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WO2000036701A1 - Adaptive array apparatus for correcting phase for forming directional pattern and correction method - Google Patents

Adaptive array apparatus for correcting phase for forming directional pattern and correction method Download PDF

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WO2000036701A1
WO2000036701A1 PCT/JP1998/005652 JP9805652W WO0036701A1 WO 2000036701 A1 WO2000036701 A1 WO 2000036701A1 JP 9805652 W JP9805652 W JP 9805652W WO 0036701 A1 WO0036701 A1 WO 0036701A1
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WO
WIPO (PCT)
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unit
phase
correction value
amount
phase variation
Prior art date
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Ceased
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PCT/JP1998/005652
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English (en)
French (fr)
Inventor
Toshinori Iinuma
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sanyo Electric Co Ltd
Original Assignee
Sanyo Electric Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
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Application filed by Sanyo Electric Co Ltd filed Critical Sanyo Electric Co Ltd
Priority to CNB988143976A priority patent/CN1181597C/zh
Priority to US09/856,499 priority patent/US7110794B1/en
Priority to AU15075/99A priority patent/AU781463B2/en
Priority to DE69833685T priority patent/DE69833685T2/de
Priority to EP98959206A priority patent/EP1143559B1/en
Priority to HK02102250.9A priority patent/HK1040834B/en
Priority to PCT/JP1998/005652 priority patent/WO2000036701A1/ja
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    • H04B7/0617—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas at the transmitting station using simultaneous transmission of weighted versions of same signal for beam forming
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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
    • H04B7/0837—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas at the receiving station using pre-detection combining
    • H04B7/084—Equal gain combining, only phase adjustments

Definitions

  • the present invention relates to an adaptive array device for correcting a phase amount for forming a directional pattern and a correction method.
  • the present invention relates to an adaptive array device that adaptively creates a directional pattern using a plurality of antennas and a method of correcting a phase amount for forming a directional pattern.
  • digital communication equipment has transmitted information by modulating a carrier with a digital information signal (baseband signal) to improve transmission efficiency.
  • baseband signal digital information signal
  • the adaptive array method is a method in which a directivity pattern is adaptively created by a plurality of antennas so that radio waves reach only specific users. For example, in the case of an adaptive array device having four transmission / reception systems consisting of a transmission circuit, a reception circuit, and an antenna, the gain and phase of each transmission circuit during transmission, and the gain and phase of each reception circuit during reception. By adjusting each of these, it is possible to form each directivity pattern at the time of speech and at the time of reception.
  • the details of the adaptive array method are described in “Special Issue on Adaptive Signal Processing in the Spatial Domain and Its Application Technology” (Transactions of the Institute of Electronics and Communication Engineers V0L. J75-B- ⁇ NO. 11 OVEMBER 1992). Therefore, detailed description is omitted here.
  • both sides form a directivity pattern for the communication partner.
  • the mobile device when applied to mobile communications, it is not practical for the mobile device to control the directivity pattern because the mobile device has physical limitations such as the size and the number of antennas. So at the base station It has been considered to form directivity patterns at both reception and transmission. That is, the base station forms the same directional pattern at the time of transmission as the directional pattern optimally formed at the time of reception, and transmits radio waves.
  • the directivity pattern is formed by adjusting the gain and the phase for each antenna.
  • the transmission characteristics of the transmission circuit and the reception circuit are different is that the circuit configuration is different, and that even if the circuit configuration is the same, there is inherent variation in circuit elements. In other words, since the characteristics of the circuit elements (parts) that actually constitute the circuit vary, the characteristics of the wireless system, which is an aggregate of those circuit elements, also vary. Disclosure of the invention
  • the present invention has been made in view of the above circumstances, and has as its object to provide an adaptive array device that can easily match a directivity pattern at the time of reception with a directivity pattern at the time of transmission.
  • an adaptive array device is an adaptive array device including a plurality of wireless units each having a transmitting unit, a receiving unit, and an antenna, wherein a receiving unit is provided for each wireless unit.
  • Storage means for storing a correction value corresponding to the phase propagation characteristic of the transmitter and the transmission section; and a correction value stored in the storage means for each radio section to a phase amount for forming a directional pattern added to an output signal. Since a correction means for correcting the phase amount by addition is provided, the phase propagation between the transmitting unit and the receiving unit due to the variation in the characteristics of the circuit elements (parts) constituting the transmitting unit and the receiving unit is provided.
  • the storage means stores a correction value according to the characteristic, and the correction means adds the correction value to the phase amount for forming the directivity pattern of the transmitting unit, thereby obtaining the directivity pattern at the time of reception and the directivity pattern at the time of transmission. And easily matched There is an effect that it is Rukoto.
  • the adaptive array apparatus further includes a generation unit configured to generate the correction value for each wireless unit according to a phase variation characteristic between a reception unit and a transmission unit in each wireless unit, and the storage unit includes: The correction value generated by the generation unit is stored for each wireless unit.
  • the generation unit includes: a generation unit that generates a test signal; a first detection unit that detects a first phase variation amount when the test signal passes through each transmission unit; A second detection unit that detects a second phase variation when the signal passes through the speech unit and the reception unit in sequence, and a phase variation between the transmission unit and the reception unit based on the first and second phase variations for each radio unit.
  • a calculation unit that calculates the amount difference as a correction value.
  • the correction value can be generated by a simple configuration including the generation unit, the first detection unit, and the second detection unit.
  • the calculation unit calculates the correction value by subtracting the second phase variation amount and the twice the first phase variation amount.
  • the generation means generates the correction value every predetermined period.
  • the generation unit since the generation unit is configured to generate the correction value every predetermined period, in addition to the above-described effects, the characteristic of each wireless unit of the adaptive array apparatus has undergone a temporal change. Even in such a case, the generation unit can generate a correction value according to the wireless unit that has undergone aging.
  • a method of correcting a phase amount for forming a directional pattern applied to an adaptive array device including a plurality of wireless units having a transmitting unit, a receiving unit, and an antenna includes a receiving unit and a transmitting unit in each wireless unit.
  • a correction step for correcting the phase amount by the above method so that the same effect as described above can be obtained.
  • FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of an adaptive array device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a block diagram showing a main part of the control unit 50 and a more detailed configuration of the modulators 11, 21, 31, and 41.
  • FIG. 3 is an explanatory diagram of a correction value generation process.
  • FIG. 4 is an explanatory diagram of the operation during transmission and reception.
  • FIG. 5 shows a more detailed flowchart of the correction value generation processing of the correction value generation unit 55.
  • FIG. 6 is a block diagram showing another configuration example of the main part of the control unit 50 and each modulator.
  • FIG. 7 is a block diagram showing a configuration of an adaptive array device according to another embodiment of the present invention. The best form for carrying out KIKI
  • FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of an adaptive array device according to an embodiment of the present invention.
  • This adaptive array device includes a radio unit 10, 20, 30, 40, 40, an antenna 17, 27, 37, 47, and a control unit 50. It is installed as a base station for communication.
  • the radio unit 10 includes a modulator 11, a speech circuit 12, a switch 13, and a phase detector 14.
  • the modulator 11 modulates the baseband signal (symbol data) input from the control section 50 to an intermediate frequency signal (hereinafter abbreviated as an IF signal).
  • an IF signal is generated using a value obtained by adding the phase data and the correction value given from the control unit 50 in the modulation process.
  • the phase data is a phase amount for generating the same directional pattern at the time of transmission as the directional pattern at the time of reception
  • the correction value is a value of the transmission output due to a characteristic difference between the transmission circuit 12 and the reception circuit 15. This is the phase amount for correcting the phase fluctuation.
  • digital modulation schemes in the modulator 11 include GMSK (Gaussian-filtered Minimum Shift Keying) and ⁇ 4 shift QPSK (Quadrature Phase Shift Keying).
  • the word circuit 12 converts the IF signal from the modulator 11 into a high-frequency signal (hereinafter abbreviated as an RF signal) and amplifies it to a transmission output level.
  • the switch 13 is connected between the transmission circuit 12 and the phase detection unit 14 during transmission (hereinafter referred to as transmission connection), and connected between the phase detection unit 14 and the reception circuit 15 during reception (hereinafter, reception connection). ),
  • the transmission circuit 12 and the reception circuit 15 Switch connection (hereinafter referred to as loopback connection).
  • the phase detection unit 14 When an IF signal having a specific phase directly input from the modulator 11 (hereinafter referred to as a test signal) is output, the phase detection unit 14 outputs a test signal directly input from the modulator 11, Detects the phase difference from the test signal input via transmission circuit 12. That is, the phase fluctuation amount is detected as the propagation characteristic of the word circuit 12. Further, the phase detector 14 passes the RF signal as it is between the switch 13 and the antenna 17 during transmission and reception.
  • the phase detector 14 When detecting the phase difference, the phase detector 14 converts the test signal input via the transmission circuit 12 into an IF signal by a frequency divider (not shown), and converts the converted test signal.
  • the phase difference is detected by comparing the signal with a test signal directly input from the modulator 11.
  • the phase fluctuation characteristics of the frequency dividing circuit are so small that the known force and phase fluctuation amount do not affect the formation of the directivity pattern.
  • the receiving circuit 15 converts the received signal into an IF signal.
  • the demodulator 16 demodulates the IF signal from the receiving circuit 15 into a spanned signal (symbol data).
  • the radio units 20, 30, and 40 have the same configuration as the radio unit 10, and a description thereof will be omitted.
  • the control unit 50 controls the gain and phase of each radio unit in order to realize an adaptive array together with the transmission / reception control of the radio units 10 to 40.
  • a correction value for correcting a phase variation of the transmission output due to a characteristic difference from the circuit 15 is output for each radio unit. Further, the control unit 50 generates a correction value for each wireless unit prior to transmission.
  • FIG. 2 is a block diagram showing a main part of the control unit 50 and a more detailed configuration of the modulators 11, 21, 31, and 41.
  • a modulator 11 has an adder 11a, a waveform data generator 11b, and a multiplier 11c.
  • the adder 11a adds the phase data ⁇ 1 input from the control unit 50 and the correction value ⁇ 1c.
  • the waveform data generator 11b generates sine wave data having the phase indicated by the result of the addition of the adder 11a.
  • the multiplier 11 c multiplies the sine wave data from the waveform data generator 11 b by the transmission data TX 1 from the controller 50. To generate an IF signal.
  • the main part of the control unit 50 in FIG. 2 includes a baseband signal generation unit 51, a selector 52, a phase data holding unit 53, a correction value holding unit 54, and a correction value generation unit 55. It is composed.
  • the control unit 50 in FIG. 3 functionally divides each component, it may be configured by a DSP (Digital Signal Processor).
  • DSP Digital Signal Processor
  • the baseband signal generator 51 generates a baseband signal (symbol data) for each component by converting serially input transmission data into an I (in-phase) component and a Q (quadrature) component.
  • the selector 52 outputs transmission data TX1 to TX4 obtained by multiplexing the I component and the Q component of the baseband signal.
  • the phase data holding unit 53 holds the phase data ⁇ 1 to ⁇ 4 as a phase amount for generating the same directivity pattern at the time of transmission as at the time of reception.
  • the phase data is described in “Special Issue on Adaptive Signal Processing in the Spatial Domain and its Application Technology” (Transactions of the Institute of Electronics, Information and Communication Engineers, VOL. J75- ⁇ - NO. 11 OVEMBER). I do.
  • the correction value holding unit 54 holds correction values ⁇ 1 c to (i) 4 c as a phase amount for correcting a phase variation of the transmission output due to a characteristic difference between the transmission circuit 12 and the reception circuit 15. .
  • the correction value generation unit 5 ⁇ generates a correction value ⁇ 1 c: to ⁇ 4c, and performs a correction value generation process to be stored in the correction value storage unit 54.
  • the correction value generation unit 55 performs this correction value generation processing at predetermined intervals.
  • the predetermined period is desirably several days to several tens of days, the degree to which the phase fluctuation characteristics of the reception circuit 15 and the transmission circuit 12 change with time, and the phase fluctuation between the reception circuit 15 and the word circuit 12. It is determined according to the allowable range of the amount difference.
  • the phase variation difference between the receiving circuit 15 and the transmitting circuit 12 that fluctuates depending on the degree of change over time during a predetermined period. It is determined that the correction value is updated before exceeding the allowable range of 10% to + 10%. As described above, the correction value generation unit 5 ⁇ updates the correction value corresponding to the change with time.
  • FIG. 5 shows a more detailed flowchart of the correction value generation processing of the correction value generation unit 55. This correction value generation processing will be described with reference to the explanatory diagram of FIG.
  • the correction value generation unit 55 sets the switch 13 to the loop connection to the wireless unit 10 (step 51) and sets the known specific phase amount (step 52).
  • the test data is output (step 53). This test data is output, for example, by setting all of the phase data ⁇ ) 1, the correction value 0lc, and the transmission data TX1 to "0".
  • the output test data flows through the path (A) in FIG. 3 and reaches the RX1 terminal of the control unit 50.
  • the test data undergoes phase fluctuations due to the path (A), particularly phase fluctuations due to the analog circuit portion, that is, the transmission circuit 12 and the reception circuit 15.
  • the correction value generation unit 55 compares the phase of the test data received at the RX1 terminal at this time with the phase of the original test data to determine the amount of phase variation ( ⁇ t1 + ⁇ ⁇ r 1) is detected (step 54).
  • the correction value generation unit 55 sets the switch 13 to the transmission connection (Step 55), and outputs the above test data again (Step 56).
  • This test data flows through the path (B) and the path (C) in FIG.
  • the route (C) is different from the route (B) in that the route (C) is subject to the phase fluctuation by the transmission circuit 12.
  • the phase detector 14 compares the phase of the test data from the path (B) with the phase of the test data from the path (C) to detect the amount of phase variation ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ by the transmission circuit 12. I do.
  • the correction value generation unit 55 receives the detection result via the I ⁇ 1 terminal (step 57).
  • the correction value generation unit 55 calculates the phase of the receiving system in the radio unit from the two detection values thus obtained, that is, (A ⁇ f) t1 + ⁇ r1) and ( ⁇ t1).
  • the difference ( ⁇ r1 ⁇ t1) between the variation and the phase variation of the transmission system is calculated as the correction value 1c, and is stored in the correction value storage unit 54 (step 58).
  • the correction value generation section 55 similarly corrects the radio sections 20, 30, and 40 by correcting 2 c ⁇ 3 c 4 c (mm ⁇ ⁇ 2 ⁇ ⁇ ⁇ 2, ⁇ ⁇ ⁇ 3 ⁇ t3, ⁇ r4- ⁇ t4) are calculated and stored in the correction value storage unit 54 (steps 59, 51).
  • correction value for each wireless unit is generated and stored in the correction value storage unit 54
  • the operation of the adaptive array device according to the embodiment of the present invention configured as described above will be described.
  • the adaptive array apparatus performs correction value generation processing prior to normal transmission / reception: It is desirable that the correction value generation processing be performed periodically as described above.
  • this correction value generation processing the correction values ⁇ 1 c, ⁇ 2 c, 3 c, and ⁇ 4 c corresponding to each radio section are obtained according to the explanatory diagram of FIG. 3 and the flowchart of FIG. It is obtained and stored in the correction value storage unit 54.
  • the held correction value is used as follows in normal transmission and reception.
  • This adaptive array device performs genon adjustment and phase adjustment for each radio unit in order to generate a directional pattern.
  • the gain adjustment is the same as in the conventional case, and a description thereof will be omitted.
  • this adaptive array device provides phase data ⁇ 1 to ⁇ 4 to each radio unit for forming a directional pattern and simultaneously adds a correction value ⁇ 1 c to (i> 4 C). Send.
  • FIG. 4 is a diagram for explaining the operation of the radio unit 10 when transmitting and receiving. Now, assume that the phase variation ⁇ r1 of the receiving circuit 15 is 0.5 degrees and the phase variation t1 of the transmitting circuit 12 is 0.3 degrees. Also, to simplify the explanation, set the phase data ⁇ 1 to 0 degrees c
  • the phase variation of 0.2) is given.
  • the phase fluctuation at the time of reception and the phase fluctuation at the time of transmission that occur inside the radio unit are both 0.5 degrees. That is, the characteristics of the transmission system and the reception system are obtained by adding the correction value. Can be considered identical-
  • the operations at the time of transmission / reception of the radio units 20, 30 and 40 are the same as those of the radio unit 10, and a description thereof will be omitted.
  • FIG. 6 is a block diagram showing another example of the configuration of the main part of the control unit 50 and each modulator.
  • This diagram differs from FIG. 2 in that a modulator 100 is provided instead of the modulators 11, 21, 31, 31 and 41 shown in FIG. That is, the four wireless units 10, 20, 30, and 40 share the waveform data generator 101 in the modulator 100, and a multiplexer 1 is provided before and after the waveform data generator 101 for sharing. 02 and demultiplexer 103 are provided.
  • the waveform data generator 101 operates at four times the speed of the waveform data generators 11b, 21b, 31b, and 4lb in FIG. Therefore, the multiplexer 102 multiplexes the addition results from the four adders 11a, 21a, 31a, and 41a in a time-division manner and adds the results to the waveform data generation unit 101. Output the result.
  • the demultiplexer 103 distributes each waveform generated by the waveform data generator 101 to four multipliers 1lc, 21c, 31c, and 41c.
  • the circuit scale can be reduced by quadrupling the internal speed of the modulator 100.
  • FIG. 7 is a block diagram showing a configuration of an adaptive array device according to another embodiment of the present invention. This figure differs from Fig. 1 only in that radio units 110, 120, 130, and 140 are provided instead of radio units 10, 20, 30, and 40. I do.
  • the radio unit 110 differs from the radio unit 10 only in that a phase detection unit 14 is arranged between the transmission circuit 12 and the switch 13. It is exactly the same as 0.
  • the position of the phase detector 14 may be between the switch 13 and the receiving circuit 15:
  • the phase detector 14 may be arranged at a position where it can be easily mounted.
  • the correction value generation processing in the above embodiment is periodically performed as described above. It is desirable that the frequency be determined depending on whether or not the circuit element easily changes with time. If a circuit element with little change over time is used, the correction value of each wireless unit may be written in the correction value holding unit 54 at the time of factory shipment. In this case, the correction value generation unit 55 and the phase detection unit 14 in FIG. 2 can be deleted. Industrial applicability
  • the adaptive array device of the present invention corrects the amount of phase at the time of transmission according to the difference in the amount of phase fluctuation between the transmitting unit and the receiving unit.
  • a directional pattern that matches the directional pattern can be generated at the time of transmission, especially when the transmission and reception units are configured using inexpensive circuit elements, and movement that may affect the characteristic difference is a problem. Useful for body communication base stations.

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  • Variable-Direction Aerials And Aerial Arrays (AREA)
  • Cable Transmission Systems, Equalization Of Radio And Reduction Of Echo (AREA)

Description

明 細 書
指向性パタ―ン形成用の位相量を補正するァダプテイブアレイ装置及び補正方法 技術分野
本発明は、 複数のアンテナにより適応的に指向性パターンを作るァダプティブ ァレイ装置および指向性パタ一ン形成用の位相量の補正方法に関する。 背景技術
近年、 ディジタル方式の通信機器においては、 伝送の効率化のためディジタル 情報信号 （ベースバンド信号） で搬送波を変調することにより、 情報の伝送が行 われている。
ディジタル通信では、 伝送速度向上や同一周波数に複数の利用者を収容する多 チャンネル化により、 周波数資源の有効利用が図られている。 その反面、 伝送速 度の高速化に伴ってフェージングによる通信品質の劣化が問題となり、 種々の対 策技術が開発されている。
フェージング対策の 1つとしてァダプティブアレイ方式が提案されている。 ァ ダプティプアレイ方式とは、 複数のアンテナにより適応的に指向性パターンを作 り、 特定の利用者だけに電波が届くようにする方式である。 例えば、 送信回路と 受信回路とアンテナとからなる送受信系統を 4系統備えたァダプティプアレイ装 置の場合、 送信時には各送信回路のゲイン及び位相を、 受信時には各受信回路の ゲイン及 立相を、 それぞれ調整することによって、 言時、 受信時のそれぞれ の指向性パターンを形成することができる。 ァダプティプアレイ方式の詳細につ いては 「空間領域における適応信号処理とその応用技術論文特集」 （電子通信学 会論文誌 V0L. J75-B - Π NO. 11 OVEMBER 1992) に記載されているので、 ここで は詳細な説明を省略する。
ァダプティブアレイ方式を用いて双方向の通信を行うためには、 双方で通信相 手に対する指向性パターンを形成することが望ましい。 ところが移動通信に適用 する場合には、 移動機は大きさ、 アンテナ数など物理的な制約があるので、 移動 機が指向性パターンを制御することは実際的ではない。 そこで、 基地局において 受信時と送信時との両方の指向性パターンを形成することが考えられている。 す なわち、 基地局では、 受信時に最適に形成された指向性パターンと同じ指向性パ ターンを送信時に形成して電波を送出する。 しかしながら上記従来技術によれば、 基地局における受信時の指向性パターン と 言時の指向性パターンとを一致させることが困難であるという問題があった 。 より詳しくレ、うと、 指向性パターンはアンテナ毎にゲインと位相とを調整する ことにより形成されるが、 受信時と同じ位相を送信時に与えても送信回路と受信 回路の伝播特' 14 (特に位相変動特性） が異なるため、 送受信ともに同じ指向性パ ターンを形成することができなかった。 送信回路と受信回路の伝播特4が異なる のは、 回路構成が異なっているからであり、 また回路構成が同じだとしても回路 素子のばらつきが内在するからである。 言い換えれば、 実際に回路を構成してい る回路素子 （部品） の特性にばらつきがあるので、 それらの回路素子の集合体で ある無線系統の特性にもばらつきが生じてしまうからである。 発明の開示
本発明は上記の点に鑑み、 受信時の指向性パターンと送信時の指向性パターン とを一致させることが容易なァダプティブアレイ装置を提供することを目的とす る。
上記目的を達成するため、 本発明に係るァダプティブアレイ装置は、 送信部と 受信部とァンテナとを有する無線部を複数備えたァダプティプアレイ装置であつ て、 無線部毎に受信部と送信部との位相伝播特性に応じた補正値を記憶する記憶 手段と、 無線部毎に前記記憶手段に記憶された補正値を出力信号に付加される指 向性パターン形成用の位相量に加算することにより前記位相量を補正する補正手 段とを備えるので、 送信部と受信部とを構成している回路素子 （部品） の特性の ばらつきに起因する送信部と受信部との位相伝播特性に応じた補正値を記憶手段 が記憶し、 補正手段が送信部の指向性パターン形成用の位相量にその補正値を加 えることによって、 受信時の指向性パターンと送信時の指向性パターンとを容易 に一致させることができるという効果がある。 また、 前記ァダプティブアレイ装置は、 さらに、 各無線部における受信部と送 信部との位相変動特性に応じて無線部毎の前記補正値を生成する生成手段を備え 、 前記記憶手段は、 無線部毎に生成手段により生成された補正値を記憶する。 さらに前記生成手段は、 テスト信号を生成する生成部と、 前記テスト信号が各 送信部を経由したときの第 1位相変動量を検出する第 1検出部と、 前記テスト信 号が各無線部における 言部と受信部とを順に経由したときの第 2位相変動量を 検出する第 2検出部と、 無線部毎に、 前記第 1及び第 2位相変動量から送信部と 受信部との位相変動量差を補正値として算出する算出部とを備える。
この構成によれば、 生成部と第 1検出部と第 2検出部と力 らなる簡単な構成に よって補正値を生成することができるという効果がある。
また前記算出部は、 第 2位相変動量と第 1位相変動量の 2倍量との減算によつ て前記補正値を算出する。
また前記生成手段は、 所定期間毎に前記補正値を生成する。
この構成によれば、 前記生成手段は、 前記補正値を所定期間毎に生成するよう 構成されるので、 上記効果に加えて、 ァダプティブアレイ装置の各無線部の特性 が経時変化を受けた場合でも、 前記生成手段は経時変化を受けた無線部に応じた 補正値を生成することができる。
送信部と受信部とァンテナとを有する無線部を複数備えたァダプティプアレイ 装置に適用される指向性パターン形成用の位相量の補正方法は、 各無線部におけ る受信部と送信部との位相変動特性に応じた補正値を生成する生成ステップと、 無線部毎に、 前記生成ステップにより生成された補正値を出力信号に付加される 指向性パターン形成用の位相量に加算することにより位相量を補正する補正ステ ップとを有するので、 上記と同様の効果がある。 図面の簡単な説明
第 1図は、 本発明の実施例におけるァダプティブアレイ装置の構成を示すプロ ック図である。
第 2図は、 制御部 5 0の要部および変調器 1 1、 2 1、 3 1、 4 1のより詳細 な構成を示すブロック図である。 第 3図は、 補正値生成処理の説明図である。
第 4図は、 送受信時の動作説明図である。
第 5図は、 補正値生成部 5 5の補正値生成処理のより詳細なフローチャートを 示す。
第 6図は、 制御部 5 0の要部および各変調器の他の構成例を示すプロック図で める。
第 7図は、 本発明の他の実施形態におけるァダプティブアレイ装置の構成を示 すブロック図である。 癸明を実施するための最良の形態
図 1は、 本発明の実施例におけるァダブティブアレイ装置の構成を示すプロッ ク図である。 本ァダプティブアレイ装置は、 無線部 1 0、 2 0、 3 0、 4 0、 ァ ンテナ 1 7、 2 7、 3 7、 4 7、 制御部 5 0とを備え、 ディジタル携帯電話等の 移動通信における基地局として設置される。 また、 無線部 1 0は、 変調器 1 1、 言回路 1 2、 スィッチ 1 3、 位相検出部 1 4から構成される。
無線部 1 0において変調器 1 1は、 制御部 5 0から入力されるベースバンド信 号 （シンボルデータ） を中間周波数信号 （以後、 I F信号と略す） にまで変調す る。 その際、 変調過程において制御部 5 0から与えられる位相データと補正値と を加えた値を用いて I F信号を生成する。 ここで、 位相データは受信時の指向性 パターンと同じ指向性パターンを送信時にも生成するための位相量であり、 補正 値は送信回路 1 2と受信回路 1 5との特性差による送信出力の位相変動を補正す るための位相量である。 また、 変調器 1 1でのディジタル変調方式は、 GM S K ( Gaussian-fi ltered Minimum Shift Keying ) や π Ζ 4 シフ ト Q P S K ( Quadrature Phase Shift Keying) などである。
言回路 1 2は、 変調器 1 1からの I F信号を高周波信号 （以後、 R F信号と 略す） に変換し、 送信出力レベルにまで増幅する。
スィッチ 1 3は、 送信時における送信回路 1 2と位相検出部 1 4との接続 （以 下送信接続と呼ぶ）、 受信時における位相検出部 1 4と受信回路 1 5との接続 ( 以下受信接続と呼ぶ）、 捕正値生成時における送信回路 1 2と受信回路 1 5との 接続 （以下、 折り返し接続と呼ぶ） を切り替える。
位相検出部 1 4は、 変調器 1 1から直接入力される特定位相を有する I F信号 (以下テス ト信号と呼ぶ） が出力されたとき、 変調器 1 1から直接入力されるテ スト信号と、 送信回路 1 2を経由して入力されるテスト信号との 相差を検出す る。 つまり、 ^言回路 1 2の伝播特性として位相変動量を検出する。 また、 位相 検出部 1 4は送受信時においてはスィッチ 1 3とアンテナ 1 7との間で R F信号 をそのまま通す。
なお位相検出部 1 4は、 上記位相差を検出する際、 送信回路 1 2経由で入力さ れるテス ト信号を分周回路 （図示しない） によって I F信号に変換して、 その変 換されたテスト信号と変調器 1 1から直接入力されるテス ト信号とを比較するこ とによって位相差を検出している。 ここで分周回路の位相変動特性は、 既知であ る力、 位相変動量が指向性パターンの形成に影響を与えない程に微量なものであ るものとする。
受信回路 1 5は、 受信信号を I F信号にまで変換する。
復調器 1 6は、 受信回路 1 5力 らの I F信号をべ一スパンド信号 （シンボルデ ータ） に復調する。
無線部 2 0、 3 0、 4 0は、 無線部 1 0と同じ構成なので説明を省略する。 制御部 5 0は、 無線部 1 0〜 4 0の送受信制御とともにァダプティプアレイを 実現するために無線部毎のゲインおよ 相を制御し、 特に、 送信時には送信回 路 1 2と受信回路 1 5との特性差による送信出力の位相変動を補正するための補 正値を無線部毎に出力する。 また、 制御部 5 0は、 送信に先立って無線部毎の補 正値を生成する。
図 2は、 制御部 5 0の要部および変調器 1 1、 2 1、 3 1、 4 1のより詳細な 構成を示すプロック図である。
同図において変調器 1 1は、 加算器 1 1 a、 波形データ発生部 1 1 b、 乗算器 1 1 cを有する。 加算器 1 1 aは、 制御部 5 0から入力される位相データ φ 1と 補正値 φ 1 cとを加算する。 波形データ発生部 1 1 bは、 加算器 1 1 aの加算結 果が示す位相を有する正弦波データを発生する。 乗算器 1 1 cは、 波形データ発 生部 1 1 bからの正弦波データと、 制御部 5 0からの送信データ T X 1とを乗算 することにより I F信号を生成する。
また、 図 2の制御部 5 0の要部は、 ベースバンド信号発生部 5 1、 セレクタ 5 2、 位相データ保持部 5 3、 補正値保持部 5 4、 補正値生成部 5 5を有して構成 される。 同図の制御部 5 0は、 各構成要素を機能的に分けて記しているが、 D S P (Digital Signal Processor) により構成することもできる。
ベースバンド信号発生部 5 1は、 シリアル入力される送信データを、 I (同相 ) 成分および Q (直交） 成分に変換することにより成分毎のベースバンド信号 （ シンボルデータ） を発生する。 セレクタ 5 2は、 ベースバンド信号の I成分と Q 成分とを多重化した送信データ T X 1〜T X 4を出力する。
位相データ保持部 5 3は、 受信時の指向性パターンと同じ指向性パターンを送 信時にも生成するための位相量として、 位相データ φ 1〜 4を保持する。 立 相データについては、 「空間領域における適応信号処理とその応用技術論文特集 」 （電子通信学会論文誌 VOL. J75- Β- Π NO. 11 OVEMBER) に記載されているので 、 ここでは説明を省略する。
補正値保持部 5 4は、 送信回路 1 2と受信回路 1 5との特性差による送信出力 の位相変動を補正するための位相量として、 補正値 φ 1 c〜(i) 4 cを保持する。 補正値生成部 5 δは、 捕正値 φ 1 c：〜 ψ 4 cを生成し、 補正値保持部 5 4に保 持させる補正値生成処理を行う。 補正値生成部 5 5は、 この捕正値生成処理を所 定期間毎に行う。 ここにおいて所定期間は、 数日〜数十日間が望ましく、 受信回 路 1 5と送信回路 1 2との位相変動特性が経時変化する度合いと、 受信回路 1 5 と 言回路 1 2との位相変動量差の許容範囲とに応じて定められる。 例えば、 位 相変動量差の許容範囲が一 1 0 %〜十 1 0 %とすると、 所定期間は、 経時変化の 度合いによって変動する受信回路 1 5と送信回路 1 2との位相変動量差が許容範 囲の一 1 0 %〜+ 1 0 %を越える前に補正値が更新されるように定められる。 こ のように補正値生成部 5 δは、 経時変化に対応した補正値の更新を行う。
図 5は、 補正値生成部 5 5の補正値生成処理のより詳細なフローチャートを示 す。 この補正値生成処理を図 3の説明図を用いて説明する。
同図において、 まず補正値生成部 5 5は、 無線部 1 0に対して （ステップ 5 1 ) スィッチ 1 3を折り返し接続に設定して （ステップ 5 2 ) 既知の特定位相量を もつテス トデータを出力する （ステップ 5 3)。 このテス トデータは、 例えば位 相データ <^) 1、 補正値 0 l c、 送信データ TX 1の全てを" 0" とすることによ り出力される。
出力されたテストデータは、 図 3中の （A) の経路を流れて制御部 5 0の RX 1端子に到達する。 この場合テス トデータは、 経路 （A) による位相変動、 特に アナログ回路部分つまり送信回路 1 2および受信回路 1 5による位相変動を受け る。 補正値生成部 5 5は、 このときの RX 1端子で受けたテス トデータと、 元の テストデータとの位相を比較することにより、 上記経路 （A) の位相変動量 （Δ φ t 1 +Δ φ r 1 ) を検出する （ステップ 54)。
さらに、 補正値生成部 5 5は、 スィッチ 1 3を送信接続に設定し （ステップ 5 5 ) 上記のテストデータを再度出力する （ステップ 5 6)。 このテストデータは 図 3中の経路 （B) と経路 （C) とを流れて位相検出部 1 4に到達する。 経路 ( C) は、 経路 （B) に比べて送信回路 1 2による位相変動を受ける点が異なって レ、る。 位相検出部 1 4は、 経路 （B) からのテス トデータの位相と経路 （C) か らのテストデータの位相とを比較することにより、 送信回路 1 2による位相変動 量 Α φ ί ΐを検出する。 補正値生成部 5 5は、 その検出結果を I Ν 1端子を介し て受け取る （ステップ 5 7)。
補正値生成部 5 5は、 このようにして得られた 2つの検出値すなわち （A <f) t 1 + Δ φ r 1 ) と （Δ φ t 1 ) とから、 無線部における受信系の位相変動量と送 信系の位相変動量との差分 （Δ φ r 1— Δ ψ t 1 ) を補正値 1 cとして算出し 、 補正値保持部 5 4に保持させる （ステップ 5 8)。 ここで補正値 c/) l c (=Δ φ r 1 -Δ t 1 ) は、 補正値生成部 5 5力 S (Δ t 1 + Δ r 1 ) と （Δ <ί) ΐ 1 ) とから （Δ φ ΐ Ι + Δ ψ Γ ΐ ) — 2 (Δ φ ΐ ΐ ) を計算することによって求 められる。
さらに、 補正値生成部 5 5は、 同様にして無線部 2 0、 3 0、 4 0について補 正直 2 c Ν 3 c 4 c (厶 Φ Γ 2—厶 ψ ΐ 2、 Δ φ Γ 3—厶 ^ t 3、 Δ φ r 4 - Δ t 4) を算出して補正値保持部 5 4に保持させる （ステップ 5 9、 5 1)。
上記のようにして無線部毎の補正値が生成され補正値保持部 5 4に保持される 以上のように構成された本発明の実施形態におけるァダプティプアレイ装置に ついて、 その動作を説明する。
本ァダブティプアレイ装置は、 通常の送受信に先立つて補正値生成処理を行う ： 補正値生成処理の時期については既に説明したように定期的に行うことが望ま しい。 この補正値生成処理では、 図 3の説明図および図 5のフローチャートに従 つて、 既に説明したように、 各無線部に対応する補正値 φ 1 c、 φ 2 c、 3 c 、 φ 4 cが求められ、 補正値保持部 5 4に保持される。
保持された補正値は、 通常の送受信において次のように用いられる。
本ァダプティブアレイ装置は、 指向性パターンを生成するために、 無線部毎に ゲノン調整および位相の調整を行う。 ゲイン調整については従来と同様であるの で省略する。
位相調整については、 本ァダプティブアレイ装置は、 指向性パターン形成用に 各無線部にそれぞれ位相データ φ 1〜φ 4を与えると同時に、 補正値^ 1 c〜(i> 4 Cを加えて送信する。
図 4は無線部 1 0の送受信時の動作説明図である。 今、 受信回路 1 5の位相変 動量 Δ φ r 1を 0. 5度、 送信回路 1 2の位相変動量 t 1を 0. 3度とする。 ま た、 説明を簡単化するため位相データ ψ 1を 0度とする c
司図のように受信時に他の無線機から到来する電波を受信した場合、 受信信号 R X 1は、 受信回路 1 5によって Δ (ί> r 1 ( = 0. 5) の位相変動を受けることに なる。
—方、 送信時には送信データ T X 1は、 位相データ φ 1と補正値 ψ 1 c ( = Δ r 1 - Α t 1 =0. 2) が加えられるので、 ψ 1 + ψ 1 c ( = 1 +0. 2) の位 相変動量が与えられる。 この送信データ T X 1は、 送信回路 1 2を経由してアン テナ 1 7から放出されたとき、 Δ φ ΐ 1 + φ 1 c = 0. 3 + 0. 2 = 0. 5 の位相変動を 受けることになる。
このように無線部の内部で発生する受信時の位相変動と、 送信時の位相変動と は、 ともに 0. 5度となる- つまり、 補正値が加えられることにより送信系と受信 系との特性が全く同一であるとみなすことができる- 無線部 20、 3 0、 40の送受信時の動作も無線部 1 0と同様であるので説明 を省略する。
図 6は、 制御部 50の要部および各変調器の他の構成例を示すプロック図であ る。
同図は、 図 2に示した変調器 1 1、 2 1、 3 1、 4 1の代わりに、 変調器 1 0 0を備えた点が図 2とは異なっている。 すなわち、 4つの無線部 1 0、 20、 3 0、 40は、 変調器 1 00中の波形データ発生部 1 0 1を共用し、 共用するため に波形データ発生部 1 0 1の前後にマルチプレクサ 1 02とデマルチプレクサ 1 03とを備えている。
波形データ発生部 1 0 1は、 図 2の波形データ発生部 1 1 b、 2 1 b、 3 1 b 、 4 l bに比べて、 4倍速で動作する。 そのため、 マルチプレクサ 1 02は、 4 つの加算器 1 1 a、 2 1 a、 3 1 a、 4 1 aからの加算結果を時分割的に多重化 して波形データ発生部 1 0 1にそれぞれの加算結果を出力する。 またデマルチプ レクサ 1 0 3は、 波形データ発生部 1 0 1で発生された各波形を 4つの乗算器 1 l c、 2 1 c、 3 1 c、 4 1 cに分配する。
この構成では、 変調器 1 00の内部速度を 4倍にすることにより回路規模を低 減することができる。
図 7は、 本発明の他の実施形態におけるァダブティブアレイ装置の構成を示す ブロック図である。 同図は、 図 1における無線部 1 0、 20、 30、 40の代わ りに無線部 1 1 0、 1 20、 1 30、 1 40を備える点のみが異なるので、 異な る点を中心に説明する。
無線部 1 1 0は、 無線部 1 0に対して位相検出部 1 4が送信回路 1 2とスイツ チ 1 3との間に配置されている点のみが異なっており、 その機能は無線部 1 0と る全く同じである。
また、 位相検出部 1 4の配置位置は、 スィツチ 1 3と受信回路 1 5との間であ つてもょレヽ：
このように位相検出部 1 4は実装の容易な位置に配置するようにしてもよレ、。 無線部 1 20、 1 3 0、 1 4◦についても同様であるので説明を省略する。 なお、 上記実施形態中の補正値生成処理については、 上述したように定期的に 行うことが望ましいが、 回路素子に経時変化が生じ易いか否かによつてその頻度 を決定すれば良い。 もし経時変化が少ない回路素子を使用している場合には、 補 正値保持部 5 4に各無線部の補正値を工場出荷時に書き込んでおくようにしても よい。 この場合、 図 2における補正値生成部 5 5、 位相検出部 1 4は削除するこ とができる。 産業上の利用可能性
本発明のァダプティプアレイ装置は、 送信部と受信部との位相変動量の差に応 じて送信時の位相量を補正するので、 特性差が大きい場合であっても受信時の指 向性パターンと一致した指向性パターンを送信時に生成することができ、 特に送 信部及び受信部に安価な回路素子を用いて構成した場合など特性差への影響が問 題となるような移動体通信の基地局に有用である。

Claims

請 求 の 範 囲
1 . 送信部と受信部とアンテナとを有する無線部を複数備えたァダプティブァレ ィ装置であって、
無線部毎に、 受信部と送信部との位相伝播特性に応じた補正値を記憶する記憶 手段と、
無線部毎に、 前記記憶手段に記憶された補正値を出力信号に付加される指向性 パターン形成用の位相量に加算することにより前記位相量を補正する補正手段と を備えることを特徴とするァダプティブアレイ装置。
2 . 前記ァダプティブアレイ装置は、 さらに、
各無線部における受信部と送信部との位相変動特性に応じて無線部毎の前記補 正値を生成する生成手段
を備え、
前記記憶手段は、 無線部毎に生成手段により生成された補正値を記憶する ことを特徴とする請求の範囲第 1項に記載のァダプティプアレイ装置。
3 . 前記生成手段は、
テスト信号を生成する生成部と、
前記テスト信号が各送信部を経由したときの第 1位相変動量を検出する第 1検 出部と、
前記テスト信号が各無線部における送信部と受信部とを順に経由したときの第
2位相変動量を検出する第 2検出部と、
無線部毎に、 前記第 1及び第 2位相変動量から送信部と受信部との位相変動量 差を補正値として算出する算出部と
を備えることを特徴とする請求の範囲第 2項に記載のァダプティブァレイ装置
4 . 前記算出部は、 第 2位相変動量と第 1位相変動量の 2倍量との減算によって 前記補正値を算出する ことを特徴とする請求の範囲第 3項に記載 C
5 . 前記生成手段は、
所定期間毎に前記捕正値を生成する
ことを特徴とする請求の範囲第 4項に記載
6 . 前記生成手段は、
前記所定期間を、 受信部と送信部の位相変動量差の経時変化の度合と、 位相変動 量差の許容量とに応じて定められる期間としている
ことを特徴とする請求の範囲第 5項に記載（
7 . 前記生成手段は、
所定期間毎に前記補正値を生成する
ことを特徴とする請求の範囲第 2項に記載
8 . 前記生成手段は、
前記所定期間を、 受信部と送信部の位相変動量差の経時変化の度合と、 位相変動 量差の許容量とに応じて定められる期間としている
ことを特徴とする請求の範囲第 7項に記載のァダプティプアレイ装置。
9 . 送信部と受信部とァンテナとを有する無線部を複数備えたァダプティプアレ ィ装置に適用される指向性パターン形成用の位相量の補正方法であって、 各無線部における受信部と送信部との位相変動特性に応じた補正値を生成する 生成ステップと、
無線部毎に、 前記生成ステップにより生成された補正値を出力信号に付加され る指向性パターン形成用の位相量に加算することにより位相量を補正する補正ス テツプと
を有することを特徴と十る補正方法。
1 0 . 前記生成ステップは、
テスト信号を出力する出力ステップと、
前記テスト信号が各送信部を経由したときの第 1位相変動量を検出する第 1検 出ステップと、
前記テスト信号が各無線部における送信部と受信部とを順に経由したときの第
2位相変動量を検出する第 2検出ステップと、
無線部毎に、 前記第 1及び第 2位相変動量から送信部と受信部との位相変動量 差を補正値として算出する算出ステップと、
を特徴とする請求の範囲第 9項に記載の補正方法。
1 1 . 前記算出ステップは、 第 2位相変動量と第 1位相変動量の 2倍量との減算 によつて前記補正値を算出する
ことを特徴とする請求の範囲第 1 0項に記載の補正方法。
1 2 . 前記生成ステップは、
所定期間毎に前記捕正値を生成する
ことを特徴とする請求の範囲第 1 1項に記載の補正方法。
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