MHz]>Y[MHz]×(送信機TX#nの数-1)が成立している。
周波数配置条件A2:
信号帯域幅の範囲内に、送信機TX#1用のDLキャリブレーション信号の最下限のサブキャリアsc0の周波数“sc0=fs0[MHz]”から、送信機TX#32用のDLキャリブレーション信号の最上限のサブキャリアsckの周波数“sck=fsc0+31Y+kX[MHz]”が入っている。
(B)第2の例
上述した第1の例では、隣接する送信機TX#n同士では、DLキャリブレーション信号の周波数配置を、周波数方向にY[MHz]だけシフトさせている。
しかし、例えば、図8に示されるように、隣接する送信機TX#n/アンテナ40#n間の物理的な間隔が狭い場合には、隣接する送信機TX#n/アンテナ40#n間の相互結合(Mutual Coupling)の影響が無視できなくなるおそれがある。
そこで、第2の例では、隣接する送信機TX#n同士では、DLキャリブレーション信号の周波数配置を、Y[MHz]以上に乖離されるようにシフトさせる。
図9は、各送信機TX#nのDLキャリブレーション信号の周波数配置の第2の例を説明する図である。
図9に示される第2の例は、1つの送信機TX#nのDLキャリブレーション信号の周波数配置において、DLキャリブレーション信号の送出に用いるサブキャリアをX[MHz]の間隔で配置している。この点は、上述した第1の例と同様である。
ただし、第2の例は、隣接する送信機TX#n同士では、DLキャリブレーション信号の周波数配置を、周波数方向にY[MHz]以上に乖離されてシフトさせる。例えば、送信機TX#2の周波数配置は、送信機TX#1の周波数配置に対して、fs1-fs0(>Y)[MHz]だけ正の周波数方向にシフトさせている。なお、fs0[MHz]は、nが奇数である送信機TX#nの基準となる周波数であり、fs1[MHz]は、nが偶数である送信機TX#nの基準となる周波数である。これに伴い、送信機TX#3の周波数配置は、送信機TX#2の周波数配置に対して、fs1-fs0-Y(>Y)[MHz]だけ負の周波数方向にシフトする事となる。その為、送信機TX#2とTX#3との間のそれぞれのDLキャリブレーション信号同士の周波数離隔が確保できる。
このように、隣接する送信機TX#n同士で、DLキャリブレーション信号の周波数配置を、乖離させてシフトさせる。これにより、ベースバンド部20において、周波数多重されたDLキャリブレーション信号を、FFTにより周波数分離する際の周波数分離度が高まる。これにより、隣接する送信機TX#n/アンテナ40#n間の物理的間隔が狭い場合にも、隣接する送信機TX#n/アンテナ40#n間の相互結合の影響を低減することができる。
なお、隣接する送信機TX#n同士の、DLキャリブレーション信号の周波数配置のシフト量は、任意に決定しても良い。例えば、相互結合の影響を受けないシフト量を予め求めておき、そのシフト量以上に周波数配置をシフトさせても良い。
上述したように本実施の形態1によれば、ベースバンド部20は、各送信機TX#nから送出されるDLキャリブレーション信号を、各送信機TX#n毎に周波数直交させる。そのため、各送信機TX#nからキャリブレーション用送受信機CAL-TRXに対してDLキャリブレーション信号を一括かつ同時に伝送しても、DLキャリブレーション信号同士が周波数軸上で混合及び干渉することを回避することができる。
これにより、各送信機TX#nの振幅及び位相特定のばらつきや、運用時の外気温や経時変動により各送信機TX#n間に生じる振幅及び位相特定の差異を、一括かつ短時間に補償することができるため、DLキャリブレーションの精度を高く維持することができる。
また、本実施の形態1によれば、各送信機TX#nのDLキャリブレーションを一括かつ同時に実行することができる。そのため、5G NR規格の元で、ULシンボル又はDLシンボルの先頭又は末尾の非常に短い空き時間にDLキャリブレーションを実行する上では、本実施の形態1のように、各送信機TX#nのDLキャリブレーションを一括かつ同時に実行することは効果的である。
また、MU-MIMOを実行する場合の空間多重性能(ヌル深さの達成、空間多重数の増大等)は、DLキャリブレーションの精度に大きく依存する。そのため、本実施の形態1のように、DLキャリブレーションの精度を高く維持することは、MU-MIMOを実行する場合の空間多重性能の改善を図る上で効果的である。
また、本実施の形態1に係るDLキャリブレーションは、各送信機TX#nの振幅及び位相特性のばらつきだけ補正でなく、各送信機TX#nの出力電力絶対値も補償できる為、各送信機TX#nの送信レベルをより安定化させることも可能となる。なお、前記したDLキャリブレーション機能を用いた全送信機TX#1~TX#mの出力電力絶対値の安定化方法としては、代表送信機とする送信機TX#1の絶対出力レベルに、代表送信機以外の送信機の絶対出力レベルを合わせ込む様に、各送信機TX#nの絶対出力レべルに重み付け補正を行う事で実現可能となる。もしくは、他の安定化方法としては、全送信機TX#1~TX#mの絶対出力レベルの平均値に、各送信機TX#nの絶対出力レベルを合わせ込む様に、各送信機TX#nの絶対出力レべルに重み付け補正を行う事で実現可能となる。
(2)実施の形態2
上述した実施の形態1においては、ベースバンド部20は、各送信機TX#nから送出されるDLキャリブレーション信号を、各送信機TX#n毎に周波数直交させる。これにより、各送信機TX#nからキャリブレーション用送受信機CAL-TRXに対してDLキャリブレーション信号を一括かつ同時に伝送しても、DLキャリブレーション信号同士が周波数軸上で混合及び干渉することが回避される。
ただし、DLキャリブレーション信号が各送信機TX#nや、キャリブレーション用受信機CAL-RXを通過する際、DLキャリブレーション信号のPAPR(Peak to Average Power Ratio。ピーク対平均電力比)が高い場合は、DLキャリブレーション信号は、送信機TX#nやCAL-RXの非線形性の影響を受けてしまうおそれがある。そうすると、DLキャリブレーション信号は、振幅へのAM-AM劣化や位相へのAM-PM劣化が発生する事で(ここでAMはAmplitude Modulationを、PMはPhase Modulationを意味する)、歪み劣化してしまうおそれがある。しかしながら、DLキャリブレーション信号で、複数個の送信機TX#nの振幅及び位相特性の線形ばらつきを歪み無く測定かつ学習した上で、同ばらつき分を一括補償する必要がある。その為、DLキャリブレーション経路を通過した信号の線形性維持が要求され、同経路通過時の歪みによる劣化の問題も回避する必要がある。
そこで本実施の形態2においては、上述した歪みによる劣化の問題も回避するため、ベースバンド部20は、DLキャリブレーション信号の送出に用いる各サブキャリアの位相に、各送信機TX#n毎に位相変調をかける。なお、位相変調は、例えば、Zadoff-Chu(ZC)系列による位相変調でも良いし、QPSK(Quadrature Phase Shift Keying)による位相変調や、位相変調と振幅変調が組み合わされたQAM(Quadrature Amplitude Modulation、直角位相振幅変調)を使用しても良い。
例えば、32個の送受信機TRX#nが設けられている場合(すなわち、m=32の場合)において、各送信機TX#nがDLキャリブレーション信号の送出に10本のサブキャリアを用いるものとし、各送信機TX#n毎に、10本のサブキャリアの各々の位相にZadoff-Chu系列による位相変調をかけたとする。このZadoff-Chu系列による位相変調をかけたDLキャリブレーション信号のコンステレーションの例として、送信機TX#1~TX#16用のDLキャリブレーション信号のコンステレーションの例を、代表して、図10~図25にそれぞれ示す。
続いて、図26を参照して、32個の送受信機TRX#nが設けられている場合(すなわち、m=32の場合)における、DLキャリブレーション信号のPAPR特性について説明する。図26において、横軸はPAPR[dB]、縦軸はCCDF(complementary cumulative distribution function。相補的累積分布関数)[%]である。CCDFは、DLキャリブレーション時間信号に関して、横軸の値のPAPRが発生する確率を表している。
図26においては、図1のポイントBを通過した、1個の送信機TX#nからのDLキャリブレーション信号のPAPR特性として、2種類のDLキャリブレーション信号のPAPR特性が示されている。1種類目は、Zadoff-Chu系列による位相変調をかけたDLキャリブレーション信号(図中、「ZC-OFDM, 1TX」と表記)のPAPR特性である。2種類目は、QPSKによる位相変調をかけたDLキャリブレーション信号(図中、「QPSK-OFDM, 1TX」と表記)のPAPR特性である。
図26に示されるように、位相変調をかけることにより、DLキャリブレーション信号のPAPRが抑圧されていることがわかる。また、QPSKによる位相変調をかけたDLキャリブレーション信号と比べて、Zadoff-Chu系列による位相変調をかけたDLキャリブレーション信号の方が、PAPRが抑圧されていることがわかる。
また、図26においては、図1のポイントAを通過した、32個の送信機TX#nからのDLキャリブレーション信号が合成された合成信号のPAPR特性として、3種類の合成信号のPAPR特性が示されている。1種類目は、DLキャリブレーション信号が全て同一周波数配置である場合の、32個の送信機TX#nからのDLキャリブレーション信の合成信号(図中、「同一CAL信号, 32TX」と表記)のPAPR特性である。2種類目は、DLキャリブレーション信号が周波数直交され、Zadoff-Chu系列による位相変調をかけられている場合の、32個の送信機TX#nからのDLキャリブレーション信号の合成信号(図中、「ZC-OFDM, 32TX」と表記)のPAPR特性である。3種類目は、DLキャリブレーション信号が周波数直交され、QPSKによる位相変調をかけられている場合の、32個の送信機TX#nからのDLキャリブレーション信号の合成信号(図中、「QPSK-OFDM, 32TX」と表記)のPAPR特性である。
図26に示されるように、32個の送信機TX#nからのDLキャリブレーション信号が全て同一周波数配置である場合、合成信号は極度にPAPRが増大していることがわかる。そのため、ベースバンド部20において、FFTにより合成信号を周波数分離して、各送信機TX#n毎のDLキャリブレーション信号を抽出する前に、32個のDLキャリブレーション信号の合成時間信号のピーク成分が、CAL-RXの飽和特性に掛かってしまう事でAM-AM歪及びAM-PM歪が発生し、DLキャリブレーション信号が、歪み劣化してしまうおそれがある。つまり、本来補正対象となる各送信機TX#nの振幅位相特性に、非線形起因による振幅位相劣化が重畳してしまう為、各送信機TX#nに対して誤ったキャリブレーション補正が掛かってしまう事となる。これに対して、32個の送信機TX#nからのDLキャリブレーション信号が位相変調をかけられている場合の合成信号は、PAPRが抑圧されていることがわかる。そのため、DLキャリブレーション信号の線形性を維持したままで、補正対象となる各送信機TX#nの振幅位相情報を取得する事が可能となる。また、ポイントBを通過したDLキャリブレーション信号と同様に、QPSKによる位相変調をかけたDLキャリブレーション信号の合成信号と比べて、Zadoff-Chu系列による位相変調をかけたDLキャリブレーション信号の合成信号の方が、PAPRが抑圧されていることがわかる。これに伴い、Zadoff-Chu系列による位相変調をかけたDLキャリブレーション信号の方が、QPSKによる位相変調をかけたDLキャリブレーション信号よりDLキャリブレーション信号への歪影響を低減する事が可能となる。
上述したように本実施の形態2によれば、ベースバンド部20は、各送信機TX#nがDLキャリブレーション信号の送出に用いる各サブキャリアの位相に、各送信機TX#n毎に位相変調をかける。
これにより、DLキャリブレーション信号のPAPRが抑圧されるため、DLキャリブレーション信号が、送信機TX#nの非線形歪の影響を受け、誤ったDLキャリブレーション補正が行われてしまうことを回避することができる。
(3)実施の形態の概念
続いて、図27を参照して、上述した実施の形態1,2に係るAAS100を概念的に示した無線通信装置500の構成例について説明する。図27は、上述した実施の形態1,2を概念的に示した無線通信装置500の構成例を示す図である。
図27に示されるように、無線通信装置500は、制御部510、複数個(m個。mは2以上の自然数)の送受信機TRX#n(n=1,・・・,m)、複数本(m本)のアンテナ520#n、キャリブレーション用送受信機CAL-TRX、及び分配合成部530を備えている。
送受信機TRX#nは、図1に示される送受信機TRX#nに対応する。送受信機TRX#nは、送信機TX#n及び受信機RX#nを備えている。
制御部510は、図1に示されるベースバンド部20に対応し、送信キャリブレーション(DLキャリブレーション)に係る制御を行う。
具体的には、制御部510は、各送信機TX#nに送出する送信キャリブレーション信号を、各送信機TX#n毎に周波数直交させる。
このとき、制御部510は、各送信機TX#nの送信キャリブレーション信号の周波数配置を、送信キャリブレーション信号の送出に用いるサブキャリアを所定の間隔で配置した周波数配置としても良い。また、制御部510は、一の送信機TX#nに隣接する送信機(送信機TX#n-1又は送信機TX#n+1)の送信キャリブレーション信号の周波数配置を、一の送信機TX#nの送信キャリブレーション信号の周波数配置から周波数方向にシフトさせたものとしても良い。また、制御部510は、一の送信機TX#nに隣接する送信機(送信機TX#n-1又は送信機TX#n+1)の送信キャリブレーション信号の周波数配置を、一の送信機TX#nの送信キャリブレーション信号の周波数配置から周波数方向に所定のシフト量以上シフトさせたものとしても良い。
各送信機TX#nは、周波数直交された送信キャリブレーション信号を送出する。なお、各送信機TX#nは、周波数直交された送信キャリブレーション信号を同時に送出しても良い。
分配合成部530は、図1に示される分配合成部60に対応する。分配合成部530は、各送信機TX#nから送出される送信キャリブレーション信号を合成し、その合成信号をキャリブレーション用送受信機CAL-TRX内のキャリブレーション用受信機CAL-RXに伝送する。
キャリブレーション用送受信機CAL-TRXは、図1に示されるキャリブレーション用送受信機CAL-TRXに対応する。キャリブレーション用受信機CAL-RXは、分配合成部530から伝送された合成信号を制御部510に送出する。
制御部510は、キャリブレーション用送受信機CAL-TRXから送出された合成信号に基づいて、各送信機TX#nの振幅及び位相特性のばらつきを補償するための送信キャリブレーションウェイトを計算する。
また、制御部510は、各送信機TX#nが送信キャリブレーション信号の送出に用いるサブキャリアの位相に、各送信機TX#n毎に位相変調をかけても良い。
このとき、位相変調は、Zadoff-Chu系列による位相変調であっても良いし、QPSKによる位相変調であっても良いし、QAMによる振幅位相変調であっても良い。
以上、実施の形態を参照して本開示について説明したが、本開示は上述した実施の形態に限定されるものではない。本開示の構成や詳細には、本開示のスコープ内で当業者が理解し得る様々な変更をすることができる。
例えば、上述した実施の形態では、32個の送受信機が設けられている場合の構成を例に挙げて説明したが、送受信機の数は、32個には限定されない。送受信機の数は、32個よりも多くても良いし、32個よりも少なくても良い。
また、上述した実施の形態では、本開示に係るAASを基地局に用いる例について説明したが、本開示は、これに限定されるものではない。本開示に係るAASは、基地局以外の任意の無線通信装置に用いることも可能である。
また、上述した実施の形態では、本開示に係るAASをハードウェアの構成として説明したが、本開示は、これに限定されるものではない。本開示は、AASの任意の処理を、CPU(Central Processing Unit)等のプロセッサにコンピュータプログラムを実行させることにより実現することも可能である。
上述の例において、プログラムは、様々なタイプの非一時的なコンピュータ可読媒体(non-transitory computer readable medium)を用いて格納され、コンピュータに供給することができる。非一時的なコンピュータ可読媒体は、様々なタイプの実体のある記録媒体(tangible storage medium)を含む。非一時的なコンピュータ可読媒体の例は、磁気記録媒体(例えばフレキシブルディスク、磁気テープ、ハードディスクドライブ)、光磁気記録媒体(例えば光磁気ディスク)、CD-ROM(Compact Disc-Read Only Memory)、CD-R(CD-Recordable)、CD-R/W(CD-ReWritable)、半導体メモリ(例えば、マスクROM、PROM(Programmable ROM)、EPROM(Erasable PROM)、フラッシュROM、RAM(Random Access Memory))を含む。また、プログラムは、様々なタイプの一時的なコンピュータ可読媒体(transitory computer readable medium)によってコンピュータに供給されても良い。一時的なコンピュータ可読媒体の例は、電気信号、光信号、及び電磁波を含む。一時的なコンピュータ可読媒体は、電線及び光ファイバ等の有線通信路、又は無線通信路を介して、プログラムをコンピュータに供給することができる。
また、上記の実施の形態の一部又は全部は、以下の付記のようにも記載されうるが、以下には限られない。
(付記1)
複数のアンテナと、
前記複数のアンテナの各々に対応して設けられ、各々が送信機及び受信機を含む複数の送受信機と、
キャリブレーション用送受信機と、
分配合成部と、
制御部と、を備え、
前記制御部は、各送信機に送出する送信キャリブレーション信号を、各送信機毎に周波数直交させ、
各送信機は、周波数直交された前記送信キャリブレーション信号を送出し、
前記分配合成部は、各送信機から送出される前記送信キャリブレーション信号を合成し、該合成信号を前記キャリブレーション用送受信機に伝送する、
無線通信装置。
(付記2)
前記制御部は、
各送信機の前記送信キャリブレーション信号の周波数配置を、各送信機が前記送信キャリブレーション信号の送出に用いるサブキャリアを所定の間隔で配置した周波数配置とし、
一の送信機に隣接する送信機の前記送信キャリブレーション信号の周波数配置を、前記一の送信機の前記送信キャリブレーション信号の周波数配置から周波数方向にシフトさせたものとする、
付記1に記載の無線通信装置。
(付記3)
前記制御部は、前記一の送信機に隣接する送信機の前記送信キャリブレーション信号の周波数配置を、前記一の送信機の前記送信キャリブレーション信号の周波数配置から周波数方向に所定のシフト量以上シフトさせたものとする、
付記2に記載の無線通信装置。
(付記4)
前記制御部は、各送信機が前記送信キャリブレーション信号の送出に用いるサブキャリアの位相に、各送信機毎に位相変調をかける、
付記1から3のいずれか1項に記載の無線通信装置。
(付記5)
前記位相変調は、Zadoff-Chu系列による位相変調、QPSK(Quadrature Phase Shift Keying)による位相変調、又はQAM(Quadrature Amplitude Modulation)による振幅位相変調である、
付記4に記載の無線通信装置。
(付記6)
複数のアンテナと、
前記複数のアンテナの各々に対応して設けられ、各々が送信機及び受信機を含む複数の送受信機と、
キャリブレーション用送受信機と、
分配合成部と、
を備える無線通信装置による無線通信方法であって、
各送信機に送出する送信キャリブレーション信号を、各送信機毎に周波数直交させる第1ステップと、
各送信機が、周波数直交された前記送信キャリブレーション信号を送出する第2ステップと、
前記分配合成部が、各送信機から送出される前記送信キャリブレーション信号を合成し、該合成信号を前記キャリブレーション用送受信機に伝送する第3ステップと、
を含む、無線通信方法。
(付記7)
前記第1ステップでは、
各送信機の前記送信キャリブレーション信号の周波数配置を、各送信機が前記送信キャリブレーション信号の送出に用いるサブキャリアを所定の間隔で配置した周波数配置とし、
一の送信機に隣接する送信機の前記送信キャリブレーション信号の周波数配置を、前記一の送信機の前記送信キャリブレーション信号の周波数配置から周波数方向にシフトさせたものとする、
付記6に記載の無線通信方法。
(付記8)
前記第1ステップでは、前記一の送信機に隣接する送信機の前記送信キャリブレーション信号の周波数配置を、前記一の送信機の前記送信キャリブレーション信号の周波数配置から周波数方向に所定のシフト量以上シフトさせたものとする、
付記7に記載の無線通信方法。
(付記9)
各送信機が前記送信キャリブレーション信号の送出に用いるサブキャリアの位相に、各送信機毎に位相変調をかける第4ステップをさらに備える、
付記6から8のいずれか1項に記載の無線通信方法。
(付記10)
前記位相変調は、Zadoff-Chu系列による位相変調、QPSK(Quadrature Phase Shift Keying)による位相変調、又はQAM(Quadrature Amplitude Modulation)による振幅位相変調である、
付記9に記載の無線通信方法。
この出願は、2019年7月31日に出願された日本出願特願2019-141082を基礎とする優先権を主張し、その開示の全てをここに取り込む。
10 光トランシーバ
20 ベースバンド部
30 フロントエンド部
TRX#n 送受信機
31#n スイッチ
32#n 送信アンプ
33#n 受信アンプ
40#n アンテナ
CAL-TRX キャリブレーション用送受信機
50 スイッチ
60 分配合成部
61 分配合成器
100 AAS
500 無線通信装置
510 制御部
520#n アンテナ
530 分配合成部
900 分配ユニット

Claims (2)

  1. 複数のアンテナと、
    前記複数のアンテナの各々に対応して設けられ、各々が送信機及び受信機を含む複数の送受信機と、
    キャリブレーション用送受信機と、
    分配合成部と、
    制御部と、を備え、
    前記制御部は、各送信機に送出する送信キャリブレーション信号を、各送信機毎に周波数直交させ、
    各送信機は、周波数直交された前記送信キャリブレーション信号を送出し、
    前記分配合成部は、各送信機から送出される前記送信キャリブレーション信号を合成し、該送信キャリブレーション信号が合成された合成信号を前記キャリブレーション用送受信機に伝送し、
    前記制御部は、
    各送信機の前記送信キャリブレーション信号の周波数配置を、各送信機が前記送信キャリブレーション信号の送出に用いるサブキャリアを所定の間隔で配置した周波数配置とし、
    一の送信機に隣接する送信機の前記送信キャリブレーション信号の周波数配置を、前記一の送信機の前記送信キャリブレーション信号の周波数配置から周波数方向に所定のシフト量以上シフトさせたものと
    各送信機が前記送信キャリブレーション信号の送出に用いるサブキャリアの位相に、各送信機毎にZadoff-Chu系列による位相変調をかける、
    無線通信装置。
  2. 複数のアンテナと、
    前記複数のアンテナの各々に対応して設けられ、各々が送信機及び受信機を含む複数の送受信機と、
    キャリブレーション用送受信機と、
    分配合成部と、
    を備える無線通信装置による無線通信方法であって、
    各送信機に送出する送信キャリブレーション信号を、各送信機毎に周波数直交させる第1ステップと、
    各送信機が、周波数直交された前記送信キャリブレーション信号を送出する第2ステップと、
    前記分配合成部が、各送信機から送出される前記送信キャリブレーション信号を合成し、該送信キャリブレーション信号が合成された合成信号を前記キャリブレーション用送受信機に伝送する第3ステップと、
    を含み、
    前記第1ステップでは、
    各送信機の前記送信キャリブレーション信号の周波数配置を、各送信機が前記送信キャリブレーション信号の送出に用いるサブキャリアを所定の間隔で配置した周波数配置とし、
    一の送信機に隣接する送信機の前記送信キャリブレーション信号の周波数配置を、前記一の送信機の前記送信キャリブレーション信号の周波数配置から周波数方向に所定のシフト量以上シフトさせたものと
    前記無線通信方法は、各送信機が前記送信キャリブレーション信号の送出に用いるサブキャリアの位相に、各送信機毎にZadoff-Chu系列による位相変調をかける第4ステップをさらに含む、
    無線通信方法。
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