JP5446343B2 - アレイアンテナ通信装置およびその制御方法ならびにプログラム - Google Patents

Description

本発明は、アレイアンテナ通信装置およびその制御方法ならびにプログラムに関し、特に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のキャリブレーション技術に関する。

無線通信の需要増大に伴い、限られた無線資源の中で更なる大容量化、高速化が求められている。アレイアンテナは、こ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、ビームフォーミングやＭＩＭＯ（Ｍｕｌｔｉ Ｉｎｐｕｔ Ｍｕｌｔｉ Ｏｕｔｐｕｔ）を実現して大容量化、高速化の伝送を行うことが可能である。アレイアンテナを構成する各アンテナからの送受信信号の特性（遅延／位相振幅）を調整することで干渉を用いて送受信の電波に指向性を持たせている。このような技術によって、方向の異な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が可能となる。

このようなアレイアンテナを用いてビームフォーミングやＭＩＭＯなどを行うためには、各アンテナ間の特性が揃っている必要がある。しかし実際には、製造における誤差、回路やケーブルの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っても変化していく。そのため、アンテナ間のキャリブレーションが必須であり、各アンテナ間、より正確には、アンテナを含む伝送経路における遅延量や位相振幅変化を一致させて、アンテナで送受信される信号の特性を揃える必要がある。また、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、ある程度の間隔を置いて（温度変化などに応じて）何度も行う必要がある。アレイアンテナを有する装置は、そのためにキャリブレーション機能や回路（位相振幅補正、遅延補正回路）を実装している。

例えば、特許文献１には、受信ブランチ間に発生する振幅および位相偏差を精度よく検出して補正を行う無線通信装置が記載されている。また、特許文献２には、時分割通信システムにおいて自局の通信を行わない空き時間に他局の信号を用いることで、相関値の参照信号注入手段が無くとも、遅延回路の最適な遅延量を維持するアレイアンテナ通信装置が記載されている。さらに、特許文献３には、複数のアンテナからベースバンド処理系に至る各ブランチ間の受信信号の遅延差を自動的に検出して同期化する補正処理を行うことで、適切な位相でブランチ合成するＣＤＭＡ受信装置が記載されている。

特開２００４−１８０２８３号公報 特開２００５−３１８３１６号公報 特開２００６−９４３２５号公報

以下の分析は本発明において与えられる。

ところで、従来技術では、受信側の遅延補正に関する技術を開示している。アレイアンテナを用いてビームフォーミングやＭＩＭＯなどを行うためには、送信側についても同様に遅延補正を行う必要があり、受信キャリブレーションと送信キャリブレーションによる遅延補正を別々に行うこととなる。このような構成は、通常送受信回路をキャリブレーションと兼用し、キャリブレーション専用の信号を用いてアンテナ部で信号を折り返し、受信部で各アンテナの遅延差を測定して各アンテナの遅延補正量を求める無線送受信機を前提としており、送受信系を同時に使用するため、測定結果には送受信経路全ての影響が反映されている。故に、キャリブレーション測定の送受信経路にそれぞれ送受信の補正量が同時に影響するため、遅延測定における遅延量のばらつきが大きくなり、遅延測定窓（相関値による遅延分布のピーク検出窓）や遅延量設定範囲（レジスタ設定幅）を広く設定しなければならず、回路規模、計算量、測定時間が大きくなってしまう。

したがって、本発明の目的は、回路規模、計算量、測定時間の増大を抑えたアレイアンテナ通信装置およびその制御方法ならびにプログラムを提供することにある。

本発明の１つのアスペクト（側面）に係るアレイアンテナ通信装置は、アレイアンテナと、アレイアンテナを構成するそれぞれのアンテナに係る送受信系回路と、アレイアンテナのキャリブレーションによる遅延補正に関し、それぞれの送受信系回路における遅延補正量を設定する送信側の第１の遅延素子および受信側の第２の遅延素子と、キャリブレーション信号の遅延測定結果を用いてそれぞれのアンテナに対応する送信系回路および受信系回路のそれぞれの遅延補正量を求めて第１および第２の遅延素子に設定し、求めた遅延補正量に基づいて次回の遅延量測定における基準遅延量を所定量に設定する補正量設定部と、を備え、前記補正量設定部は、前記次回の遅延量測定における測定窓を前記基準遅延量に基づいて設定する。

本発明の他のアスペクト（側面）に係るアレイアンテナ通信装置の制御方法は、アレイアンテナのキャリブレーションに関し、アレイアンテナを構成するそれぞれのアンテナに係る送受信系回路におけるキャリブレーション信号の遅延量を測定するステップと、遅延量の測定結果を用いてそれぞれのアンテナに対応する送信側および受信側のそれぞれの遅延補正量を求めるステップと、求めたそれぞれの遅延補正量に基づいて次回の遅延量測定における基準遅延量を所定量に設定するステップと、前記次回の遅延量測定における測定窓を前記基準遅延量に基づいて設定するステップと、を含む。

本発明のさらに他のアスペクト（側面）に係るプログラムは、アレイアンテナ通信装置を構成するコンピュータに、アレイアンテナのキャリブレーションに関し、アレイアンテナを構成するそれぞれのアンテナに係る送受信系回路におけるキャリブレーション信号の遅延量の測定結果を用いてそれぞれのアンテナに対応する送信側および受信側のそれぞれの遅延補正量を求める処理と、求めたそれぞれの遅延補正量に基づいて次回の遅延量測定における基準遅延量を所定量に設定する処理と、前記次回の遅延量測定における測定窓を前記基準遅延量に基づいて設定する処理と、を実行させる。

本発明によれば、キャリブレーションによる遅延補正に伴って生じる回路規模、計算量、測定時間の増大を抑えることができる。

本発明の第１の実施例に係るアレイアンテナ通信装置の構成を示すブロック図である。 本発明の第１の実施例に係る送信系におけるキャリブレーション信号の経路を示す図である。 本発明の第１の実施例に係る受信系におけるキャリブレーション信号の経路を示す図である。 本発明の第１の実施例に係る補正量設定部の構成を表す図である。

本発明の実施形態に係るアレイアンテナ通信装置は、アレイアンテナと、アレイアンテナを構成するそれぞれのアンテナに係る送受信系回路と、アレイアンテナのキャリブレーションによる遅延補正に関し、それぞれの送受信系回路における遅延補正量を設定する送信側の第１の遅延素子および受信側の第２の遅延素子と、キャリブレーション信号の遅延測定結果を用いてそれぞれのアンテナに対応する送信系回路および受信系回路のそれぞれの遅延補正量を求めて第１および第２の遅延素子に設定し、求めた遅延補正量に基づいて次回の遅延量測定における基準遅延量を所定量に設定する補正量設定部と、を備える。

アンテナとアンテナに対応する送受信系回路との間にキャリブレーション信号を折り返すためのカップラを備え、送受信系回路の一つは、通常の送受信系回路に加え、キャリブレーション信号を、カップラに送信し、カップラから受信するためのスイッチ手段を備え、他の送受信系回路との間でキャリブレーション信号の送受を行うようにしてもよい。

補正量設定部は、次回の遅延量測定における測定窓を基準遅延量に基づいて設定するようにしてもよい。

補正量設定部は、次回の遅延量測定における測定窓の中央に所定量を設定するようにしてもよい。

補正量設定部は、キャリブレーション信号の遅延測定に際し、それぞれの受信系において求めた遅延量を保持する遅延測定値メモリと、前回のキャリブレーションにおける遅延補正に関し、それぞれのアンテナに対応する送信系回路および受信系回路のそれぞれの遅延補正量を保持する遅延補正量レジスタと、遅延測定値メモリに保持されている遅延量および遅延補正量レジスタに保持されている遅延補正量から、今回のキャリブレーションによる遅延補正量を求める遅延補正量最適化回路と、を備えるようにしてもよい。

補正量設定部は、キャリブレーション信号を発生する基準パターン発生器と、それぞれのアンテナに対応するカップラから折り返されたキャリブレーション信号を受信する受信制御回路と、基準パターン発生器の発生するキャリブレーション信号と折り返されたキャリブレーション信号との相関係数を求める相関器と、相関係数のピークを検出するピーク検出器と、をさらに備え、遅延測定値メモリは、それぞれの受信系に対して求めたピークに対応する遅延量を保持するようにしてもよい。

このようなアレイアンテナ通信装置のアレイアンテナのキャリブレーションにおいて、遅延キャリブレーションにおける遅延補正量計算を、送信系回路および受信系回路での遅延量測定結果を同時に使用して最適化し、さらに次回の遅延量測定における遅延量を予め測定窓中央付近に設定しておく。このようにすることで、遅延量設定レジスタ幅や遅延測定窓を小さく設定し、回路規模や測定時間の増大を抑制することができる。また、遅延量測定窓の位置を任意に決められない場合にも、遅延量を調整することにより測定窓中央付近に合わせることができる。

図１は、本発明の第１の実施例に係るアレイアンテナ通信装置の構成を示すブロック図である。図１において、アレイアンテナ通信装置は、送信信号処理部１、受信信号処理部２、送受信回路４１〜４ｎ、アンテナユニット５、アンテナ８１〜８ｎを備え、アンテナ（チャネル）数がｎ個であるアレイアンテナについて示している。

送信信号処理部１、受信信号処理部２は、通常の送受信機能に加えて、キャリブレーション信号（以下、ＣＡＬ信号）のそれぞれ送受信機能を有する。また、受信信号処理部２は、キャリブレーションに係る遅延補正量を決定する補正量設定部３を備える。

送受信回路４１〜４ｎのそれぞれは、各チャネルで送受信される通常送受信信号やＣＡＬ信号に対し、遅延補正を行う遅延素子１０、１０ａ、位相振幅補正を行う複素乗算器９、９ａ、アナログ／デジタル変換を行うＤ／Ａ変換器１１およびＡ／Ｄ変換器１２、送受信制御を行う送受信制御回路１３を備える。

なお、チャネル１（以下、ｃｈ−１）用の送受信回路４１は、ＵＬ（送信系）測定用ＣＡＬ信号をＣＡＬ経路へバイパスするためのＣＡＬ送信スイッチ１４、ＤＬ（受信系）測定用ＣＡＬ信号をＣＡＬ経路から受信するためのＣＡＬ受信スイッチ１５、ＣＡＬ信号送受信方向を切り換えるためのＣＡＬ送受信スイッチ１６をさらに備える。ｃｈ−１用の送受信回路４１は、ＣＡＬ信号の送受信を通常信号の送受信回路と兼用し、送受信キャリブレーションにおいて信号経路を切り換え、キャリブレーション専用端子から後述のキャリブレーション信号分配／合成器６との間でＣＡＬ信号の入出力を行うことができる。

一方、ｃｈ−２以降の送受信回路４ｉ（ｉ＝２〜ｎ）では、通常の送受信を行っている。

アンテナユニット５は、折り返されるＣＡＬ信号の分配合成を行うキャリブレーション信号合成／分配器６、ＣＡＬ信号をアンテナ部で折り返すためのカップラ７１〜７ｎを備える。

送受信回路４ｉ（ｉ＝１〜ｎ）の送受信制御回路１３は、通常信号の無線送受信を行うアンテナ８ｉとカップラ７ｉを経由して接続される。

次に、ＣＡＬ信号の遅延測定のための伝達経路について説明する。ここでは、図示の簡単のためにｃｈ−１、ｃｈ−２の２チャネルのみを図示している。

図２に、送信系（ＤＬ）におけるＣＡＬ信号経路を示す。各チャネルの通常送信経路（デジタル部）に加算器１７で加えられたＣＡＬ信号は、遅延素子１０、複素乗算器９、Ｄ／Ａ変換器１１、送受信制御回路１３を経てそのまま通常経路を通ってアンテナ８ｉ端のカップラ７ｉまで伝送される。ここで、Ｄ／Ａ変換器１１からカップラ７ｉまでの全遅延量をＤｄｉ（ｉ＝１〜ｎ）と表す。

カップラ７ｉで折り返されたＣＡＬ信号は、キャリブレーション信号分配／合成器６で合成され、ｃｈ−１用の送受信回路４１のＣＡＬ送受信スイッチ１６とＣＡＬ受信スイッチ１５によってｃｈ−１の通常受信経路に入力される。その後、Ａ／Ｄ変換器１２、複素乗算器９ａ、遅延素子１０ａ、を経て相関器１８で遅延量が測定される。カップラ７１からキャリブレーション信号分配／合成器６を経てＡ／Ｄ変換器１２までの全遅延量をＤｕｃと表す。この経路は、送信キャリブレーションで用いるｃｈ−１の共通受信経路である。

図３に、受信系（ＵＬ）におけるＣＡＬ信号経路を示す。ｃｈ−１の通常送信経路（デジタル部）に加算器１７で加えられたＣＡＬ信号は、遅延素子１０、複素乗算器９、Ｄ／Ａ変換器１１を経てＣＡＬ送信スイッチ１４とＣＡＬ送受信スイッチ１６によってキャリブレーション信号分配／合成器６に送られ各アンテナへ分配される。分配されたＣＡＬ信号は、カップラ７ｉで各アンテナ８ｉに入力される。Ｄ／Ａ変換器１１からキャリブレーション信号分配／合成器６を経てカップラ７ｉまでの全遅延量をＤｄｃと表す。この経路は、受信キャリブレーションで用いるｃｈ−１の共通送信経路である。

カップラ７ｉで折り返されたＣＡＬ信号は、アンテナ８ｉ端から通常受信経路を通り、送受信制御回路１３、Ａ／Ｄ変換器１２、複素乗算器９ａ、遅延素子１０ａ、を経て相関器１８で遅延量が測定される。ここで、カップラ７ｉからＡ／Ｄ変換器１２までの全遅延量をＤｕｉ（ｉ＝１〜ｎ）と表す。

以上で示したキャリブレーション遅延測定において、遅延素子１０、１０ａに与える送受信のそれぞれの遅延補正量Ｃｄｉ、Ｃｕｉは、ＣＡＬ信号の生成後で加えられており、遅延測定経路遅延に含まれる。また、遅延測定窓（ピーク検出窓、遅延分布測定範囲）は、遅延測定の基準位置からＤｗ遅延した位置に幅ｗ（−ｗ／２〜＋ｗ／２）で設定する。これらの条件を基に遅延測定値と遅延補正量の関係を式１、２に示す。
Ｃｄｉ＋Ｄｄｉ＋Ｃｕ１＋Ｄｕｃ＝Ｄｗ＋Ｐｄｉ ・・・式１
Ｃｄ１＋Ｄｄｃ＋Ｃｕｉ＋Ｄｕｉ＝Ｄｗ＋Ｐｕｉ ・・・式２
ただし、ｉ＝１〜ｎ
Ｃｄｉ、Ｃｕｉ：ＤＬ、ＵＬそれぞれの現在の遅延補正量
Ｄｄｉ、Ｄｕｉ：ＤＬ、ＵＬそれぞれの測定経路（アナログ部）の遅延量
Ｄｄｃ、Ｄｕｃ：ＤＬ、ＵＬそれぞれのＣＡＬ経路の遅延量（ｃｈ−１、アナログ部）
Ｐｄｉ、Ｐｕｉ：ＤＬ、ＵＬそれぞれの遅延分布ピーク検出位置（検出窓内相対位置）
Ｄｗ：ピーク検出窓位置（基準位置からの遅延量）
ピーク検出窓：−ｗ／２≦Ｐ≦＋ｗ／２

式１、２は、キャリブレーション測定用の送受信経路の全遅延量（左辺）と、遅延測定値（ピーク検出位置、右辺）が等しいことを示している。遅延補正では、遅延補正値を調整して、送受信それぞれにおいて全チャネルの遅延量（遅延分布ピーク位置）を一致させる。新しい遅延補正量ＣｄｉＮ、ＣｕｉＮと、一致させたピーク位置（目標ピーク位置）の関係を式３、４に示す。
ＣｄｉＮ＋Ｄｄｉ＋Ｃｕ１Ｎ＋Ｄｕｃ＝Ｄｗ＋Ｐｄ ・・・式３
Ｃｄ１Ｎ＋Ｄｄｃ＋ＣｕｉＮ＋Ｄｕｉ＝Ｄｗ＋Ｐｕ ・・・式４
ただし、
ＣｄｉＮ、ＣｕｉＮ：ＤＬ、ＵＬそれぞれの遅延測定結果から最適化されたＣＡＬ遅延補正量（更新値）
Ｐｄ、Ｐｕ：ＤＬ、ＵＬそれぞれの遅延補正の目標ピーク位置（ピーク検出窓内の所定位置）

式１と式３の差を式５とし、式２と式４の差を式６とし、得られる遅延測定値と遅延補正量の関係を下記に示す。
Ｃｄｉ＋Ｃｕ１−Ｐｄｉ＝ＣｄｉＮ＋Ｃｕ１Ｎ−Ｐｄ ・・・式５
Ｃｄ１＋Ｃｕｉ−Ｐｕｉ＝Ｃｄ１Ｎ＋ＣｕｉＮ−Ｐｕ ・・・式６

なお、このようなアンテナ折り返しによるキャリブレーション方法では、遅延測定においてＤＬの遅延とＵＬの遅延を完全に分離して測定することができない。したがって、ＤＬ、ＵＬそれぞれの遅延量の絶対値を与えることができない。そこで、別の条件を与えることによって各チャネルの遅延補正量を決定し、遅延量を相対的に一致させている。なお、遅延量の絶対値については、必要に応じて別に測定し調整する（本発明とは関係しない）。

遅延分布のピーク位置を測定窓内の所定位置（ここでは中心位置とする）にできるだけ合わせるようにする。つまり次回の遅延測定で、ピーク位置が、測定窓の中央値付近となるように全ての遅延補正量ＣｄｉＮ、ＣｕｉＮを調整する。そのために、まず全チャネルの遅延量を一致させる遅延分布ピーク位置（目標ピーク位置、Ｐｄ、Ｐｕ）を設定する。式５、６において、ｉ＝１とすると、それぞれ式７、８が得られる。
Ｃｄ１＋Ｃｕ１−Ｐｄ１＝Ｃｄ１Ｎ＋Ｃｕ１Ｎ−Ｐｄ ・・・式７
Ｃｄ１＋Ｃｕ１−Ｐｕ１＝Ｃｄ１Ｎ＋Ｃｕ１Ｎ−Ｐｕ ・・・式８

式８と式７の差分から、ｃｈ−１における送受信のピーク検出位置の関係式９が得られる。
Δ＝Ｐｄ１−Ｐｕ１＝Ｐｄ−Ｐｕ ・・・式９

ここで、式１１のように仮定する。
Ｐｄ＝＋Δ／２、Ｐｕ＝−Δ／２ ・・・式１１

ここで、できるだけピーク位置が中央付近になるように目標ピーク位置を式１１で設定する。そのとき、式１２が成り立つ。
Ｐｄ＋Ｐｕ＝０ ・・・式１２

式５〜８を用いることにより、遅延補正量（更新値）ＣｄｉＮ、ＣｕｉＮの前に、ｃｈ−１を基準とする相対遅延補正量Ｆｄｉ、Ｆｕｉを求めることができる。そして、Ｆｄｉ、Ｆｕｉ（ｉ＝１〜ｎ）のチャネルの最大値ｍａｘ［Ｆｄ］、ｍａｘ［Ｆｕ］と、最小値ｍｉｎ［Ｆｄ］、ｍｉｎ［Ｆｕ］を求めておく。

式７と式５の差を式１３とし、下記に示す。
Ｆｄｉ＝ＣｄｉＮ−Ｃｄ１Ｎ＝Ｐｄｉ−Ｐｄ１＋Ｃｄｉ−Ｃｄ１、ｍｉｎ［Ｆｄ］≦Ｆｄｉ≦ｍａｘ［Ｆｄ］ ・・・式１３

式８と式６の差を式１４とし、下記に示す。
Ｆｕｉ＝ＣｕｉＮ−Ｃｕ１Ｎ＝Ｐｕｉ−Ｐｕ１＋Ｃｕｉ−Ｃｕ１、ｍｉｎ［Ｆｕ］≦Ｆｕｉ≦ｍａｘ［Ｆｕ］ ・・・式１４

また、式７、式８、式１２より、Ｃｄ１Ｎ＋Ｃｕ１Ｎも、式１５によって一意に求めることができる。
Ｚ＝（Ｃｄ１Ｎ＋Ｃｕ１Ｎ）＝（Ｃｄ１＋Ｃｕ１）−（Ｐｄ１＋Ｐｕ１）／２ ・・・式１５

遅延補正量（更新値）ＣｄｉＮ、ＣｕｉＮは、送受信経路の遅延量を調整するパラメータであり、ハード上の制約として設定可能範囲が存在する。それぞれの設定域を式１６とする。
０≦ＣｄｉＮ≦Ｍｄ、０≦ＣｕｉＮ≦Ｍｕ ・・・式１６

式１３、１４を代入することにより、ｃｈ−１の遅延補正量Ｃｄ１Ｎ、Ｃｕ１Ｎに関する不等式１７、１８が得られる。
０≦ｍｉｎ［Ｆｄ］＋Ｃｄ１Ｎ、ｍａｘ［Ｆｄ］＋Ｃｄ１Ｎ≦Ｍｄ ・・・式１７
０≦ｍｉｎ［Ｆｕ］＋Ｃｕ１Ｎ、ｍａｘ［Ｆｕ］＋Ｃｕ１Ｎ≦Ｍｕ ・・・式１８

これらの不等式１７、１８が成立することが、遅延補正量ＣｄｉＮ、ＣｕｉＮが設定域に存在する条件である。式１５のＺを用いて、不等式１７、１８からそれぞれＣｄ１Ｎの満たすべき条件式１９、２０に変換する。
−ｍｉｎ［Ｆｄ］≦Ｃｄ１Ｎ≦Ｍｄ−ｍａｘ［Ｆｄ］ ・・・式１９
−ｍｉｎ［Ｆｕ］≦Ｃｕ１Ｎ≦Ｍｕ−ｍａｘ［Ｆｕ］
∴ｍａｘ［Ｆｕ］−Ｍｕ＋Ｚ≦Ｃｄ１Ｎ≦ｍｉｎ［Ｆｕ］＋Ｚ ・・・式２０

式１９、２０より、式２１が導かれ、Ｃｄ１Ｎの設定すべき領域が求まる。
ｍａｘ［−ｍｉｎ［Ｆｄ］、ｍａｘ［Ｆｕ］−Ｍｕ＋Ｚ］≦Ｃｄ１Ｎ≦ｍｉｎ［Ｍｄ−ｍａｘ［Ｆｄ］、ｍｉｎ［Ｆｄ］＋Ｚ］ ・・・式２１

式２１の領域内でＣｄ１Ｎを設定することで、式１３、１４、１５を用いて全ての遅延補正量ＣｄｉＮ、ＣｕｉＮを求めることができる。すなわち、アレイアンテナのキャリブレーションにおいて、遅延補正量をＤＬ、ＵＬ同時に最適化する。

次に、遅延補正値の最適化のための具体的構成について説明する。図４は、本発明の第１の実施例に係る補正量設定部の構成を表す図である。補正量設定部３は、基準パターン発生器２１、受信制御回路２０、相関器１８、ピーク検出回路２２、遅延測定値メモリ２３、遅延補正量最適化回路２４、遅延補正量レジスタ３２を備える。

基準パターン発生器２１は、ＣＡＬ信号（基準パターンとなるＣＡＬ符号）を生成し、相関器１８に供給する。受信制御回路２０は、ＤＬ、ＵＬそれぞれの受信ＣＡＬ信号を選択して相関器１８へ分配する。相関器１８は、受信ＣＡＬ信号とＣＡＬ符号との相関計算を行う。すなわち、タイミングをずらしながら相関値（遅延分布）を計算する。ピーク検出回路２２は、相関値（作成した遅延分布）から各アンテナに対応するピーク位置（遅延量Ｐｄｉ、Ｐｕｉ）を求める。遅延測定値メモリ２３は、求めた全ての遅延測定値Ｐｄｉ、Ｐｕｉを保持する。遅延補正量最適化回路２４は、遅延測定値Ｐｄｉ、Ｐｕｉと現在の遅延補正量Ｃｄｉ、Ｃｕｉとを用いて各チャネルのＤＬおよびＵＬの遅延補正量更新値ＣｄｉＮ、ＣｕｉＮを求める。遅延補正量レジスタ３２は、これら遅延補正量更新値ＣｄｉＮ、ＣｕｉＮを保持すると共に、ＤＬおよびＵＬの遅延補正量としてそれぞれ遅延素子１０、１０ａに設定する。遅延補正量更新値ＣｄｉＮ、ＣｕｉＮは、次回の遅延補正測定における基準遅延量として用いられる。

遅延補正量最適化回路２４は、相対遅延補正量計算回路２５、目標ピーク位置設定回路２６、最大最小値計算回路２７、遅延補正量設定領域計算回路２９、遅延補正量設定回路３０、遅延補正量計算回路３１を備え、遅延キャリブレーションにおけるＤＬ／ＵＬ遅延補正量と目標ピーク位置を同時に最適化する。なお、遅延補正量最適化回路２４は、コンピュータ（マイクロプロセッサ）を内蔵し、このコンピュータにプログラムを実行させることで、各部の機能を実現するようにしてもよい。

相対遅延補正量計算回路２５は、遅延量測定結果であるＰｄｉ、Ｐｕｉや現在の遅延補正量Ｃｄｉ、Ｃｕｉを用い、式１３、１４に基づいて、ｃｈ−１に対する相対遅延補正量Ｆｄｉ、Ｆｕｉを求める。目標ピーク位置設定回路２６は、遅延補正量設定領域計算回路２９において設定領域が存在しない場合に、式９、式１１で示されたＰｄ、Ｐｕの値をシフトさせる。最大最小値計算回路２７は、ＤＬ、ＵＬそれぞれについて最大値ｍａｘ［Ｆｄ］、ｍａｘ［Ｆｕ］、最小値ｍｉｎ［Ｆｄ］、ｍｉｎ［Ｆｕ］を求める。遅延補正量設定領域計算回路２９は、遅延測定値や現在の遅延補正量を基にして式２１にしたがって、ｃｈ−１のＤＬの遅延補正量Ｃｄ１Ｎの設定領域を求める。遅延補正量設定回路３０は、設定された条件を基に遅延補正量設定領域計算回路２９で求められた領域内で、遅延補正量Ｃｄ１Ｎを求める。遅延補正量計算回路３１は、設定されたＣｄ１Ｎを基に相対遅延補正量などを用いて全遅延補正量（更新値）ＣｄｉＮ、ＣｕｉＮを求める。

次に、遅延補正量設定回路３０において、式２１からＣｄ１Ｎを決定する方法について具体例を示す。

（１）遅延補正量Ｃｄ１Ｎとして、遅延補正量設定領域計算回路２９（式２１）で求めた領域内の最大値、最小値、中心値のいずれかを設定する。

（２）現在の遅延補正量Ｃｄ１が、遅延補正量設定領域計算回路２９（式２１）で求めた領域内にある場合は、Ｃｄ１Ｎ＝Ｃｄ１とする。また、遅延補正量Ｃｄ１が領域内にない場合は、領域内の最も近い値をＣｄ１Ｎとして設定する。初期値については、例えば（１）に基づいて決定する。以上により、遅延キャリブレーションに伴う遅延補正量の変化をできるだけ抑えることができる。なお、遅延補正量の初期値の与え方については、（１）に示した方法に限定されない。一般的には、式２１に示された領域内であれば任意に設定可能である。

（３）式２１の領域が存在しない場合には、目標ピーク位置設定回路２６によって、式１１、１２に示したＰｄ、Ｐｕを測定窓内でシフトさせることにより、式１５を式２２に修正し、Ｚの値をシフトすることで式２１の領域を確保する。レジスタ設定範囲自身を広げることなく遅延補正量を設定することが可能となる。
Ｚ＝（Ｃｄ１Ｎ＋Ｃｕ１Ｎ）＝（Ｃｄ１＋Ｃｕ１）−（Ｐｄ１＋Ｐｕ１）／２＋（Ｐｄ＋Ｐｕ） ・・・式２２

なお、式１１に示された、Ｐｄ、Ｐｕ値は、ひとつの仮定であり、一般的には任意に設定できる。式１１を変更した場合は、式１２を考慮してＺの値として式２２を用いる。これにより、遅延補正量を直接変更することなく遅延補正量設定領域を広げることが可能であり、ハードウエア的な遅延補正量設定幅（レジスタ幅）を縮小することができる。

以上の説明において基地局を想定して便宜上、送信をＤＬ（ダウンリンク）、受信をＵＬ（アップリンク）としたが、基地局には限定されず移動局などの通信装置にも適用可能である。

以上説明した遅延キャリブレーションによれば、ＤＬ、ＵＬの全チャネルの遅延測定結果を用いて全ての遅延補正量ＣｄｉＮ、ＣｕｉＮを同時に最適化し、また次回のピーク測定位置を測定窓の中央付近に設定する。これにより、測定窓幅を縮小し、回路規模と測定時間、計算量を削減することができる。さらに、遅延補正量を直接変化させずに、次回のピーク測定位置をシフトさせることで遅延補正量の設定可能領域を拡大することができる。したがって、遅延補正量設定幅（レジスタ設定幅）を縮小することができ、回路規模を削減することができる。

なお、前述の特許文献等の各開示を、本書に引用をもって繰り込むものとする。本発明の全開示（請求の範囲を含む）の枠内において、さらにその基本的技術思想に基づいて、実施形態ないし実施例の変更・調整が可能である。また、本発明の請求の範囲の枠内において種々の開示要素の多様な組み合わせないし選択が可能である。すなわち、本発明は、請求の範囲を含む全開示、技術的思想にしたがって当業者であればなし得るであろう各種変形、修正を含むことは勿論である。

１ 送信信号処理部
２ 受信信号処理部
３ 補正量設定部
４１〜４ｎ 送受信回路
５ アンテナユニット
６ キャリブレーション信号分配／合成器
７１〜７ｎ カップラ
８１〜８ｎ アンテナ
９、９ａ 複素乗算器
１０、１０ａ 遅延素子
１１ Ｄ／Ａ変換器
１２ Ａ／Ｄ変換器
１３ 送受信制御回路
１４ キャリブレーション送信スイッチ （ＣＡＬ送信スイッチ）
１５ キャリブレーション受信スイッチ （ＣＡＬ受信スイッチ）
１６ キャリブレーション送受信スイッチ （ＣＡＬ送受信スイッチ）
１７ 加算器
１８ 相関器
２０ 受信制御回路
２１ 基準パターン発生器
２２ ピーク検出器
２３ 遅延測定値メモリ
２４ 遅延補正量最適化回路
２５ 相対遅延補正量計算回路
２６ 目標ピーク位置設定回路
２７ 最大最小値計算回路
２９ 遅延補正量設定領域計算回路
３０ 遅延補正量設定回路
３１ 遅延補正量計算回路
３２ 遅延補正量レジスタ

Claims (10)

1. アレイアンテナと、
   前記アレイアンテナを構成するそれぞれのアンテナに係る送受信系回路と、
   前記アレイアンテナのキャリブレーションによる遅延補正に関し、それぞれの前記送受信系回路における遅延補正量を設定する送信側の第１の遅延素子および受信側の第２の遅延素子と、
   キャリブレーション信号の遅延測定結果を用いてそれぞれの前記アンテナに対応する送信系回路および受信系回路のそれぞれの遅延補正量を求めて前記第１および第２の遅延素子に設定し、求めた前記遅延補正量に基づいて次回の遅延量測定における基準遅延量を所定量に設定する補正量設定部と、
   を備え、
   前記補正量設定部は、前記次回の遅延量測定における測定窓を前記基準遅延量に基づいて設定することを特徴とするアレイアンテナ通信装置。
2. 前記アンテナと前記アンテナに対応する送受信系回路との間に前記キャリブレーション信号を折り返すためのカップラを備え、
   前記送受信系回路の一つは、通常の送受信系回路に加え、前記キャリブレーション信号を、前記カップラに送信し、前記カップラから受信するためのスイッチ手段を備え、他の前記送受信系回路との間で前記キャリブレーション信号の送受を行うことを特徴とする請求項１記載のアレイアンテナ通信装置。
3. 前記補正量設定部は、前記次回の遅延量測定における測定窓の中央に前記所定量を設定することを特徴とする請求項１又は２記載のアレイアンテナ通信装置。
4. 前記補正量設定部は、
   前記キャリブレーション信号の遅延測定に際し、それぞれの受信系において求めた遅延量を保持する遅延測定値メモリと、
   前回のキャリブレーションにおける遅延補正に関し、それぞれの前記アンテナに対応する送信系回路および受信系回路のそれぞれの遅延補正量を保持する遅延補正量レジスタと、
   前記遅延測定値メモリに保持されている遅延量および前記遅延補正量レジスタに保持されている遅延補正量から、今回のキャリブレーションによる遅延補正量を求める遅延補正量最適化回路と、
   を備えることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一に記載のアレイアンテナ通信装置。
5. 前記補正量設定部は、
   前記キャリブレーション信号を発生する基準パターン発生器と、
   それぞれの前記アンテナに対応するカップラから折り返された前記キャリブレーション信号を受信する受信制御回路と、
   前記基準パターン発生器の発生するキャリブレーション信号と前記折り返されたキャリブレーション信号との相関係数を求める相関器と、
   前記相関係数のピークを検出するピーク検出器と、
   をさらに備え、
   前記遅延測定値メモリは、それぞれの前記受信系に対して求めた前記ピークに対応する遅延量を保持することを特徴とする請求項４記載のアレイアンテナ通信装置。
6. アレイアンテナのキャリブレーションに関し、前記アレイアンテナを構成するそれぞれのアンテナに係る送受信系回路におけるキャリブレーション信号の遅延量を測定するステップと、
   前記遅延量の測定結果を用いてそれぞれの前記アンテナに対応する送信側および受信側のそれぞれの遅延補正量を求めるステップと、
   求めたそれぞれの前記遅延補正量に基づいて次回の遅延量測定における基準遅延量を所定量に設定するステップと、
   前記次回の遅延量測定における測定窓を前記基準遅延量に基づいて設定するステップと、
   を含むことを特徴とするアレイアンテナ通信装置の制御方法。
7. 前記所定量は、前記次回の遅延量測定における測定窓の中央であることを特徴とする請求項６記載のアレイアンテナ通信装置の制御方法。
8. 前記送受信系回路の一つが、他の前記送受信系回路との間で前記キャリブレーション信号の送受を可能とすることを特徴とする請求項６又は７記載のアレイアンテナ通信装置の制御方法。
9. アレイアンテナ通信装置を構成するコンピュータに、
   アレイアンテナのキャリブレーションに関し、前記アレイアンテナを構成するそれぞれのアンテナに係る送受信系回路におけるキャリブレーション信号の遅延量の測定結果を用いてそれぞれの前記アンテナに対応する送信側および受信側のそれぞれの遅延補正量を求める処理と、
   求めたそれぞれの前記遅延補正量に基づいて次回の遅延量測定における基準遅延量を所定量に設定する処理と、
   前記次回の遅延量測定における測定窓を前記基準遅延量に基づいて設定する処理と、
   を実行させるプログラム。
10. 前記所定量は、前記次回の遅延量測定における測定窓の中央である請求項９に記載のプログラム。

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