WO2012070300A1 - Ｔｄｄシステム、ｔｄｄシステムにおけるアレイアンテナのキャリブレーション方法 - Google Patents

Abstract

　本発明は、ＴＤＤにより互いに通信を行う第１および第２の無線装置を有し、第１および第２の無線装置の少なくとも一方がアレイアンテナを具備するＴＤＤシステムに適用される。本発明のＴＤＤシステムにおいては、前記第１の無線装置と前記第２の無線装置との間の全伝送路の中から伝送路を限定し、限定した伝送路の伝送路推定値を用いて、アレイアンテナを構成する各アンテナ素子で送信または受信される信号に乗算する補正係数を計算する。

Description

ＴＤＤシステム、ＴＤＤシステムにおけるアレイアンテナのキャリブレーション方法

　本発明は、ＴＤＤ（Time　Division　Duplexing）システムにおいて、アレイアンテナのキャリブレーションを行う技術に関する。

　無線通信の需要が増大している。これに伴い、限られた無線資源の中で、無線通信の更なる大容量化、高速化が要求されている。

　複数のアンテナ素子からなるアレイ（マルチ）アンテナは、そのような要求に応えるために用いられるアンテナであり、携帯電話用の無線装置（基地局や移動局）などでは、アレイアンテナを用いたBF（Beam　Forming、ビームフォーミング）やＭＩＭＯ（Multi　Input　Multi　Output）などの技術により、高速大容量通信を行うことが可能となっている。

　図１に、アレイアンテナを用いたビームフォーミングの例を示す。図１の例では、無線装置（複数のアンテナ素子８によりアレイアンテナを構成）は、相手無線装置（複数のアンテナ素子１９によりアレイアンテナを構成）との間で信号を送受信している。無線装置は、この信号の特性（遅延／位相振幅）を調整し、電波の到来方向を制御することにより、電波に指向性を持たせている。この技術により、干渉方向とは別方向にいるユーザを分離して取り扱うことができ、干渉を抑えて高速大容量通信を行うことが可能となる。

　図２に、アレイアンテナを用いた固有モードＭＩＭＯの例を示す。図２の例では、左側の無線装置（例えば、基地局。ｍ個のアンテナ素子８によりアレイアンテナを構成）から右側の無線装置（例えば、移動局。ｎ個のアンテナ素子１９によりアレイアンテナを構成）へ信号ｘを送信している。この場合、受信側の移動局で伝送路特性Ｈを測定し、伝送路特性Ｈの特異値分解を行い、送受信ウェイトを設定し、信号ｘを再生する。これにより、全てのパスを利用して最大のスループットを得ることが可能となる。

　本発明は、このようなアレイアンテナを用いたビームフォーミングやＭＩＭＯを実現するためのアレイアンテナのキャリブレーションを簡単に行う方法に関する。

　アレイアンテナを用いてビームフォーミングやＭＩＭＯを行うためには、各アンテナ素子間の特性が揃っている必要がある。しかし、実際には、各アンテナ素子の特性は、製造における誤差、回路やケーブルの伝送路特性差によるバラツキがあり、さらには、温度などの影響により時間と共に変化していく。

　そのため、アレイアンテナを用いてビームフォーミングやＭＩＭＯを行うためには、各アンテナ素子間のキャリブレーションが必須であり、アンテナ素子を含む伝送路における遅延量や位相振幅変化を一致させて、各アンテナ素子で送受信される信号の特性を揃える必要がある。さらに、このようなキャリブレーションは、アレイアンテナを製造したときに一度だけ行えばよいというものではなく、ある程度の間隔を空けて（温度変化などに応じて）、何度も行う必要がある。

　そのため、アレイアンテナを有する無線装置は、キャリブレーション機能（位相振幅補正機能、遅延補正機能）を実装しなければならない。キャリブレーションによりアンテナ素子間の特性を一致させたアレイアンテナに対して、ユーザ毎に電波の到来方向を制御することにより高速大容量通信を実現する。

　図１の例では、点線で囲まれたチャネル校正部において、複素乗算器９で位相振幅補正を、遅延素子１０で遅延補正を行い、各アンテナ素子（送受信チャネル）の特性を一致させている。その上で、電波の到来方向θに起因して生じている伝送路特性差（ｄ_ｋｓｉｎθ）を打ち消すように信号を制御することによりビームフォーミングを行っている。

　図３に、無線装置において、アレイアンテナのキャリブレーションを行う部分の具体的な構成の例を示す。

　図３に示した無線装置は、ｍ個のアンテナ素子８－１～８－ｍによりアレイアンテナを構成し、ｎ個のアンテナ素子１９－１～１９－ｎによりアレイアンテナを構成する相手無線装置と通信を行っている。

　また、この無線装置は、送信信号処理部１と、受信信号処理部２と、キャリブレーション信号送受信回路３と、ｍ個の送受信回路４－１～４－ｍと、アンテナユニット５と、を有している。

　また、送受信回路４－１～４－ｍは、送信用と受信用に、複素乗算器９および遅延素子１０の組を有している。

　また、キャリブレーション信号送受信回路３および送受信回路４－１～４－ｍは、Ｄ／Ａコンバータ１１と、Ａ／Ｄコンバータ１２と、送受信制御回路（ＳＷ）１３と、を有している。

　また、アンテナユニット５は、キャリブレーション信号分配／合成器６と、ｍ個のカップラ７－１～７－ｍと、を有している。

　各アンテナ素子間（チャネル間）のキャリブレーションは、送信と受信のそれぞれについて行う必要がある。

　送信キャリブレーションにおいては、各送信チャネル（ｉ－ｃｈ）からのキャリブレーション信号をカップラ７－ｉ（ｉ－ｃｈ）で折返し、キャリブレーション信号分配／合成器６を通して、キャリブレーション信号送受信回路３で受信する。ここで受信された受信信号の経路は、カップラ７－ｉ（ｉ－ｃｈ）とキャリブレーション信号分配／合成器６間を除いた各送信チャネルの送信経路のみが異なっている。そのため、送信チャネル毎の受信信号を比較することによって、位相、振幅、遅延差を求めることができる。

　受信キャリブレーションにおいては、逆に、キャリブレーション信号送受信回路３からキャリブレーション信号を出力し、キャリブレーション信号分配／合成器６を通して各アンテナ素子８－ｉ（ｉ－ｃｈ）にキャリブレーション信号を入力し、各受信チャネル（ｉ－ｃｈ）の送受信回路４－ｉ（ｉ－ｃｈ）で受信する。ここで受信された受信信号の経路は、各受信チャネルの受信経路のみが異なっている。そのため、受信チャネル毎の受信信号を比較することによって、位相、振幅、遅延差を求めることができる。

　このようにして求めた位相、振幅、遅延差は、補正係数を用いて校正し、これにより、チャネル間の特性を揃える。式１、式２に具体的な校正方法を示す。ここでは、全チャネルの特性をチャネル１に合せている。遅延補正における定数Ｃは、遅延方向がプラス方向しか制御できないため、遅延補正量を正数化するために用いている。位相振幅補正量は、Ｉ，Ｑ平面（複素数）上で計算している。

　ここで、Ｄｋ：遅延補正量、
　Ｃ：最大遅延補正量（定数）、
　ｅ１，ｋ：チャネル１に対するチャネルｋの相対遅延量（測定値）である。

　ここで、Ｍｋ：位相振幅補正量、
　Ｗ１：チャネル１の位相振幅（測定値、複素数（Ｉ、Ｑ））、
　Ｗｋ：チャネルｋの位相振幅（測定値）である。

　以上に示したキャリブレーションでは、アンテナ端での各アンテナ素子の特性を一致させている。これにより、FDD（Frequency　Division　Duplexing）、TDDに関わらず、また、送信、受信に関わらず、実空間に対して電波の到来方向を制御することができる。

　これに対して、本発明では、ＴＤＤシステムに限定し、さらに送受信の伝送路特性を一致させるためのキャリブレーション方法を前提としている（特許文献１）。

　本発明では、無線空間（無線伝送部）だけでなく、アンテナ素子を含むアナログ部全体を伝送路推定対象に含めるため、アンテナ端での伝送路特性は一致しない。すなわち、アレイアンテナの制御は、実空間に対して行われるのではなく、全てBB（ベースバンド）部２１，２２から見た論理的な空間に対して行われることになる。このことは、ビームフォーミングやＭＩＭＯを運用するにあたって、本質的な問題とはならない。

　まず、図４を用いて、基地局および移動局のそれぞれで送受信の伝送路特性が一致し、キャリブレーションを必要としない理想的な状態について説明する。

　図４の例では、左側の無線装置（基地局。ｍ個のアンテナ素子８によりアレイアンテナを構成）および右側の無線装置（移動局。ｎ個のアンテナ素子１９によりアレイアンテナを構成）のそれぞれにおいて、D/Aコンバータ１１と送受信制御回路（ＳＷ）１３との間に設けられたアナログ送信回路と、送受信制御回路（ＳＷ）１３とA/Dコンバータ１２との間に設けられたアナログ受信回路と、の間に伝送路特性差がない。この例では、基地局側からの送信（DL：ダウンリンク）に対する伝送路特性H=Htと、移動局側からの送信（UL：アップリンク）に対する伝送路特性Hrとは、式３に示すように、転置の関係にある（添え字^Tは、転置を示す）。

　故に、送信側と受信側との間で様々な特性（伝送路だけでなく、送受信ウェイトなど）を簡単に変換することが可能である。例えば、基地局がULにおいて求めた受信ウェイトを転置して送信すれば、そのまま所望の送信ビームを形成できる。なお、伝送路特性Hは、無線空間（無線伝送部）だけでなく、アンテナ素子を含むアナログ部全体に対して定義している。アレイアンテナの送受信信号の関係を、式４、式５に示す。

　次に、図５を用いて、基地局および移動局のそれぞれで送受信の伝送路特性差があるために行われる、本発明の前提となる、送受信の伝送路特性を一致させるキャリブレーション方法について説明する。ここでは、基地局および移動局ともに、アナログ部の送受信の伝送路特性差がアナログ送信回路にあると仮定し、基地局の伝送路特性差をB、移動局の伝送路特性差をUとする（式６）。

　B、Uは、各アンテナ素子に対する係数なので対角成分のみが存在する。

　以上の仮定の下で、基地局および移動局のそれぞれにおいて伝送路推定を行う。DLとULの伝送路特性の測定結果Ht、Hrは、理想状態でのDLの伝送路特性Hに対して式７となる。

　式７より、BとUの関係式８が得られる。また、キャリブレーション実行後（補償後）の信号については、補正係数B_c、U_cを用いた式９が成立する（特許文献１参照）。

　これらの式は、m×n個あり、変数は、m+n個あるが一意には決まらず、B、Uに対する不定係数の項が残る。故に、ここで、B_cを式１０で定義する。式８、式９より、U_cは式１１で表される。

　ここで、ｃ≠０：不定係数である。

　図５のキャリブレーション方法は、アナログ部の送受信の伝送路特性を一致させる方法であるので、個々の送受信アンテナ素子対の単位で考えることができる。

　図６を用いて、１組の送受信アンテナ素子対における図５のキャリブレーション方法について説明する。図６はSISO（Single　Input　Single　Output）に相当する。図５で用いた式７、式８、式９は、それぞれ式１２、式１３、式１４に変更される。

　ここで、ｂ≠０、ｕ≠０である。

　同様に、式１０、式１１は、それぞれ式１５、式１６に変更される。

　ここで、ｃ≠０：不定係数である。

　これらの式により、不定係数を含んだ形でアナログ部の送受信の伝送路特性を一致させることができる。このような処理を、基地局と移動局の全てのアンテナ素子に対して行うことによりキャリブレーションが完了する。

　図６のキャリブレーション方法は、通常行われるアレイアンテナのキャリブレーションとは異なる。アンテナ素子間で特性を一致させるのではなく、各アンテナ素子の送信側の伝送路特性と受信側の伝送路特性とを一致させる。このとき、伝送路特性は、無線空間（無線伝送部）だけでなく、アンテナ素子を含むアナログ部全体に対して定義している。

　これらにより、ＴＤＤシステムにおいて、DLとULの伝送路特性が共通となり、基地局や移動局などでそれぞれ伝送路特性の測定が可能となって、FB（Feed　back）などによって伝送路情報を通知する必要がなくなる。

　ただし、アンテナ端では、アレイアンテナとして特性が揃っていないため、実空間での電波の到来方向を決定することができない。通信相手を認識できても、実際どちらの方向に存在するか知ることはできなくなる。

特表２００８－５３０８３４号公報

　上述のように、ＴＤＤシステムでは、DLとULにおいて同じ周波数を用いるため、ビームフォーミングや固有モードＭＩＭＯにおいて必要となる伝送路情報が共通となり、FBなどを用いて定常的に伝送路情報を通知せずに通信を行うことが原理的に可能となる。

　このとき、伝送路には、無線空間（無線伝送部）だけでなく、アンテナ素子などのアナログ部も含まれている。それらのアナログ部に対しては、キャリブレーションを行い、伝送路特性を一致させることで影響を取り除いている。

　しかし、このキャリブレーションを行うためには、専用のハードウエアや信号、測定期間を必要とし、さらに、複雑な信号処理、信号切替、タイミング制御などを必要とするため、装置の大型化、コスト増大、開発費、開発期間の増加をまねいている。また、移動局側では、基地局よりもさらにキャリブレーションの条件が厳しくなる。

　そこで、本発明の目的は、ＴＤＤシステムにおけるキャリブレーションをより簡単に実施することができるＴＤＤシステム、ＴＤＤシステムにおけるアレイアンテナのキャリブレーション方法を提供することにある。

　本発明のＴＤＤシステムは、
　ＴＤＤ（Time　Division　Duplexing）により互いに通信を行う第１および第２の無線装置を有し、前記第１および第２の無線装置の少なくとも一方がアレイアンテナを具備するＴＤＤシステムであって、
　前記第１の無線装置と前記第２の無線装置との間の全伝送路の中から伝送路を限定し、
　限定した伝送路の伝送路推定値を用いて、アレイアンテナを構成する各アンテナ素子で送信または受信される信号に乗算する補正係数を計算する。

　本発明のＴＤＤシステムにおけるアレイアンテナのキャリブレーション方法は、
　ＴＤＤにより互いに通信を行う第１および第２の無線装置を有し、前記第１および第２の無線装置の少なくとも一方がアレイアンテナを具備するＴＤＤシステムにおけるキャリブレーション方法であって、
　前記第１の無線装置と前記第２の無線装置との間の全伝送路の中から伝送路を限定し、
　限定した伝送路の伝送路推定値を用いて、アレイアンテナを構成する各アンテナ素子で送信または受信される信号に乗算する補正係数を計算する。

　本発明によれば、第１の無線装置と第２の無線装置との間の全伝送路の中から伝送路を限定し、限定した伝送路の伝送路推定値を用いて、アレイアンテナを構成するアンテナ素子の補正係数を計算する。

　したがって、伝送路推定のための測定数、補正係数の計算量、伝送路推定値のFB（フィードバック）情報量などを削減できるため、ＴＤＤシステムにおけるキャリブレーションをより簡単に実施することができるという効果が得られる。

アレイアンテナを用いたビームフォーミングを説明する図である。 アレイアンテナを用いた固有モードＭＩＭＯを説明する図である。 関連する無線装置において、アレイアンテナのキャリブレーションを行う部分の構成を示すブロック図である。 ＴＤＤシステム（MIMO）において、送受信の伝送路特性が一致する理想的な状態を説明する図である。 ＴＤＤシステム（MIMO）において、本発明の前提となる、送受信の伝送路特性を一致させるキャリブレーション方法を説明する図である。 ＴＤＤシステム（SISO）において、本発明の前提となる、送受信の伝送路特性を一致させるキャリブレーション方法を説明する図である。 本発明の実施例１～１１において、基地局におけるキャリブレーション補償量計算を行う部分の構成を示すブロック図である。 本発明の実施例１（2×2　MIMO）において、伝送路推定を行う必要がある伝送路を示す図である。 本発明の実施例２（3×3　MIMO）において、伝送路推定を行う必要がある伝送路を示す図である。 本発明の実施例３（4×4　MIMO）において、伝送路推定を行う必要がある伝送路を示す図である。 本発明の実施例５（2×2　MIMO）において、基地局側がキャリブレーション済みである場合に伝送路推定を行う必要がある伝送路を示す図である。 本発明の実施例６（3×3　MIMO）において、基地局側がキャリブレーション済みである場合に伝送路推定を行う必要がある伝送路を示す図である。 本発明の実施例７（4×4　MIMO）において、基地局側がキャリブレーション済みである場合に伝送路推定を行う必要がある伝送路を示す図である。 本発明の実施例９（2×1　MISO）において、伝送路推定を行う必要がある伝送路を示す図である。 本発明の実施例９～１２において、移動局におけるキャリブレーション補償量計算を行う部分の構成を示すブロック図である。 本発明の実施例１１（m×n　MIMO）において、補正係数の修正のための伝送路推定を行う必要がある伝送路を示す図である。 本発明の実施例１２において、無線装置のキャリブレーション実施状態を分類した表を示す図である。 本発明の実施例１２において、互いに対向する無線装置の「CAL-Rank」に応じてキャリブレーション実施結果を場合分けした表を示す図である。 本発明の実施例１２において、互いに対向する無線装置の「CAL-Rank」に応じてキャリブレーション精度評価の必要性を場合分けした表を示す図である。 本発明の実施例１２において、基地局におけるキャリブレーション補償量計算を行う部分の構成を示すブロック図である。 本発明の別の実施例として、基地局の送受信の伝送路特性差が受信側においた場合の例を示す図である。 本発明の別の実施例として、補正係数の乗算位置を受信側においた場合の例を示す図である。

　以下に、本発明を実施するための形態について図面を参照して説明する。
（１）実施例１
（１－１）実施例１の構成
　まず、図４を用いて、本発明の前提となるアレイアンテナを用いたＴＤＤシステムの基本構成について説明する。

　図４は、２つの無線装置がアレイアンテナを用いて通信を行っている様子を示している。便宜的に、左側の無線装置を基地局、右側の無線装置を移動局とし、移動局から基地局への送信をUL、基地局から移動局への送信をDLと表現することとする。

　基地局は、ｍ個のアンテナ素子８によりアレイアンテナを構成し、移動局は、ｎ個のアンテナ素子１９によりアレイアンテナを構成している。

　基地局は、BB（ベースバンド）部２１と、ｍ個のアンテナ素子８と、D/Aコンバータ１１と、A/Dコンバータ１２と、送受信制御回路（ＳＷ）１３と、を有している。

　移動局は、BB（ベースバンド）部２２と、ｎ個のアンテナ素子１９と、D/Aコンバータ１１と、A/Dコンバータ１２と、送受信制御回路（ＳＷ）１３と、を有している。

　また、基地局および移動局は、D/Aコンバータ１１と送受信制御回路（ＳＷ）１３との間に設けられたアナログ送信回路と、送受信制御回路（ＳＷ）１３とA/Dコンバータ１２との間に設けられたアナログ受信回路と、を有している。

　D/Aコンバータ１１、A/Dコンバータ１２、アナログ送信回路、および、アナログ受信回路は、各アンテナ毎に設けられている。すなわち、D/Aコンバータ１１、A/Dコンバータ１２、アナログ送信回路、および、アナログ受信回路の組は、基地局ではｍ組、移動局ではｎ組がそれぞれ設けられている。

　ＴＤＤシステムであるので、基地局および移動局は、送受信制御回路（ＳＷ）１３により送信と受信を切り換えて通信を行っており、送受信を同時に行うことはできない。完全に校正された理想状態では、アナログ部を含めた全伝送路特性は、送信方向と受信方向で完全に一致する（行列としては、式３に示したように転置している）。つまり、図４に示したアナログ送信回路とアナログ受信回路の伝送路特性が一致している。故に、例えば、ULで求めた伝送路特性をそのままDLで用いることができる。送受信信号の関係は、式４、式５に示したものになる。

　以上は、アレイアンテナを用いたＴＤＤシステムの基本構成である。

　次に、図５を用いて、本発明の前提となるキャリブレーション方法について詳細に説明する。図５では、校正が行われていない状態では、基地局および移動局ともに、アナログ送信回路とアナログ受信回路の伝送路特性は一致しない。図５では、基地局および移動局ともに、アナログ部の送受信の伝送路特性差がアナログ送信回路にあると仮定し、基地局の伝送路特性差をB、移動局の伝送路特性差をUとした。式６では、BとUは、行列で示されているが、対角成分しか存在せず、実際には、各アンテナ素子に対して複素数パラメータb、uとして設定されている。

　本発明のキャリブレーションの基本的な考え方は、各アンテナ素子に対してこのパラメータb、uを求め、補償することによって送受信の伝送路特性を一致させることである。

　図７に、本発明の前提となる、キャリブレーション補償量計算を行う部分の構成を示す。図７は、基地局側の構成を示しているが、移動局側も同様の構成である。図７は、伝送路推定と補償量計算に関係する構成要素のみを示している。アンテナユニット５から見て左側の構成は、アンテナ素子毎に設けられている。

　基地局のデジタル部は、パイロット信号（参照信号）を生成するパイロット信号生成回路１４－１と、パイロット信号生成回路１４－１で生成されたパイロット信号と移動局から送られてくるパイロット信号とを用いて伝送路特性Hrを推定する伝送路推定回路１７と、伝送路推定回路１７で推定された伝送路特性Hrを測定時間と共に記録するメモリ回路２４と、メモリ回路２４に記録された伝送路特性Hrを変調する変調回路１５と、移動局からFB情報として送られてくる伝送路特性Htと測定時間の情報を復調する復調回路１６と、復調回路１６で復調された伝送路特性Htと測定時間とを記録するメモリ回路２３と、メモリ回路２４に記録された伝送路特性Hrと、メモリ回路２３に記録された伝送路特性Htのうち、この伝送路特性Hrに測定時間ができるだけ近い伝送路特性Htとを基に補正係数B_cを計算する補償量計算回路２５と、補償量計算回路２５で計算された補正係数B_cを保持するレジスタ回路２６と、移動局側で伝送路特性Htを推定するためのパイロット信号を生成するパイロット信号生成回路１４－２と、変調回路１５で変調された伝送路特性Hrの変調信号、パイロット信号生成回路１４－２で生成されたパイロット信号、不図示のデータ信号等の送信信号に対して、レジスタ回路２６に保持された補正係数B_cを乗算する複素乗算器９と、を有している。

　このように、補正係数B_cを求め、送信信号に乗算することにより、アナログ部の送受信の伝送路特性差Bを補償している。

　移動局のデジタル部も同様にして、補正係数U_cを求め、送信信号に乗算することにより、アナログ部の送受信の伝送路特性差Uを補償する。

　図８を用いて、実施例１の送受信アンテナ素子の構成について説明する。実施例１は、2×2MIMO構成である。アンテナ素子の組み合わせ（伝送路）は、Ant-b1⇔Ant-u1、Ant-b2⇔Ant-u1、Ant-b1⇔Ant-u2、Ant-b2⇔Ant-u2の４組ある。

　図８では、各アンテナ素子におけるアナログ部の送受信の伝送路特性差がアナログ送信回路にあると仮定し、その伝送路特性差（b1、b2、u1、u2）をデジタル送信回路において補償している。

　具体的には、各アンテナ素子について、デジタル送信回路において、送信信号に補正係数（b_c,1、b_c,2、u_c,1、u_c,2）を乗算することにより、基地局および移動局のそれぞれのアナログ部を含めた送受信の伝送路特性を一致させている。
（１－２）実施例１の動作
　まず、図５を用いて、本発明の前提となるキャリブレーション方法について詳細に説明する。図５では、校正が行われていない状態では、基地局および移動局ともに、アナログ送信回路とアナログ受信回路の伝送路特性は一致しない。図５では、基地局および移動局ともに、アナログ部の送受信の伝送路特性差がアナログ送信回路にあると仮定し、基地局の伝送路特性差をB、移動局の伝送路特性差をUとした。式６では、BとUは、行列で示されているが、対角成分しか存在せず、実際には、各アンテナ素子に対して複素数パラメータb、uとして設定されている。

　本発明のキャリブレーション方法では、各アンテナ素子の伝送路推定値を求め、そこから補正係数（B_c、U_c）を計算して、送信信号に対して補償を行う。

　図５において、DLの伝送路特性H_t,11と、ULの伝送路特性H_r,11は、DL、ULでの共通成分であるHと、基地局と移動局のそれぞれにおける送受信の伝送路特性差B、Uを用いて、式７で示される。さらに、式７からHを消去して式８が得られる。

　ここで、DLとULにおける伝送路特性を一致させるために、基地局と移動局の送信信号に補正係数を乗算する。これにより、DLとULの伝送路特性は一致し、式９が得られる。これらの式から、形式的に補正係数を求める。B_c=cB^-1と仮定することにより（式１０）、U_cは式１１で表すことができる。cは不定係数であり、補正係数B_c、U_cは、不定係数を含んだ形で求められる。実際には、式９からB_cを任意に設定することにより、U_cは測定可能なパラメータH_t,11、H_r,11で表される。

　本発明の前提となるキャリブレーション方法は、アンテナ素子間ではなく、あるアンテナ素子について送受信の伝送路特性を一致させる方法である。

　故に、アレイアンテナ全体ではなく、基地局と移動局による１組の送受信アンテナ素子対だけで議論することができる。

　図６を用いて、１組の送受信アンテナ素子対における図５のキャリブレーション方法について説明する。図６において、DLの伝送路特性h_tと、ULの伝送路特性h_rは、DL、ULでの共通成分であるHと、基地局と移動局のそれぞれにおける送受信の伝送路特性差B、Uを用いて、式１２で示される。さらに、式１２からhを消去して式１３が得られる。

　ここで、DLとULにおける伝送路特性を一致させるために、基地局と移動局の送信信号に補正係数b_c、u_cを乗算する。これにより、DLとULの伝送路特性は一致し、式１４が得られる。これらの式から、形式的に補正係数を求める。b_c=c/bと仮定することにより（式１５）、u_cは式１６で表すことができる。cは不定係数であり、補正係数b_c、u_cは、不定係数cを含んだ形で求められる。実際には、式１４からb_cを任意に設定することにより、u_cは測定可能なパラメータh_t、h_rで表される。

　図８を用いて、実施例１の動作について詳細に説明する。実施例１は、2×2　MIMOの例である。アンテナ素子の組み合わせ（伝送路）は、Ant-b1⇔Ant-u1、Ant-b2⇔Ant-u1、Ant-b1⇔Ant-u2、Ant-b2⇔Ant-u2の４組ある。各組み合わせについて、測定可能な伝送路特性h_t,11、h_r,11、h_t,12、h_r,12、h_t,21、h_r,21、h_t,22、h_r,22は、式１７、式１８、式１９、式２０で示される。

　ここで、h11,h12,h21,h22は、伝送路特性のDL、ULでの共通成分である。また、b1、b2、u1、u2は、基地局、移動局の各アンテナ素子における、送受信の伝送路特性差を示しており、アナログ送信回路に存在すると仮定されている。例えば、式１７の伝送路特性h_t,11については、移動局は、基地局のアンテナ素子７－１（Ant-b1）からのパイロット信号を、アンテナ素子１９－１（Ant-u1）で受信し、内部で生成されたパイロット信号との相関値を計算することで伝送路推定を行う。送受信の伝送路特性を一致させるためには、補正係数b_c,1、b_c,2、u_c,1、u_c,2について式２１、式２２、式２３、式２４を満たす必要がある。

　ここで、ｃ≠０：不定係数である。

　補正係数の計算方法の例を以下に示す。

　まず、式２１において、b_c,1を式２５のように仮定し、u_c,1を求める。次に、式２２において、u_c,1を用いてb_c,2を求める（式２６）。同様にして、式２３からu_c,2を求める（式２７）。また、式２４から式２８が導かれる。

　ここで、ｃ≠０：不定係数である。

　以上により、不定係数cを含んだ形ではあるが全ての補正係数を求めることができる。

　ここで、式２４およびそこから導かれる式２８を参照すると、基地局のアンテナ素子７－２と移動局のアンテナ素子１９－２間の送受信の伝送路特性（h_t,22、h_r,22）については、補正係数を求める上では冗長となり、基本的には必要が無い。

　すなわち、２ｘ２　MIMOの場合、式２１～式２４の4つの式のうち任意の３式を使用すれば補正係数を計算することができる。

　具体的には、b_c,1を任意に与えて、式２５、式２６、式２７を用いて残りの補正係数を計算する。

　冗長となる式については、測定誤差による補正係数のばらつきを縮小させるために平均化などの処理に用いても良い。
（２）実施例２
（２－１）実施例２の構成
　図９を用いて、実施例２の送受信アンテナ素子の構成と、伝送路推定を行う必要がある伝送路について説明する。実施例２は、3×3　MIMO構成である。送受信アンテナ素子の組み合わせ（伝送路）は９組ある。

　この場合、後述のように、９組の送受信アンテナ素子の組み合わせに対して、全てのアンテナ素子の送受信の伝送路特性を確定することができる５組について伝送路推定を行えば良い。図９に丸印で示された５組は、一例である。
（２－２）実施例２の動作
　実施例２は、3×3MIMOの場合であり、送受信アンテナ素子の組み合わせは９組存在するが、例えば、丸印をつけた５組について伝送路推定を行えば、不定係数を含んだ形で６個全ての補正係数を求めることができる。

　このとき、選択する式は、６個全ての補正係数間の関係が確定する５組の式でなければならない。

　例えば、図９において、Ant-b1とAnt-u3の組み合わせの代わりに、Ant-b3とAnt-u3の組み合わせを用いても良い。

　一方、Ant-b1とAnt-u3、および、Ant-b3とAnt-u1の２組を、Ant-b2とAnt-u2、および、Ant-b3とAnt-u3の２組に置き換えると、補正係数b3、u3とその他の補正係数の間の関係式がなくなるため、全ての補正係数を確定することができなくなるので、そのような組み合わせを選択してはならない。

　また、2×2MIMOと同様に、冗長となる式については、測定誤差による補正係数のばらつきを縮小させるために平均化などの処理に用いても良い。
（３）実施例３
（３－１）実施例３の構成
　図１０を用いて、実施例３の送受信アンテナ素子の構成と、伝送路推定を行う必要がある伝送路について説明する。実施例３は、4×4　MIMO構成である。送受信アンテナ素子の組み合わせ（伝送路）は１６組ある。

　この場合、後述のように、１６組の送受信アンテナ素子の組み合わせに対して、全てのアンテナ素子の送受信の伝送路特性を確定することのできる７組について伝送路推定を行えば良い。図１０に丸印で示された７組は、一例である。
（３－２）実施例３の動作
　実施例３は、4×4MIMOの場合であり、送受信アンテナ素子の組み合わせは１６組存在するが、例えば、丸印を付けた７組について伝送路推定を行えば、不定係数を含んだ形で８個全ての補正係数を求めることができる。

　このとき、選択する式は、８個全ての補正係数間の関係が確定する７組の式でなければならない。

　また、2×2MIMOと同様に、冗長となる式については、測定誤差による補正係数のばらつきを縮小させるために平均化などの処理に用いても良い。
（４）実施例４
（４－１）実施例４の構成
　実施例４は、m×n　MIMOの場合である。送受信アンテナ素子の組み合わせは、ｍｘｎ組存在し、その中で、ｍ＋ｎ個全ての補正係数間の関係を確定することができるm+n-1組について伝送路推定を行えば、不定係数を含んだ形で補正係数を求めることができる。
（４－２）実施例４の動作
　実施例４は、m×n　MIMOの場合であり、送受信アンテナ素子の組み合わせはｍｘｎ組存在するが、その中で、ｍ＋ｎ個全ての補正係数間の関係を確定することができるm+n-1組について伝送路推定を行えば、不定係数を含んだ形で補正係数を求めることができる。

　このとき、選択する式は、m+n個全ての補正係数間の関係が確定するm+n-1組の式でなければならない。

　また、冗長となる式については、測定誤差による補正係数のばらつきを縮小させるために平均化などの処理に用いても良い。

　ここで、図７を用いて、実施例１～４におけるキャリブレーション補償量計算について説明する。基地局側で説明しているが、移動局側も同様である。

　基地局のデジタル部は、パイロット信号生成回路１４－１で生成されたパイロット（参照）信号と、移動局から送られてくるパイロット信号とを用いて伝送路推定回路１７で伝送路推定を行い、伝送路特性Hrを求める。求められた伝送路特性Hrは、測定時間と共にメモリ回路２４に記録される。

　そして、伝送路特性Hrは、変調回路１５で変調され、移動局での伝送路推定に用いられるパイロット信号（パイロット信号生成回路１４－２で生成される）とともに、送信信号として移動局へ送信される。

　一方、移動局からFB情報として送られてくる伝送路特性Htと測定時間の情報は、復調回路１６で復調され、メモリ回路２３に記録される。メモリ回路２４に記録された伝送路特性Hrとメモリ回路２３に記録された伝送路特性Htについて、測定時間ができるだけ近い組み合わせを選択し（または、できるだけ近い時間で測定するようにスケジューリングしておき）、式９（実施例１では、式２５～式２８）を用いて補正係数B_cを計算する。

　具体的には、補正係数b_c,1を任意に与え、後は、補正係数間の関係式を順番に用いて全ての補正係数を計算する。計算された補正係数には、不定係数cが含まれており、定数倍の不確定性が残る。計算された補正係数B_c（実施例１では、b_c,1、b_c,2、u_c,1、u_c,2）はレジスタ回路２６に記録され、送信信号との乗算が行われる。もしも、すでに補正係数B_cがレジスタ回路２６に記録されている状態で、補正係数を計算した場合は、現在の補正係数に対する補正係数が求められるので、現在の補正係数に乗算した値を新しい補正係数としてレジスタ回路２６へ記録する。

　移動局のデジタル部も同様にして、補正係数U_cを求め、アナログ部の送受信の伝送路特性差を補償している。
（５）実施例５
（５－１）実施例５の構成
　実施例５は、実施例１（2×2　MIMO）において、基地局側のアレイアンテナがキャリブレーション済みであった場合の例である。

　この場合、図８に示された2×2　MIMO構成における移動局側の補正係数（u1,u2）だけを求めれば良い。

　図１１に、実施例５におい伝送路推定を行う必要がある伝送路を丸印で示す。４組の伝送路（すなわち、アンテナ素子の組み合わせ数が４個。以下、同じ）のうち、補正係数（u1,u2）を確定することができる2組の伝送路について伝送路推定を行えば良い。
（５－２）実施例５の動作
　実施例５は、図１１に示すように、キャリブレーション済みの無線装置（例えば、基地局）とキャリブレーション未実施の無線装置（例えば、移動局）が対向した2×2　MIMOの場合の例である。

　基地局側は、すでにキャリブレーションされているので、図８における補正係数（b_c,1、b_c,2）はすでに決定されていると見なして良い。ゆえに、後は補正係数（u_c,1、u_c,2）を求めれば良い。

　例えば、図１１の丸印で示した２組の伝送路推定値だけを用いて、図８で導いた式２１、式２３から補正係数（u_c,1、u_c,2）を求めることができる。

　このとき、２組の式は、式２１～式２４からu_c,1、u_c,2それぞれを含む式を選択すれば良い。

　以上により、実施例１に対して、計算量やFB情報を削減することができる。

　また、冗長となる式については、測定誤差による補正係数のばらつきを縮小させるために平均化などの処理に用いても良い。
（６）実施例６
（６－１）実施例６の構成
　実施例６は、実施例２（3×3　MIMO）において、基地局側のアレイアンテナがキャリブレーション済みであった場合の例である。

　図１２に、実施例６において伝送路推定を行う必要がある伝送路を丸印で示す。９組の伝送路のうち、補正係数（u1、u2、u3）を確定することができる３組の伝送路について伝送路推定を行えば良い。
（６－２）実施例６の動作
　実施例６は、図１２に示すように、キャリブレーション済みの無線装置（例えば、基地局）とキャリブレーション未実施の無線装置（例えば、移動局）が対向した3×3　MIMOの場合の例である。

　基地局側は、すでにキャリブレーションされているので、補正係数（b_c,1、b_c,2、b_c,3）はすでに決定されていると見なして良い。ゆえに、後は補正係数（u_c,1、u_c,2、u_c,3）を求めれば良い。

　例えば、図１２の丸印で示した３組の伝送路推定値だけを用いて、補正係数（u_c,1、u_c,2、u_c,3）を求めることができる。

　このとき、３組の伝送路は、u_c,1、u_c,2、u_c,3それぞれを含む伝送路を選択すれば良い。

　また、その他の冗長となる伝送路特性については、測定誤差による補正係数のばらつきを縮小させるために平均化などの処理に用いても良い。
（７）実施例７
（７－１）実施例７の構成
　実施例７は、実施例３（4×4　MIMO）において、基地局側のアレイアンテナがキャリブレーション済みであった場合の例である。

　図１３に、実施例７において伝送路推定を行う必要がある伝送路を丸印で示す。１６組の伝送路のうち補正係数（u1、u2、u3、u4）を確定することができる４組の伝送路について伝送路推定を行えば良い。
（７－２）実施例７の動作
　実施例７は、図１３に示すように、キャリブレーション済みの無線装置（例えば、基地局）とキャリブレーション未実施の無線装置（例えば、移動局）が対向した4×4　MIMOの場合の例である。

　基地局側は、すでにキャリブレーションされているので、補正係数（b_c,1、b_c,2、b_c,3、b_c,4）はすでに決定されていると見なして良い。ゆえに、後は補正係数（u_c,1、u_c,2、u_c,3、u_c,4）を求めれば良い。

　例えば、図１３の丸印で示した４組の伝送路推定値だけを用いて、全ての補正係数（u_c,1、u_c,2、u_c,3、u_c,4）を求めることができる。

　４組の伝送路は、u_c,1、u_c,2、u_c,3、u_c,4それぞれを含む伝送路を選択すれば良い。

　また、その他の冗長となる式については、測定誤差による補正係数のばらつきを縮小させるために平均化などの処理に用いても良い。
（８）実施例８
（８－１）実施例８の構成
　実施例８は、実施例４（m×n　MIMO）において基地局側アレイアンテナがキャリブレーション済みであった場合である。

　この場合、m×n組の伝送路のうち補正係数（u1,…,un）を確定することができるn組の伝送路について伝送路推定を行えば良い。
（８－２）実施例８の動作
　実施例８は、キャリブレーション済みの無線装置（例えば、基地局）とキャリブレーション未実施の無線装置（例えば、移動局）が対向した一般的なm×n　MIMOの場合の例である。

　基地局側は、すでにキャリブレーションされているので、補正係数（b_c,1、…、b_c,m）はすでに決定されていると見なして良い。ゆえに、後は補正係数（u_c,1、…、u_c,n）を求めれば良い。

　u_c,1、…、u_c,nそれぞれを含むn組の伝送路推定値を用いて、全ての補正係数（u_c,1、…、u_c,n）求めることができる。

　実際には、基地局の任意の１アンテナ素子に対して送受信の伝送路特性を求めて、移動局側の補正係数を求める方法が最も効率が良い。

　また、その他の冗長となる式については、測定誤差による補正係数のばらつきを縮小させるために平均化などの処理に用いても良い。

　実施例５～８におけるキャリブレーション補償量計算を行う部分の構成は、基本的に図７と同様である。ただし、基地局ではなく移動局側で計算される。
（９）実施例９
（９－１）実施例９の構成
　図１４を用いて、実施例９の送受信アンテナ素子の構成と、伝送路推定を行う必要がある伝送路について説明する。実施例９は、キャリブレーションの基準となる標準アンテナ（Ant-u）を用いてキャリブレーションを行う2×1　MISO（Multiple　Input　Single　Output）の場合の例である。

　標準アンテナ（Ant-u）は、送受信の伝送路特性差が厳密に規定されており（u₀）、他のアンテナとのキャリブレーションにおいて基準となる。

　式２９、式３０に、測定可能な伝送路推定値（h_t,1、h_r,1、h_t,2、h_r,2）を示す。

　送受信の伝送路特性を一致させる条件より補正係数（b_c,1、b_c,2）を求める式３１、式３２が導かれる。

　ここでは、不定係数はなくなり、補正係数は一意に決定される。標準アンテナの送受信の伝送路特性差は、任意に定めて良い。u₀=1のとき、標準アンテナにおけるアンテナ素子の送受信の伝送路特性が完全に一致する。

　図１５に、実施例９でキャリブレーション補償量計算を行う部分の構成を示す。標準アンテナは、１アンテナでも構わないが、ここでは、アレイアンテナで示している。図１５は、伝送路推定と補償量計算に関係する構成要素のみを示している。アンテナユニット５から見て右側の構成は、アンテナ素子毎に設けられている。

　移動局のデジタル部は、パイロット信号（参照信号）を生成するパイロット信号生成回路１４－１と、パイロット信号生成回路１４－１で生成されたパイロット信号と基地局から送られてくるパイロット信号とを用いて伝送路特性Htを推定する伝送路推定回路１７と、伝送路推定回路１７で推定された伝送路特性Htを記録するメモリ回路２７と、メモリ回路２７に記録された伝送路特性Htを変調する変調回路１５と、基地局側で伝送路特性Hrを推定するためのパイロット信号を生成するパイロット信号生成回路１４－２と、を有している。

　アレイアンテナの各アンテナ素子は、アナログ部の送受信の伝送路特性差がu0に固定されており、キャリブレーションにおける絶対基準として用いられる。
（９－２）実施例９の動作
　実施例９は、図１４に示すように、キャリブレーションの基準となる標準アンテナ（Ant-u）を用いてキャリブレーションを行う2×1　MISOの場合の例である。

　標準アンテナ（Ant-u）は、送受信の伝送路特性差が厳密に規定されており（u₀）、他のアンテナとのキャリブレーションにおいて基準となる。

　式２９、式３０に、測定可能な伝送路推定値（h_t,1、h_r,1、h_t,2、h_r,2）を示す。

　送受信の伝送路特性を一致させる条件より補正係数（b_c,1、b_c,2）を求める式３１、式３２が導かれる。

　ここでは、不定係数はなくなり、補正係数は一意に決定される。標準アンテナの送受信の伝送路特性差は、任意に定めて良い。u₀=1のとき、標準アンテナの送受信の伝送路特性が完全に一致し、キャリブレーション後の基地局における各アンテナ素子についても送受信の伝送路特性が一致する。
（１０）実施例１０
（１０－１）実施例１０の構成
　実施例１０は、キャリブレーションの基準となる標準アンテナ（Ant-u）を用いてキャリブレーションを行うm×1　MISOの場合の例である。

　標準アンテナ（Ant-u）は、図１４と同様に送受信の伝送路特性差が厳密に規定されており（u₀）、他のアンテナのキャリブレーションにおいて基準となる。

　送受信の伝送路特性を一致させる条件より補正係数（b_c,1、…、b_c,n）が、測定可能な伝送路推定値（h_t,1、h_r,1、…、h_t,n、h_r,n）の関数として求められる。不定係数はなくなり、補正係数は一意に決定される。

　標準アンテナの送受信の伝送路特性差は、任意に定めて良い。u₀=1のとき、標準アンテナにおけるアンテナ素子の送受信の伝送路特性が完全に一致する。
（１０－２）実施例１０の動作
　実施例１０は、キャリブレーションの基準となる標準アンテナ（Ant-u）を用いてキャリブレーションを行うm×1　MISOの場合の例である。

　標準アンテナ（Ant-u）は、図１４と同様に送受信の伝送路特性差が厳密に規定されており（u₀）、他のアンテナのキャリブレーションにおいて基準となる。

　送受信特性を一致させる条件より補正係数（b_c,1、…、b_c,n）が、測定可能な伝送路推定値（h_t,1、h_r,1、…、h_t,n、h_r,n）の関数として求められる。ここでは、不定係数はなくなり、補正係数は一意に決定される。

　標準アンテナの送受信の伝送路特性差u0は、任意に定めて良い。u₀=1のとき、標準アンテナの送受信の伝送路特性が一致し、キャリブレーション後の基地局における各アンテナ素子についても送受信の伝送路特性が一致する。

　図１５に、実施例１０においてキャリブレーション補償量計算を行う部分の構成を示す。標準アンテナは、１アンテナでも構わないが、ここでは、アレイアンテナで示している。図１５は、伝送路推定と補償量計算に関係する構成要素のみを示している。

　移動局のデジタル部は、パイロット信号（参照信号）を生成するパイロット信号生成回路１４－１と、パイロット信号生成回路１４－１で生成されたパイロット信号と基地局から送られてくるパイロット信号とを用いて伝送路特性Htを推定する伝送路推定回路１７と、伝送路推定回路１７で推定された伝送路特性Htを記録するメモリ回路２７と、メモリ回路２７に記録された伝送路特性Htを変調する変調回路１５と、基地局側で伝送路特性Hrを推定するためのパイロット信号を生成するパイロット信号生成回路１４－２と、を有している。

　アレイアンテナの各アンテナ素子は、アナログ部の送受信の伝送路特性差がu0に固定されており、キャリブレーションにおける絶対基準として用いられる。

　アレイアンテナによる冗長性は、測定誤差による補正係数のばらつきを縮小させるために平均化などの処理に用いても良い。
（１１）実施例１１
（１１－１）実施例１１の構成
　実施例１１は、それぞれ独立にキャリブレーションされた無線装置同士が対向したm×n　MIMOの場合の例である。

　基地局と移動局のそれぞれのアレイアンテナの補正係数には、不定係数ｃが含まれている。キャリブレーションが独立に行われているので、基地局と移動局のそれぞれの不定係数は一般に異なる。故に、式２５より、それぞれのアレイアンテナの補正係数は、式３３、式３４と書ける。

　ここで、F1、F2は、キャリブレーションの「ファミリー番号」を示している。キャリブレーションの「ファミリー」とは、同じ不定係数cでキャリブレーションが行われた無線装置の集合であり、同一ファミリー内ならば、キャリブレーションを改めて行うことなくBFや固有モードMIMOが実行できる。

　実施例１１では、ファミリーが異なるため、キャリブレーションが必要となる。ここで1対の送受信アンテナ素子間でキャリブレーションを行う。例として、h11の伝送路を用いる（図８参照）ことにより、補正係数間の比率を求め、求めた比率を用いて残り全ての補正係数を修正する。

　ここで、もし基地局側が標準アンテナであった場合でも同様に、１組の送受信アンテナ素子間で伝送路特性を測定し補正係数間の比率を求めることにより、移動局側の全ての補正係数を更新することができる。
（１１－２）実施例１１の動作
　実施例１１は、それぞれ独立にキャリブレーションされた無線装置同士が対向したm×n　MIMOの場合の例である。

　基地局と移動局のそれぞれのアレイアンテナの補正係数には、不定係数ｃが含まれている。キャリブレーションが独立に行われているので、基地局と移動局のそれぞれの不定係数は一般に異なる。故に、式２５より、それぞれのアレイアンテナの補正係数は、式３３、式３４と表すことができる。

　ここで、F1、F2は、キャリブレーションの「ファミリー番号」を示している。キャリブレーションの「ファミリー」とは、同じ不定係数ｃでキャリブレーションが行われた装置の集合であり、同一ファミリー内ならば、キャリブレーションを改めて行うことなくBFや固有モードMIMOが実行できる。

　実施例１１では、「ファミリー」が異なるため、キャリブレーションが必要となるが、どちらもすでに一度キャリブレーションが実施されているので簡略化することができる。

　まず、１組の送受信アンテナ素子間でキャリブレーションを行う（例としてAnt-b1⇔Ant-u1の伝送路を用いる、図８、図１６参照）。補正係数u_c,1に対して新しい補正係数u_c,1,newがb_c,1の関数として求まる。式３５、式３６にb_c,1との関係式を示す。

　以上を基に補正係数の比率p　=　c_F1/c_F2を求めて、式３７により、全ての新しい補正係数u_c,i,new（i=2～m）を求める。

　つまり、任意の１組の送受信アンテナ素子についてキャリブレーションを行い、比率pを求めることにより、移動局の全アンテナのキャリブレーションを実施することができる。もちろん、複数の測定により複数のpを求め、測定誤差による補正係数のばらつきを縮小させるために平均化などの処理に用いても良い。

　キャリブレーション終了後には、補正係数を修正した移動局側の「ファミリー番号」を、F2からF1に変更する。
（１２）実施例１２
（１２－１）実施例１２の構成
　実施例１２は、以上の実施例で示した様々なキャリブレーションを条件別に効率的に実施する例である。実施例１２について、図１７、図１８、図１９を用いて説明する。

　図１７に、無線装置のキャリブレーション実施状態を分類した表を示す。「CAL-Rank」を定義し、４つの状態に分類している。なお、図１７の内容については後述する。

　図１８に、互いに対向する無線装置A,Bの「CAL-Rank」に応じてキャリブレーション実施結果を場合分けした表を示す。なお、図１８の内容については後述する。

　図１９に、互いに対向する無線装置A,Bの「CAL-Rank」に応じてキャリブレーション精度評価の必要性を場合分けした表を示す。キャリブレーションにより伝送路特性が補正されていても、温度変化や経時劣化などによりキャリブレーション精度は低下する。そのため、一定の時間が経過した後や一定の温度変化があった後には、キャリブレーション精度が保たれているかどうかを確認することが望ましい。なお、図１９の内容については後述する。

　図２０に、実施例１２においてキャリブレーション補償量計算を行う部分の構成を示す。図２０は、基地局側の構成を示しているが、移動局側も同様の構成である。図２０は、伝送路推定と補償量計算に関係する構成要素のみを示している。アンテナユニット５から見て左側の構成は、アンテナ素子毎に設けられている。

　基地局のデジタル部は、パイロット信号（参照信号）を生成するパイロット信号生成回路１４－１と、パイロット信号生成回路１４－１で生成されたパイロット信号と移動局から送られてくるパイロット信号とを用いて伝送路特性Hrを推定する伝送路推定回路１７と、伝送路推定回路１７で推定された伝送路特性Hrを測定時間と共に記録するメモリ回路２４と、メモリ回路２４に記録された伝送路特性Hrと基地局の「CAL-Rank」Cr,bを変調する変調回路１５と、移動局からFB情報として送られてくる伝送路特性Htと測定時間と移動局の「CAL-Rank」Cr,uの情報を復調する復調回路１６と、復調回路１６で復調された伝送路特性Htと測定時間と「CAL-Rank」Cr,uとを記録するメモリ回路２３と、メモリ回路２４に記録された伝送路特性Hrと、メモリ回路２３に記録された伝送路特性Htのうち、この伝送路特性Hrに測定時間ができるだけ近い伝送路特性Htとを基に補正係数B_cを計算する補償量計算回路２５と、補償量計算回路２５で計算された補正係数B_cを保持するレジスタ回路２６と、移動局側で伝送路特性Htを推定するためのパイロット信号を生成するパイロット信号生成回路１４－２と、変調回路１５で変調された伝送路特性Hrの変調信号、「CAL-Rank」Cr,bの変調信号、パイロット信号生成回路１４－２で生成されたパイロット信号、不図示のデータ信号等の送信信号に対して、レジスタ回路２６に保持された補正係数B_cを乗算する複素乗算器９と、を有している。

　このように、補正係数B_cを求め、送信信号に乗算することにより、アナログ部の送受信の伝送路特性差Bを補償している。

　移動局のデジタル部も同様にして、補正係数U_cを求め、送信信号に乗算することにより、アナログ部の送受信の伝送路特性差を補償している。

　標準アンテナを用いる場合、図１５に示した構成を使用する（移動局、かつ、アレイアンテナの例）。この場合、ＦＢ情報として、標準アンテナであることを示すために、「CAL-Rank」Cr,u　=　3が送信される。
（１２－２）実施例１２の動作
　まず、図１７を用いて、無線装置のキャリブレーション実施状態について説明する。

　「CAL未実施（CAL-Rank　=　0）」は、キャリブレーションを行っていない状態、または、キャリブレーションは行ったが、経時変化などにより必要なキャリブレーション精度を満たさなくなった状態を示している。

　「相対CAL（CAL-Rank　=　1）」は、「CAL未実施」状態の無線装置間、または、「CAL未実施」と「相対CAL」状態の無線装置間でキャリブレーションを実施した状態である。「CAL未実施」と「相対CAL」状態の無線装置間で次々にキャリブレーションが実施されることにより、同じ不定係数ｃを持つ「ファミリー」を形成する。「ファミリー」は、番号によって区別する。

　「絶対CAL（CAL-Rank　=　2）」は、「絶対CAL」または「標準CAL」状態の無線装置との間でキャリブレーションを実施した状態である。伝送路特性が厳密に定められている標準アンテナを有する無線装置と伝送路特性が一致しており、標準アンテナを有する無線装置との間で「ファミリー」を形成している。

　「標準CAL（CAL-Rank　=　3）」は、キャリブレーションの標準（基準）となる、標準アンテナを有する無線装置を示しており、常に必要な精度を保っている状態である。

　次に、図１８を用いて、互いに対向する無線装置A,Bの「CAL-Rank」に応じたキャリブレーション実施結果について説明する。

　無線装置Ａ，Ｂの「CAL-Rank」が共に０であった場合、通常のキャリブレーション（実施例１～４に相当）が実施されて新しい「ファミリー」が形成され、固有のファミリー番号が与えられる。

　無線装置Ａの「CAL-Rank」が０で、無線装置Ｂが１であった場合、実施例５～８に相当するキャリブレーション実行されて、無線装置Ａの「CAL-Rank」が１となり、無線装置Ｂの「ファミリー番号」が無線装置Ａに与えられる。

　無線装置Ａの「CAL-Rank」が０で、無線装置Ｂが２または３であった場合、実施例９，１０に相当するキャリブレーションが実施され、無線装置Ａの「CAL-Rank」は２となる。

　無線装置Ａ，Ｂの「CAL-Rank」が共に１である場合は、「ファミリー番号」が問題となる。無線装置Ａ，Ｂの「ファミリー番号」が等しい場合には、同じファミリーなのでキャリブレーションは不要となる。一方、「ファミリー番号」が異なる場合は、実施例１１に相当するキャリブレーションを実施する必要がある。キャリブレーション実施後は、「ファミリー番号」をどちらかの無線装置に統一する。「CAL-Rank」は共に１のまま変更しない。

　無線装置Ａの「CAL-Rank」が１であり、無線装置Ｂが２または３である場合、実施例１１に相当するキャリブレーションを実施する。ただし、補正係数を変更するのは、「相対CAL」状態である方の無線装置Ａであり、「CAL-Rank」は、２となる。

　無線装置Ａ，Ｂの「CAL-Rank」が２または３の場合、キャリブレーションは不要となる。

　次に、図１９を用いて、互いに対向する無線装置A,Bの「CAL-Rank」に応じたキャリブレーション精度評価の必要性について説明する。

　キャリブレーションにより伝送路特性が補正されていても、温度変化や経時劣化などによりキャリブレーション精度は低下する。そのため、一定の時間が経過した後や一定の温度変化があった後にはキャリブレーション精度が保たれているかどうか確認することが望ましい。

　無線装置Ａの「CAL-Rank」が０の場合は、必ずキャリブレーションが実施されるため、精度評価は不要となる。

　無線装置Ａ，Ｂの「CAL-Rank」が共に１の場合は、「ファミリー番号」に依存する。「ファミリー番号」が同じ場合は、キャリブレーション自身は実行されないので、条件（時間や温度）を満たせば、精度評価を実施する。「ファミリー番号」が異なる場合は、キャリブレーションが実施されるため、精度評価は不要である。

　無線装置Ａの「CAL-Rank」が１であり、無線装置Ｂが２または３の場合、キャリブレーションが実施されるため、精度評価は不要となる。

　無線装置Ａの「CAL-Rank」が２であり、無線装置Ｂが２または３である場合、キャリブレーションは実施されないため、条件（時間や温度）を満たせば、精度評価を実施する。

　無線装置Ａ，Ｂの「CAL-Rank」が共に３の場合は、精度評価は不要である。

　精度評価によりキャリブレーション精度が未達となった場合は、「CAL-Rank」が１または２の無線装置は全て０に変更し、キャリブレーションを再実行する（図１８参照）。キャリブレーション再実行の代わりに、精度評価で求めた補正係数を用いても良い。

　なお、具体的なキャリブレーション精度の評価方法は、全ての補正係数を再測定し、現在設定されている補正係数との差分を評価することによって行う。差分が閾値よりも大きい場合は、キャリブレーション精度を満たしていないと判断する。
（１３）その他の実施例
　以上、実施例を参照して本発明を説明したが、本発明は上記実施例に限定されるものではない。本発明の構成や詳細には、本発明の範囲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、本発明は、次のような場合や環境に適用してもよい。
（１３－１）上記実施例では、便宜上、基地局や移動局、ULやDLを用いたが、そのような限定はない。本発明は、ＴＤＤシステムとアレイアンテナを用いる一般的な無線装置に有効に適用される。
（１３－２）本発明のキャリブレーションでは、伝送路推定値を通信相手局へ通知しなければならないが、時間的制約はない。補償量計算に用いる送受信の伝送路特性の測定タイミングが時間的に十分近ければ良い。つまり、できるだけ同じタイミング（時刻）に測定された送受信の伝送路特性を用いれば良い。
（１３－３）本発明のキャリブレーションでは、基地局と移動局の全てのアンテナ素子について同時に測定、計算、FB補正を行わなければならないという制約はない。アンテナ素子対毎にばらばらに測定、計算、FBなどを行っても構わない。ただし、補正係数の使用は、全てのアンテナ素子で同時に開始しなければならない。
（１３－４）上記実施例では、伝送路推定値をFBにより双方とも、通信相手局へ通知していたが、本発明では、例えば、移動局から基地局へ伝送路情報を通知し、基地局で補正係数B、Uを計算してUを移動局へ通知しても良い。また、その逆でも構わない。
（１３－５）図９、図１０における伝送路の選択方法は、一例である。例えば、図９において、Ant-b1とAnt-u3の組み合わせの代わりに、Ant-b3とAnt-u3の組み合わせを用いても良い。ただし、Ant-b1とAnt-u3およびAnt-b3とAnt-u1の２組を、Ant-b2とAnt-u2およびAnt-b3とAnt-u3の２組に置き換えると、補正係数b3、u3とその他の補正係数の間の関係式がなくなるため全ての補正係数を確定することができなくなるので、そのような組み合わせを選択してはいけない。
（１３－６）図２１に、実施例１における基地局の送受信の伝送路特性差Bを受信側に設定した例を示す。B_cの補償も受信側で行っている。式７～式１１は、式３８～式４２に変更される。

　ここで、ｃ≠０：不定係数である。
（１３－７）図２２に、実施例１における基地局および移動局の伝送路特性差を、それぞれの受信側に設定した例を示す。式７～式１１は、式４３～式４７に変更される。

　ここで、ｃ≠０：不定係数である。
（１３－８）上記実施例では、送受信の伝送路特性差の設定や補正係数の乗算位置の組み合わせをいくつか示したが、これらだけに限定されない。本発明では、組み合わせは任意であり、補正係数を求める式も、その組み合わせに合わせて修正される。
（１３－９）式の冗長性を用いて複数の補正係数を求めたとき、値のばらつきが大きい場合は、伝送路特性の測定誤差が大きいことが想定されるため、キャリブレーションを敢えて行わないという判断をすることもできる。
（１３－１０）キャリブレーション精度評価において、あえて補正係数の再計算などを行わず、定められた一定時間が経過すれば、「CAL-Rank」=1　or　2、の無線装置の値を０に変更してしまう方法もある。時間測定の基点は、「CAL-Rank」=0　状態でキャリブレーションが行われたときとする。実施例１２に示した精度評価条件に変えて、または、組み合わせて用いることができる。

　本発明は、無線通信分野、特に、ＴＤＤシステムにおいて、複数のアンテナを協調させて送受信を行うアレイアンテナを用いる無線通信分野に利用可能である。

　本出願は、２０１０年１１月２５日に出願された日本出願特願２０１０－２６２３８２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。
 

Claims (20)

1. 　ＴＤＤ（Time　Division　Duplexing）により互いに通信を行う第１および第２の無線装置を有し、前記第１および第２の無線装置の少なくとも一方がアレイアンテナを具備するＴＤＤシステムであって、
   　前記第１の無線装置と前記第２の無線装置との間の全伝送路の中から伝送路を限定し、
   　限定した伝送路の伝送路推定値を用いて、アレイアンテナを構成する各アンテナ素子で送信または受信される信号に乗算する補正係数を計算する、ＴＤＤシステム。
2. 　前記第１の無線装置は、ｍ（ｍは２以上の自然数）個のアンテナ素子からなるアレイアンテナを具備し、
   　前記第２の無線装置は、ｎ（ｎは２以上の自然数）個のアンテナ素子からなるアレイアンテナを具備し、
   　前記第１および第２の無線装置が共にキャリブレーション未実施の場合、
   　ｍ×ｎ個の伝送路の中からｍ＋ｎ－１個の伝送路に限定し、
   　限定したｍ＋ｎ－１個の伝送路の伝送路推定値を用いて、前記第１および第２の無線装置の各アンテナ素子で送信または受信される信号に乗算する補正係数を計算する、請求項１に記載のＴＤＤシステム。
3. 　前記第１の無線装置は、ｍ（ｍは２以上の自然数）個のアンテナ素子からなるアレイアンテナを具備し、
   　前記第２の無線装置は、ｎ（ｎは２以上の自然数）個のアンテナ素子からなるアレイアンテナを具備し、
   　前記第１の無線装置がキャリブレーション実施済みで、前記第２の無線装置がキャリブレーション未実施の場合、
   　ｍ×ｎ個の伝送路の中からｎ個の伝送路に限定し、
   　限定したｎ個の伝送路の伝送路推定値を用いて、前記第２の無線装置の各アンテナ素子で送信または受信される信号に乗算する補正係数を計算する、請求項１に記載のＴＤＤシステム。
4. 　前記第１および第２の無線装置の各アンテナ素子を含む各伝送路の送信側および受信側の伝送路推定値を用いて、前記補正係数を計算する補償量計算回路と、
   　前記第１および第２の無線装置の各アンテナ素子で送信または受信される信号に、前記補償量計算回路にて計算された補正係数を乗算する複素乗算器と、を有する、請求項２または３に記載のＴＤＤシステム。
5. 　前記第１および第２の無線装置が互いに独立してキャリブレーション実施済みであった場合、
   　前記第１の無線装置と前記第２の無線装置との間の任意の１個の伝送路の伝送路推定値を用いて、前記第１の無線装置の補正係数と前記第２の無線装置の補正係数との比率を計算し、計算した比率を用いて前記第１および第２の無線装置の一方の補正係数を修正する、請求項１から４のいずれか１項に記載のＴＤＤシステム。
6. 　前記第１の無線装置は、ｍ（ｍは２以上の自然数）個のアンテナ素子からなるアレイアンテナを具備し、
   　前記第２の無線装置は、ｎ（ｎは１以上の自然数）個のアンテナ素子からなる標準アンテナを具備し、
   　前記第１の無線装置がキャリブレーション未実施の場合、
   　ｍ×ｎ個の伝送路の中からｍ個の伝送路に限定し、
   　限定したｍ個の伝送路の伝送路推定値を用いて、前記第１の無線装置の各アンテナ素子で送信または受信される信号に乗算する補正係数を計算する、請求項１に記載のＴＤＤシステム。
7. 　前記第１の無線装置の各アンテナ素子を含む各伝送路の送信側および受信側の伝送路推定値を用いて、前記補正係数を計算する補償量計算回路と、
   　前記第１の無線装置の各アンテナ素子で送信または受信される信号に、前記補償量計算回路にて計算された補正係数を乗算する複素乗算器と、を有する、請求項６に記載のＴＤＤシステム。
8. 　前記第１および第２の無線装置の各々は、
   　自己の無線装置のキャリブレーションの実施状態を管理し、
   　自己の無線装置のキャリブレーションの実施状態を相手無線装置に通知し、
   　前記第１の無線装置のキャリブレーションの実施状態と前記第２の無線装置のキャリブレーションの実施状態との組み合わせに応じて予め規定されたキャリブレーションを実行する、請求項１から７のいずれか１項に記載のＴＤＤシステム。
9. 　前記第１および第２の無線装置の各々は、
   　キャリブレーションを行ってから一定時間経過した場合、自己の無線装置のキャリブレーションの実施状態を未実施として管理する、請求項８に記載のＴＤＤシステム。
10. 　前記伝送路推定値は、前記伝送路の伝送路特性の推定値である、請求項１から９のいずれか１項に記載のＴＤＤシステム。
11. 　ＴＤＤにより互いに通信を行う第１および第２の無線装置を有し、前記第１および第２の無線装置の少なくとも一方がアレイアンテナを具備するＴＤＤシステムにおけるアレイアンテナのキャリブレーション方法であって、
    　前記第１の無線装置と前記第２の無線装置との間の全伝送路の中から伝送路を限定し、
    　限定した伝送路の伝送路推定値を用いて、アレイアンテナを構成する各アンテナ素子で送信または受信される信号に乗算する補正係数を計算する、キャリブレーション方法。
12. 　前記第１の無線装置は、ｍ（ｍは２以上の自然数）個のアンテナ素子からなるアレイアンテナを具備し、
    　前記第２の無線装置は、ｎ（ｎは２以上の自然数）個のアンテナ素子からなるアレイアンテナを具備し、
    　前記第１および第２の無線装置が共にキャリブレーション未実施の場合、
    　ｍ×ｎ個の伝送路の中からｍ＋ｎ－１個の伝送路に限定し、
    　限定したｍ＋ｎ－１個の伝送路の伝送路推定値を用いて、前記第１および第２の無線装置の各アンテナ素子で送信または受信される信号に乗算する補正係数を計算する、請求項１１に記載のキャリブレーション方法。
13. 　前記第１の無線装置は、ｍ（ｍは２以上の自然数）個のアンテナ素子からなるアレイアンテナを具備し、
    　前記第２の無線装置は、ｎ（ｎは２以上の自然数）個のアンテナ素子からなるアレイアンテナを具備し、
    　前記第１の無線装置がキャリブレーション実施済みで、前記第２の無線装置がキャリブレーション未実施の場合、
    　ｍ×ｎ個の伝送路の中からｎ個の伝送路に限定し、
    　限定したｎ個の伝送路の伝送路推定値を用いて、前記第２の無線装置の各アンテナ素子で送信または受信される信号に乗算する補正係数を計算する、請求項１１に記載のキャリブレーション方法。
14. 　前記第１および第２の無線装置の各アンテナ素子を含む各伝送路の送信側および受信側の伝送路推定値を用いて、前記補正係数を計算し、
    　前記第１および第２の無線装置の各アンテナ素子で送信または受信される信号に、前記計算された補正係数を乗算する、請求項１２または１３に記載のキャリブレーション方法。
15. 　前記第１および第２の無線装置が互いに独立してキャリブレーション実施済みであった場合、
    　前記第１の無線装置と前記第２の無線装置との間の任意の１個の伝送路の伝送路推定値を用いて、前記第１の無線装置の補正係数と前記第２の無線装置の補正係数との比率を計算し、計算した比率を用いて前記第１および第２の無線装置の一方の補正係数を修正する、請求項１１から１４のいずれか１項に記載のキャリブレーション方法。
16. 　前記第１の無線装置は、ｍ（ｍは２以上の自然数）個のアンテナ素子からなるアレイアンテナを具備し、
    　前記第２の無線装置は、ｎ（ｎは１以上の自然数）個のアンテナ素子からなる標準アンテナを具備し、
    　前記第１の無線装置がキャリブレーション未実施の場合、
    　ｍ×ｎ個の伝送路の中からｍ個の伝送路に限定し、
    　限定したｍ個の伝送路の伝送路推定値を用いて、前記第１の無線装置の各アンテナ素子で送信または受信される信号に乗算する補正係数を計算する、請求項１１に記載のキャリブレーション方法。
17. 　前記第１の無線装置の各アンテナ素子を含む各伝送路の送信側および受信側の伝送路推定値を用いて、前記補正係数を計算し、
    　前記第１の無線装置の各アンテナ素子で送信または受信される信号に、前記計算された補正係数を乗算する、請求項１６に記載のキャリブレーション方法。
18. 　前記第１および第２の無線装置の各々が、
    　自己の無線装置のキャリブレーションの実施状態を管理し、
    　自己の無線装置のキャリブレーションの実施状態を相手無線装置に通知し、
    　前記第１の無線装置のキャリブレーションの実施状態と前記第２の無線装置のキャリブレーションの実施状態との組み合わせに応じて予め規定されたキャリブレーションを実行する、請求項１１から１７のいずれか１項に記載のキャリブレーション方法。
19. 　前記第１および第２の無線装置の各々が、
    　キャリブレーションを行ってから一定時間経過した場合、自己の無線装置のキャリブレーションの実施状態を未実施として管理する、請求項１８に記載のキャリブレーション方法。
20. 　前記伝送路推定値は、前記伝送路の伝送路特性の推定値である、請求項１１から１９のいずれか１項に記載のキャリブレーション方法。
     

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