JP4194404B2

JP4194404B2 - Array antenna communication device

Info

Publication number: JP4194404B2
Application number: JP2003094850A
Authority: JP
Inventors: 嘉彦竹内; 浩久平山; 亨羽田; 幸治吹野; 達克溝部; 淳也田中; 良男宮沢
Original assignee: Japan Radio Co Ltd
Current assignee: Japan Radio Co Ltd
Priority date: 2003-03-31
Filing date: 2003-03-31
Publication date: 2008-12-10
Anticipated expiration: 2023-03-31
Also published as: CN1534890A; HK1070195A1; JP2004304508A; CN100574142C

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９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り替え器５４（図９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、サンプリング処理部（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、および送受切り替え器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りなされるが、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】
したがって、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】
【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
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
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。
【００１１】
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。
【００１２】
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から、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ことになってしまうという問題があった。
【００１３】
そこで、発明者らは、従来に無いアレイアンテナ通信装置を発明し、上記課題の解決を図った（特願２００３−４９５５６）。その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、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、前記双方向ベクトル変調器を制御して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い、というものである。
【００１４】
このアレイアンテナ通信装置は、送信／受信で信号の経路をできるだけ共用化し、送受信で同一のパラメータによるアダプティブ動作を実現するものである。かかる構成により、より容易にかつより精度良く送信／受信間のアンテナ・パターンの差を小さくすることができるという、顕著な効果が得られる。
【００１５】
ここで、このアレイアンテナ通信装置について、図８を参照してより詳細に説明する。図８は、アレイアンテナ通信装置１０ａ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。
【００１６】
各アンテナ１２に入力された信号は、送受切り替え器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、さらに送受切り替え器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、送受切り替え器１４と送受切り替え器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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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、送受切り替え器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、送受切り替え器１４を通ってアンテナ１２から出力される。なお、送信時は、送受切り替え器１４，２０はいずれも送信側に接続されている。
【００２０】
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、送受切り替え器１４と送受切り替え器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。しかしながら、この非共用回路部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）ており、それらの差に起因する問題が生じないようにしている。
【００２１】
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。したがって、このアレイアンテナ通信装置１０ａ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。
【００２２】
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。
【００２３】
このアレイアンテナ通信装置１０ａ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（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。
【００２４】
ここで、図８において共通の送受信部（ＴＲＸ）２８、各単体アンテナに対応する個別の受信部（ＲＸ）３２には必要帯域を選択的に受信するためにフィルタを用いており、このフィルタにより最終的に情報通信帯域に対応する必要周波数帯域の信号が抽出される。このフィルタの遅延時間は、帯域外の減衰量、ロールオフ特性等にもよるが、信号の１シンボルに対して少なくとも数シンボルの遅延を伴うことが一般的である。
【００２５】
しかし、この数シンボルの遅延に関しては、フィルタ毎に個体差があり、場合によっては絶対遅延量に対して数十%程度ばらつく場合がある。その結果、共通の送受信部（ＴＲＸ）２８と各単位アンテナに対応する個別の受信部（ＲＸ）３２相互間には、数シンボル程度の遅延時間の誤差が生じる可能性があり、一般的に１／２シンボルもしくは１／４シンボルの時間間隔でアナログ・デジタル変換して処理するアダプティブ処理部（ＡＰＵ）３０にとって相互の遅延差が無視できない程度に大きくなってしまうという問題があった。
【００２６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、複数の単位アンテナを含むアレイアンテナ通信装置であって、単位アンテナ毎に設けられるＲＦ受信系回路と、前記ＲＦ受信系回路毎に設けられ、前記ＲＦ受信系回路の出力端で共通に一端が接続されるベクトル変調器と、各ベクトル変調器の他端に接続される合成部と、前記合成部に接続される総合受信部と、前記総合受信部から出力されたアナログ受信信号をサンプリングする第一のサンプリング処理部と、前記ＲＦ受信系回路毎に設けられ、各ＲＦ受信系回路に接続される受信部と、各受信部から出力されたアナログ受信信号をそれぞれサンプリングする第二のサンプリング処理部と、前記第一のサンプリング処理部の出力信号および前記第二のサンプリング処理部の出力信号のうち少なくともいずれかの遅延時間を補正する遅延時間補正手段と、相互の遅延時間差が補正された前記第一のサンプリング処理部の出力信号および前記第二のサンプリング処理部の出力信号に基づいて前記ベクトル変調器を制御して、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、各ベクトル変調器及び各受信部に参照信号を導く参照信号入力部と、を備え、前記遅延時間補正手段は、前記参照信号入力部から前記ベクトル変調器および前記合成部を介して前記総合受信部に参照信号が注入され、前記受信部に参照信号が注入されているときに、前記第一のサンプリング処理部または前記第二のサンプリング処理部に対する遅延時間補正量を求め、アンテナ受信時に、前記第一のサンプリング処理部の出力信号および前記第二のサンプリング処理部の出力信号のうち少なくともいずれかの遅延時間を、求められた遅延時間補正量に基づいて補正することを特徴とする。
【００２７】
また、本発明は、複数の単位アンテナを含むアレイアンテナ通信装置であって、単位アンテナ毎に設けられるＲＦ送信系回路と、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受信系回路と、前記ＲＦ送信系回路および前記ＲＦ受信系回路の組毎に設けられ、前記ＲＦ送信系回路および前記ＲＦ受信系回路に単位アンテナの他方側で共通に一端が接続される双方向ベクトル変調器と、各双方向ベクトル変調器の他端に接続される分配・合成部と、前記分配・合成部に接続される送受信部と、前記送受信部から出力されたアナログ受信信号をサンプリングする第一のサンプリング処理部と、前記ＲＦ受信系回路毎に設けられ、各ＲＦ受信系回路に接続される受信部と、各受信部から出力されたアナログ受信信号をそれぞれサンプリングする第二のサンプリング処理部と、前記第一のサンプリング処理部の出力信号および前記第二のサンプリング処理部の出力信号のうち少なくともいずれかの遅延時間を補正する遅延時間補正手段と、相互の遅延時間差が補正された前記第一のサンプリング処理部の出力信号および前記第二のサンプリング処理部の出力信号に基づいて前記双方向ベクトル変調器を制御して、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、各双方向ベクトル変調器及び各受信部に参照信号を導く参照信号入力部と、を備え、前記遅延時間補正手段は、前記参照信号入力部から前記双方向ベクトル変調器および前記分配・合成部を介して前記送受信部に参照信号が注入され、前記受信部に参照信号が注入されているときに、前記第一のサンプリング処理部または前記第二のサンプリング処理部に対する遅延時間補正量を求め、アンテナ通信時に、前記第一のサンプリング処理部の出力信号および前記第二のサンプリング処理部の出力信号のうち少なくともいずれかの遅延時間を、求められた遅延時間補正量に基づいて補正することを特徴とする。
【００２８】
また、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前記ＲＦ送信系回路および前記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を各単位アンテナ間でほぼ等しく設定したことを特徴とすることが好適である。
【００２９】
また、本発明にかかるアレイアンテナ通信装置では、前記遅延時間補正手段は、前記第一のサンプリング処理部および前記第二のサンプリング処理部のうち少なくともいずれかのサンプリングタイミングを調整することで、前記第一のサンプリング処理部の出力信号および前記第二のサンプリング処理部の出力信号のうち少なくともいずれかの遅延時間を補正することが好適である。また、本発明にかかるアレイアンテナ通信装置では、前記遅延時間補正手段は、前記第一のサンプリング処理部の出力信号および前記第二のサンプリング処理部の出力信号うち少なくともいずれかを遅延させる可変シフトレジスタを含み、可変シフトレジスタによる遅延処理によって前記第一のサンプリング処理部の出力信号および前記第二のサンプリング処理部の出力信号のうち少なくともいずれかの遅延時間を補正することが好適である。また、本発明にかかるアレイアンテナ通信装置では、前記遅延時間補正手段は、前記第一のサンプリング処理部の出力信号および前記第二のサンプリング処理部の出力信号のうち少なくともいずれかを遅延させる可変シフトレジスタと、前記第一のサンプリング処理部および前記第二のサンプリング処理部のうち少なくともいずれかのサンプリングタイミングを調整するサンプリングタイミング調整手段と、を備え、前記可変シフトレジスタまたは前記サンプリングタイミング調整手段のうち少なくともいずれかを、前記遅延時間補正量に応じて選択して用い、前記第一のサンプリング処理部の出力信号および前記第二のサンプリング処理部の出力信号のうち少なくともいずれかの遅延時間を補正することが好適である。
【００３０】
また、本発明にかかるアレイアンテナ通信装置では、前記遅延時間補正手段は、前記第一のサンプリング処理部の出力信号および前記第二のサンプリング処理部の出力信号の相関値に基づいて前記遅延時間補正量を求めることが好適である。
【００３１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施形態について図面を参照して説明する。図１は、本実施形態にかかるアレイアンテナ通信装置１０の構成の一例を示すブロック図、また図２は、アレイアンテナ通信装置１０のサンプリング処理部（Ａ／Ｄ）１０１，１０２、アダプティブ処理部３０およびサンプリングタイミング制御部１０３の構成を示すブロック図である。なお、本実施形態にかかるアレイアンテナ通信装置１０は、上述したアレイアンテナ通信装置１０ａ（図８）と同様の構成要素を含んでいる。したがって、それら同様の構成要素については同じ符号を付すこととし、重複する部分についての詳細な説明は省略する。また、本実施形態では、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。
【００３２】
図１において、１０１は受信系から直接接続される受信部（ＲＸ）３２の信号を所定のサンプリングタイミングでサンプリングしてディジタル信号に変換する第二のサンプリング処理部（Ａ／Ｄ変換器；図ではＡ／Ｄと示す）、１０２は共通送受信部２８の受信信号を所定のサンプリングタイミングでサンプリングしてディジタル信号に変換する第二のサンプリング処理部（Ａ／Ｄ変換器；図ではＡ／Ｄと示す）、１０３はサンプリング処理部（Ａ／Ｄ）１０１，１０２のサンプリングタイミング（を制御するサンプルクロック）の相互の時間関係を制御するサンプリングタイミング制御部、１０４は受信部（ＲＸ）３２を含む単位アンテナ１２毎のモニタ系回路、および双方向ベクトル変調器２２や分配・合成部２６、送受信部（ＴＲＸ）２８を含む送受信系回路に、共通の参照信号を供給する参照信号注入部である。この参照信号に基づいて遅延時間の補正を実行することができる。
【００３３】
また本実施形態では、図２に示すように、アダプティブ処理部３０は、相関積分器１０５および判定回路１０６を含み、サンプリングタイミング制御部１０３は、可変分周器１０７、分周器１０８およびクロック発生器１０９を含む。サンプリング処理部（Ａ／Ｄ）１０１およびサンプリング処理部（Ａ／Ｄ）１０２の出力信号はアダプティブ処理部３０内部にある相関積分器１０５によって相関積分される。クロック発生器１０９の出力信号は、分周器１０８によってｎ倍の周波数に分周され、第一のサンプリング処理部（Ａ／Ｄ）１０２のサンプリングタイミングを決定するサンプルクロックとなる。また、分周器１０８の出力信号は可変分周器１０７に入力され、ここで、（ｎ−１）倍、ｎ倍、または（ｎ＋１）倍の周波数のいずれかに分周される。この可変分周器１０７の出力信号が、第二のサンプリング処理部（Ａ／Ｄ）１０１のサンプリングタイミングを決定するサンプルクロックとなる。
【００３４】
さて、かかる構成において、単位アンテナ１２毎に設けられる個別の受信部（ＲＸ）３２、および複数の単位アンテナ１２につき共通の送受信部（ＴＲＸ）２８は、いずれもＲＦフィルタ、ＩＦフィルタ、ベースバンド・フィルタ等を含み、それぞれ固有の遅延時間を持っている。すなわち、それぞれが、必要帯域を選択的に受信するためのフィルタを有しており、このフィルタにより最終的に情報通信帯域に対応する必要周波数帯域の信号が抽出される。上述したように、フィルタの遅延時間は、帯域外の減衰量、ロールオフ特性等にもよるが、信号の１シンボルに対して少なくとも数シンボルの遅延を伴うことが一般的である。
【００３５】
しかし、この数シンボルの遅延に関しては、フィルタ毎に個体差があり、場合によっては絶対遅延量に対して数十%程度ばらつく場合がある。したがって、上述したように、その対策を何ら施さない状態では、共通の送受信部（ＴＲＸ）２８と各単位アンテナに対応する個別の受信部（ＲＸ）３２相互間には、数シンボル程度の遅延時間の誤差が生じる可能性があり、一般的に１／２シンボルもしくは１／４シンボルの時間間隔でアナログ・デジタル変換して処理するアダプティブ処理部（ＡＰＵ）３０に対し相互の遅延差が無視できない程度に大きくなってしまう。
【００３６】
ここで、参照信号注入部１０４から注入された信号は、一方では、個別の受信部（ＲＸ）３２を通りサンプリング処理部（Ａ／Ｄ）１０１でディジタル信号に変換される。また、参照信号注入部１０４から注入された信号は、他方では、双方向ベクトル変調器２２を通り、分配・合成部２６、共通送受信部２８を通って、サンプリング処理部（Ａ／Ｄ）１０２でディジタル信号に変換される。サンプリング処理部（Ａ／Ｄ）１０１でディジタル信号に変換された信号と、サンプリング処理部（Ａ／Ｄ）１０２でディジタル信号に変換された信号とでは、個別の受信部（ＲＸ）３２と共通の送受信部（ＴＲＸ）２８の遅延時間差だけずれた信号が観測される。
【００３７】
そこで、本実施形態では、例えばサンプリングタイミング制御部１０３によって第二のサンプリング処理部（Ａ／Ｄ）１０１のサンプリングタイミングを可変制御することにより、第一のサンプリング処理部（Ａ／Ｄ）１０２の出力信号と第二のサンプリング処理部（Ａ／Ｄ）１０１の出力信号との間で、受信部（ＲＸ）３２と送受信部（ＴＲＸ）２８との遅延時間差に起因する誤差ができるだけ小さくなるように、それら相互間の遅延時間差を補正している。かかる構成により、サンプリング処理部（Ａ／Ｄ）１０１，１０２のサンプリング間隔以下の遅延時間誤差を吸収でき、アダプティブ・アレイ・アンテナとしての指向性制御に用いる受信部３２の出力信号が異なる時刻（タイミング）の信号となるのを防止し、アダプティブ処理部３０の制御の収束特性を改善することができる。
【００３８】
図３は遅延時間補正を行うためのサンプリングタイミング制御部１０３の動作の一例を示したものである。この図３に示すように、可変分周器１０７が（ｎ−１）分周で調整されるとサンプルクロックは１／ｎ早いタイミングで出力されて、第二のサンプリング処理部１０１のサンプリングタイミングが１／ｎ早まり、一方、（ｎ＋１）分周で調整されるとサンプルクロックは１／ｎ遅いタイミングで出力されて、第二のサンプリング処理部１０１のサンプリングタイミングが１／ｎ遅くなる。この可変分周器１０７は、判定回路１０６の判定結果に基づいて制御される。第二のサンプリング処理部（Ａ／Ｄ）１０１の出力信号と第一のサンプリング処理部（Ａ／Ｄ）１０２の出力信号の遅延時間差が無いとき、それら出力信号の相関積分値（相関値）は最大となる。すなわち、判定回路１０６は、相関積分値が最大となるよう、可変分周器１０７を制御して第二のサンプリング処理部（Ａ／Ｄ）１０１のサンプリングタイミングを変更すればよい。なお、可変分周器１０７は、通常はｎ分周に設定されており、判定回路１０６によって、１回あるいは所定回数だけ（ｎ−１）分周または（ｎ＋１）分周に調整される。なお、図２では、一つの単位アンテナ１２に対応する回路のみ示しているが、かかる構成は各アンテナ４系統ともに設けられ、上述した制御が各系統で実行されるのが好適である。
【００３９】
次に、本発明の第二の実施形態について図面を参照して説明する。図４は、本実施形態にかかるアレイアンテナ通信装置１０のサンプリング処理部（Ａ／Ｄ）１０１，１０２、アダプティブ処理部３０およびサンプリングタイミング制御部１０３の構成を示すブロック図である。なお、本実施形態にかかるアレイアンテナ通信装置１０は、上述したアレイアンテナ通信装置１０（図１）および１０ａ（図８）と同様の構成要素を含んでいる。したがって、それら同様の構成要素については同じ符号を付すこととし、重複する部分についての詳細な説明は省略する。また、本実施形態でも、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。
【００４０】
本実施形態では、クロック発生器１１３は例えば正弦波を出力する。コンパレータ１１４は、クロック発生器１１３の出力信号と基準電圧Ｖｒｅｆとを比較し、２値の出力信号を発生する。この出力信号が、第一のサンプリング処理部（Ａ／Ｄ）１０２のサンプルクロックとなる。すなわち、本実施形態でも、第一のサンプリング処理部（Ａ／Ｄ）１０２のサンプリング周波数は一定である。
【００４１】
一方、クロック発生器１１３の出力信号は、もう一つのコンパレータ１１６に入力される。このコンパレータ１１６には、基準電圧として、Ｄ／Ａ変換器（Ｄ／Ａ）１１５によってディジタル信号に変換された判定回路１０６の出力信号が入力される。そして、コンパレータ１１６の２値の出力信号が、第二のサンプリング処理部（Ａ／Ｄ）１０１のサンプルクロックとなる。
【００４２】
図５は、コンパレータ１１６の動作の一例を示す図である。図５は、Ｄ／Ａ変換器（Ｄ／Ａ）１１５の出力信号としての基準電圧（閾値）が（ａ）通常の状態、（ｂ）通常より高い状態、および（ｃ）通常より低い状態における、クロック波形（クロック発生器１１３の出力信号）とサンプルクロック波形とを示すものである。この図からわかるように、本実施形態では、判定回路１０６の判定結果によって閾値が上下に変動し、これにより、サンプリングタイミングが制御される。具体的には、第二のサンプリング処理部（Ａ／Ｄ）１０１の出力信号が相対的に早いときには、判定回路１０６は閾値を上げるように制御し、第二のサンプリング処理部（Ａ／Ｄ）１０１のサンプルクロックを遅らせる（ｂ）。逆に、第二のサンプリング処理部（Ａ／Ｄ）１０１の出力信号が相対的に遅いときには、判定回路１０６は閾値を下げるように制御し、第二のサンプリング処理部（Ａ／Ｄ）１０１のサンプルクロックを早める（ｃ）。なお、図５では、クロック発生器１１３が正弦波を出力する例について示したが、図６に示すように、正弦波に替えて種々の種々の波形の信号を用いることができる。なお、本実施形態でも、図４では、一つの単位アンテナ１２に対応する回路のみ示しているが、かかる構成は各アンテナ４系統ともに設けられ、上述した制御が各系統で実行されるのが好適である。
【００４３】
次に、本発明の第三の実施形態について図面を参照して説明する。図７は、本実施形態にかかるアレイアンテナ通信装置１０のサンプリング処理部（Ａ／Ｄ）１０１，１０２、アダプティブ処理部３０ａおよびサンプリングタイミング制御部１０３の構成を示すブロック図である。なお、本実施形態にかかるアレイアンテナ通信装置１０は、上述したアレイアンテナ通信装置１０（図１）および１０ａ（図８）と同様の構成要素を含んでいる。したがって、それら同様の構成要素については同じ符号を付すこととし、重複する部分についての詳細な説明は省略する。また、本実施形態でも、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。
【００４４】
上記第一および第二の実施形態にかかるアレイアンテナ通信装置１０は、サンプリングタイミングの時間間隔に比べて受信部（ＲＸ）３２と送受信部（ＴＲＸ）２８との遅延時間差が小さい場合に特に有効となるものであるが、本実施形態にかかるアレイアンテナ通信装置１０は、さらに、遅延時間差がサンプリングタイミングの時間間隔より大きい場合にも対応可能とするものである。
【００４５】
図７に示すように、第二のサンプリング処理部（Ａ／Ｄ）１０１の出力信号は、遅延時間補正手段としての可変シフトレジスタ１１０を経由して相関積分器１０５に入力される。一方、第一のサンプリング処理部（Ａ／Ｄ）１０２の出力信号は、固定シフトレジスタ１１１を経由して相関積分器１０５に入力される。各相関積分器１０５は、可変シフトレジスタ１１０の出力信号と固定シフトレジスタ１１１の出力信号との相関積分値（相関値）を取得し、判定回路１０６はその相関積分値に基づいて可変シフトレジスタ１１０のシフト量（遅延量）を制御する。具体的には、第二のサンプリング処理部（Ａ／Ｄ）１０１の出力信号が第一のサンプリング処理部（Ａ／Ｄ）１０２の出力信号に比べて１サンプリング間隔以上進んでいることが判明した場合には、判定回路１０６は、対応する可変シフトレジスタ１１０のシフト量を増やして遅延量を増大させる。逆に、第二のサンプリング処理部（Ａ／Ｄ）１０１の出力信号が第一のサンプリング処理部（Ａ／Ｄ）１０２の出力信号に比べて１サンプリング間隔以上遅れていることが判明した場合には、判定回路１０６は、対応する可変シフトレジスタ１１０のシフト量を減らして遅延量を減少させる。かかる構成および制御により、サンプリング間隔の整数倍の単位で、固定シフトレジスタ１１１を通る信号に対する相対的な遅延時間を制御することができる。
【００４６】
さらに、この判定回路１０６は、上記第一または第二の実施形態で説明した構成および手法により、サンプリング間隔以内の遅延時間についてもこれを補正することができる。そして、上述した可変シフトレジスタ１１０を用いた遅延時間の補正、および上記第一または第二の実施形態にかかる遅延時間の補正は、双方とも実行することができるし、遅延時間の誤差に応じて（すなわち上述した実施形態では判定回路１０６における判定結果［相関積分値］に基づいて）、いずれか一方の補正を選択的に実行することもできる。
【００４７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、単位アンテナ毎に設けられる受信部（ＲＸ）と複数の単位アンテナで共通の送受信部（ＴＲＸ）との間に遅延時間差が存在したとしても、それをより精度よくかつより迅速に補正することができるので、アダプティブ処理部による制御の収束特性が改善されるという、顕著な効果が得られる。
【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回路構成の一例を示す図である。
【図２】本発明の第一の実施形態にかかるアレイアンテナ通信装置の要部の回路構成の一例を示す図である。
【図３】本発明の第一の実施形態にかかるアレイアンテナ通信装置におけるサンプリングタイミングの制御例を示す説明図である。
【図４】本発明の第二の実施形態にかかるアレイアンテナ通信装置の要部の回路構成の一例を示す図である。
【図５】本発明の第二の実施形態にかかるアレイアンテナ通信装置におけるサンプリングタイミングの制御例を示す説明図である。
【図６】本発明の第二の実施形態にかかるアレイアンテナ通信装置のクロック発生器からの出力波形の例を示す図である。
【図７】本発明の第三の実施形態にかかるアレイアンテナ通信装置の要部の回路構成の一例を示す図である。
【図８】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９】従来の通信装置の回路構成を示す図である。
【符号の説明】
１０通信装置、１２アンテナ（単位アンテナ）、１４，２０送受切り替え器、１６バンドパス・フィルタ（ＢＰＦ）、１８低雑音増幅器、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（ＡＰＵ）、３２受信部（ＲＸ）、３４調整器、３６送信電力増幅器（ＰＡ）、１０１第二のサンプリング処理部（Ａ／Ｄ）、１０２第一のサンプリング処理部（Ａ／Ｄ）、１０３サンプリングタイミング制御部、１０５相関積分器、１０６判定回路、１０７可変分周器、１０８分周器、１０９，１１３クロック発生器、１１０可変シフトレジスタ、１１１固定シフトレジスタ、１１４，１１６コンパレータ、１１５Ｄ／Ａ変換器。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a communication apparatus that controls a transmission / reception antenna pattern using a plurality of antennas.
[0002]
[Prior art]
A receiving antenna having a beam in the direction of arrival of a desired wave and a null in the direction of arrival of an interference wave by appropriately adding and synthesizing signals received by a plurality of antennas arranged spatially separated from each other A communication device having an adaptive array antenna that forms a pattern and selectively receives a desired signal is known. When transmission is performed by this communication apparatus, it is desirable to form a transmission antenna pattern having a beam in the direction of the desired station and null in the direction of the interference station. As a result, by forming a beam in the direction of the desired station, the transmission power can be directed selectively in the direction of the desired station, and for the interfering station, interference from the communication apparatus can be achieved by directing a null in the direction of the interfering station. This is effective in the sense that it is difficult to affect the interfering station that is communicating independently with the pair of the communication apparatus and the desired station.
[0003]
Here, with reference to FIG. 9, the communication apparatus 50 provided with the conventional adaptive array antenna is demonstrated. Here, as an example, a case will be described in which transmission and reception frequencies are the same, transmission and reception are performed in a time division manner, and an adaptive array antenna in which four antennas 52 are spatially spaced apart is used.
[0004]
First, processing at the time of reception will be described. The signal received by the antenna 52 is amplified by a low noise amplifier (LNA) 56 via a transmission / reception switch 54 (showing a connection state at the time of reception) in FIG. It is input to the mixer 58 where it is multiplied by the local frequency from the local oscillator 60 to be converted to an intermediate frequency (IF). Next, the signal is converted to a frequency signal in the vicinity of the reception frequency by the IF filter 62, amplified by the IF amplifier 64, and input to the mixer 66, where it is mixed with the local frequency from the local oscillator 68 to obtain the base signal. It is converted into a band signal. Next, the signal is discriminated into a required bandwidth by a low-pass filter 70 and converted into a digital signal by a sampling processing unit (A / D) 72. The reception signals at the four antennas 52 are converted into baseband signals in this way. These signals are input to the reception side processing unit 74, where weighting (coefficients: w1 to w4) characterized by the amplitude and phase is performed and then added and processed as a reception signal. The signal received by the antenna includes not only the desired station signal but also the interfering station signal. The adaptive array processing unit 76 sets an appropriate weighting coefficient (reception weight value) based on the reference signal and the received signal. By determining, it is possible to remove the interference station signal from the received signal and receive only the desired station signal. This process is detailed in Non-Patent Document 1.
[0005]
Next, processing during transmission will be described. The transmission side processing unit 78 divides the input transmission signal into four parts and weights each of them. Here, the weighting value at the time of reception may be used as the weighting value at the time of transmission. This is based on the idea of using a reciprocity between a transmission signal and a reception signal to form a transmission antenna pattern having the same beam and null as the reception antenna pattern. Now, each divided and weighted signal is input to a mixer 84 via a digital-to-analog converter (D / A) 80 and a low-pass filter 82, where it is converted to an IF frequency by mixing with a local frequency. . Next, the signal is filtered by an IF filter 86, amplified by an IF amplifier 88, and then input to a mixer 90, where it is converted to an RF frequency by mixing with a local frequency. Then, the signal is transmitted from the antenna 52 via the transmission power amplifier (PA) 92 and the transmission / reception switch 54.
[0006]
In the above-described prior art, the weighting pattern at the time of transmission is the same as the weighting pattern at the time of reception. This is done based on the reciprocity of the signal in the space after the antenna 52. However, in the radio unit, the transmission unit (TX) through which the transmission signal passes and the reception unit (RX) through which the reception signal passes are different. Therefore, reciprocity does not hold. Therefore, even if the same weighting value as that used in the reception side processing unit 74 is used in the transmission side processing unit 78 as in the above prior art, the same transmission directivity as that during reception cannot be obtained. That is, since the phase rotation amount and amplitude change amount of the transmission signal passing through the TX side are different from the phase rotation amount and amplitude change amount of the reception signal passing through the RX side, even if the same weighting is performed in transmission and reception, the transmission signal When the signal passes through TX and reaches the antenna, the amplitude and phase of the signal are different from the amplitude and phase when the received signal is received. That is, when the same weighting is performed in transmission and reception, the transmission antenna pattern is different from the reception antenna pattern, and the beam direction and null direction of the received signal are different from the beam direction and null direction during transmission.
[0007]
Therefore, in a communication apparatus including this type of adaptive array antenna, the phase rotation amount of the transmission signal in the transmission unit (TX) is the same as the phase rotation amount of the reception signal in the reception unit (RX) for each of the four systems. In addition, it is necessary to perform appropriate adjustment so that the amplitude change amount of the transmission signal in the transmission unit (TX) becomes a constant magnification common to the amplitude change amount of the reception signal in the reception unit (RX) and the antennas.
[0008]
In such a case, the amplitude change amount and the phase rotation amount are normally adjusted to be a constant value for all of the four receivers (RX) (reception side calibration), and all of the four systems The transmission unit (TX) is adjusted so that the amplitude change amount and the phase rotation amount have a constant value (transmission side calibration). Such adjustment is provided for each system (each transmission unit) in the amplitude / phase correction unit 94 provided for each system (each reception unit) in the reception side processing unit 74 and in the transmission side processing unit 78. This is performed by the amplitude / phase correction unit 96. Specifically, as disclosed in Patent Document 1 and Patent Document 2, this calibration (calibration) is switched to the reception side or the transmission side in each system, and the received signal passes through the reception unit (RX). And the amplitude and phase when the transmission signal passes through the transmission unit (TX) are sequentially measured.
[0009]
[Patent Document 1]
Japanese Patent No. 3333211
[Patent Document 2]
Special table 2003-501971 gazette
[Patent Document 3]
JP 2001-53663 A
[Non-Patent Document 1]
Nobuyoshi Kikuma, "Adaptive signal processing by array antenna", first edition, Science and Technology Publishing Co., Ltd., November 1998
[0010]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the method disclosed in Patent Document 1 or Patent Document 2, the amplitude and the phase are sequentially measured for each of a plurality of systems by switching between transmission and reception sequentially, so that it takes time to complete the calibration. There was a problem that it took. Furthermore, there has been a problem that it is difficult to perform calibration with high accuracy due to new amplitude change and phase rotation during calibration. In general, it is extremely difficult to keep the transmitting unit and the receiving unit in a state where there is no characteristic change during calibration. As a countermeasure, calibration is always performed in parallel during operation as disclosed in Patent Document 3. In many cases, it was necessary to carry out a very laborious calibration to continue.
[0011]
In addition, since the signal level from the desired station and the interfering station varies greatly depending on the distance to the desired station and the interfering station, an automatic gain adjustment mechanism (AGC) is generally provided in the receiving unit. When the gain adjustment mechanism is provided, there may be a difference in the amount of amplitude change and the amount of phase rotation between the receivers due to a change in the reception level. There were also many.
[0012]
Further, when some abnormality occurs in the amplitude / phase correction unit on the receiving side and normal correction cannot be performed, an error caused by the abnormality is added to the weighting value of the receiving side processing unit. Further, since the weighted value added with the error is used on the transmitting side, there is a problem that the transmitting antenna pattern and the receiving antenna pattern are greatly different.
[0013]
Accordingly, the inventors have invented an array antenna communication apparatus that has not been used in the past, and have solved the above problems (Japanese Patent Application No. 2003-49556). The array antenna communication apparatus is a communication apparatus that uses an adaptive array antenna including a plurality of unit antennas, and is provided for each unit antenna, and includes an RF transmission system circuit including at least a transmission power amplifier, and each unit antenna. An RF reception system circuit provided in parallel with the RF transmission system circuit, including an RF reception system circuit including at least a low noise amplifier, and is commonly connected to the RF transmission system circuit and the RF reception system circuit on the other side of the unit antenna. A bi-directional vector modulator, a distributing / combining unit connected to a plurality of bi-directional vector modulators, a transmitting / receiving unit (TRX) connected to the distributing / combining unit, and the bi-directional vector modulator. And an adaptive processing unit that allows multiple unit antennas to function as adaptive array antennas. That for said RF transmitting circuit and the RF receiving circuit, differential and difference in phase rotation amount mutual amplitude variation mutual when they signal passes is substantially equal between each unit antenna, is that.
[0014]
In this array antenna communication apparatus, signal paths are shared as much as possible in transmission / reception, and adaptive operation with the same parameters is realized in transmission / reception. With such a configuration, a remarkable effect can be obtained that the difference in antenna pattern between transmission / reception can be reduced more easily and more accurately.
[0015]
Here, the array antenna communication apparatus will be described in more detail with reference to FIG. FIG. 8 is a block diagram illustrating an example of a main part of the array antenna communication device 10a. Here, an example in which an adaptive array antenna is configured by four antennas (unit antennas) 12 will be described.
[0016]
A signal input to each antenna 12 passes through a band pass filter (BPF) 16 and a low noise amplifier (LNA) 18 in a state where the transmission / reception switchers 14 and 20 are connected to the reception side, and further switches between transmission and reception. The signal is input to the bidirectional vector modulator 22 through the device 20. Here, between the transmission / reception switching device 14 and the transmission / reception switching device 20, the transmission system and the reception system have separate and independent circuits (that is, an RF transmission system circuit and an RF reception system circuit). This is referred to as a non-shared circuit unit 24. Then, the multiple vector signals weighted in the bidirectional vector modulator 22 are added by the distribution / combination unit 26 and received through the transmission / reception unit (TRX) 28 (reception signal). Part of this received signal is input to the adaptive processing unit (APU) 30.
[0017]
The signal output from the low noise amplifier (LNA) 18 is input to the adaptive processing unit 30 through the receiving unit (RX) 32 provided for each system.
[0018]
The adaptive processing unit 30 is a weighting value (a weighting value in each bidirectional vector modulator 22) for extracting a desired wave signal by separating it from an interference wave, noise, etc. based on the input reference signal and the signal from the TRX 28. ) And set this in each bidirectional vector modulator 22. As a result, a receiving antenna pattern having a beam in the desired station direction and a null in the interfering station direction can be formed. It is also possible to improve the signal-to-noise ratio of the signal from the desired station.
[0019]
On the other hand, the baseband transmission signal passes through the transmission / reception unit (TRX) 28 and is distributed to each system by the distribution / combination unit 26. The distributed signals are respectively input to the bidirectional vector modulator 22 and pass through the transmission / reception switching unit 20 and the adjuster (which mainly functions as a phase adjuster but may include a function as an amplitude adjuster) 34. After being amplified by a transmission power amplifier (PA) 36, it is output from the antenna 12 through the transmission / reception switch 14. At the time of transmission, both the transmission / reception switchers 14 and 20 are connected to the transmission side.
[0020]
In this configuration, the signal path is different between transmission / reception in the RF stage in a circuit configuration part between the transmission / reception switch 14 and the transmission / reception switch 20, that is, the non-shared circuit unit 24. However, the non-shared circuit unit 24 is provided with an adjuster 34, and the difference in amplitude variation between the transmission path (RF transmission system circuit) and the reception path (RF reception system circuit) for each system. In addition, each antenna (unit antenna) 12 is configured (or adjusted) so that the difference between the amounts of phase rotation is substantially the same between the antennas (unit antennas) 12, so that problems caused by these differences do not occur.
[0021]
Further, the weighting value for each system is for the bidirectional vector modulator 22 shared by transmission / reception. Therefore, according to this array antenna communication apparatus 10a, by using the adjuster 34, the characteristic change of the signal in the transmission path / reception path is multiplied by a constant in each system, so that a common weight is used for transmission / reception for each system. Using the values, the transmit antenna pattern and the receive antenna pattern can be formed as the same pattern (ie, having the same beam, null).
[0022]
The non-shared circuit unit 24 is preferably configured so that the transmission delay time is equal between the transmission system and the reception system (or includes an adjustable component). This is based on the definition of the group delay time that the frequency gradients of the passing phases are equal between circuits having the same delay time (more specifically, the group delay time). That is, even if the phase difference between the transmission system and the reception system is constant at a specific frequency, a phase difference from a constant value is prevented from occurring at another frequency. That is, such a configuration is particularly effective for a communication apparatus that uses a plurality of frequencies because the phase difference between the transmission path and the reception path can be made substantially the same for a wider frequency band.
[0023]
In the array antenna communication apparatus 10a, in the reception system, a signal input to the adaptive processing unit 30 through the bidirectional vector modulator 22, the distributing / combining unit 26, and the TRX 28, and a preceding stage (antenna) of the bidirectional vector modulator 22 are provided. 12), and means for detecting and correcting the amplitude difference and phase difference between the signals distributed from the 12 side) and input to the adaptive processing unit through the receiving unit (RX) 32 of each system (this embodiment) In the embodiment, it is preferable that the adaptive processing unit 30 corresponds to this means.
[0024]
Here, in FIG. 8, a filter is used in the common transmitting / receiving unit (TRX) 28 and the individual receiving unit (RX) 32 corresponding to each single antenna in order to selectively receive the necessary band. Finally, a signal in a necessary frequency band corresponding to the information communication band is extracted. The delay time of this filter is generally accompanied by a delay of at least several symbols with respect to one symbol of the signal, although it depends on the attenuation amount outside the band, the roll-off characteristic, and the like.
[0025]
However, regarding the delay of several symbols, there is an individual difference for each filter, and in some cases, the delay may vary by several tens of percent with respect to the absolute delay amount. As a result, a delay time error of about several symbols may occur between the common transmitting / receiving unit (TRX) 28 and the individual receiving unit (RX) 32 corresponding to each unit antenna. For the adaptive processing unit (APU) 30 that performs analog-to-digital conversion at a time interval of / 2 symbols or 1/4 symbols, there is a problem that the mutual delay difference becomes so large that it cannot be ignored.
[0026]
[Means for Solving the Problems]
  The present inventionAn array antenna communication apparatus including a plurality of unit antennas, each RF receiving system circuit provided for each unit antenna and each RF receiving system circuit, and one end connected in common at the output end of the RF receiving system circuit A vector modulator, a combining unit connected to the other end of each vector modulator, a total receiving unit connected to the combining unit, and a first analog sampling signal output from the total receiving unit A sampling processing unit, a receiving unit provided for each RF receiving system circuit, connected to each RF receiving system circuit, and a second sampling processing unit for sampling an analog reception signal output from each receiving unit, respectively , A delay time for correcting a delay time of at least one of the output signal of the first sampling processor and the output signal of the second sampling processor A plurality of unit antennas are controlled by controlling the vector modulator based on the output signal of the first sampling processing unit and the output signal of the second sampling processing unit corrected for the delay time difference between the positive means An adaptive processing unit that functions as an adaptive array antenna, and a reference signal input unit that guides a reference signal to each vector modulator and each reception unit, and the delay time correction unit receives the vector from the reference signal input unit. When a reference signal is injected into the overall receiver via a modulator and the combiner, and a reference signal is injected into the receiver, the first sampling processor or the second sampling processor A delay time correction amount is obtained, and the output signal of the first sampling processing unit and the second sampling processing are received at the time of antenna reception. At least one of the delay time of the part of the output signal, and correcting, based on the delay time correction amount obtained.
[0027]
  Also,The present invention is an array antenna communication apparatus including a plurality of unit antennas, an RF transmission system circuit provided for each unit antenna, an RF reception system circuit provided in parallel with the RF transmission system circuit for each unit antenna, A bidirectional vector modulator that is provided for each set of the RF transmission system circuit and the RF reception system circuit, and has one end commonly connected to the RF transmission system circuit and the RF reception system circuit on the other side of the unit antenna; A first sampling process for sampling an analog reception signal output from the transmission / reception unit, a transmission / reception unit connected to the distribution / synthesis unit, connected to the other end of each bidirectional vector modulator Provided for each RF receiving system circuit, connected to each RF receiving system circuit, and the analog reception signal output from each receiving unit, respectively. A second sampling processing unit, a delay time correcting means for correcting a delay time of at least one of the output signal of the first sampling processing unit and the output signal of the second sampling processing unit, and mutual delay Controlling the bi-directional vector modulator based on the output signal of the first sampling processing unit and the output signal of the second sampling processing unit whose time difference is corrected, and a plurality of unit antennas are adaptive array antennas An adaptive processing unit that functions as a reference signal input unit that guides a reference signal to each bidirectional vector modulator and each reception unit, and the delay time correction unit receives the bidirectional vector modulation from the reference signal input unit. A reference signal is injected into the transmitter / receiver via the receiver and the distributor / synthesizer, and a reference signal is injected into the receiver. Sometimes, a delay time correction amount for the first sampling processing unit or the second sampling processing unit is obtained, and during antenna communication, the output signal of the first sampling processing unit and the output of the second sampling processing unit The delay time of at least one of the signals is corrected based on the obtained delay time correction amount.
[0028]
  In the array antenna communication apparatus according to the present invention,About the RF transmission system circuit and the RF reception system circuit corresponding to each unit antenna, the difference in amplitude change amount and the difference in phase rotation amount when signals pass through them are set to be approximately equal between the unit antennas. It is characterized byIs preferred.
[0029]
  In the array antenna communication apparatus according to the present invention,The delay time correction unit adjusts a sampling timing of at least one of the first sampling processing unit and the second sampling processing unit, and thereby outputs an output signal of the first sampling processing unit and the second sampling unit. Correct the delay time of at least one of the output signals of the sampling processing unitIs preferred.Also, in the array antenna communication apparatus according to the present invention, the delay time correcting means delays at least one of the output signal of the first sampling processing unit and the output signal of the second sampling processing unit. It is preferable that the delay time of at least one of the output signal of the first sampling processing unit and the output signal of the second sampling processing unit is corrected by delay processing by a variable shift register. Moreover, in the array antenna communication apparatus according to the present invention, the delay time correction means delays at least one of the output signal of the first sampling processing unit and the output signal of the second sampling processing unit. A register, and a sampling timing adjustment unit that adjusts a sampling timing of at least one of the first sampling processing unit and the second sampling processing unit, the variable shift register or the sampling timing adjustment unit At least one of them is selected and used according to the delay time correction amount, and at least one of the delay time of the output signal of the first sampling processor and the output signal of the second sampling processor is corrected. Is preferred.
[0030]
  In the array antenna communication apparatus according to the present invention,The delay time correction unit obtains the delay time correction amount based on a correlation value between an output signal of the first sampling processing unit and an output signal of the second sampling processing unit.Is preferred.
[0031]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Preferred embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a block diagram illustrating an example of the configuration of the array antenna communication apparatus 10 according to the present embodiment. FIG. 2 illustrates sampling processing units (A / D) 101 and 102 and an adaptive processing unit 30 of the array antenna communication apparatus 10. 3 is a block diagram illustrating a configuration of a sampling timing control unit 103. FIG. The array antenna communication device 10 according to the present embodiment includes the same components as the above-described array antenna communication device 10a (FIG. 8). Accordingly, the same components are denoted by the same reference numerals, and detailed description of the overlapping portions is omitted. In the present embodiment, an example in which an adaptive array antenna is configured by four antennas (unit antennas) 12 will be described.
[0032]
In FIG. 1, reference numeral 101 denotes a second sampling processing unit (A / D converter; in the figure, which samples the signal of the receiving unit (RX) 32 directly connected from the receiving system at a predetermined sampling timing and converts it into a digital signal. A second sampling processing unit (A / D converter; A / D in the figure) which samples the received signal of the common transmitting / receiving unit 28 at a predetermined sampling timing and converts it into a digital signal. ), 103 is a sampling timing control unit for controlling the time relationship between sampling timings (sample clocks for controlling) of the sampling processing units (A / D) 101 and 102, and 104 is a unit antenna including a receiving unit (RX) 32. 12 monitor system circuits, bi-directional vector modulator 22, distribution / combination unit 26, transmission / reception unit (TRX) The reception system circuit including 8, a reference signal injection unit for supplying a common reference signal. Based on this reference signal, the delay time can be corrected.
[0033]
In this embodiment, as shown in FIG. 2, the adaptive processing unit 30 includes a correlation integrator 105 and a determination circuit 106, and the sampling timing control unit 103 includes a variable frequency divider 107, a frequency divider 108, and a clock generator. A container 109. The output signals of the sampling processing unit (A / D) 101 and the sampling processing unit (A / D) 102 are correlation-integrated by a correlation integrator 105 in the adaptive processing unit 30. The output signal of the clock generator 109 is frequency-divided to n times the frequency by the frequency divider 108 and becomes a sample clock for determining the sampling timing of the first sampling processing unit (A / D) 102. Further, the output signal of the frequency divider 108 is input to the variable frequency divider 107, where it is frequency-divided to any one of (n-1) times, n times, or (n + 1) times. The output signal of the variable frequency divider 107 serves as a sample clock for determining the sampling timing of the second sampling processing unit (A / D) 101.
[0034]
In such a configuration, each of the individual receiving unit (RX) 32 provided for each unit antenna 12 and the common transmitting / receiving unit (TRX) 28 for the plurality of unit antennas 12 includes an RF filter, an IF filter, a baseband Each filter has its own delay time. That is, each has a filter for selectively receiving a necessary band, and a signal of a necessary frequency band corresponding to the information communication band is finally extracted by this filter. As described above, the delay time of the filter is generally accompanied by a delay of at least several symbols with respect to one symbol of the signal, although it depends on the attenuation amount outside the band, the roll-off characteristic, and the like.
[0035]
However, regarding the delay of several symbols, there is an individual difference for each filter, and in some cases, the delay may vary by several tens of percent with respect to the absolute delay amount. Therefore, as described above, when no countermeasure is taken, a delay time of about several symbols is provided between the common transmitting / receiving unit (TRX) 28 and the individual receiving unit (RX) 32 corresponding to each unit antenna. In general, an adaptive processing unit (APU) 30 that performs analog-to-digital conversion at a time interval of 1/2 symbol or 1/4 symbol for processing cannot be ignored. Will become bigger.
[0036]
Here, the signal injected from the reference signal injection unit 104 is converted into a digital signal by the sampling processing unit (A / D) 101 through the individual reception unit (RX) 32 on the one hand. On the other hand, the signal injected from the reference signal injection unit 104 passes through the bidirectional vector modulator 22, passes through the distribution / combination unit 26 and the common transmission / reception unit 28, and then passes through the sampling processing unit (A / D) 102. Converted into a digital signal. The signal converted into the digital signal by the sampling processing unit (A / D) 101 and the signal converted into the digital signal by the sampling processing unit (A / D) 102 are common to the individual receiving unit (RX) 32. A signal shifted by the delay time difference of the transmission / reception unit (TRX) 28 is observed.
[0037]
Therefore, in the present embodiment, for example, the sampling timing control unit 103 variably controls the sampling timing of the second sampling processing unit (A / D) 101 to thereby output the first sampling processing unit (A / D) 102. The error due to the delay time difference between the receiving unit (RX) 32 and the transmitting / receiving unit (TRX) 28 between the signal and the output signal of the second sampling processing unit (A / D) 101 is as small as possible. The delay time difference between them is corrected. With this configuration, a delay time error equal to or less than the sampling interval of the sampling processing units (A / D) 101 and 102 can be absorbed, and the output signal of the receiving unit 32 used for directivity control as an adaptive array antenna is different (timing). ) And the convergence characteristics of the control of the adaptive processing unit 30 can be improved.
[0038]
FIG. 3 shows an example of the operation of the sampling timing control unit 103 for performing delay time correction. As shown in FIG. 3, when the variable frequency divider 107 is adjusted by (n-1) frequency division, the sample clock is output at a timing 1 / n earlier, and the sampling timing of the second sampling processing unit 101 is set. On the other hand, when adjusted by (n + 1) frequency division, the sample clock is output at a timing 1 / n later, and the sampling timing of the second sampling processing unit 101 becomes 1 / n later. The variable frequency divider 107 is controlled based on the determination result of the determination circuit 106. When there is no delay time difference between the output signal of the second sampling processing unit (A / D) 101 and the output signal of the first sampling processing unit (A / D) 102, the correlation integral value (correlation value) of these output signals is Maximum. That is, the determination circuit 106 may change the sampling timing of the second sampling processing unit (A / D) 101 by controlling the variable frequency divider 107 so that the correlation integral value becomes maximum. Note that the variable frequency divider 107 is normally set to n frequency division, and is adjusted to (n-1) frequency division or (n + 1) frequency division by the determination circuit 106 once or a predetermined number of times. In FIG. 2, only a circuit corresponding to one unit antenna 12 is shown, but it is preferable that such a configuration is provided for each of the four antenna systems, and the above-described control is executed in each system.
[0039]
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 4 is a block diagram illustrating configurations of the sampling processing units (A / D) 101 and 102, the adaptive processing unit 30, and the sampling timing control unit 103 of the array antenna communication apparatus 10 according to the present embodiment. The array antenna communication device 10 according to the present embodiment includes the same components as the array antenna communication devices 10 (FIG. 1) and 10a (FIG. 8) described above. Accordingly, the same components are denoted by the same reference numerals, and detailed description of the overlapping portions is omitted. Also in this embodiment, an example in which an adaptive array antenna is configured by four antennas (unit antennas) 12 will be described.
[0040]
In the present embodiment, the clock generator 113 outputs, for example, a sine wave. The comparator 114 compares the output signal of the clock generator 113 with the reference voltage Vref and generates a binary output signal. This output signal becomes a sample clock of the first sampling processing unit (A / D) 102. That is, also in this embodiment, the sampling frequency of the first sampling processing unit (A / D) 102 is constant.
[0041]
On the other hand, the output signal of the clock generator 113 is input to another comparator 116. The comparator 116 receives an output signal of the determination circuit 106 converted into a digital signal by the D / A converter (D / A) 115 as a reference voltage. The binary output signal of the comparator 116 becomes a sample clock of the second sampling processing unit (A / D) 101.
[0042]
FIG. 5 is a diagram illustrating an example of the operation of the comparator 116. FIG. 5 shows a case where the reference voltage (threshold value) as an output signal of the D / A converter (D / A) 115 is (a) a normal state, (b) a state higher than normal, and (c) a state lower than normal. The clock waveform (the output signal of the clock generator 113) and the sample clock waveform are shown. As can be seen from this figure, in the present embodiment, the threshold value fluctuates up and down depending on the determination result of the determination circuit 106, whereby the sampling timing is controlled. Specifically, when the output signal of the second sampling processing unit (A / D) 101 is relatively early, the determination circuit 106 controls to increase the threshold value, and the second sampling processing unit (A / D). The sample clock of 101 is delayed (b). Conversely, when the output signal of the second sampling processing unit (A / D) 101 is relatively slow, the determination circuit 106 controls to lower the threshold value, and the second sampling processing unit (A / D) 101 Advance the sample clock (c). 5 shows an example in which the clock generator 113 outputs a sine wave, but as shown in FIG. 6, signals having various waveforms can be used instead of the sine wave. In the present embodiment, only the circuit corresponding to one unit antenna 12 is shown in FIG. 4, but it is preferable that such a configuration is provided for each of the four antenna systems, and that the above-described control is executed in each system. It is.
[0043]
Next, a third embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 7 is a block diagram illustrating configurations of the sampling processing units (A / D) 101 and 102, the adaptive processing unit 30a, and the sampling timing control unit 103 of the array antenna communication apparatus 10 according to the present embodiment. The array antenna communication device 10 according to the present embodiment includes the same components as the array antenna communication devices 10 (FIG. 1) and 10a (FIG. 8) described above. Accordingly, the same components are denoted by the same reference numerals, and detailed description of the overlapping portions is omitted. Also in this embodiment, an example in which an adaptive array antenna is configured by four antennas (unit antennas) 12 will be described.
[0044]
The array antenna communication apparatus 10 according to the first and second embodiments is particularly effective when the delay time difference between the reception unit (RX) 32 and the transmission / reception unit (TRX) 28 is smaller than the time interval of the sampling timing. However, the array antenna communication apparatus 10 according to the present embodiment can cope with a case where the delay time difference is larger than the sampling timing time interval.
[0045]
As shown in FIG. 7, the output signal of the second sampling processing unit (A / D) 101 is input to the correlation integrator 105 via the variable shift register 110 as delay time correcting means. On the other hand, the output signal of the first sampling processing unit (A / D) 102 is input to the correlation integrator 105 via the fixed shift register 111. Each correlation integrator 105 obtains a correlation integral value (correlation value) between the output signal of the variable shift register 110 and the output signal of the fixed shift register 111, and the determination circuit 106 determines the variable shift register 110 based on the correlation integral value. The shift amount (delay amount) is controlled. Specifically, it has been found that the output signal of the second sampling processing unit (A / D) 101 is advanced by one sampling interval or more than the output signal of the first sampling processing unit (A / D) 102. In this case, the determination circuit 106 increases the shift amount of the corresponding variable shift register 110 to increase the delay amount. Conversely, when it is found that the output signal of the second sampling processing unit (A / D) 101 is delayed by one sampling interval or more than the output signal of the first sampling processing unit (A / D) 102. The determination circuit 106 reduces the delay amount by reducing the shift amount of the corresponding variable shift register 110. With this configuration and control, it is possible to control the relative delay time with respect to the signal passing through the fixed shift register 111 in units of an integral multiple of the sampling interval.
[0046]
Further, the determination circuit 106 can correct the delay time within the sampling interval by the configuration and method described in the first or second embodiment. The correction of the delay time using the variable shift register 110 described above and the correction of the delay time according to the first or second embodiment can both be executed, and depending on the error of the delay time. (In other words, in the embodiment described above, based on the determination result [correlation integral value] in the determination circuit 106), either one of the corrections can be selectively executed.
[0047]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, even if there is a delay time difference between the receiving unit (RX) provided for each unit antenna and the transmitting / receiving unit (TRX) common to the plurality of unit antennas, Since correction can be performed more accurately and more quickly, a remarkable effect is obtained in that the convergence characteristic of control by the adaptive processing unit is improved.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram illustrating an example of a circuit configuration of an array antenna communication apparatus according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a diagram showing an example of a circuit configuration of a main part of the array antenna communication apparatus according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 3 is an explanatory diagram showing an example of sampling timing control in the array antenna communication apparatus according to the first embodiment of the present invention;
FIG. 4 is a diagram illustrating an example of a circuit configuration of a main part of an array antenna communication apparatus according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 5 is an explanatory diagram showing an example of sampling timing control in the array antenna communication apparatus according to the second embodiment of the present invention;
FIG. 6 is a diagram showing an example of an output waveform from a clock generator of the array antenna communication apparatus according to the second embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a diagram illustrating an example of a circuit configuration of a main part of an array antenna communication apparatus according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a block diagram showing a configuration of an array antenna communication apparatus.
FIG. 9 is a diagram illustrating a circuit configuration of a conventional communication device.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Communication apparatus, 12 Antenna (unit antenna), 14, 20 Transmission / reception switcher, 16 Band pass filter (BPF), 18 Low noise amplifier, 22 Bidirectional vector modulator, 24 Non-shared circuit part, 26 Distribution and synthesis part , 28 Transmission / reception unit (TRX), 30 Adaptive processing unit (APU), 32 Reception unit (RX), 34 Adjuster, 36 Transmission power amplifier (PA), 101 Second sampling processing unit (A / D), 102 One sampling processing unit (A / D), 103 sampling timing control unit, 105 correlation integrator, 106 determination circuit, 107 variable frequency divider, 108 frequency divider, 109, 113 clock generator, 110 variable shift register, 111 Fixed shift register, 114, 116 comparator, 115 D / A converter.

Claims

An array antenna communication apparatus including a plurality of unit antennas,
An RF receiving system circuit provided for each unit antenna;
A vector modulator provided for each RF reception system circuit, one end of which is commonly connected at the output end of the RF reception system circuit;
A combining unit connected to the other end of each vector modulator;
A general receiver connected to the combiner;
A first sampling processing unit that samples the analog reception signal output from the comprehensive reception unit;
A receiving unit provided for each RF receiving system circuit and connected to each RF receiving system circuit;
A second sampling processing unit that samples each analog reception signal output from each receiving unit;
A delay time correcting means for correcting a delay time of at least one of the output signal of the first sampling processor and the output signal of the second sampling processor;
The vector modulator is controlled based on the output signal of the first sampling processing unit and the output signal of the second sampling processing unit, the mutual delay time difference of which has been corrected, and a plurality of unit antennas are arranged in an adaptive array An adaptive processing unit that functions as an antenna;
A reference signal input unit for introducing a reference signal to each vector modulator and each receiving unit;
With
The delay time correcting means includes
When the reference signal is injected from the reference signal input unit to the total reception unit via the vector modulator and the synthesis unit, and the reference signal is injected to the reception unit, the first sampling processing unit or Obtain a delay time correction amount for the second sampling processing unit,
At the time of antenna reception, the delay time of at least one of the output signal of the first sampling processing unit and the output signal of the second sampling processing unit is corrected based on the obtained delay time correction amount. An array antenna communication device.

A plurality of unit antennas A including an array antenna communication apparatus,
An RF transmission circuit that is provided for each single position antenna,
And R F receiving circuit that is provided in parallel to the RF transmission circuit for each unit antenna,
Provided for each set of the RF transmission system circuit and the RF receiving system circuit, a bidirectional vector modulator common to one end on the other side of the unit antenna to the RF transmitting circuit and the RF receiving circuit is connected,
A distribution / synthesis unit connected to the other end of each bidirectional vector modulator;
A transmission / reception unit connected to the distribution / synthesis unit;
A first sampling processing unit that samples an analog reception signal output from the transmission / reception unit;
A receiving unit provided for each RF receiving system circuit and connected to each RF receiving system circuit ;
A second sampling processing unit that samples each analog reception signal output from each receiving unit ;
A delay correcting means for correcting at least one Kano delay time of the first sampling unit of the output signal and the second sampling processing of the output signal,
And controls the bidirectional vector modulator based on the output signal and the output signal of the second sampling processing unit of the first sampling processor before SL delay time difference of the cross has been corrected, adaptive multiple units antennas An adaptive processing unit that functions as an array antenna;
A reference signal input unit for guiding a reference signal to each bidirectional vector modulator and each receiving unit;
With
The delay time correcting means includes
When the reference signal is injected from the reference signal input unit to the transmitting / receiving unit via the bidirectional vector modulator and the distributing / combining unit, and the reference signal is injected to the receiving unit, the first sampling is performed. Obtaining a delay time correction amount for the processing unit or the second sampling processing unit;
During antenna communication, the delay time of at least one of the output signal of the first sampling processing unit and the output signal of the second sampling processing unit is corrected based on the obtained delay time correction amount. An array antenna communication device.

About the RF transmission system circuit and the RF reception system circuit corresponding to each unit antenna, the difference in amplitude change amount and the difference in phase rotation amount when signals pass through them are set to be approximately equal between the unit antennas. The array antenna communication apparatus according to claim 2.

The delay time correcting means includes
By adjusting the sampling timing of at least one of the first sampling processing unit and the second sampling processing unit, an output signal of the first sampling processing unit and an output signal of the second sampling processing unit 4. The array antenna communication apparatus according to claim 1, wherein at least one of the delay times is corrected. 5.

The delay time correcting means includes
A variable shift register that delays at least one of the output signal of the first sampling processing unit and the output signal of the second sampling processing unit, and the output of the first sampling processing unit by delay processing by the variable shift register 4. The array antenna communication apparatus according to claim 1, wherein a delay time of at least one of the signal and the output signal of the second sampling processing unit is corrected. 5.

The delay time correcting means includes
A variable shift register that delays at least one of the output signal of the first sampling processor and the output signal of the second sampling processor;
Sampling timing adjusting means for adjusting the sampling timing of at least one of the first sampling processing unit and the second sampling processing unit;
With
At least one of the variable shift register and the sampling timing adjustment unit is selected and used according to the delay time correction amount, and the output signal of the first sampling processing unit and the output of the second sampling processing unit The array antenna communication apparatus according to claim 1, wherein at least one of the delay times of the signals is corrected.

The delay time correcting means includes
7. The delay time correction amount is obtained based on a correlation value between an output signal of the first sampling processing unit and an output signal of the second sampling processing unit. The array antenna communication device described.