JP3930456B2 - アレイアンテナ通信装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数のアンテナを用いて送受信アンテナ・パターンを制御する通信装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
空間的に離間させて配置された複数のアンテナで受信された各信号を適切に加算合成することにより、希望波の到来方向にビームを有し、かつ干渉波の到来方向にヌルを有する受信アンテナ・パターンを形成して、希望信号を選択的に受信するアダプティブ・アレイ・アンテナを備えた通信装置が知られている。そして、この通信装置で送信を行う場合には、希望局の方向にビームを有し、かつ干渉局の方向にヌルを有する送信アンテナ・パターンを形成するのが望ましい。これにより、希望局の方向にビームを形成することで希望局方向に選択的に送信電力を振り向けることができ、また干渉局方向にヌルを向けることで干渉局にとっては本通信装置からの干渉を受けないこととなり、本通信装置と希望局の組と独立して通信を行っている干渉局に影響を与えにくくなる意味で有効である。
【０００３】
ここで、図４を参照して、従来のアダプティブ・アレイ・アンテナを備えた通信装置５０について説明する。なお、ここでは、一例として、送受周波数は同一で、時分割で送受通信を行い、また４本のアンテナ５２を空間的に離間させて配置したアダプティブ・アレイ・アンテナを用いる場合について説明する。
【０００４】
まずは、受信時の処理について説明する。アンテナ５２で受信された信号は、送信／受信を切り替える送受切替器５４（図４では受信時の接続状態を示している）を経由して、低雑音増幅器（ＬＮＡ）５６で増幅された後、ミキサ５８に入力され、ここでローカル発信器６０からのローカル周波数と掛け合わされることにより中間周波数（ＩＦ）に変換される。次に、信号は、ＩＦフィルタ６２により受信周波数付近の周波数信号とされた後、ＩＦ増幅器６４にて増幅され、ミキサ６６に入力され、ここでローカル発信器６８からのローカル周波数とミキシングされてベースバンド信号に変換される。次に、信号は、ローパスフィルタ７０によって必要帯域幅に弁別され、アナログ・ディジタル変換器（Ａ／Ｄ）７２にてディジタル信号に変換される。４つのアンテナ５２における受信信号はそれぞれこのようにしてベースバンド信号に変換される。これらの信号は受信側処理部７４に入力され、ここで振幅及び位相により特徴付けられる重み付け（係数：ｗ１〜ｗ４）が行われた後に加算され、受信信号として処理される。アンテナで受信された信号には、希望局信号のみならず干渉局信号も含まれるが、アダプティブ・アレイ処理部７６において参照信号および受信信号に基づいて適切に重みづけ係数（受信重みづけ値）を決定することで、受信信号から干渉局信号を除去して希望局信号のみを受信することができる。この処理に関しては非特許文献１に詳しい。
【０００５】
次に、送信時の処理について説明する。送信側処理部７８は、入力される送信信号を４分割して、それぞれに重み付けを行う。ここで、送信時の重み付け値として、受信時の重み付けの値を用いる場合がある。これは、送信信号と受信信号の相反性を利用して、受信アンテナ・パターンと同様のビーム、ヌルを有する送信アンテナ・パターンを形成するという考えに基づくものである。さて、分割され重みづけされた各信号は、ディジタル・アナログ変換器（Ｄ／Ａ）８０、ローパスフィルタ８２を経由してミキサ８４に入力され、ここでローカル周波数によるミキシングによってＩＦ周波数に変換される。次に、信号は、ＩＦフィルタ８６によってフィルタリングされ、ＩＦ増幅器８８によって増幅された後、ミキサ９０に入力され、ここで、ローカル周波数によるミキシングによってＲＦ周波数に変換される。そして、信号は、送信電力増幅器（ＰＡ）９２、および送受切替器５４を経由してアンテナ５２から送信される。
【０００６】
さて、上述した従来技術では、送信時の重み付けパターンと受信時の重み付けパターンとを同じにした。これは、アンテナ５２以降の空間での信号の相反性に基づくことによるが、無線部では、送信信号の通過する送信部（ＴＸ）と受信信号の通過する受信部（ＲＸ）とは異なるため、相反性が成立しない。したがって、上記従来技術のように、送信側処理部７８で受信側処理部７４で用いたのと同一の重み付け値を用いても、受信時と同一の送信指向性を得ることはできなかった。すなわち、ＴＸ側を通過する送信信号の位相回転量および振幅変化量は、ＲＸ側を通過する受信信号の位相回転量および振幅変化量と異なるため、送受信で同一の重み付けを行っても、送信信号がＴＸを通過してアンテナに達したときの信号の振幅および位相は、受信信号が受信される場合の振幅および位相と異なるものとなってしまう。つまり、送受信で同じ重み付けを行うと、送信アンテナ・パターンは受信アンテナ・パターンと異なるものとなり、受信信号のビーム方向とヌル方向は、送信時のビーム方向とヌル方向とは異なるものとなる。
【０００７】
このため、この種のアダプティブ・アレイ・アンテナを備える通信装置では、４系統のそれぞれについて、送信部（ＴＸ）における送信信号の位相回転量が受信部（ＲＸ）における受信信号の位相回転量と同一となり、かつ、送信部（ＴＸ）における送信信号の振幅変化量が受信部（ＲＸ）における受信信号の振幅変化量とアンテナ間で共通の一定倍率となるように、適切な調整を行う必要がある。
【０００８】
このような場合、通常、４系統の全ての受信部（ＲＸ）について振幅変化量と位相回転量とが相互で一定値となるように調整され（受信側キャリブレーション）、また４系統の全ての送信部（ＴＸ）について振幅変化量と位相回転量とが相互で一定値となるように調整される（送信側キャリブレーション）。かかる調整は、受信側処理部７４において各系統（各受信部）に対して設けられた振幅・位相補正部９４、および送信側処理部７８において各系統（各送信部）に対して設けられた振幅・位相補正部９６にて行われる。このキャリブレーション（校正）は、具体的には、特許文献１や特許文献２に開示されるように、各系統で受信側または送信側に切り替え、受信信号が受信部（ＲＸ）を通過する際の振幅と位相と、送信信号が送信部（ＴＸ）を通過する際の振幅と位相とを順次測定して行うものである。
【０００９】
しかしながら、特許文献１あるいは特許文献２に開示される方法では、複数系統のそれぞれについて順次送信及び受信に切り替えて通過する際の振幅と位相を順次測定するため、キャリブレーションが完了するまでに時間を要するという問題があった。さらに、キャリブレーションの実施中に、新たに振幅変化、位相回転が生じ、精度良くキャリブレーションを行うのが難しいという問題があった。そして、一般的には、キャリブレーション実施中に送信部および受信部を特性変化の無い状況に保つことは極めて難しく、その対策として特許文献３に開示されるような運用時に常時キャリブレーションを並行して継続するという非常に手間を要するキャリブレーションを実施せざるを得ない場合も多かった。
【００１０】
加えて、希望局、干渉局からの信号のレベルは希望局、干渉局までの距離などによって大きく変動するため、受信部には一般に自動利得調整機構（ＡＧＣ）が設けられているが、この自動利得調整機構を設けたことで、受信レベルの変化により受信部相互間で振幅変化量と位相回転量に差が生じることがあり、折角行ったキャリブレーション補正値が実際には有効に利用できない場合も多かった。
【００１１】
さらに、受信側の振幅・位相補正部に何らかの異常が生じ、正常な補正を行えない状態となった場合、それによる誤差は受信側処理部の重み付け値に上乗せされる。そして、さらにその誤差の上乗せされた重み付け値が送信側に用いられるため、送信アンテナ・パターンと受信アンテナ・パターンとが大きく異なるものになってしまうという問題があった。
【００１２】
そこで、上記問題を解決することができる従来の通信装置について図５を参照して説明する。図５は、通信装置１０の要部の一例を示すブロック図である。なお、ここでは、４つのアンテナ（単位アンテナ）１２によってアダプティブ・アレイ・アンテナが構成される場合の例について説明する。
【００１３】
各アンテナ１２に入力された信号は、送受切替器１４，２０が受信側に接続されている状態で、バンドパス・フィルタ（ＢＰＦ）１６および低雑音増幅器（ＬＮＡ）１８を通過し、さらに送受切替器２０を通って、双方向ベクトル変調器２２に入力される。ここで、送受切替器１４と送受切替器２０との間では、送信系と受信系とでそれぞれ別個独立した回路（すなわちＲＦ送信系回路およびＲＦ受信系回路）を有しており、ここでは、この部分を非共用回路部２４と称する。そして、双方向ベクトル変調器２２においてそれぞれ重み付けされた複数系統の信号が分配・合成部２６で加算され、送受信部（ＴＲＸ）２８を通って受信される（受信信号）。この受信信号の一部はアダプティブ処理部（ＡＰＵ）３０に入力される。
【００１４】
また、低雑音増幅器（ＬＮＡ）１８から出力された信号は、各系統毎に設けられた受信部（ＲＸ）３２を通ってアダプティブ処理部３０に入力される。
【００１５】
アダプティブ処理部３０は、入力される参照信号およびＴＲＸ２８からの信号を基にして、干渉波、雑音等から分離して希望波信号を取り出すための重み付け値（各双方向ベクトル変調器２２における重み付け値）を取得し、これを各双方向ベクトル変調器２２に設定する。これにより、希望局方向にビームを、また干渉局方向にヌルを有する受信アンテナ・パターンを形成することができる。また、希望局からの信号のＳＮ比を改善することもできる。
【００１６】
一方、ベースバンド送信信号は送受信部（ＴＲＸ）２８を通過し、分配・合成部２６にて各系統に分配される。分配された信号は、それぞれ双方向ベクトル変調器２２に入力され、送受切替器２０、調整器（主として位相調整器として機能するが振幅調整器としての機能を含めてもよい）３４を通過し、送信電力増幅器（ＰＡ）３６にて電力増幅された後、送受切替器１４を通って単位アンテナ１２から出力される。なお、送信時は、送受切替器１４，２０はいずれも送信側に接続されている。
【００１７】
さて、かかる構成においてＲＦ段で送信／受信で信号の経路が異なるのは、送受切替器１４と送受切替器２０との間の回路構成部分、すなわち非共用回路部２４である。ところが、ここでは、非共用回路部２４には、調整器３４が設けられており、各系統について、送信経路（ＲＦ送信系回路）と受信経路（ＲＦ受信系回路）とで、振幅変化量相互の差および位相回転量相互の差がそれぞれ各アンテナ（単位アンテナ）１２間でほぼ同じ値となるように構成し（または調整し）ている。また、各系統に対する重み付け値は、送信／受信で共用される双方向ベクトル変調器２２に対するものである。すなわち、この通信装置１０によれば、調整器３４を用いて各系統で送信経路／受信経路における信号の特性変化を定数倍とすることで、各系統に対し送信／受信で共通の重み付け値を用いて、送信アンテナ・パターンと受信アンテナ・パターンとを、同じパターン（すなわち同じビーム、ヌルを有するもの）として形成することができる。
【００１８】
なお、非共用回路部２４については、さらに、送信系と受信系とで通過遅延時間が等しくなるように構成する（あるいは調整可能な構成要素を備える）のが好適である。これは、遅延時間（より詳しくは群遅延時間）の等しい回路間では、通過位相の周波数傾斜が等しいという群遅延時間の定義に基づく。すなわち、ある特定の周波数で送信系と受信系との位相差を一定としても、別の周波数においては一定値からの位相差が生じてしまうことを防ぐためである。すなわち、かかる構成は、より広い周波数帯域について送信経路と受信経路との間の位相差をほぼ同一とすることができるから、複数の周波数を利用するような通信装置について特に有効となる。
【００１９】
さらに、この通信装置１０では、受信系において、双方向ベクトル変調器２２、分配・合成部２６、ＴＲＸ２８を通ってアダプティブ処理部３０に入力される信号と、双方向ベクトル変調器２２の前段（アンテナ１２側）から分配され、各系統の受信部（ＲＸ）３２を通ってアダプティブ処理部に入力される信号と、の間の振幅差および位相差を検出し、かつそれを補正する手段（すなわちアダプティブ処理部３０）を設けるのが好適である。通信自体には関与しないがアダプティブ制御の収束性を向上するために設けた受信部（ＲＸ）３２のアダプティブ処理部３０への出力に対して、この手段により、アダプティブ制御の収束性の更なる向上、ひいてはＳＮ比の更なる改善を図ることができる。なお、この手段は、受信時に重み付け合成する前の信号を各系統についてそれぞれ独立に取得し、また、重み付け合成後の信号（すなわちＴＲＸ２８から出力された信号）から希望信号を選択的に取得して、重み付け制御の収束性を向上しようとするものであるが、かかる制御を実行するには、双方向ベクトル変調器２２において重み付け移相量を零とした場合におけるＴＲＸ２８の出力信号の位相差に対し、ＲＸ３２を通過した信号の位相差を、少なくとも０°±９０°以下とする必要がある。
【００２０】
以上説明したように、上記通信装置１０によれば、送信／受信で信号の経路をできるだけ共用化することで、送受信で同一のパラメータによるアダプティブ動作が可能となり、より容易にかつより精度良く送信／受信間でのアンテナ・パターンの差を小さくすることができるという効果が得られる。
【００２１】
【特許文献１】
特許第３３３２９１１号公報
【特許文献２】
特表２００３−５０１９７１号公報
【特許文献３】
特開２００１−５３６６３号公報
【非特許文献１】
菊間信良著，「アレーアンテナによる適応信号処理」，初版，株式会社科学技術出版，１９９８年１１月
【００２２】
【発明が解決しようとする課題】
上述した第二の従来技術（図５に示すもの）では、送信部は送受信部２８に内蔵される一つのみとなっており、これは、第一の従来技術（図４に示すもの）では４系統それぞれに設けていたものを一つに統合したことになる。すなわち、この点では、上記第二の従来技術（図５）は、第一の従来技術（図４）に比べて、構成が簡素化されるという利点を有している。
【００２３】
しかしながら、上述した第二の従来技術（図５）では、受信部は送受信部２８に内蔵される受信部に加えて、アダプティブ動作させるために新たに受信部３２が４系統分設けられている。すなわち、この点では、上記第二の従来技術（図５）は、第一の従来技術（図４）に比べて、逆に回路が複雑になるという問題を有していた。
【００２４】
【課題を解決するための手段】
本発明にかかるアレイアンテナ通信装置は、複数の単位アンテナを含むアダプティブ・アレイ・アンテナを用いる通信装置であって、上記単位アンテナ毎に設けられ少なくとも送信電力増幅器を含むＲＦ送信系回路と、上記単位アンテナ毎に上記ＲＦ送信系回路と並列に設けられるＲＦ受信系回路であって少なくとも低雑音増幅器を含むＲＦ受信系回路と、上記ＲＦ送信系回路およびＲＦ受信系回路に単位アンテナの他方側で共通に接続される双方向ベクトル変調器と、複数の双方向ベクトル変調器に接続される分配・合成部と、上記分配・合成部に接続される送受信部（ＴＲＸ）と、上記ＲＦ受信系回路のそれぞれとアダプティブ処理部との間に設けられる統合化された受信部（ＲＸ）と、上記受信部（ＲＸ）から入力された信号と、上記送受信部（ＴＲＸ）から入力された信号と、に基づいて、上記双方向ベクトル変調器を制御することにより、複数の単位アンテナをアダプティブ・アレイ・アンテナとして機能させるアダプティブ処理部と、を備え、各単位アンテナに対応する上記ＲＦ送信系回路およびＲＦ受信系回路について、それらを信号が通過する際の振幅変化量相互の差および位相回転量相互の差が各単位アンテナ間でほぼ等しく、上記ＲＦ受信系回路から出力される信号に、直接または周波数変換した後各単位アンテナ毎に相互に直交化された符号信号を掛け合わせ、その後それらを加算合成して上記受信部（ＲＸ）に入力し、その受信部（ＲＸ）の出力に各単位アンテナに対応した符号を再度掛け合わせることにより、各アンテナに対応する信号を再生し、これをアダプティブ処理部に入力するように構成される。
【００２５】
また上記本発明にかかるアレイアンテナ通信装置では、各単位アンテナに対応する上記ＲＦ送信系回路およびＲＦ受信系回路について、それらを信号が通過する際の遅延時間がほぼ等しいのが好適である。
【００２６】
また上記本発明にかかるアレイアンテナ通信装置では、各単位アンテナに対応する上記ＲＦ送信系回路およびＲＦ受信系回路のうち少なくともいずれか一方には、上記振幅変化量、位相回転量、および遅延時間のうち少なくとも一つを調整するための調整部が設けられるのが好適である。
【００２７】
また上記本発明にかかるアレイアンテナ通信装置では、同一の通信相手に対し同一周波数で送受信を行う時分割双方向通信装置であるのが好適である。
【００２８】
【発明の実施の形態】
まず、本発明の第一の実施形態について図１を参照して説明する。図１は、本実施形態にかかる通信装置１０の要部の一例を示すブロック図である。なお、ここでは、４つのアンテナ（単位アンテナ）１２によってアダプティブ・アレイ・アンテナが構成される場合の例について説明する。
【００２９】
各アンテナ１２に入力された信号は、送受切替器１４，２０が受信側に接続されている状態で、バンドパス・フィルタ（ＢＰＦ）１６および低雑音増幅器（ＬＮＡ）１８を通過し、さらに送受切替器２０を通って、双方向ベクトル変調器２２に入力される。ここで、送受切替器１４と送受切替器２０との間では、送信系と受信系とでそれぞれ別個独立した回路（すなわちＲＦ送信系回路およびＲＦ受信系回路）を有しており、本実施形態では、この部分を非共用回路部２４と称する。そして、双方向ベクトル変調器２２においてそれぞれ重み付けされた複数系統の信号が分配・合成部２６で加算され、送受信部（ＴＲＸ）２８を通って受信される（受信信号）。この受信信号の一部はアダプティブ処理部（ＡＰＵ）３０に入力される。
【００３０】
また、低雑音増幅器（ＬＮＡ）１８から出力された信号は、送受切替器２０の後段から取り出され、それぞれ乗算器１０２に入力される。各信号には、乗算器１０２において、符号発生器１１０により生成される各々直交化した４つの符号信号が乗算され、それら信号は合成器１０４で加算合成された後、受信部１０６に入力される。すなわち、受信された信号は、各単位アンテナ１２毎に直交化された後、加算され、受信部（ＲＸ）１０６においてベースバンド信号に変換される。このベースバンド信号には、乗算器１０８において、再度符号発生器１１０からの直交化された符号信号が掛けられ、各単位アンテナからの信号に分離される。ここで、遅延回路１１２は、乗算器１０２（で直交化符号が掛けられるタイミング）から合成器１０４および受信部１０６を通過する間に生じた遅延量を打ち消す（補償する）のに用いられる。なお、図において、＊は複素共役であることを示す。こうして分離された信号はアダプティブ処理部３０に入力される。
【００３１】
アダプティブ処理部３０は、入力される参照信号およびＴＲＸ２８からの信号を基にして、干渉波、雑音等を除いた希望波信号を取り出すための重み付け値（各双方向ベクトル変調器２２における重み付け値）を取得し、これを各双方向ベクトル変調器２２に設定する。これにより、希望局方向にビームを、また干渉局方向にヌルを有する受信アンテナ・パターンを形成することができる。また、希望局からの信号のＳＮ比を改善することもできる。
【００３２】
一方、ベースバンド送信信号は送受信部（ＴＲＸ）２８を通過し、分配・合成部２６にて各系統に分配される。分配された信号は、それぞれ双方向ベクトル変調器２２に入力され、送受切替器２０、調整器（主として位相調整器として機能するが振幅調整器としての機能を含めてもよい）３４を通過し、送信電力増幅器（ＰＡ）３６にて電力増幅された後、送受切替器１４を通って単位アンテナ１２から出力される。なお、送信時は、送受切替器１４，２０はいずれも送信側に接続されている。
【００３３】
さて、かかる構成においてＲＦ段で送信／受信で信号の経路が異なるのは、送受切替器１４と送受切替器２０との間の回路構成部分、すなわち非共用回路部２４である。ところが、本実施形態では、非共用回路部２４には、調整器３４が設けられており、各系統について、送信経路（ＲＦ送信系回路）と受信経路（ＲＦ受信系回路）とで、振幅変化量相互の差および位相回転量相互の差がそれぞれ各アンテナ（単位アンテナ）１２間でほぼ同じ値となるように構成し（または調整し）ている。また、本実施形態では、各系統に対する重み付け値は、送信／受信で共用される双方向ベクトル変調器２２に対するものである。すなわち、本実施形態にかかる通信装置１０によれば、調整器３４を用いて各系統で送信経路／受信経路における信号の特性変化を定数倍とすることで、各系統に対し送信／受信で共通の重み付け値を用いて、送信アンテナ・パターンと受信アンテナ・パターンとを、同じパターン（すなわち同じビーム、ヌルを有するもの）として形成することができる。
【００３４】
なお、本実施形態では、非共用回路部２４については、さらに、送信系と受信系とで通過遅延時間が等しくなるように構成する（あるいは調整可能な構成要素を備える）のが好適である。これは、遅延時間（より詳しくは群遅延時間）の等しい回路間では、通過位相の周波数傾斜が等しいという群遅延時間の定義に基づく。すなわち、ある特定の周波数で送信系と受信系との位相差を一定としても、別の周波数においては一定値からの位相差が生じてしまうことを防ぐためである。すなわち、かかる構成は、より広い周波数帯域について送信経路と受信経路との間の位相差をほぼ同一とすることができるから、複数の周波数を利用するような通信装置について特に有効となる。
【００３５】
さらに、本実施形態にかかる通信装置１０では、受信系において、双方向ベクトル変調器２２、分配・合成部２６、ＴＲＸ２８を通ってアダプティブ処理部３０に入力される信号と、双方向ベクトル変調器２２の前段（単位アンテナ１２側）から分配され、直交化符号が掛けられた後、受信部１０６（ＲＸ）を通ってアダプティブ処理部３０に入力される信号と、の間の振幅差および位相差を検出し、かつそれを補正する手段（本実施形態ではアダプティブ処理部３０がこの手段に相当する）を設けるのが好適である。通信自体には関与しないがアダプティブ制御の収束性を向上するために設けた受信部（ＲＸ）１０６のアダプティブ処理部３０への出力に対して、この手段により、アダプティブ制御の収束性の更なる向上、ひいてはＳＮ比の更なる改善を図ることができる。なお、この手段は、受信時に重み付け合成する前の信号を各系統についてそれぞれ独立に取得し、また、重み付け合成後の信号（すなわちＴＲＸ２８から出力された信号）から希望信号を選択的に取得して、重み付け制御の収束性を向上しようとするものであるが、かかる制御を実行するには、双方向ベクトル変調器２２において重み付け移相量を零とした場合におけるＴＲＸ２８の出力信号の位相差に対し、ＲＸ１０６を通過した信号の位相差を、少なくとも０°±９０°以下とする必要がある。
【００３６】
なお、本発明の別の実施形態にかかる通信装置１０ａとして、図２に示すように、直交化疑似雑音（ＰＮ）符号はバイナリの２値符号としてもよい。この実施形態では、符号発生器１１０の出力は乗算器１０２に直接入力可能で、多数ビットのＤ／Ａ変換器にて変換した後掛ける必要もなく、また図２の破線部内をディジタル回路として構成することができるため、回路実装の点で極めて有利となる。図２中で、１１４，１１８はＡ／Ｄ変換器、１１６はＤ／Ａ変換器である。さらに、本発明の別の実施形態にかかる通信装置１０ｂとして、図３に示すように、送受切替器２０の後段から取り出された信号を周波数変換器１０１にて周波数変換した後、乗算器１０２にて直交化してもかまわない。加えて、図１，図２および図３において、低雑音増幅器（ＬＮＡ）１８から出力された信号は、送受切替器２０の後段より取り出しているが、受信部（ＲＸ）への信号は受信信号のみであるから、低雑音増幅器（ＬＮＡ）１８の後段でありかつ送受切替器２０の前段となる位置から取り出すようにしてもかまわない。
【００３７】
ところで、上記実施形態（図１，図２および図３）では、直交符号で符号化した信号を合成し、その後、分離するという構成を有するが、このとき、合成・分離回路を複雑化する主たる要因は、合成の際の符号を掛け合わせるタイミングである。ここで時間的なずれがある場合には完全な直交化が難しくなるし、分離する際にも符号とのタイミングがずれると完全な分離が難しくなる。そして、この直交化が不完全な場合には、入力信号間で大きなレベル差があると、大レベルの信号が他信号に紛れこむいわゆる干渉等の問題が生じる場合がある。しかしながら、この点については、上記実施形態にかかる構成によれば、各単位アンテナを比較的容易に同一条件で設置することが可能となるため、実はそれら相互間での大きなレベル差が生じにくくなるという利点がある。加えて、各受信系から乗算器１０２までの電気長を同一とすれば、符号相互のタイミングが同一となるようにより一層調整しやすくなるとともに、合成器１０４、受信部１０６の遅延時間を別途測定して、直交分離するための符号タイミングを、遅延回路１１２により極めて高精度に合わせ込むことが可能となる。つまり、本実施形態にかかる回路構成は、アダプティブ・アレイ・アンテナを用いた通信装置を実現する上で問題となる各経路間のばらつきを軽減するのに、非常に効果的なものである。
【００３８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、送信／受信で信号の経路をできるだけ共用化することで、より簡素な回路構成によって、送受信で同一のパラメータによるアダプティブ動作が可能となり、より容易にかつより精度良く送信／受信間でのアンテナ・パターンの差を小さくすることができるという効果が得られる。また、アダプティブアレイ処理に用いられる各単位アンテナからの信号を共通の受信部で受信するため、各単位アンテナからの信号相互間で誤差が生じにくいというメリットがある。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施形態にかかるアレイアンテナ通信装置の要部構成を示すブロック図である。
【図２】 本発明の別の実施形態にかかるアレイアンテナ通信装置の要部構成を示すブロック図である。
【図３】 本発明の別の実施形態にかかるアレイアンテナ通信装置の要部構成を示すブロック図である。
【図４】 従来のアレイアンテナ通信装置の要部構成を示すブロック図である。
【図５】 従来のアレイアンテナ通信装置の要部構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
１０，１０ａ，１０ｂ 通信装置、１２ 単位アンテナ、１４，２０ 送受切替器、１６ バンドパス・フィルタ、１８ 低雑音増幅器（ＬＮＡ）、２２ 双方向ベクトル変調器、２４ 非共用回路部、２６ 分配・合成部、２８ 送受信部（ＴＲＸ）、３０ アダプティブ処理部、３４ 調整器、３６ 送信電力増幅器（ＰＡ）、１０１ 周波数変換器、１０２，１０８ 乗算器、１０４ 合成器、１０６ 受信部（ＲＸ）、１１０ 符号発生器、１１２ 遅延回路、１１４，１１８ Ａ／Ｄ変換器、１１６ Ｄ／Ａ変換器。
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数のアンテナを用いて送受信アンテナ・パターンを制御する通信装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
空間的に離間させて配置された複数のアンテナで受信された各信号を適切に加算合成することにより、希望波の到来方向にビームを有し、かつ干渉波の到来方向にヌルを有する受信アンテナ・パターンを形成して、希望信号を選択的に受信するアダプティブ・アレイ・アンテナを備えた通信装置が知られている。そして、この通信装置で送信を行う場合には、希望局の方向にビームを有し、かつ干渉局の方向にヌルを有する送信アンテナ・パターンを形成するのが望ましい。これにより、希望局の方向にビームを形成することで希望局方向に選択的に送信電力を振り向けることができ、また干渉局方向にヌルを向けることで干渉局にとっては本通信装置からの干渉を受けないこととなり、本通信装置と希望局の組と独立して通信を行っている干渉局に影響を与えにくくなる意味で有効である。
【０００３】
ここで、図４を参照して、従来のアダプティブ・アレイ・アンテナを備えた通信装置５０について説明する。なお、ここでは、一例として、送受周波数は同一で、時分割で送受通信を行い、また４本のアンテナ５２を空間的に離間させて配置したアダプティブ・アレイ・アンテナを用いる場合について説明する。
【０００４】
まずは、受信時の処理について説明する。アンテナ５２で受信された信号は、送信／受信を切り替える送受切替器５４（図４では受信時の接続状態を示している）を経由して、低雑音増幅器（ＬＮＡ）５６で増幅された後、ミキサ５８に入力され、ここでローカル発信器６０からのローカル周波数と掛け合わされることにより中間周波数（ＩＦ）に変換される。次に、信号は、ＩＦフィルタ６２により受信周波数付近の周波数信号とされた後、ＩＦ増幅器６４にて増幅され、ミキサ６６に入力され、ここでローカル発信器６８からのローカル周波数とミキシングされてベースバンド信号に変換される。次に、信号は、ローパスフィルタ７０によって必要帯域幅に弁別され、アナログ・ディジタル変換器（Ａ／Ｄ）７２にてディジタル信号に変換される。４つのアンテナ５２における受信信号はそれぞれこのようにしてベースバンド信号に変換される。これらの信号は受信側処理部７４に入力され、ここで振幅及び位相により特徴付けられる重み付け（係数：ｗ１〜ｗ４）が行われた後に加算され、受信信号として処理される。アンテナで受信された信号には、希望局信号のみならず干渉局信号も含まれるが、アダプティブ・アレイ処理部７６において参照信号および受信信号に基づいて適切に重みづけ係数（受信重みづけ値）を決定することで、受信信号から干渉局信号を除去して希望局信号のみを受信することができる。この処理に関しては非特許文献１に詳しい。
【０００５】
次に、送信時の処理について説明する。送信側処理部７８は、入力される送信信号を４分割して、それぞれに重み付けを行う。ここで、送信時の重み付け値として、受信時の重み付けの値を用いる場合がある。これは、送信信号と受信信号の相反性を利用して、受信アンテナ・パターンと同様のビーム、ヌルを有する送信アンテナ・パターンを形成するという考えに基づくものである。さて、分割され重みづけされた各信号は、ディジタル・アナログ変換器（Ｄ／Ａ）８０、ローパスフィルタ８２を経由してミキサ８４に入力され、ここでローカル周波数によるミキシングによってＩＦ周波数に変換される。次に、信号は、ＩＦフィルタ８６によってフィルタリングされ、ＩＦ増幅器８８によって増幅された後、ミキサ９０に入力され、ここで、ローカル周波数によるミキシングによってＲＦ周波数に変換される。そして、信号は、送信電力増幅器（ＰＡ）９２、および送受切替器５４を経由してアンテナ５２から送信される。
【０００６】
さて、上述した従来技術では、送信時の重み付けパターンと受信時の重み付けパターンとを同じにした。これは、アンテナ５２以降の空間での信号の相反性に基づくことによるが、無線部では、送信信号の通過する送信部（ＴＸ）と受信信号の通過する受信部（ＲＸ）とは異なるため、相反性が成立しない。したがって、上記従来技術のように、送信側処理部７８で受信側処理部７４で用いたのと同一の重み付け値を用いても、受信時と同一の送信指向性を得ることはできなかった。すなわち、ＴＸ側を通過する送信信号の位相回転量および振幅変化量は、ＲＸ側を通過する受信信号の位相回転量および振幅変化量と異なるため、送受信で同一の重み付けを行っても、送信信号がＴＸを通過してアンテナに達したときの信号の振幅および位相は、受信信号が受信される場合の振幅および位相と異なるものとなってしまう。つまり、送受信で同じ重み付けを行うと、送信アンテナ・パターンは受信アンテナ・パターンと異なるものとなり、受信信号のビーム方向とヌル方向は、送信時のビーム方向とヌル方向とは異なるものとなる。
【０００７】
このため、この種のアダプティブ・アレイ・アンテナを備える通信装置では、４系統のそれぞれについて、送信部（ＴＸ）における送信信号の位相回転量が受信部（ＲＸ）における受信信号の位相回転量と同一となり、かつ、送信部（ＴＸ）における送信信号の振幅変化量が受信部（ＲＸ）における受信信号の振幅変化量とアンテナ間で共通の一定倍率となるように、適切な調整を行う必要がある。
【０００８】
このような場合、通常、４系統の全ての受信部（ＲＸ）について振幅変化量と位相回転量とが相互で一定値となるように調整され（受信側キャリブレーション）、また４系統の全ての送信部（ＴＸ）について振幅変化量と位相回転量とが相互で一定値となるように調整される（送信側キャリブレーション）。かかる調整は、受信側処理部７４において各系統（各受信部）に対して設けられた振幅・位相補正部９４、および送信側処理部７８において各系統（各送信部）に対して設けられた振幅・位相補正部９６にて行われる。このキャリブレーション（校正）は、具体的には、特許文献１や特許文献２に開示されるように、各系統で受信側または送信側に切り替え、受信信号が受信部（ＲＸ）を通過する際の振幅と位相と、送信信号が送信部（ＴＸ）を通過する際の振幅と位相とを順次測定して行うものである。
【０００９】
しかしながら、特許文献１あるいは特許文献２に開示される方法では、複数系統のそれぞれについて順次送信及び受信に切り替えて通過する際の振幅と位相を順次測定するため、キャリブレーションが完了するまでに時間を要するという問題があった。さらに、キャリブレーションの実施中に、新たに振幅変化、位相回転が生じ、精度良くキャリブレーションを行うのが難しいという問題があった。そして、一般的には、キャリブレーション実施中に送信部および受信部を特性変化の無い状況に保つことは極めて難しく、その対策として特許文献３に開示されるような運用時に常時キャリブレーションを並行して継続するという非常に手間を要するキャリブレーションを実施せざるを得ない場合も多かった。
【００１０】
加えて、希望局、干渉局からの信号のレベルは希望局、干渉局までの距離などによって大きく変動するため、受信部には一般に自動利得調整機構（ＡＧＣ）が設けられているが、この自動利得調整機構を設けたことで、受信レベルの変化により受信部相互間で振幅変化量と位相回転量に差が生じることがあり、折角行ったキャリブレーション補正値が実際には有効に利用できない場合も多かった。
【００１１】
さらに、受信側の振幅・位相補正部に何らかの異常が生じ、正常な補正を行えない状態となった場合、それによる誤差は受信側処理部の重み付け値に上乗せされる。そして、さらにその誤差の上乗せされた重み付け値が送信側に用いられるため、送信アンテナ・パターンと受信アンテナ・パターンとが大きく異なるものになってしまうという問題があった。
【００１２】
そこで、上記問題を解決することができる従来の通信装置について図５を参照して説明する。図５は、通信装置１０の要部の一例を示すブロック図である。なお、ここでは、４つのアンテナ（単位アンテナ）１２によってアダプティブ・アレイ・アンテナが構成される場合の例について説明する。
【００１３】
各アンテナ１２に入力された信号は、送受切替器１４，２０が受信側に接続されている状態で、バンドパス・フィルタ（ＢＰＦ）１６および低雑音増幅器（ＬＮＡ）１８を通過し、さらに送受切替器２０を通って、双方向ベクトル変調器２２に入力される。ここで、送受切替器１４と送受切替器２０との間では、送信系と受信系とでそれぞれ別個独立した回路（すなわちＲＦ送信系回路およびＲＦ受信系回路）を有しており、ここでは、この部分を非共用回路部２４と称する。そして、双方向ベクトル変調器２２においてそれぞれ重み付けされた複数系統の信号が分配・合成部２６で加算され、送受信部（ＴＲＸ）２８を通って受信される（受信信号）。この受信信号の一部はアダプティブ処理部（ＡＰＵ）３０に入力される。
【００１４】
また、低雑音増幅器（ＬＮＡ）１８から出力された信号は、各系統毎に設けられた受信部（ＲＸ）３２を通ってアダプティブ処理部３０に入力される。
【００１５】
アダプティブ処理部３０は、入力される参照信号およびＴＲＸ２８からの信号を基にして、干渉波、雑音等から分離して希望波信号を取り出すための重み付け値（各双方向ベクトル変調器２２における重み付け値）を取得し、これを各双方向ベクトル変調器２２に設定する。これにより、希望局方向にビームを、また干渉局方向にヌルを有する受信アンテナ・パターンを形成することができる。また、希望局からの信号のＳＮ比を改善することもできる。
【００１６】
一方、ベースバンド送信信号は送受信部（ＴＲＸ）２８を通過し、分配・合成部２６にて各系統に分配される。分配された信号は、それぞれ双方向ベクトル変調器２２に入力され、送受切替器２０、調整器（主として位相調整器として機能するが振幅調整器としての機能を含めてもよい）３４を通過し、送信電力増幅器（ＰＡ）３６にて電力増幅された後、送受切替器１４を通って単位アンテナ１２から出力される。なお、送信時は、送受切替器１４，２０はいずれも送信側に接続されている。
【００１７】
さて、かかる構成においてＲＦ段で送信／受信で信号の経路が異なるのは、送受切替器１４と送受切替器２０との間の回路構成部分、すなわち非共用回路部２４である。ところが、ここでは、非共用回路部２４には、調整器３４が設けられており、各系統について、送信経路（ＲＦ送信系回路）と受信経路（ＲＦ受信系回路）とで、振幅変化量相互の差および位相回転量相互の差がそれぞれ各アンテナ（単位アンテナ）１２間でほぼ同じ値となるように構成し（または調整し）ている。また、各系統に対する重み付け値は、送信／受信で共用される双方向ベクトル変調器２２に対するものである。すなわち、この通信装置１０によれば、調整器３４を用いて各系統で送信経路／受信経路における信号の特性変化を定数倍とすることで、各系統に対し送信／受信で共通の重み付け値を用いて、送信アンテナ・パターンと受信アンテナ・パターンとを、同じパターン（すなわち同じビーム、ヌルを有するもの）として形成することができる。
【００１８】
なお、非共用回路部２４については、さらに、送信系と受信系とで通過遅延時間が等しくなるように構成する（あるいは調整可能な構成要素を備える）のが好適である。これは、遅延時間（より詳しくは群遅延時間）の等しい回路間では、通過位相の周波数傾斜が等しいという群遅延時間の定義に基づく。すなわち、ある特定の周波数で送信系と受信系との位相差を一定としても、別の周波数においては一定値からの位相差が生じてしまうことを防ぐためである。すなわち、かかる構成は、より広い周波数帯域について送信経路と受信経路との間の位相差をほぼ同一とすることができるから、複数の周波数を利用するような通信装置について特に有効となる。
【００１９】
さらに、この通信装置１０では、受信系において、双方向ベクトル変調器２２、分配・合成部２６、ＴＲＸ２８を通ってアダプティブ処理部３０に入力される信号と、双方向ベクトル変調器２２の前段（アンテナ１２側）から分配され、各系統の受信部（ＲＸ）３２を通ってアダプティブ処理部に入力される信号と、の間の振幅差および位相差を検出し、かつそれを補正する手段（すなわちアダプティブ処理部３０）を設けるのが好適である。通信自体には関与しないがアダプティブ制御の収束性を向上するために設けた受信部（ＲＸ）３２のアダプティブ処理部３０への出力に対して、この手段により、アダプティブ制御の収束性の更なる向上、ひいてはＳＮ比の更なる改善を図ることができる。なお、この手段は、受信時に重み付け合成する前の信号を各系統についてそれぞれ独立に取得し、また、重み付け合成後の信号（すなわちＴＲＸ２８から出力された信号）から希望信号を選択的に取得して、重み付け制御の収束性を向上しようとするものであるが、かかる制御を実行するには、双方向ベクトル変調器２２において重み付け移相量を零とした場合におけるＴＲＸ２８の出力信号の位相差に対し、ＲＸ３２を通過した信号の位相差を、少なくとも０°±９０°以下とする必要がある。
【００２０】
以上説明したように、上記通信装置１０によれば、送信／受信で信号の経路をできるだけ共用化することで、送受信で同一のパラメータによるアダプティブ動作が可能となり、より容易にかつより精度良く送信／受信間でのアンテナ・パターンの差を小さくすることができるという効果が得られる。
【００２１】
【特許文献１】
特許第３３３２９１１号公報
【特許文献２】
特表２００３−５０１９７１号公報
【特許文献３】
特開２００１−５３６６３号公報
【非特許文献１】
菊間信良著，「アレーアンテナによる適応信号処理」，初版，株式会社科学技術出版，１９９８年１１月
【００２２】
【発明が解決しようとする課題】
上述した第二の従来技術（図５に示すもの）では、送信部は送受信部２８に内蔵される一つのみとなっており、これは、第一の従来技術（図４に示すもの）では４系統それぞれに設けていたものを一つに統合したことになる。すなわち、この点では、上記第二の従来技術（図５）は、第一の従来技術（図４）に比べて、構成が簡素化されるという利点を有している。
【００２３】
しかしながら、上述した第二の従来技術（図５）では、受信部は送受信部２８に内蔵される受信部に加えて、アダプティブ動作させるために新たに受信部３２が４系統分設けられている。すなわち、この点では、上記第二の従来技術（図５）は、第一の従来技術（図４）に比べて、逆に回路が複雑になるという問題を有していた。
【００２４】
【課題を解決するための手段】
本発明にかかるアレイアンテナ通信装置は、複数の単位アンテナを含むアダプティブ・アレイ・アンテナを用いる通信装置であって、上記単位アンテナ毎に設けられ少なくとも送信電力増幅器を含むＲＦ送信系回路と、上記単位アンテナ毎に上記ＲＦ送信系回路と並列に設けられるＲＦ受信系回路であって少なくとも低雑音増幅器を含むＲＦ受信系回路と、上記ＲＦ送信系回路およびＲＦ受信系回路に単位アンテナの他方側で共通に接続される双方向ベクトル変調器と、複数の双方向ベクトル変調器に接続される分配・合成部と、上記分配・合成部に接続される送受信部（ＴＲＸ）と、上記ＲＦ受信系回路のそれぞれとアダプティブ処理部との間に設けられる統合化された受信部（ＲＸ）と、上記受信部（ＲＸ）から入力された信号と、上記送受信部（ＴＲＸ）から入力された信号と、に基づいて、上記双方向ベクトル変調器を制御することにより、複数の単位アンテナをアダプティブ・アレイ・アンテナとして機能させるアダプティブ処理部と、を備え、各単位アンテナに対応する上記ＲＦ送信系回路およびＲＦ受信系回路について、それらを信号が通過する際の振幅変化量相互の差および位相回転量相互の差が各単位アンテナ間でほぼ等しく、上記ＲＦ受信系回路から出力される信号に、直接または周波数変換した後各単位アンテナ毎に相互に直交化された符号信号を掛け合わせ、その後それらを加算合成して上記受信部（ＲＸ）に入力し、その受信部（ＲＸ）の出力に各単位アンテナに対応した符号を再度掛け合わせることにより、各アンテナに対応する信号を再生し、これをアダプティブ処理部に入力するように構成される。
【００２５】
また上記本発明にかかるアレイアンテナ通信装置では、各単位アンテナに対応する上記ＲＦ送信系回路およびＲＦ受信系回路について、それらを信号が通過する際の遅延時間がほぼ等しいのが好適である。
【００２６】
また上記本発明にかかるアレイアンテナ通信装置では、各単位アンテナに対応する上記ＲＦ送信系回路およびＲＦ受信系回路のうち少なくともいずれか一方には、上記振幅変化量、位相回転量、および遅延時間のうち少なくとも一つを調整するための調整部が設けられるのが好適である。
【００２７】
また上記本発明にかかるアレイアンテナ通信装置では、同一の通信相手に対し同一周波数で送受信を行う時分割双方向通信装置であるのが好適である。
【００２８】
【発明の実施の形態】
まず、本発明の第一の実施形態について図１を参照して説明する。図１は、本実施形態にかかる通信装置１０の要部の一例を示すブロック図である。なお、ここでは、４つのアンテナ（単位アンテナ）１２によってアダプティブ・アレイ・アンテナが構成される場合の例について説明する。
【００２９】
各アンテナ１２に入力された信号は、送受切替器１４，２０が受信側に接続されている状態で、バンドパス・フィルタ（ＢＰＦ）１６および低雑音増幅器（ＬＮＡ）１８を通過し、さらに送受切替器２０を通って、双方向ベクトル変調器２２に入力される。ここで、送受切替器１４と送受切替器２０との間では、送信系と受信系とでそれぞれ別個独立した回路（すなわちＲＦ送信系回路およびＲＦ受信系回路）を有しており、本実施形態では、この部分を非共用回路部２４と称する。そして、双方向ベクトル変調器２２においてそれぞれ重み付けされた複数系統の信号が分配・合成部２６で加算され、送受信部（ＴＲＸ）２８を通って受信される（受信信号）。この受信信号の一部はアダプティブ処理部（ＡＰＵ）３０に入力される。
【００３０】
また、低雑音増幅器（ＬＮＡ）１８から出力された信号は、送受切替器２０の後段から取り出され、それぞれ乗算器１０２に入力される。各信号には、乗算器１０２において、符号発生器１１０により生成される各々直交化した４つの符号信号が乗算され、それら信号は合成器１０４で加算合成された後、受信部１０６に入力される。すなわち、受信された信号は、各単位アンテナ１２毎に直交化された後、加算され、受信部（ＲＸ）１０６においてベースバンド信号に変換される。このベースバンド信号には、乗算器１０８において、再度符号発生器１１０からの直交化された符号信号が掛けられ、各単位アンテナからの信号に分離される。ここで、遅延回路１１２は、乗算器１０２（で直交化符号が掛けられるタイミング）から合成器１０４および受信部１０６を通過する間に生じた遅延量を打ち消す（補償する）のに用いられる。なお、図において、＊は複素共役であることを示す。こうして分離された信号はアダプティブ処理部３０に入力される。
【００３１】
アダプティブ処理部３０は、入力される参照信号およびＴＲＸ２８からの信号を基にして、干渉波、雑音等を除いた希望波信号を取り出すための重み付け値（各双方向ベクトル変調器２２における重み付け値）を取得し、これを各双方向ベクトル変調器２２に設定する。これにより、希望局方向にビームを、また干渉局方向にヌルを有する受信アンテナ・パターンを形成することができる。また、希望局からの信号のＳＮ比を改善することもできる。
【００３２】
一方、ベースバンド送信信号は送受信部（ＴＲＸ）２８を通過し、分配・合成部２６にて各系統に分配される。分配された信号は、それぞれ双方向ベクトル変調器２２に入力され、送受切替器２０、調整器（主として位相調整器として機能するが振幅調整器としての機能を含めてもよい）３４を通過し、送信電力増幅器（ＰＡ）３６にて電力増幅された後、送受切替器１４を通って単位アンテナ１２から出力される。なお、送信時は、送受切替器１４，２０はいずれも送信側に接続されている。
【００３３】
さて、かかる構成においてＲＦ段で送信／受信で信号の経路が異なるのは、送受切替器１４と送受切替器２０との間の回路構成部分、すなわち非共用回路部２４である。ところが、本実施形態では、非共用回路部２４には、調整器３４が設けられており、各系統について、送信経路（ＲＦ送信系回路）と受信経路（ＲＦ受信系回路）とで、振幅変化量相互の差および位相回転量相互の差がそれぞれ各アンテナ（単位アンテナ）１２間でほぼ同じ値となるように構成し（または調整し）ている。また、本実施形態では、各系統に対する重み付け値は、送信／受信で共用される双方向ベクトル変調器２２に対するものである。すなわち、本実施形態にかかる通信装置１０によれば、調整器３４を用いて各系統で送信経路／受信経路における信号の特性変化を定数倍とすることで、各系統に対し送信／受信で共通の重み付け値を用いて、送信アンテナ・パターンと受信アンテナ・パターンとを、同じパターン（すなわち同じビーム、ヌルを有するもの）として形成することができる。
【００３４】
なお、本実施形態では、非共用回路部２４については、さらに、送信系と受信系とで通過遅延時間が等しくなるように構成する（あるいは調整可能な構成要素を備える）のが好適である。これは、遅延時間（より詳しくは群遅延時間）の等しい回路間では、通過位相の周波数傾斜が等しいという群遅延時間の定義に基づく。すなわち、ある特定の周波数で送信系と受信系との位相差を一定としても、別の周波数においては一定値からの位相差が生じてしまうことを防ぐためである。すなわち、かかる構成は、より広い周波数帯域について送信経路と受信経路との間の位相差をほぼ同一とすることができるから、複数の周波数を利用するような通信装置について特に有効となる。
【００３５】
さらに、本実施形態にかかる通信装置１０では、受信系において、双方向ベクトル変調器２２、分配・合成部２６、ＴＲＸ２８を通ってアダプティブ処理部３０に入力される信号と、双方向ベクトル変調器２２の前段（単位アンテナ１２側）から分配され、直交化符号が掛けられた後、受信部１０６（ＲＸ）を通ってアダプティブ処理部３０に入力される信号と、の間の振幅差および位相差を検出し、かつそれを補正する手段（本実施形態ではアダプティブ処理部３０がこの手段に相当する）を設けるのが好適である。通信自体には関与しないがアダプティブ制御の収束性を向上するために設けた受信部（ＲＸ）１０６のアダプティブ処理部３０への出力に対して、この手段により、アダプティブ制御の収束性の更なる向上、ひいてはＳＮ比の更なる改善を図ることができる。なお、この手段は、受信時に重み付け合成する前の信号を各系統についてそれぞれ独立に取得し、また、重み付け合成後の信号（すなわちＴＲＸ２８から出力された信号）から希望信号を選択的に取得して、重み付け制御の収束性を向上しようとするものであるが、かかる制御を実行するには、双方向ベクトル変調器２２において重み付け移相量を零とした場合におけるＴＲＸ２８の出力信号の位相差に対し、ＲＸ１０６を通過した信号の位相差を、少なくとも０°±９０°以下とする必要がある。
【００３６】
なお、本発明の別の実施形態にかかる通信装置１０ａとして、図２に示すように、直交化疑似雑音（ＰＮ）符号はバイナリの２値符号としてもよい。この実施形態では、符号発生器１１０の出力は乗算器１０２に直接入力可能で、多数ビットのＤ／Ａ変換器にて変換した後掛ける必要もなく、また図２の破線部内をディジタル回路として構成することができるため、回路実装の点で極めて有利となる。図２中で、１１４，１１８はＡ／Ｄ変換器、１１６はＤ／Ａ変換器である。さらに、本発明の別の実施形態にかかる通信装置１０ｂとして、図３に示すように、送受切替器２０の後段から取り出された信号を周波数変換器１０１にて周波数変換した後、乗算器１０２にて直交化してもかまわない。加えて、図１，図２および図３において、低雑音増幅器（ＬＮＡ）１８から出力された信号は、送受切替器２０の後段より取り出しているが、受信部（ＲＸ）への信号は受信信号のみであるから、低雑音増幅器（ＬＮＡ）１８の後段でありかつ送受切替器２０の前段となる位置から取り出すようにしてもかまわない。
【００３７】
ところで、上記実施形態（図１，図２および図３）では、直交符号で符号化した信号を合成し、その後、分離するという構成を有するが、このとき、合成・分離回路を複雑化する主たる要因は、合成の際の符号を掛け合わせるタイミングである。ここで時間的なずれがある場合には完全な直交化が難しくなるし、分離する際にも符号とのタイミングがずれると完全な分離が難しくなる。そして、この直交化が不完全な場合には、入力信号間で大きなレベル差があると、大レベルの信号が他信号に紛れこむいわゆる干渉等の問題が生じる場合がある。しかしながら、この点については、上記実施形態にかかる構成によれば、各単位アンテナを比較的容易に同一条件で設置することが可能となるため、実はそれら相互間での大きなレベル差が生じにくくなるという利点がある。加えて、各受信系から乗算器１０２までの電気長を同一とすれば、符号相互のタイミングが同一となるようにより一層調整しやすくなるとともに、合成器１０４、受信部１０６の遅延時間を別途測定して、直交分離するための符号タイミングを、遅延回路１１２により極めて高精度に合わせ込むことが可能となる。つまり、本実施形態にかかる回路構成は、アダプティブ・アレイ・アンテナを用いた通信装置を実現する上で問題となる各経路間のばらつきを軽減するのに、非常に効果的なものである。
【００３８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、送信／受信で信号の経路をできるだけ共用化することで、より簡素な回路構成によって、送受信で同一のパラメータによるアダプティブ動作が可能となり、より容易にかつより精度良く送信／受信間でのアンテナ・パターンの差を小さくすることができるという効果が得られる。また、アダプティブアレイ処理に用いられる各単位アンテナからの信号を共通の受信部で受信するため、各単位アンテナからの信号相互間で誤差が生じにくいというメリットがある。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施形態にかかるアレイアンテナ通信装置の要部構成を示すブロック図である。
【図２】 本発明の別の実施形態にかかるアレイアンテナ通信装置の要部構成を示すブロック図である。
【図３】 本発明の別の実施形態にかかるアレイアンテナ通信装置の要部構成を示すブロック図である。
【図４】 従来のアレイアンテナ通信装置の要部構成を示すブロック図である。
【図５】 従来のアレイアンテナ通信装置の要部構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
１０，１０ａ，１０ｂ 通信装置、１２ 単位アンテナ、１４，２０ 送受切替器、１６ バンドパス・フィルタ、１８ 低雑音増幅器（ＬＮＡ）、２２ 双方向ベクトル変調器、２４ 非共用回路部、２６ 分配・合成部、２８ 送受信部（ＴＲＸ）、３０ アダプティブ処理部、３４ 調整器、３６ 送信電力増幅器（ＰＡ）、１０１ 周波数変換器、１０２，１０８ 乗算器、１０４ 合成器、１０６ 受信部（ＲＸ）、１１０ 符号発生器、１１２ 遅延回路、１１４，１１８ Ａ／Ｄ変換器、１１６ Ｄ／Ａ変換器。
Claims (4)
- 複数の単位アンテナを含むアダプティブ・アレイ・アンテナを用いる通信装置であって、
前記単位アンテナ毎に設けられ少なくとも送信電力増幅器を含むＲＦ送信系回路と、
前記単位アンテナ毎に前記ＲＦ送信系回路と並列に設けられるＲＦ受信系回路であって少なくとも低雑音増幅器を含むＲＦ受信系回路と、
前記ＲＦ送信系回路およびＲＦ受信系回路に単位アンテナの他方側で共通に接続される双方向ベクトル変調器と、
複数の双方向ベクトル変調器に接続される分配・合成部と、
前記分配・合成部に接続される送受信部（ＴＲＸ）と、
前記ＲＦ受信系回路のそれぞれとアダプティブ処理部との間に設けられる統合化された受信部（ＲＸ）と、
前記受信部（ＲＸ）から入力された信号と、前記送受信部（ＴＲＸ）から入力された信号と、に基づいて、前記双方向ベクトル変調器を制御することにより、複数の単位アンテナをアダプティブ・アレイ・アンテナとして機能させるアダプティブ処理部と、
を備え、
各単位アンテナに対応する前記ＲＦ送信系回路およびＲＦ受信系回路について、それらを信号が通過する際の振幅変化量相互の差および位相回転量相互の差が各単位アンテナ間でほぼ等しく、
前記ＲＦ受信系回路から出力される信号に、直接または周波数変換した後各単位アンテナ毎に相互に直交化された符号信号を掛け合わせ、その後それらを加算合成して前記受信部（ＲＸ）に入力し、その受信部（ＲＸ）の出力に各単位アンテナに対応した符号を再度掛け合わせることにより、各アンテナに対応する信号を再生し、これをアダプティブ処理部に入力するように構成されることを特徴とするアレイアンテナ通信装置。 - 各単位アンテナに対応する前記ＲＦ送信系回路およびＲＦ受信系回路について、それらを信号が通過する際の遅延時間がほぼ等しいことを特徴とする請求項１に記載のアレイアンテナ通信装置。
- 各単位アンテナに対応する前記ＲＦ送信系回路およびＲＦ受信系回路のうち少なくともいずれか一方には、前記振幅変化量、位相回転量、および遅延時間のうち少なくとも一つを調整するための調整部が設けられることを特徴とする請求項１に記載のアレイアンテナ通信装置。
- 同一の通信相手に対し同一周波数で送受信を行う時分割双方向通信装置であることを特徴とする請求項１〜３のうちいずれか一つに記載のアレイアンテナ通信装置。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
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