WO2001091330A1 - Systeme de calibrage pour un appareil recevant une antenne reseau - Google Patents

Systeme de calibrage pour un appareil recevant une antenne reseau Download PDF

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WO2001091330A1
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antenna
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Tomohiro Azuma
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    • H04B7/08—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas at the receiving station

Definitions

  • the present invention relates to a calibration system for an array antenna receiving apparatus, and in particular, corrects a variation in phase (delay) and amplitude information between antenna wireless receiving units in an array antenna receiving apparatus that performs adaptive (adaptive) antenna control. It concerns the calibration system. Background art
  • the array antenna receiving device has a plurality of antenna wireless receiving units.
  • the amplitude and phase of an antenna radio receiving unit connected to each antenna element fluctuate independently and momentarily. Fluctuations need to be corrected. This operation is called calibration.
  • FIG. 1 shows the block diagram of the calibration system in a conventional array antenna receiver.
  • FIG. -The array antenna receiving apparatus is composed of an array antenna 1001, a multiplexing circuit 1003 corresponding to each of the N antenna elements 1002-1-1 to 1-N, and N Antenna wireless receivers 1 0 0 4 — 1 to 1 N corresponding to each antenna element 1 0 0 2 — 1 to 1 N and a user signal processor 1 0 0 5 _ 1 to 1 M corresponding to the number M of users And a calibration signal transmission unit 11010 and a calibration signal processing unit 101.
  • the array antenna 1001 is composed of N antenna elements 1002-1-1 to 1N.
  • the N antenna elements 100 2 _ 1 to 1 N are arranged close to each other so that the received signals of the antenna elements have a correlation, and receive a signal in which a desired signal and a plurality of interference signals are multiplexed. .
  • One of the N multiplexing circuits 1003-i multiplexes the calibration signal, which is the output of the calibration signal transmission unit 11010, with the reception signal, which is the output of the antenna element 1002-i.
  • c Multiplexing circuit 1003_i multiplexes an input signal in a radio band and outputs the multiplexed signal to antenna radio receiving section 1004-i.
  • the multiplexing method includes code multiplexing.
  • Antenna wireless receiver 104-i is a single-noise amplifier, band-limited filter, mixer, local oscillator, AGC (Auto Gain Controller), quadrature detector, low-pass filter, analog Z-digital conversion It is composed of devices such as digital instruments (ADCs).
  • the antenna wireless receiver 1004-i performs amplification, frequency conversion from the radio band to the baseband, quadrature detection, analog Z-to-digital conversion, etc., on the signal input from the multiplexing circuit 1003_i. , And output to the user signal processing section 1 0 05-i and the calibration signal processing section 1 0 1 1.
  • an AGC amplifier is used to keep the output signal power level constant without depending on the input signal power level for each antenna radio receiving unit.
  • the calibration signal processing unit 100 1 1 receives a signal from the antenna radio reception unit 100 4-1 to -N, extracts a calibration signal from the signal, and extracts the calibration signal from the antenna radio reception unit 100 4 1-1 to 1.
  • the phase Z amplitude information of each of the N is detected and output to the user signal processing unit 1005-1-1- ⁇ M.
  • the calibration signal multiplexed with the input signal can be extracted.
  • the user signal processing unit 1005—j corresponding to the user j is the antenna radio reception unit 1
  • the input of 0 04-1 to 1 N and the phase / amplitude information of the antenna radio receiver 1 0 0 4-1 to 1 -N, which is the output of the calibration signal processor 101 1, are input.
  • the user signal processing unit 1005—j receives each of the inputs from the antenna wireless receiving units 1004—1 to 1-N, and receives the output from the calibration signal transmitting unit 11010 as antenna wireless reception.
  • Unit 1004-1-1 to -N The reception gain is increased in the signal arrival direction to the target user j while correcting using the phase Z amplitude information of each.
  • the user signal processing unit 1 0 5—; i forms a reception directivity pattern to reduce the reception gain with respect to interference from other users and interference due to delayed waves, and Outputs the received user demodulated signal j.
  • the calibration signal transmitter 1 0 1 0 generates the calibration signal in the baseband, performs digital-to-analog conversion on the generated signal, and performs frequency conversion from the baseband to the wireless band, and then performs the antenna element 1010. 2-1 to ⁇ Form a calibration signal in the same frequency band as the received signal by "N" and output it to the multiplexing circuit 100 3-1 to 1-N at an arbitrary power level.
  • the calibration signal processing unit 101 1 can detect each antenna radio receiving unit 1004-1-N of each received power and the phase / amplitude information thereof.
  • Each signal received by the N antenna elements 1002-1-1 to 1N includes a desired signal component and an interference signal component of the user, and thermal noise. Furthermore, a multipath component exists in each of the desired signal component and the interference signal component. Normally, those signal components come from different directions.
  • the conventional array antenna receiver shown in FIG. 1 uses the phase Z amplitude information of each signal received by N antenna elements 100 2-1 to-N to obtain each signal component having a different arrival direction. And a reception directivity pattern is formed.
  • phase Z amplitude fluctuation occurs inside each antenna radio receiving unit due to the configuration device of the antenna radio receiving unit 1004-1 — ⁇ N
  • the original antenna element 1002-1-1 to 1 Information different from the phase Z amplitude information of each signal received by N is given to the user signal processing unit 1005-1—1 to 1M, and each signal component is accurately identified, and ideal reception is performed. It becomes impossible to form a directional pattern.
  • the signal received by the antenna element 1002-1-1 to 1N has the same frequency as this signal.
  • User signal processor 1005 Corrects the phase amplitude information given to 1-1M.
  • the calibration signal is multiplexed with the received signal, and only the calibration signal component can be extracted.
  • An example is code multiplexing.
  • the nonlinear circuits included in the antenna wireless receivers 10 ° 4-1 ⁇ 1 to 1N, particularly AGC, have different phases / amplitude variations depending on the received power level. For this reason, while changing the power level of the calibration signal output by the power level variable circuit of the calibration signal transmission unit 11010, the calibration signal processing unit 1011-1 By extracting the calibration signal of each output of N and detecting the phase amplitude information, the phase Z given to the user signal processing unit 1005-1—1M for each calibration signal power level A correction amount to be added to the amplitude information is determined.
  • the array antenna receiving apparatus having such a calibration means is capable of providing a user signal processing section 1 even if a phase-no amplitude variation occurs inside the antenna radio receiving sections 1004-1-1 to 1N during operation of the array antenna receiving apparatus. 0 0 5—It is possible to correct the phase Z amplitude information given to 1-1M. It is also possible to perform highly accurate calibration according to the received signal power level.
  • the conventional array antenna receiving device shown in FIG. 1 uses the phase / amplitude information of each signal received by N antenna elements 1002-1-1 to 1N to obtain signals having different arrival directions. It is possible to accurately identify signal components and form an ideal reception directivity pattern.
  • the calibration signal is changed to a plurality of power levels during operation, and calibration is performed to detect the phase Z amplitude information of each antenna radio receiver for each received power, the reception sensitivity of the array antenna receiver will be significantly degraded. That is to say.
  • the reason is that the desired signal, which is the user signal from the mobile unit input from the antenna, is The signal is a complete interference wave, especially if a high-level calibration signal is input, the interference signal component becomes large.
  • the calibration signal reduces the number of users of the system. The reason is that the calibration signal becomes an interference wave, deteriorating the ratio between the user signal and the interference signal from the mobile station, and increasing the transmission output of the mobile station to demodulate to the desired signal quality at the base station device. It is because.
  • the present invention is to solve such a problem, and an object of the present invention is to provide the following calibration system.
  • a calibration system for an array antenna receiving apparatus includes a multiplexed signal obtained by multiplexing a known calibration signal with a signal received from each antenna element corresponding to each antenna element constituting an array antenna. Based on the calibration signal extracted from each of the multiplexed signals, phase / amplitude information of the calibration signal is detected for each antenna radio reception unit connected to each antenna element, and for each antenna radio reception unit connected to each antenna element.
  • the present invention relates to a calibration system for an array antenna receiver that corrects a user signal with a mobile device that has undergone reception processing based on the phase / amplitude information.
  • the characteristic feature is that, in order to extract the calibration signal and secure a ratio between the calibration signal and the interference signal required for calibration, the total received power of the input multiplexed signal is determined.
  • Wireless control means for detecting a detection voltage, controlling the received multiplexed signal to have a gain corresponding to the detection voltage, and outputting the multiplexed signal; receiving a detection voltage of the total received power from the control means;
  • Signal processing means for determining an appropriate calibration time for each antenna element based on the longest calibration time among the calibration times, and detecting phase Z amplitude information of the calibration signal from the multiplexed signal. That is.
  • a specific configuration is as follows: a calibration radio transmitting unit for transmitting a known calibration signal; and a multiplexing of the calibration signal into a signal received from each antenna element, which is connected to each antenna element constituting an array antenna.
  • Each antenna radio receiving unit to input
  • a calibration signal processor for detecting phase / amplitude information of the calibration signal for each antenna wireless receiver based on the calibration signal extracted from each antenna wireless receiver, and a calibration signal processor for each antenna detected by the calibration signal processor.
  • the present invention relates to a calibration system for an array antenna receiving device, comprising: a user signal processing unit that corrects a multiplex signal received and processed by each antenna wireless receiving unit based on phase Z amplitude information.
  • each of the antenna radio receiving sections detects the detection voltage of the total received power of the input multiplexed signal, outputs the detected voltage to the radio control section, and outputs the received multiplexed signal from the corresponding radio control section. It is characterized by outputting with a gain according to the received AGC control signal.
  • the calibration signal processing unit is configured to calculate the multiplexed signal output from each of the antenna radio reception units based on the longest calibration time among the calibration times of the antenna radio reception units output from the calibration time determination unit. It is characterized in that the phase Z amplitude information of the calibration signal is detected and output.
  • the calibration signal transmitted from the calibration radio transmitter is transmitted at a fixed power that is sufficiently smaller than the thermal noise power in the array antenna receiver, and the multiplexed signal output from each antenna radio receiver is the longest calibration signal.
  • the phase and amplitude information of the calibration signal is detected for each antenna radio reception unit by performing in-phase addition for the time and averaging the calibration signal included in the multiplexed signal. That is, the present invention is characterized in that phase / amplitude information of the calibration signal is detected by varying a calibration cycle using a calibration signal of a low fixed power that causes almost no sensitivity deterioration.
  • the calibration signal transmitted from the calibration wireless transmission unit may be transmitted at a fixed power sufficiently smaller than the thermal noise power in the array antenna receiver.
  • the calibration signal processing unit detects phase Z amplitude information
  • the multiplexed signals output from each antenna radio reception unit are added in phase for the longest calibration time, and the calibration signals included in the multiplexed signals are averaged.
  • the phase / amplitude information of the calibration signal may be detected for each antenna radio reception unit, and the phase of each antenna radio reception unit may be detected for each calibration cycle with the longest calibration time as the cycle length. / Amplitude information may be detected and output.
  • the calibration time determination unit determines and outputs the appropriate calibration time for each antenna radio reception unit based on the AGC control signal from each radio control unit instead of the detection voltage of the total received power. It may be.
  • FIG. 1 is a diagram showing a block in a conventional calibration system for an array antenna receiving apparatus.
  • FIG. 2 is a diagram showing blocks in a calibration system of an array antenna receiving apparatus according to one embodiment of the present invention
  • FIG. 3 is a diagram showing one form of characteristics with respect to the amount of deterioration of the receiving sensitivity due to the calibration signal.
  • FIG. 4 is a diagram showing one form of the total received power distribution before AGC of each antenna receiving unit.
  • FIG. 5 is a diagram showing one form of a total received power distribution after AGC of each antenna receiving unit.
  • FIG. 6 is a diagram showing one form of a calibration signal after despreading from each antenna receiving unit.
  • FIG. 7 is a diagram showing one form of a correlation characteristic between the in-phase averaging time and the processing gain.
  • FIG. 8 is a diagram showing a block in an embodiment according to the present invention which is different from FIG. BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
  • FIG. 2 is a block diagram showing a calibration system for an array antenna receiving apparatus according to one embodiment of the present invention.
  • the array antenna receiver includes N (N is an integer equal to or greater than 2) antenna elements 102-1 to -N, multiplexing circuits 103-1 to -N, and an antenna radio receiver 104-1 which constitute the array antenna 101.
  • N is an integer equal to or greater than 2
  • antenna elements 102-1 to -N multiplexing circuits 103-1 to -N
  • an antenna radio receiver 104-1 which constitute the array antenna 101.
  • a calibration signal transmission unit 110, a calibration time determination unit 111, and a calibration signal processing unit 112 are provided.
  • the array antenna 101 is composed of N antenna elements 102-1 to 1N, and is arranged close to each other so that the correlation of each antenna is high.
  • One of the multiplexing circuits 103-i corresponding to one of the N antenna elements 102 — i is connected to the antenna element 102 — i and the calibration signal transmission unit 110, and outputs the respective outputs.
  • the multiplexing circuit 103-i multiplexes the two input signals in a wireless band and outputs the multiplexed signal to an antenna wireless receiving unit 104_i connected to the other.
  • Antenna wireless receiver 104—i is a low-noise amplifier, band limiting filter, mixer, local oscillator, total received power detector 105_i, AGC 106—i, quadrature detector, low-pass filter, and analog Z digital conversion Is the main component.
  • AGC 106—i quadrature detector, low-pass filter, and analog Z digital conversion Is the main component.
  • total received power detection section 105-i and the AGC 106-i which are different from the conventional one and are characteristic of the present invention, are illustrated and described.
  • the total received power detection unit 105-i receives the output of the multiplexing circuit 103-i as an input, and outputs the input multiplexed signal as it is to the AGC 106-i.
  • the radio control unit 10-1i and the calibration time determination The unit 111 outputs the detection voltage of the multiplexed signal.
  • the AGC 106-i amplifies or attenuates the multiplexed signal input from the total received power detector 105-i in accordance with the AGC control voltage input from the wireless controller 1 ⁇ 7-i, and constantly supplies a constant power to the user.
  • the signal processing unit 108 outputs all signals of 1-1 to 1 M to the calibration signal processing unit 112.
  • the wireless control unit 107-i is added to the above-described conventional configuration.
  • the AGC control voltage is output to the AGC 106-i according to the detection voltage input from the transmission power detector 105-i.
  • the user signal processing unit 108-j corresponding to the user j which is one of the number M of users, includes an output of each of the antenna radio reception units 104-1-N and a calibration signal processing unit 1 1 2 And the phase Z-amplitude information corresponding to each of the antenna wireless receivers 104-1--1 to 1N, which are the outputs of.
  • the user signal processing unit 108_j uses the output of each of the input antenna radio receiving units 104-1-1-1N using the phase Z amplitude information of each of the antenna radio receiving units 104-1-1-1N.
  • the reception directivity is to increase the reception gain in the direction of arrival of the user signal corresponding to user j while correcting the reception gain, while reducing the reception gain in the case of interference from other users or interference due to delayed waves. Form the pattern.
  • the user signal processing unit 108-j outputs a user demodulated signal j for the user j received by the formed reception directivity pattern.
  • the calibration signal transmission unit 110 can generate a calibration signal in the base band and generate any symbol pattern as the calibration signal.
  • the calibration signal transmitter 110 performs digital Z-to-analog conversion, frequency conversion from the baseband to the wireless band, and the like on the generated baseband calibration signal, and generates a calibration signal having a known fixed power. Output to all multiplexing circuits 103-1-1N.
  • the calibration time judging unit 111 is added to the above-described conventional configuration.
  • the antenna receiving unit 10 0 is obtained from the detection voltage input from each of the total received power detecting units 105-1 to 1 N.
  • An appropriate calibration time is calculated every 4-1 to 1N and output to the calibration signal processing unit 112.
  • the difference between the calibration signal processing unit 112 and the conventional one is that the calibration time determination unit 111 receives an appropriate calibration time for each of the antenna radio reception units 104-1-1-1 to 1N.
  • the calibration signal processor 1 1 2 inputs the output of each of the antenna radio receivers 104-1 to 1 -N and the calibration time received from the calibration time determiner 111, and the antenna radio receiver 104-
  • the calibration signals multiplexed on the respective outputs of 1 to -N are extracted to detect the phase / amplitude information in each of the antenna radio receivers 104-1 to 1 -N, and all antenna radio receivers 104-
  • the information of 1 to -N is output to all user signal processing sections 108-1-1 to 1M. If the calibration signal is a code multiplex signal, the calibration signal is extracted. To do so, despreading is performed.
  • the array antenna 101 includes N antenna elements 102_1 to 1N.
  • the N antenna elements 102-1 to 1-N are arranged close to each other so that the received signal at each antenna element has a high correlation, and receive a signal in which a desired signal and a plurality of interference signals are multiplexed. I have.
  • the correlation between antenna elements at distant positions that are not adjacent to each other decreases, and the power of the received multiplex signal varies greatly. That is, different power is input to each antenna element of the array antenna receiver.
  • the baseband calibration signal generated by the calibration signal transmitter 110 is frequency-converted, amplified, and transmitted as a signal having a known fixed power.
  • each of the multiplexing circuits 103-1 to-N is connected to each of the antenna elements 102-1 ⁇ ⁇ -N and one calibration signal transmission unit 110, and is output from the calibration signal transmission unit 110. Input the calibration signal and the output of each of the antenna elements 102-1-N.
  • Each of the multiplexing circuits 103-1 ⁇ -N multiplexes the above two inputs in a radio band, and outputs the multiplexed signals to the antenna radio receiving sections 104-1-1-1N connected to each other.
  • Figure 3 shows the amount of degradation of the receiving sensitivity due to the calibration signal.
  • the output of each of the multiplexing circuits 103-1 to 1-N is a calibration signal, a desired signal, an interference signal, and mature noise. If the sum of these is the total received power, the calibration signal and the thermal noise are constant power, so the total power output from each multiplexing circuit is The difference is the difference between the power obtained from the sum of the desired signal and the interference signal input from each antenna element as it is.
  • Total received power detection section 105-1 receives the output of multiplexing circuit 103-1 as input, and outputs the input multiplexed signal as it is to AGC 106-1.
  • the total received power detector 105-N receives the output of the multiplexing circuit 103-N as an input, and outputs the input multiplexed signal as it is to the AGC 106-N.
  • each of the total received power detection units 105-1 and 105 -N outputs a detection voltage of the signal multiplexed to each of the radio control units 107-1 and 107 -N and the calibration time determination unit 111.
  • the detection voltage of the total received power input to the antenna radio receiving unit 104-1 by the total received power detecting unit 105-1 is 2.5V
  • the total received power input to the antenna radio receiving unit 104-N is 2.5V.
  • the detection voltage of total received power detection section 105—N is 2.8 V.
  • the difference between the detection voltages, 0.3V is input to the “sum of the desired signal and the interference signal” of the total power input to the antenna radio receiver 104-1, and to the antenna radio receiver 104—N. It is the voltage of the difference between the “sum of the desired signal and the interference signal” of the total power thus obtained.
  • the “sum of the desired signal and the interference signal”, which is an interference signal for the calibration signal, is input to the antenna radio receiving unit 104-N by an amount corresponding to the detection voltage of 0.3V. This means that the C / N of the calibration signal is not constant. This situation is shown in Figs.
  • FIG. 4 is a diagram showing a power distribution of each antenna radio receiving unit before performing gain control by AGC.
  • FIG. 5 is a diagram showing a power distribution of each receiving unit after performing gain control by the AGC.
  • FIG. 6 is a diagram showing the CZN of the calibration signal that has been in-phase added and averaged for the same time by the calibration signal processing unit 112.
  • the respective detection voltages output by the total received power detection units 105—1, 105—N are input to the radio control units 107—1, 107—N, respectively, and the output power of the AGC 106 is constant.
  • the AGC control voltage is output so that
  • the AGC 106-1, 106—N controls the gain according to the control voltage output from the radio controller 107-1, 107—N corresponding to each AGC, and amplifies or attenuates the multiplexed signal.
  • User signal processing unit 1 corresponding to each of users 1 to M 0 8-1 to 1 M are output to the calibration signal processing unit 112.
  • the AGC 106 1 and 106 N perform the same gain control on the calibration signal and the interference signal, the C ZN of the calibration signal does not change.
  • the respective detected voltages detected by the total received power detectors 105-1-1 and 105-N are simultaneously output to the calibration time determiner 111. Therefore, the calibration time determination unit 111 outputs the calibration time corresponding to each detection voltage to the calibration signal processing unit 112.
  • the calibration time is defined as the total time of the time for despreading the calibration signal in the calibration signal processing unit 112 and averaging by in-phase addition and the processing time for performing the correction.
  • the processing time is a fixed time.
  • the information output from the calibration time determination unit 111 to the calibration signal processing unit 112 is the number of the antenna radio reception unit and the calibration time.
  • the calibration time determination unit 1 1 1 uses only the detection voltage from each of the total received power detection units 1 0 5-1 and 1 0 5 -N. The calibration time at each antenna wireless receiver 104-1-1, 104-N is uniquely determined.
  • the calibration signal processing unit 112 receives the outputs of the antenna radio reception units 104-1-1 and 104-N as inputs. Further, the calibration signal processing unit 112 extracts the calibration signal multiplexed on the output of the antenna radio reception units 104-1, 104-N, and extracts the antenna elements 102-1, 1, 102, N And outputs them to the corresponding user signal processing units 108-1 and 108-M. At this time, the calibration signal processing unit 112 selects the longest calibration time among the calibration times output from the calibration time determination unit 111, and adds the in-phase signals of the calibration signals according to the selected calibration time. Averaging processing is performed.
  • the processing gain of the calibration signal depends only on the time for averaging the demodulated calibration signal in phase. Therefore, in order to obtain the required C / N required to compare the phase and amplitude information, the average by the in-phase addition required for the antenna radio receiver that has the largest interference signal component for the calibration signal It is only necessary to give a chemical treatment time.
  • FIG. 7 shows the processing gain with respect to the averaging processing time by in-phase addition. From the figure, the ratio between the calibration signal and the interference signal is different for each antenna radio receiver, so to obtain the C / N after despreading necessary to compare the phase and amplitude information with high accuracy, It can be seen that averaging time in separate in-phase is required for each antenna radio receiver.
  • the longest calibration time among the calibration times for each antenna radio reception unit output from the calibration time determination unit 111 is set as the calibration cycle. That is, when the power of the interference signal with respect to the calibration signal is small, the calibration cycle may be short. On the other hand, when the power of the interference signal with respect to the calibration signal is large, a long calibration cycle is required. Therefore, as soon as the previous calibration is completed, the next calibration starts and the calibration cycle for that calibration is determined by the output result of the calibration time determination unit 111.
  • the detection voltage of the total received power input to the above-mentioned antenna wireless receiving section 1044-1 by the total received power detecting section 1055-1 is 2.5 V, and the detected voltage is 2.5 V to the antenna wireless receiving section 104-N. If the detection voltage of the total received power input by the total received power detector 105-N is 2.8 V, the calibration time required for the antenna radio receiver 104-N with a large detected voltage is This is the calibration time for calibration.
  • User signal processing sections 108-1 to 1M corresponding to users 1 to 1M, respectively, are output of antenna radio receiving sections 1044-1 and 104-N, and signal processing section for calibration.
  • the phase information and the phase information of the antenna elements 102-1 and 102-N, which are the outputs of 112, are input.
  • the user signal processing unit 108-j corresponding to the user j outputs the outputs of the antenna radio reception units 104-1-1 and 104-N to the antenna elements 102-111 and 102-N.
  • the receiver gain is increased for user j in the direction of arrival of the user signal while compensating using the phase Z amplitude information, and the receive gain is reduced for interference from other users and interference due to delayed waves.
  • a reception demodulation signal 1j received by the reception directivity pattern is output.
  • FIG. 8 is a block diagram showing a calibration system for an array antenna receiver different from that of FIG. 2, and its constituent elements are the same as or equivalent to those described with reference to FIG. Is attached.
  • FIG. 8 differs from FIG. 2 in the input of the calibration time determination unit 111.
  • the output from the total received power detector 105-N in each antenna radio receiver is shown. Input the detected voltage.
  • the radio control units 107-1 to 1 -N receive the AGC control signals output to the AGC 106-1 to 1 -N and input them to the calibration signal processing unit 112. It is configured to output the required calibration time to the receiver. The same operation and effect can be obtained in any of the configurations.
  • the calibration system of the present invention firstly provides an appropriate calibration time for each antenna radio reception unit based on the detection voltage of the total received power input to each antenna radio reception unit. Is determined by the calibration time determination unit. Next, based on the longest calibration time of these calibration times, this calibration system detects and outputs the phase-amplitude information of the calibration signal from the multiplexed signal output from each antenna radio reception unit in the calibration signal processing unit. I am trying to do it. Therefore, the calibration system according to the present invention hardly causes the sensitivity deterioration caused by the calibration signal.
  • the calibration system controls the averaging process time by in-phase addition of the calibration signal to obtain the CZN required to compare the phase Z amplitude information of the calibration signal. Therefore, the base station apparatus does not deteriorate the ratio between the user signal and the interference signal due to the calibration signal becoming an interference signal, and the base station apparatus demodulates the transmission output of the mobile station to a desired signal quality. There is no increase. As a result, the calibration system hardly reduces the number of users of the cellular system
  • this calibration system controls only the time for in-phase addition and averaging of the calibration signal with respect to the total received power received by each antenna receiver, the desired calibration signal after despreading is controlled. C / N can always be satisfied. Therefore, this calibration system realizes highly accurate correction of phase / amplitude information with a simple configuration. Industrial applicability
  • the calibration system of the array antenna receiving apparatus performs an adaptive (additive) antenna control such as a cellular mobile communication system. Suitable for calibration systems that compensate for variations in phase (delay) and amplitude information.

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Description

明 細 書 ァレーアンテナ受信装置の校正システム 技術分野
この発明は、 アレーアンテナ受信装置の校正システムに関し、 特に適応 （ァダ プティブ） アンテナ制御を行うアレーアンテナ受信装置内にある各アンテナ無線 受信部間の位相 （遅延） および振幅情報の変動を補正する校正システムに関する ものである。 背景技術
従来から、 セルラ移動通信システムでは、 信号の高速化および高品質化、 並び に加入者容量の増大が望まれている。 例えば、 相関の高い複数のアンテナ素子か ら成るアレーアンテナ受信装置を用いて、 他ユーザからの干渉や遅延波による干 渉に対しては受信利得を小さくする方式が検討されている。 この結果、 希望信号 の到来方向に対して受信利得を大きくするような受信指向性パターンが形成され る。
ところで、 アレーアンテナ受信装置は、 複数のアンテナ無線受信部を持ってい る。 このようなアレーアンテナ受信装置では、 一般に、 各アンテナ素子に接続さ れるアンテナ無線受信部における振幅および位相が、 独立して刻々と変動してい るが、 受信指向性パターン形成時にそれら振幅および位相の変動を補正する必要 がある。 この操作を校正 （キャリブレーション） と呼んでいる。
従来、 この種のアレーアンテナ受信装置の校正システムとして、 例えば、 特開 平 1 1一 4 6 1 8 0号公報が開示されている。 この公開公報では、 各アンテナ素 子に接続されている各アンテナ無線受信部に既知の校正信号を入力し、 校正信号 を復調した結果を用いる技術が提案されている。 この提案では、 復調結果である 独立して刻々と変動する各アンテナ無線受信部の位相 （遅延） および振幅変動を 捕正している。
第 1図は、 従来のァレーアンテナ受信装置における校正システムのプロックを 示す図である。 - このアレーアンテナ受信装置は、 アレーアンテナ 1 0 0 1 と、 N個の各アンテ ナ素子 1 0 0 2— 1〜一 Nに対応する多重回路 1 0 0 3— 1〜― Nと、 N個の各 アンテナ素子 1 0 0 2— 1〜一 Nに対応するアンテナ無線受信部 1 0 0 4— 1〜 — Nと、 ユーザ数 Mに対応するユーザ信号処理部 1 0 0 5 _ 1〜一 Mと、 校正用 信号送信部 1 0 1 0と、 校正信号処理部 1 0 1 1 とから構成される。
ァレーアンテナ 1 0 0 1は、 N個のアンテナ素子 1 0 0 2— 1〜一 Nから構成 される。 N個のアンテナ素子 1 0 0 2 _ 1〜一 Nは、 各々のアンテナ素子の受信 信号が相関を有するように近接して配置され、 希望信号および複数の干渉信号が 多重された信号を受信する。
N個のうち一つの多重回路 1 0 0 3— iは、 校正用信号送信部 1 0 1 0の出力 である校正信号とアンテナ素子 1 0 0 2 _ iの出力である受信信号とを多重する c 多重回路 1 0 0 3 _ iは入力信号に対し無線帯域での多重を行ってアンテナ無線 受信部 1 0 0 4— iへ出力する。 特に多重方法に制限はなく、 例としては符号多 重が挙げられる。
ァンテナ無線受信部 1 0 0 4 _ iは、 口一ノイズアンプ、 帯域制限フィル夕、 ミキサ、 局部発信器、 A G C (Auto Gain Control ler), 直交検波器、 低域通過フ イルク、 アナログ Zディジタル変換器 （A D C) などのデバイスにより構成され る。 アンテナ無線受信部 1 0 0 4— iは、 多重回路 1 0 0 3 _ iから入力した信 号に対し、 増幅、 無線帯域から基底帯域への周波数変換、 直交検波、 アナログ Z ディジタル変換などを行い、 ユーザ信号処理部 1 0 0 5— iおよび校正信号処理 部 1 0 1 1へと出力する。 通常、 A G Cアンプが、 各アンテナ無線受信部ごとに 入力信号電力レベルに依存することなく出力信号電力レベルを一定に保っために 用いられている。
校正信号処理部 1 0 1 1は、 アンテナ無線受信部 1 0 0 4— 1〜― Nから信号 を入力とし、 信号内から校正信号を抽出してアンテナ無線受信部 1 0 0 4— 1〜 一 Nそれぞれの位相 Z振幅情報を検出してユーザ信号処理部 1 0 0 5— 1 - ^一 M それぞれへ出力する。 ここで、入力信号に多重された校正信号は抽出可能である。 ユーザ jに対応するユーザ信号処理部 1 0 0 5— jは、 アンテナ無線受信部 1 0 0 4 - 1〜一 Nの出力と校正信号処理部 1 0 1 1の出力であるアンテナ無線受 信部 1 0 0 4— 1〜一 Nそれぞれの位相/振幅情報とを入力する。 ユーザ信号処 理部 1 0 0 5— jは、 アンテナ無線受信部 1 0 0 4— 1〜一 Nからの入力それぞ れを、 校正用信号送信部 1 0 1 0の出力であるアンテナ無線受信部 1 0 0 4—1 〜― Nそれぞれの位相 Z振幅情報を用いて補正しつつ対象ユーザ jへの信号到来 方向に対しては受信利得を大きくする。他方、ユーザ信号処理部 1 0 0 5—； iは、 他ユーザからの干渉や遅延波による干渉に対しては受信利得を小さくするような 受信指向性パターンの形成を行い、 受信指向性パターンによって受信されたユー ザ復調信号 jを出力する。
校正用信号送信部 1 0 1 0は、 基底帯域で校正信号を生成し、 生成した信号に 対してディジタル アナログ変換、 基底帯域から無線帯域への周波数変換などを 行った後、 アンテナ素子 1 0 0 2— 1〜~ " Nによる受信信号と同一周波数帯域の 校正信号に形成して、 任意の電力レベルで多重回路 1 0 0 3— 1〜一 Nへ出力す る。 この際、 校正信号を複数の電力レベルに変化させることにより、 校正信号処 理部 1 0 1 1が各受信電力ごとの各アンテナ無線受信部 1 0 0 4— 1〜― Nそれ それの位相ノ振幅情報を検出できる。
N個のアンテナ素子 1 0 0 2— 1〜一 Nによって受信された各信号には、 ユー ザの希望信号成分および干渉信号成分、 並びに熱雑音が含まれている。 更に希望 信号成分、 干渉信号成分それぞれにマルチパス成分が存在する。 通常、 それらの 信号成分は異なつた方向から到来する。
第 1図に示した従来のアレーアンテナ受信装置は、 N個のアンテナ素子 1 0 0 2— 1〜― Nによって受信された各信号の位相 Z振幅情報を用いて、 到来方向の 異なる各信号成分を識別し受信指向性パターンを形成する。
その際、 アンテナ無線受信部 1 0 0 4— 1 ^ ^一 Nの構成デバィスによって各ァ ンテナ無線受信部の内部で位相 Z振幅変動が発生すると、 本来のアンテナ素子 1 0 0 2 - 1〜一 Nによつて受信された各信号の位相 Z振幅情報とは異なつた情報 がユーザ信号処理部 1 0 0 5— 1〜一 Mに与えられ、正確に各信号成分を識別し、 理想的な受信指向性パターンを形成することが不可能になる。
そこで、 アンテナ素子 1 0 0 2— 1〜一 Nによる受信信号にこの信号と同一周 波数帯域の校正信号を多重し、 校正信号処理部 1 0 1 1においてアンテナ無線受 信部 1 0 0 4— 1〜一 Nの各出力から抽出した校正信号の位相 振幅情報を検出 することによって、 ユーザ信号処理部 1 0 0 5— 1〜一 Mに与えられた位相ノ振 幅情報に補正を加える。
校正信号は多重することで、 アレーアンテナ受信装置の運用時にも校正が可能 になる。 すなわち、 校正信号は受信信号に多重された状態であり、 校正信号成分 のみを抽出することが可能である。 例としては符号多重が挙げられる。
また、 アンテナ無線受信部 1 0◦ 4— 1〜一 Nに含まれる非線形回路、 特に A G Cは、 受信電力レベルによって位相/振幅の変動の仕方が異なる。 このため、 校正用信号送信部 1 0 1 0の電力レベル可変回路によって出力する校正信号電力 レベルを変化させながら、 校正信号処理部 1 0 1 1がアンテナ無線受信部 1 0 0 4一 1〜一 Nの各出力の校正信号を抽出し位相ノ振幅情報を検出することによつ て、 各校正信号電力レベルごとにユーザ信号処理部 1 0 0 5— 1〜一 Mに与えら れた位相 Z振幅情報に加える補正量を決定する。
このような校正手段を有するアレーアンテナ受信装置は、 ァレーアンテナ受信 装置の運用時にアンテナ無線受信部 1 0 0 4— 1〜一 Nの内部で位相ノ振幅変動 が発生しても、 ユーザ信号処理部 1 0 0 5— 1〜一 Mに与えられる位相 Z振幅情 報を補正することが可能である。 また、 受信信号電力レベルに応じた精度の高い 校正を行うことが可能である。
したがって、 第 1図に示した従来のアレーアンテナ受信装置は、 N個のアンテ ナ素子 1 0 0 2— 1〜一 Nによって受信された各信号の位相/振幅情報を用いて 到来方向の異なる各信号成分を正確に識別し理想的な受信指向性パターンを形成 することができる。
しかしながら、 このような従来のァレーアンテナ受信装置の校正システムは、 次のような問題があり運用時のアレーアンテナ受信装置には適さない。
第 1は、 運用時に校正信号を複数の電力レベルに変化させ、 各受信電力ごとの 各アンテナ無線受信部の位相 Z振幅情報を検出できる校正を行うとアレーアンテ ナ受信装置の受信感度を大きく劣化させてしまうということである。その理由は、 アンテナから入力される移動機からのユーザ信号である希望波にとつて、 校正信 号は全くの干渉波であり、 特に高レベルの校正信号を入力した場合、 干渉信号成 分が大きくしまうからである。 また第 2は、 校正信号がシステムのユーザ数を減 少させてしまうということである。 その理由は、 校正信号が干渉波となり、 移動 機からのユーザ信号と干渉信号との比を悪化させ、 基地局装置にて所望する信号 品質に復調するためには移動機の送信出力を増加させてしまうからである。
従って、 本発明は、 このような課題を解決するためのものであり、 次のような 校正システムを提供することを目的としている。 第 1に、 運用時のァレ一アンテ ナ受信装置に対して、 校正信号による感度劣化を殆ど起こさないのみならず、 簡 略な構成にも拘わらず、 精度の高い補正ができること。 そして、 第 2に、 セルラ システムのユーザ数を殆ど損なわないことである。 発明の開示
本発明にかかるアレーアンテナ受信装置の校正システムは、 ァレ一アンテナを 構成する各アンテナ素子に対応して該各アンテナ素子から受ける信号に既知の校 正信号を多重した多重信号で入力し、 該多重信号それぞれから抽出した校正信号 に基づき、 各アンテナ素子に接続されるアンテナ無線受信部ごとに前記校正信号 の位相ノ振幅情報を検出し、 この各アンテナ素子に接続されるアンテナ無線受信 部ごとに受信処理された移動機とのユーザ信号を前記位相ノ振幅情報に基づき補 正するアレーアンテナ受信装置の校正システムに関する。 その特徴とするところ は、 前記校正信号を抽出し校正 （キャリブレーション） に必要とされる校正信号 と干渉信号との比を確保するために、 入力された前記多重信号についてその総受 信電力の検波電圧を検出し、 受信した多重信号を該検波電圧に応じた利得になる よう制御して出力する無線制御手段と、 該制御手段から前記総受信電力の検波電 圧を受け、この検波電圧に基づき各アンテナ素子ごとの適切な校正時間を判断し、 該校正時間のうち最長の校正時間に基づき、 前記多重信号から前記校正信号の位 相 Z振幅情報をそれぞれ検出する信号処理手段とを更に備えたことにある。
また具体的な構成は、 既知の校正信号を送出する校正用無線送信部と、 アレー アンテナを構成する各アンテナ素子に対応して接続し該各アンテナ素子から受け る信号に前記校正信号を多重化して入力するそれぞれのアンテナ無線受信部と、 該各アンテナ無線受信部から抽出した校正信号に基づき、 各アンテナ無線受信部 ごとに前記校正信号の位相/振幅情報を検出する校正信号処理部と、 該校正信号 処理部で検出した各アンテナごとの位相 Z振幅情報に基づき各ァンテナ無線受信 部で受信処理された多重信号を補正する各ユーザ信号処理部とを備えるァレーア ンテナ受信装置の校正システムに関する。
その特徴とするところは、 前記各アンテナ無線受信部ごとに設けられ、 対応す るアンテナ無線受信部へ入力された総受信電力の検波電圧に応じて利得を制御す る A G C制御信号を出力する無線制御部と、 前記各アンテナ無線受信部へ入力さ れた総受信電力の検波電圧に基づき、 各アンテナ無線受信部ごとの適切な校正時 間を判断して出力する校正時間判定部とを更に備えることである。 したがって、 上記各アンテナ無線受信部は、 入力された多重信号についてその総受信電力の検 波電圧を検出して前記無線制御部へ出力するとともに、 受信処理した多重信号を 対応する該無線制御部から受ける A G C制御信号に応じた利得で出力することを 特徴とする。 また、 上記校正信号処理部は、 前記校正時間判定部から出力された 各アンテナ無線受信部の校正時間のうち最長の校正時間に基づき、 前記各アンテ ナ無線受信部から出力された多重信号から前記校正信号の位相 Z振幅情報をそれ それ検出して出力することを特徴とする。
また、 校正用無線送信部から送信される校正信号については、 当該アレーアン テナ受信装置内の熱雑音電力より充分小さい固定電力で送信し、 各アンテナ無線 受信部から出力された多重信号を最長の校正時間分だけ同相加算して、 その多重 信号に含まれる校正信号の平均化処理を行うことにより各アンテナ無線受信部ご とに校正信号の位相/振幅情報を検出する。 すなわち、.殆ど感度劣化を起こさな い低い固定電力の校正信号を用いて、 校正周期を可変することによつて前記校正 信号の位相/振幅情報を検出することを特徴とする。
このような構成により校正信号に起因して生じる感度劣化を殆ど防止すること ができる。 また、 セルラシステムのユーザ数の減少を殆ど回避し、 更に、 高精度 の位相 Z振幅情報の補正を簡略な構成で実現することができる。
また、 校正用無線送信部から送信する校正信号については当該アレーアンテナ 受信装置内の熱雑音電力より充分小さい固定電力で送信するようにしてもよい。 また、 校正信号処理部で位相 Z振幅情報を検出する場合、 各アンテナ無線受信部 から出力された多重信号を最長の校正時間分だけ同相加算して、 その多重信号に 含まれる校正信号の平均化処理を行うことにより各アンテナ無線受信部ごとに校 正信号の位相/振幅情報を検出するようにしてもよく、 最長の校正時間を周期長 とする校正周期ごとに、 各アンテナ無線受信部の位相/振幅情報をそれぞれ検出 出力するようにしてもよい。
また、 校正時間判定部では、 総受信電力の検波電圧に代えて、 各無線制御部か らの A G C制御信号に基づき、 各アンテナ無線受信部ごとの適切な校正時間を判 断して出力するようにしてもよい。 図面の簡単な説明
第 1図は、 従来のアレーアンテナ受信装置の校正システムにおけるプロックを 示す図であり、
第 2図は、 本発明の実施の一形.態によるアレーアンテナ受信装置の校正システ ムにおけるブロックを示す図であり、
第 3図は、 校正信号による受信感度の劣化量に対する特性の一形態を示す図で あり、
第 4図は、 各アンテナ受信部の A G C前における総受信電力分布の一形態を示 す図であり、
第 5図は、 各アンテナ受信部の A G C後における総受信電力分布の一形態を示 す図であり、
第 6図は、 各アンテナ受信部からの逆拡散後における校正信号の一形態を示す 図であり、
第 7図は、 同相加算平均化時間と処理利得との相関特性の一形態を示す図であ り、 かつ 。
第 8図は、 第 2図とは別の本発明による実施の一形態におけるブロックを示す 図である。 発明を実施するための最良の形態 本発明をより詳細に説述するために、 添付の図面に従ってこれを説明する。 第 2図は本発明における一つの実施の形態にかかるアレーアンテナ受信装置の 校正システムを示すブロック図である。
アレーアンテナ受信装置は、 アレーアンテナ 101を構成する N個 （Nは 2以 上の整数） のアンテナ素子 102— 1〜― N、 多重回路 103— 1〜― N、 アン テナ無線受信部 104— 1〜一 Nそれぞれを構成する総受信電力検出部 105— 1〜一 Nおよび AGC (Auto Gain Controller) 106- 1〜一 N、 数 Mのュ一 ザそれぞれに対応するユーザ信号処理部 108— 1〜一 M、 校正用信号送信部 1 10、 校正時間判定部 1 1 1、 および校正信号処理部 1 12を備えている。 アレーアンテナ 101は、 N個のアンテナ素子 102— 1〜一 Nから構成され ていて、 各々のアンテナの相関が高くなるように近接して配置されている。 N 個 のうち一つのアンテナ素子 102_ iに対応する多重回路 103— iは一方をァ ンテナ素子 102— iと校正用信号送信部 1 10とに接続してそれぞれの出力を 入力する。 また、 多重回路 103— iは、 上記二つの入力信号を無線帯域で多重 を行って、 他方に接続されるアンテナ無線受信部 104_ iへ出力する。
アンテナ無線受信部 104— iは、 ローノイズアンプ、 帯域制限フィルタ、 ミ キサ、 局部発信器、 総受信電力検出部 105_ i、 AGC 106— i、 直交検波 器、 低域通過フィルタ、 およびアナログ Zディジタル変換器を主要構成要素とし ている。 ここでは、 これら主要構成要素のうち、 従来と相違し本発明にとって特 徴となる総受信電力検出部 105— iおよび AGC 106- iに関してのみ図示 して説明する。
総受信電力検出部 105— iは、 多重回路 103— iの出力を入力とし、 AG C 106- iには入力された多重信号をそのまま出力するが、 無線制御部 10 Ί 一 iおよび校正時間判定部 1 1 1には多重された信号の検波電圧を出力する。
AGC 106— iは、 無線制御部 1◦ 7— iから入力された AGC制御電圧に したがって、 総受信電力検出部 105— iから入力された多重信号を増幅または 減衰して常に一定の電力をユーザ信号処理部 108— 1〜一 Mのすベて、 および 校正信号処理部 1 12に出力する。
無線制御部 107— iは、 上述した従来の構成に追加されるものであり、 総受 信電力検出部 1 0 5— iから入力された検波電圧にしたがって A G C 1 0 6 - i に AG C制御電圧を出力する。
ユーザ数 Mのうちの一つであるユーザ jに対応するユーザ信号処理部 1 0 8— jは、 アンテナ無線受信部 1 0 4— 1〜― Nそれぞれの出力と、 校正信号処理部 1 1 2の出力であるアンテナ無線受信部 1 0 4—1〜一 Nそれぞれに対応する位 相 Z振幅情報とを入力とする。 ユーザ信号処理部 1 0 8 _ jは、 入力するアンテ ナ無線受信部 1 0 4—1〜一 Nそれぞれの出力をアンテナ無線受信部 1 0 4—1 〜一 Nそれぞれの位相 Z振幅情報を用いて補正しながらユーザ jに対応するュ一 ザ信号到来方向に対しては受信利得を大きくする一方、 他ユーザからの干渉や遅 延波による干渉に対しては受信利得を小さくするような受信指向性パターンの形 成を行う。 ユーザ信号処理部 1 0 8— jは、 この形成された受信指向性パターン によって受信されたユーザ jに対するユーザ復調信号 jを出力する。
校正用信号送信部 1 1 0は、 基底帯域で校正信号を生成し、 校正信号として任 意のシンボルパターンを生成できることとする。 また、 校正用信号送信部 1 1 0 は、 生成した基底帯域の校正信号に対し、 ディジタル Zアナログ変換、 基底帯域 から無線帯域への周波数変換などを行い、 既知の固定電力である校正信号をすベ ての多重回路 1 0 3— 1〜一 Nへ出力する。
校正時間判定部 1 1 1は、 上述した従来の構成に追加されるもので、 各総受信 電力検出部 1 0 5— 1〜一 Nから入力される検波電圧から、 各アンテナ無線受信 部 1 0 4—1〜一 Nごとに適切な校正時間を求めて校正信号処理部 1 1 2に出力 する。
校正信号処理部 1 1 2の従来との相違は、 校正時間判定部 1 1 1から各アンテ ナ無線受信部 1 0 4— 1〜一 Nごとに適切な校正時間を受ける点てある。
校正信号処理部 1 1 2は、 アンテナ無線受信部 1 0 4—1〜一 Nそれぞれの出 力と校正時間判定部 1 1 1から受ける校正時間とを入力し、 アンテナ無線受信部 1 0 4 - 1〜― Nそれぞれの出力に多重された校正信号を抽出してアンテナ無線 受信部 1 0 4—1〜一 Nそれぞれにおける位相/振幅情報を検出し、 すべてのァ ンテナ無線受信部 1 0 4— 1〜― Nの情報をすベてのユーザ信号処理部 1 0 8— 1〜一 Mへ出力する。 なお、 校正信号を符号多重信号とすると校正信号を抽出す るためには逆拡散を行うことになる。
次に、 第 2図を参照して、 本実施の形態の動作について説明する。
アレーアンテナ 101は、 N個のアンテナ素子 102_ 1〜一 Nから構成され る。 N個のアンテナ素子 102— 1〜一 Nは、 各々のアンテナ素子での受信信号 が高い相関を有するように近接して配置され、 希望信号および複数の干渉信号が 多重された信号を受信している。 しかし、 実際にはアンテナ素子数が多くなると 隣り合わない離れた位置にあるアンテナ素子間の相関が低くなり、 受信される多 重信号の電力は大きなばらつきを持つ。 すなわち、 アレーアンテナ受信装置の各 アンテナ素子には異なる電力が入力されている。
一方、 校正用信号送信部 1 10で生成された基底帯域の校正信号は、 周波数変 換、 および増幅され既知の固定電力である信号として送信されている。
多重回路 103—1〜― Nそれぞれは、 一方で、 アンテナ素子 102—1^ ^— Nそれぞれと一つの校正用信号送信部 110とに接続し、 校正用信号送信部 1 1 0から出力される校正信号とアンテナ素子 102— 1 - Nそれぞれの出力とを 入力する。 また、 多重回路 103— 1^ ^— Nそれぞれは、 上記二つの入力を無線 帯域で多重化を行い、 他方で接続するアンテナ無線受信部 104— 1〜一 Nそれ それへ出力する。
例えば、 移動機からのュ一ザ信号である希望信号の校正信号による受信感度劣 化を 0. 2 dB以下にしたいとすると、 雑音電力レベルが 0. 2dB悪化するこ とに等しい。 したがって、 熱雑音電力レベルを 0 dBと考えれば、 次式
0. 2> 10 1 o g (100/10+ 10X/1°)
を計算して 「χく一 13. 267 dB」 が得られる。 この結果から、 アレーアン テナ受信装置の受信感度に殆ど影響を与えないためには、 校正信号の送信電力を 熱雑音.電力レベルより 「一 13. 267 dB」 を越える低いレベルに固定する必 要がある。
第 3図に校正信号による受信感度の劣化量を示す。
ここで、 多重回路 103—1〜一 Nそれぞれから出力されるのは、 校正信号、 希望信号、 干渉信号、 熟雑音である。 これらの合計を総受信電力とすると、 校正 信号と熱雑音とは一定の電力なので各多重回路から出力される総電力それぞれの 差は、 そのまま各アンテナ素子から入力される希望信号と干渉信号との和から得 られる電力それぞれの差となる。
以下に、 二つのアンテナ無線受信部 104_ 1， 104— Nとについて考察す る。 総受信電力検出部 105— 1は、 多重回路 103—1の出力を入力とし、 A GC 106- 1には入力された多重信号をそのまま出力する。 総受信電力検出部 105—Nは、 多重回路 103— Nの出力を入力とし、 AGC 106— Nには入 力された多重信号をそのまま出力する。 しかし、 総受信電力検出部 105— 1， 105—Nそれぞれは、 無線制御部 107— 1, 107— Nそれぞれ、 および校 正時間判定部 11 1に多重された信号の検波電圧を出力する。 例えば、 アンテナ 無線受信部 104—1に入力された総受信電力の総受信電力検出部 105— 1に よる検波電圧が 2. 5Vで、 アンテナ無線受信部 104— Nに入力された総受信 電力の総受信電力検出部 105— Nによる検波電圧が 2. 8 Vであるとする。 こ の検波電圧の差、 0. 3Vは、 アンテナ無線受信部 104— 1に入力された全電 力のうちの 「希望信号と干渉信号との和」 と、 アンテナ無線受信部 104—Nに 入力された全電力のうちの 「希望信号と干渉信号との和」 との差の電圧となる。 これにより、 校正信号にとって干渉信号である 「希望信号と干渉信号との和」 が、 アンテナ無線受信部 104— Nには 0. 3Vの検波電圧分だけ多く入力され たことになる。 これは校正信号の C/Nが一定ではないことを意味している。 こ の様子を第 4図〜第 7図に示す。
第 4図は AGCによる利得制御を行う前の各アンテナ無線受信部の電力分布を 示す図である。 第 5図は AG Cによる利得制御を行った後の各受信部の電力分布 を示す図である。 第 6図は校正信号処理部 112によって同じ時間だけ同相加算 され平均化された校正信号の CZNを示す図である。
総受信電力検出部 105— 1, 105— Nによって出力されたそれぞれの検波 電圧は、 無線制御部 107— 1, 107— Nそれぞれに入力され、 AGC 106 一 1〜一 Nそれぞれの出力電力が一定になるように AG C制御電圧を出力する。
AGC 106- 1, 106— Nは、 それぞれの A G Cに対応する無線制御部 10 7-1, 107— Nより出力された制御電圧にしたがって利得を制御し、 増幅ま たは減衰された多重信号をユーザ 1 ~Mそれぞれに対応するユーザ信号処理部 1 0 8 - 1〜一 Mのすベて、 および校正信号処理部 1 1 2に出力する。 この時、 A G C 1 0 6 1 , 1 0 6 Nは、 校正信号と干渉信号に同じ利得制御を行うので校正 信号の C ZNに変化はない。
総受信電力検出部 1 0 5— 1 , 1 0 5—Nによって検出されたそれぞれの検波 電圧は校正時間判定部 1 1 1にも同時に出力されている。 したがって、 校正時間 判定部 1 1 1は、 各検波電圧に対応する校正時間を校正信号処理部 Ί 1 2に出力 する。 ここで校正時間とは、 校正信号処理部 1 1 2において校正信号を逆拡散し 同相加算により平均化する時間と補正を行うための処理時間との合計時間と定義 する。 そして、 この処理時間は一定の時間とする。 校正時間判定部 1 1 1から校 正信号処理部 1 1 2に出力される情報はアンテナ無線受信部の番号と校正時間で ある。 既に上述したように校正信号と雑音電力とは常に一定のため、 校正時間判 定部 1 1 1は、 各総受信電力検出部 1 0 5— 1 , 1 0 5— Nからの検波電圧だけ で各アンテナ無線受信部 1 0 4—1， 1 0 4—Nにおける校正時間を一義的に決 定する。
校正信号処理部 1 1 2は、 アンテナ無線受信部 1 0 4— 1 , 1 0 4— Nの出力 を入力とする。 また校正信号処理部 1 1 2は、 アンテナ無線受信部 1 0 4— 1， 1 0 4— Nの出力に多重された校正信号を抽出してアンテナ素子 1 0 2—1 , 1 0 2— Nの位相/振幅情報を検出してそれぞれに対応するユーザ信号処理部 1 0 8 - 1 , 1 0 8— Mへ出力する。 この時、 校正信号処理部 1 1 2は、 校正時間判 定部 1 1 1から出力される校正時間の中で最も長い校正時間を選択し、 選ばれた 校正時間にしたがって各校正信号の同相加算による平均化処理を行う。
校正信号の処理利得は復調した校正信号を同相で平均化処理する時間のみに依 存する。 したがって、 位相および振幅情報を比較するために要求される所要 C/ Nを得るためには、 校正信号にとつて最も干渉信号成分が多いアンテナ無線受信 部に対して必要とされる同相加算による平均化処理時間を与えておけばよい。 第 7図に同相加算による平均化処理時間に対する処理利得を示す。 図から、 各アン テナ無線受信部ごとに校正信号と干渉信号との比が違うので、 位相ノ振幅情報を 高精度で比較するために必要な逆拡散後の C/Nを得るためには、 各アンテナ無 線受信部ごとに別々の同相での平均化時間が必要であることが分かる。 校正周期に関しては、 校正時間判定部 1 1 1から出力される各アンテナ無線受 信部ごとの校正時間の中で最も長い校正時間を校正周期とする。 すなわち、 校正 信号に対する干渉信号の電力が小さい場合には校正周期が短くてよい。 一方、 校 正信号に対する干渉信号の電力が大きい場合には長い校正周期が必要になる。 よ つて、 前の校正が終了次第、 次の校正が始まりその校正に対する校正周期は校正 時間判定部 1 1 1の出力結果により決定していくことになる。 上述したアンテナ 無線受信部 1 0 4— 1に入力された総受信電力の総受信電力検出部 1 0 5— 1に よる検波電圧が 2. 5 Vで、 アンテナ無線受信部 1 0 4— Nに入力された総受信 電力の総受信電力検出部 1 0 5— Nによる検波電圧が 2. 8 Vの場合では、 検波 電圧の大きなアンテナ無線受信部 1 0 4— Nに必要な校正時間が、 今回の校正に おける校正時間となる。
ユーザー 1〜一 Mそれぞれに対応するユーザ信号処理部 1 0 8—1〜一 Mそれ ぞれは、 アンテナ無線受信部 1 0 4— 1 , 1 0 4— Nの出力と、 校正用信号処理 部 1 1 2の出力であるアンテナ素子 1 0 2— 1， 1 0 2— Nの位相ノ振幅情報と を入力している。 例えばユーザ一 jに対応するユーザ信号処理部 1 0 8— jは、 これらアンテナ無線受信部 1 0 4—1 , 1 0 4— Nの出力をアンテナ素子 1 0 2 一 1 , 1 0 2— Nの位相 Z振幅情報を用いて補正しながらユーザー jにユーザ信 号到来方向に対しては受信利得を大きくし、 他ュ一ザからの干渉および遅延波に よる干渉に対しては受信利得を小さくするような受信指向性パターンの形成を行 い、 受信指向性パターンによって受信されたユーザ復調信号一 jを出力する。 このように既知の大きさである固定電力の校正信号を用いて、 校正信号の位相 /振幅情報を検出するために要する校正時間を校正時間判定部から通知すること により、 システム運用時に殆ど受信感度劣化のない校正を行うことができる。 次に、 第 8図を参照して、 上述したアレーアンテナ受信装置とは別の実施の一 形態について説明する。 第 8図は第 2図とは別のアレーアンテナ受信装置の校 正システムを示すブロック図であり、 その構成要素は第 2図を参照して説明した ものと同じまたは同等であり同一の番号符号を付してある。
第 8図が第 2図と相違する点は、 校正時間判定部 1 1 1の入力である。 第 2図 では、 各アンテナ無線受信部内の総受信電力検出部 1 0 5—1〜ーNから出カさ れる検波電圧を入力している。 しかし、 第 8図では、 無線制御部 1 0 7— 1〜一 Nが A G C 1 0 6 - 1〜一 Nに出力する A G C制御信号を入力とし、 校正信号処 理部 1 1 2に各アンテナ無線受信部に必要な校正時間を出力するように構成して いる。 何れの構成においても同様な作用効果が得られる。
以上説明したように、 本発明の校正システムは、 第 1に、 まず、 各アンテナ無 線受信部へ入力された総受信電力の検波電圧に基づき、 各アンテナ無線受信部ご との適切な校正時間を校正時間判定部で判断している。 次に、 この校正システム は、 これら校正時間のうち最長の校正時間に基づき、 各アンテナ無線受信部から 出力された多重信号から校正信号の位相ノ振幅情報を校正信号処理部でそれぞれ 検出して出力するようにしている。 したがって、 本発明による校正システムは、 校正信号に起因して生じる感度劣化を殆ど起こさない。
第 2に、 この校正システムは、 校正信号の位相 Z振幅情報を比較するために必 要な CZNを得るために、 校正信号の同相加算による平均化処理時間を制御して いる。 したがって、 校正信号が干渉信号となって移動機からのユーザ信号と干渉 信号との比を悪化させることがなく、 基地局装置にて所望する信号品質に復調す るために移動機の送信出力を増加させてしまうことがない。 この結果、 この校正 システムはセルラシステムのユーザ数を殆ど減らさない
第 3に、 この校正システムは、 各アンテナ受信部が受信した総受信電力に対し て、 校正信号を同相加算し平均化する時間だけを制御しているので、 所望する逆 拡散後の校正信号の C/Nを常に満足することができる。 したがって、 この校正 システムは、 高精度の位相/振幅情報の補正を簡略な構成で実現する。 産業上の利用の可能性
以上のように、 本発明にかかるアレーアンテナ受信装置の校正システムは、 セ ルラー移動通信システムのような適応 （ァダブティブ） アンテナ制御を行うァレ 一アンテナ受信装置内にある各アンテナ無線受信部間の位相 （遅延） および振幅 情報の変動を補正する校正システムに適している。

Claims

請 求 の 範 囲
1 . ァレーアンテナを構成する各アンテナ素子に対応して該各アンテナ素子か ら受ける信号に既知の校正信号を多重した多重信号で入力し、 該多重信号それぞ れから抽出した校正信号に基づき、 各アンテナ素子に接続されるアンテナ無線受 信部ごとに前記校正信号の位相/振幅情報を検出し、 この各アンテナ素子に接続 されるアンテナ無線受信部ごとに受信処理された移動機とのユーザ信号を前記位 相 Z振幅情報に基づき補正するアレーアンテナ受信装置の校正システムであって、 前記校正信号を抽出する信号を、 入力された前記多重信号についてその総受信 電力の検波電圧を検出し、 受信処理し。た多重信号を該検波電圧に応じた利得で制 御して出力する無線制御手段と、
該制御手段から前記総受信電力の検波電圧を受け、 該検波電圧に基づき各アン テナ素子ごとの適切な校正時間を判断し、 該校正時間のうち最長の校正時間に基 づき、 前記多重信号から前記校正信号の位相 Z振幅情報をそれぞれ検出して出力 する信号処理手段とを更に備えた
ことを特徴とするァレ一アンテナ受信装置の校正システム。
2. 既知の校正信号を送出する校正用無線送信部と、 アレーアンテナを構成す る各アンテナ素子に対応して接続し該各アンテナ素子から受ける信号に前記校正 信号を多重して入力するそれぞれのアンテナ無線受信部と、 該各アンテナ無線受 信部から抽出した校正信号に基づき、 各アンテナ無線受信部ごとに前記校正信号 の位相 Z振幅情報を検出する校正信号処理部と、 該校正信号処理部で検出した各 アンテナごとの位相/振幅情報に基づき各ァンテナ無線受信部で受信処理された 移動機とのユーザ信号を補正する各ユーザ信号処理部とを備えるアレ- 受信装置の校正システムであって、
前記各ァンテナ無線受信部ごとに設けられ、 対応するアンテナ無線受信部' 力された総受信電力の検波電圧に応じて利得を制御する AG C制御信号を出力す る無線制御部と、
前記各アンテナ無線受信部へ入力された総受信電力の検波電圧に基づき、 各'ァ ンテナ無線受信部ごとの適切な校正時間を判断して出力する校正時間判定部と を更に備え、
前記各アンテナ無線受信部は、 入力された多重信号についてその総受信電力の 検波電圧を検出して前記無線制御部へ出力するとともに、 受信処理した多重信号 を、 対応する該無線制御部から受ける A G C制御信号に応じた利得で出力し、 前記校正信号処理部は、 前記校正時間判定部から出力された各アンテナ無線受 信部の校正時間のうち最長の校正時間に基づき、 前記各アンテナ無線受信部から 出力された多重信号から前記校正信号の位相/振幅情報をそれぞれ検出して出力 する
ことを特徴とするアレーアンテナ受信装置の校正システム。
3. 請求項 2に記載のァレ一アンテナ受信装置の校正システムにおいて、 前記校正用無線送信部は、 前記各アンテナ無線受信部へ多重入力する校正信号 を当該アレーアンテナ受信装置内の熱雑音電力より充分小さい固定電力で送信す ることを特徴とするアレーアンテナ受信装置の校正システム。
4. 請求項 2に記載のァレーアンテナ受信装置の校正システムにおいて、 前記校正信号処理部は、 前記各アンテナ無線受信部から出力された多重信号を 前記最長の校正時間分だけ同相加算して、 その多重信号に含まれる校正信号の平 均化処理を行うことにより各アンテナ無線受信部ごとに校正信号の位相 振幅情 報を検出することを特徴とするアレーアンテナ受信装置の校正システム。
5. 請求項 2に記載のァレーアンテナ受信装置の校正システムにおいて、 前記校正信号処理部は、 前記最長の校正時間を周期長とする校正周期ごとに、 各アンテナ無線受信部の位相 Z振幅情報をそれぞれ検出して出力することを特徴 とするアレーアンテナ受信装置の校正システム。
+ 6. 請求項 2に記載のアレーアンテナ受信装置の校正システムにおいて、 前記校正時間判定部は、 前記総受信電力の検波電圧に代えて、 前記各無線制御 部からの A G C制御信号に基づき、 各アンテナ無線受信部ごとの適切な校正時間 を判断して出力することを特徴とするアレーアンテナ受信装置の校正システム。
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