JP4528208B2 - アレイアンテナの校正装置及び校正方法 - Google Patents

Description

本発明は、アレイアンテナの校正装置及び校正方法に関する。

ＣＤＭＡ（Code Division Multiple Accesss）通信に代表される近年の通信システムは、大容量化及び高速化が求められており、これらを実現する手段としてアレイアンテナが使用される。即ち、ＣＤＭＡ方式は、符号によりチャネルを割り当てて同時通信を行なうアクセス方式であるが、同時通信を行なっている他チャネルからの信号が干渉し、結果として同時通信可能なチャネル数、すなわちチャネル容量が制限される。このチャネル容量を増加するために、アレイアンテナ、特に、アダプティブアレイアンテナが用いられる。

アダプティブアレイアンテナは、環境に応じて適応的に、希望ユーザにはビームを形成する一方、大きな干渉源となるユーザにはヌル点を形成することができるものであり、チャネル容量の増加を可能とする技術である。即ち、希望ユーザの方向にビームを形成し、大きな干渉源となるユーザの方向にはヌル点を向けることで、希望ユーザからは感度よく電波を受信し、大きな干渉源からは電波を受信しないようにすることができる。これにより、干渉量を減らすことができ、その結果、チャネル容量を増やすことができる。

ところで、アダプティブアレイアンテナは、アンテナ端での位相差を用いてビームを生成している。このため、各無線部における位相変動が発生すると、ビームパターンを正しく制御することが不可能になる。したがって、ビームパターンを正しく制御するためには、各アンテナ端での位相差を補正する必要があり、アンテナエレメント（素子）間のキャリブレーションは必須な機能である。

図１０は従来のアレイアンテナの受信系のキャリブレーション方法を説明するための図で、後記特許文献１の図１に相当する図である。この図１０に示すアレイアンテナシステム（受信系）は、複数（４本）のアンテナ素子Ant１，Ant2，Ant3，Ant4を有するアレイアンテナユニット１００と、アンテナ素子Ant１，Ant2，Ant3，Ant4毎にそれぞれ設けられたスイッチ１０１、アレイ無線受信部１０２、タイミング検出部１０４及び乗算器１０６，１０８と、加算器１１０と、アダプティブ制御部１１２と、参照信号記憶部１１４と、キャリブレーション信号用の専用無線送信機である校正信号記憶部１１６とをそなえて構成されている。

かかるアレイアンテナシステムでは、構成信号記憶部１１６から読み出された校正信号は、アレイ無線受信部１０２及びタイミング検出部１０４を介して乗算器１０６とアダプティブ制御部１１２へ入力される。乗算器１０６は、タイミング検出部１０４からの出力信号を補正用重み係数Ｗ₀₁，Ｗ₀₂，Ｗ₀₃，Ｗ₀₄により重み付けする。アダプティブ制御部１１２は、タイミング検出部１０４の出力信号と参照信号記憶部１１４からの参照信号と乗算器１０６の出力信号とに基づいて、最小２乗誤差法に基づく適応アルゴリズムにより、上記補正用重み係数Ｗ₀₁，Ｗ₀₂，Ｗ₀₃，Ｗ₀₄を算出する。これにより、アレイアンテナシステム単体でキャリブレーションを行なうことができ、キャリブレーション時のシステム規模の縮小を図ることができる。
特開２００４−２９７６９４号公報

しかしながら、従来のキャリブレーション（校正）方式では、受信系のキャリブレーションにおいては、キャリブレーション信号用の専用無線送信機１１６を必要とし、また、送信系のキャリブレーションにおいては、キャリブレーション信号用の専用無線受信機を必要とする。また、送信系と受信系のキャリブレーションは各々で行なわれる。このため、送受信両方のキャリブレーションを行なう場合に、キャリブレーション信号用に専用の無線送受信機を必要とするが、実運用には使用しない冗長な無線機であるため、装置規模及び回路規模が大きくなり、消費電力の増加、さらにコストアップの要因となる。

本発明は、このような課題に鑑み創案されたもので、キャリブレーション信号専用の無線送受信機を必要としない構成で、キャリブレーションを容易に行なえるようにすることを目的とする。

上記の目的を達成するために、本発明は、以下のアレイアンテナの校正装置及び校正方法を用いることを特徴としている。即ち、
（１）本発明のアレイアンテナの校正装置は、複数のアンテナ素子を有するアレイアンテナの校正装置であって、該アンテナ素子別に校正信号を生成する校正信号生成手段と、
該校正信号生成手段で生成された該校正信号を送信主信号とともに所定の送信無線周波数で該アンテナ素子へ出力する送信手段と、該アンテナ素子からの所定の受信無線周波数の受信主信号を受信する受信手段と、該無線送信手段から該校正信号を抽出して所定の受信無線周波数に変換して該受信主信号とともに該受信手段へ出力する校正信号抽出・周波数変換手段と、該受信手段の出力から該アンテナ素子別の該校正信号を抽出して当該校正信号間の相対位相差を求める相対位相差検出手段と、該相対位相差検出手段により得られた相対位相差に基づいて該送信主信号及び該受信主信号のいずれか一方又は双方についての位相差を補正する位相補正手段と、をそなえたことを特徴としている。

（２）ここで、該校正信号生成手段が、該アンテナ素子別に該校正信号をそれぞれ生成する該アンテナ素子毎の校正信号生成部をそなえて構成されるとともに、該送信手段が、
該アンテナ素子別の該送信主信号にそれぞれ該校正信号生成部で生成された該校正信号を加算する該アンテナ素子毎の加算器と、上記各加算器の出力をそれぞれ該送信無線周波数に周波数変換して送信信号として該アンテナ素子へ出力する該アンテナ素子毎の無線送信機とをそなえて構成され、且つ、該校正信号抽出・周波数変換手段が、該アンテナ素子への該送信信号の一部を分岐する分岐部と、該分岐部により分岐された該送信信号から該校正信号を抽出する第１校正信号抽出部と、該第１校正信号抽出部により抽出された該校正信号を該受信無線周波数に変換する周波数変換器と、該周波数変換器により周波数変換された該校正信号を該アンテナ素子から該受信手段への該受信主信号に結合する結合部とをそなえて構成されていてもよい。

（３）また、該校正信号生成手段が、該アンテナ素子に共通の該校正信号を生成する共通校正信号生成部をそなえて構成されるとともに、該送信手段が、該アンテナ素子別の該送信主信号にそれぞれ該校正信号を加算する該アンテナ素子毎の加算器と、該共通校正信号生成部で生成された該校正信号を該加算器のいずれかに選択的に出力する校正信号選択出力部と、上記各加算器の出力をそれぞれ該送信無線周波数に周波数変換して送信信号として該アンテナ素子へ出力する該アンテナ素子毎の無線送信機とをそなえて構成されていてもよい。

（４）さらに、該相対位相差検出手段は、該受信手段の出力から該アンテナ素子別に該校正信号を抽出する該アンテナ素子毎の第２校正信号抽出部と、上記各第２校正信号抽出部で抽出された各校正信号の位相をそれぞれ検出する該アンテナ素子毎の位相検出部と、上記各位相検出部での各検出結果から該校正信号間の前記相対位相差を検出する相対位相差検出部とをそなえて構成されていてもよい。

（５）また、該校正信号生成手段が、該アンテナ素子別に該校正信号を時分割に生成する時分割校正信号生成部をそなえて構成されるとともに、該送信手段が、該アンテナ素子別の該送信主信号にそれぞれ該時分割校正信号生成部で生成された該校正信号を時分割に加算する加算器と、入力信号の周波数を該送信無線周波数に周波数変換して送信信号として該アンテナ素子へ出力する該アンテナ素子毎の無線送信機と、該加算器の出力を該アンテナ素子別に分離して上記各無線送信機に分配しうる時間分離部とをそなえて構成されていてもよい。

（６）さらに、該相対位相差検出手段が、該受信手段から該アンテナ素子別の出力を時分割多重する時分割多重部と、該時分割多重部の出力から該アンテナ素子別の該校正信号を時分割に抽出する時分割校正信号抽出部と、該時分割校正信号抽出部で抽出された各校正信号の位相を時分割に検出する時分割位相検出部と、該時分割位相検出部での各検出結果から該校正信号間の前記相対位相差を時分割に検出する時分割相対位相差検出部とをそなえて構成されてもよい。

（７）また、該校正信号生成手段は、該校正信号として、固定値を生成するように構成されていてもよい。
（８）さらに、該校正信号生成手段は、該校正信号として、正弦波を生成するように構成されてもよい。
（９）また、該校正信号生成手段は、該校正信号として、スペクトル拡散信号を生成するように構成されてもよい。

（１０）さらに、本発明のアレイアンテナの校正方法は、複数のアンテナ素子を有するアレイアンテナの校正方法であって、該アンテナ素子別に校正信号を生成し、生成した該校正信号を送信主信号とともに所定の送信無線周波数で該アンテナ素子へ出力し、該アンテナ素子への信号から該校正信号を抽出して所定の受信無線周波数に変換して該アンテナ素子での受信主信号とともに受信手段へ出力し、該受信手段の出力から該アンテナ素子別の該校正信号を抽出して当該校正信号間の相対位相差を求め、得られた相対位相差に基づいて該送信主信号及び該受信主信号のいずれか一方又は双方についての位相差を補正することを特徴としている。

上記本発明によれば、次のような効果ないし利点が得られる。
（１）送信手段の出力から校正信号を抽出して受信無線周波数に変換して受信主信号とともに受信手段へ出力し、この受信手段の出力からアンテナ素子別の校正信号を抽出して当該校正信号間の相対位相差を求め、得られた相対位相差に基づいてアンテナ素子への送信主信号及びアンテナ素子からの受信主信号のいずれか一方又は双方についての位相差を補正するので、アレイアンテナの送信系、受信系の校正（キャリブレーション）を同一構成で実現することが可能になる。したがって、従来のような校正専用の無線送受信機を要することなく、必要なキャリブレーションを容易に行なうことができ、装置構成を小型化可能であり、且つ、コスト削減に寄与するところが大きい。

（２）また、各アンテナ素子に共通の校正信号を各アンテナ素子への送信主信号に選択的に加算（重畳）するようにすれば、校正信号生成部を各アンテナ素子に共通化できるので、さらに装置規模及びコストを低減することができる。
（３）さらに、校正信号を時分割に生成して、各校正信号の位相、各校正信号間の相対位相差を時分割に検出する構成とすれば、アレイアンテナの構成（受信ダイバーシチ、送信ダイバーシチ、送受信ダイバーシチ等）やアンテナ素子数に依存せずに、共通の構成でフレキシブルな校正を実現することができるので、装置規模及びコストをより低減することが可能となる。

（４）また、上述した構成では、通信方式にも依存しないため、ＦＤＭＡ（Frequency Division Multiple Access）やＴＤＭＡ（Time Division Multiple Access）、ＣＤＭＡ（Code Division Multiple Access）等の各種多元接続方式の信号やＯＦＤＭ（Orthogonal Frequency Division Multiplexing）等のマルチキャリアの伝送方式にも対応可能である。

（５）さらに、校正信号として、スペクトル拡散信号（特に、アンテナ素子毎に異なる拡散符号で拡散したスペクトル拡散信号）を生成するようにすれば、拡散符号により各アンテナ素子別の校正信号を識別することができるので、校正信号を常に出力状態とすることが可能となるので、時分割方式のような複雑なキャリブレーションタイミング制御を不要にすることができる。

〔Ａ〕基本原理説明
図１は本発明の基本原理を説明すべくアレイアンテナ通信システムの構成を示すブロック図で、この図１に示すシステムは、送受共用部として、複数（例えば、Ｎ＝４）のアンテナ素子（ブランチアンテナ）１−１〜１−Ｎを有するアレイアンテナ１と、各ブランチアンテナ１−ｉ（ｉ＝１〜Ｎ）に対応して設けられた方向性結合器２−１〜２−Ｎ及び周波数分別器３−１〜３−Ｎと、合成・分配器４と、周波数分別器５と、フィルタ６と、周波数変換器７とをそなえるとともに、送信系として、送信データ処理部１１と、各ブランチアンテナ１−ｉに対応してそれぞれ設けられた、送信データ移相器１２−１〜１２−Ｎ、キャリブレーション信号生成部１３−１〜１３−Ｎ、加算器１４−１〜１４−Ｎ及び無線送信機１５−１〜１５−Ｎをそなえ、受信系として、各ブランチアンテナ１−ｉに対応してそれぞれ設けられた、無線受信機２１−１〜２１−Ｎと、受信データ移相器２２−１〜２２−Ｎと、受信データ処理部２３とをそなえて構成されている。また、キャリブレーション制御系として、キャリブレーションタイミング制御部３１と、キャリブレーション信号抽出部３３−１〜３３−Ｎ，位相検出部３４−１〜３４−Ｎ，位相記憶部３５−１〜３５−Ｎ及び送信系／受信系相対位相差検出部３６を有する補正信号生成部３２とをそなえている。

ここで、送信系において、送信データ処理部１１は、ブランチアンテナ１−ｉ別の送信データ（送信主信号）について所要の送信処理を施すものであり、送信データ移相器１２−ｉは、それぞれ、送信データ処理部１１から供給されるブランチアンテナ１−ｉ別の送信データの位相を補正信号生成部３２からの補正信号（位相調整信号）に従って調整するものであり、キャリブレーション信号生成部（校正信号生成手段）１３−ｉは、それぞれ、キャリブレーションタイミング制御部３１のタイミング制御に従ってブランチアンテナ１−ｉ別に必要なキャリブレーション信号（校正信号）を生成、出力するものである。

加算器１４−ｉは、それぞれ、キャリブレーション信号生成部１３−ｉで生成されたキャリブレーション信号を送信データ移相器１２−ｉによる位相調整後の送信データに加算（重畳）するものであり、無線送信機１５−ｉは、それぞれ、加算器１４−ｉにてキャリブレーション信号を加算された送信データを送信無線周波数に周波数変換（アップコンバート）する機能を有するものである。

つまり、上記の送信データ処理部１１，送信データ移相器１２−ｉ，加算器１４−ｉ及び無線送信機１５−ｉから成るブロックは、キャリブレーション信号生成部１３−ｉで生成されたキャリブレーション信号をブランチアンテナ１−ｉへの送信主信号とともに所定の送信無線周波数でブランチアンテナ１−ｉへ出力する送信手段として機能する。
また、送受共用部において、周波数分別器３−ｉは、それぞれ、入力信号の周波数を分別して、送信無線周波数の信号をアレイアンテナ１側へ出力し、アレイアンテナ１側からの受信無線周波数の信号を無線受信機２１−ｉへ出力するものであり、方向性結合器（分岐部、結合部）２−ｉは、それぞれ、周波数分別器３−ｉからのブランチアンテナ（以下、単に「ブランチ」ともいう）１−ｉへの送信信号の一部を分岐して合成・分配器４に出力（分岐）する一方、合成・分配器４からの信号をブランチアンテナ１−ｉでの受信主信号に結合して周波数分別器３−ｉ側へ出力するものである。

合成・分配器４は、各方向性結合器２−ｉからの送信信号を合成する一方、周波数分別器５からの信号を各方向性結合器２−ｉに分配するものであり、周波数分別器５は、入力信号の周波数を分別して、送信無線周波数の信号をフィルタ６へ出力し、受信無線周波数の信号を合成・分配器４へ出力するものである。
フィルタ（第１校正信号抽出部）６は、周波数分別器５からの送信無線周波数の信号のうち前記キャリブレーション信号成分のみを通過させてキャリブレーション信号を抽出するためのものであり、周波数変換器７は、このフィルタ６を通過してきたキャリブレーション信号の周波数を無線受信機２１−ｉでの受信無線周波数に変換するもので、これにより、変換後のキャリブレーション信号は、周波数分別器５、合成・分配器４、方向性結合器２−ｉ及び周波数分別器３−ｉを経由して受信系へフィードバックされ無線受信機２１−ｉで受信できることになる。

つまり、上記の方向性結合器２−ｉ，周波数分別器３−ｉ，合成・分配器４，周波数分別器５，フィルタ６及び周波数変換器７から成るブロックは、無線送信機１５−ｉの出力からキャリブレーション信号を抽出して所定の受信無線周波数に変換して受信主信号とともに無線受信機２１−ｉへ出力する校正信号抽出・周波数変換手段としての機能を果たしている。

さらに、受信系において、無線受信機（受信手段）２１−ｉは、それぞれ、周波数分別器３−ｉから入力される受信無線周波数の信号を受信してベースバンド信号に周波数変換（ダウンコンバート）する機能を有するものであり、受信データ移相器２２−ｉは、それぞれ、無線受信機２１−ｉからの信号（ベースバンド信号）の位相を補正信号生成部３２からの補正信号（位相調整信号）に従って調整するものであり、受信データ処理部２３は、これらの受信データ移相器２２−ｉによる位相調整後の信号（受信データ）について所要の受信処理を施すものである。

また、キャリブレーション制御系において、キャリブレーションタイミング制御部３１は、キャリブレーション信号生成部１３−ｉによるキャリブレーション信号の生成（出力）タイミング、及び、補正信号生成部３２（送信系／受信系相対位相差検出部３６）による前記位相調整信号の生成を制御するものであり、補正信号生成部（相対位相差検出手段）３２は、無線受信機２１−ｉの出力からブランチアンテナ１−ｉ別のキャリブレーション信号を抽出して当該キャリブレーション信号間（ブランチアンテナ１−ｉ間）の相対位相差を求めるものである。

そして、この補正信号生成部３２において、キャリブレーション信号抽出部（第２校正信号抽出部）３３−ｉは、それぞれ、無線受信機２１−ｉの出力信号（ベースバンド信号）からキャリブレーション信号を抽出するものであり、位相検出部３４−ｉは、それぞれ、対応するキャリブレーション信号抽出部３３−ｉによって抽出されたキャリブレーション信号の受信位相（又は角度）を検出するものであり、位相記憶部３５−ｉは、それぞれ、対応する位相検出部３４−ｉで検出された位相（又は角度）情報を記憶するもので、本例では、無線送信機１５−ｉから送信されたキャリブレーション信号が上述したごとく無線受信機２１−ｉにフィードバックされて受信されるので、ここで記憶する位相情報は送信系及び受信系双方に共通の情報を意味する。

送信系／受信系相対位相差検出部３６は、上記の各位相記憶部３５−ｉに記憶された位相情報から受信系及び送信系（又は一方のみも可）のブランチアンテナ１−ｉ間（無線送信機１５−ｉ間、無線受信機２１−ｉ間）の相対位相差を検出してその情報を前記補正信号（位相調整信号）として受信データ移相器２２−ｉ又は送信データ移相器１２−ｉへ出力するものである。

つまり、上記の送信データ移相器１２−ｉ及び受信データ移相器２２−ｉは、相対位相差検出手段としての補正信号生成部３２により得られた相対位相差に基づいてブランチアンテナ１−ｉへの送信主信号及びブランチアンテナ１−ｉからの受信主信号のいずれか一方又は双方についての位相差を補正する位相補正手段としての機能を果たしている。
以下、上述のごとく構成されたアレイアンテナ通信システムにおけるキャリブレーション方法について説明する。

キャリブレーション信号生成部１３−ｉで生成されたキャリブレーション信号は、対応する加算器１４−ｉでブランチ１−ｉ用の送信主信号（ベースバンド信号）と加算（重畳）されて、対応する無線送信機１５−ｉに入力され、当該無線送信機１５−ｉにて送信無線周波数にアップコンバートされる。
アップコンバート後の無線信号は、周波数分別器３−ｉを通じて方向性結合器２−ｉに入力され、方向性結合器２−ｉにてアレイアンテナ１のブランチ１−ｉ及び合成・分配器４に分岐される。合成・分配器４に入力されたブランチ１−ｉの送信データは、周波数分別器５を通じてフィルタ６に出力され、フィルタ６にてキャリブレーション信号成分が抽出され、周波数変換器７にて受信無線周波数に変換されて、周波数分別器５にフィードバックされる。

フィードバックされたキャリブレーション信号成分は、合成・分配器４により方向性結合器２−ｉ及び周波数分別器３−ｉ経由で無線受信機２１−ｉに分配される。これは、キャリブレーション生成部１３−ｉが出力したキャリブレーション信号を、ブランチ１−ｉ対応の全ての無線受信器２１−ｉで受信可能であることを意味する。
各無線受信機２１−ｉでは、受信した信号をベースバンド信号にダウンコンバートする。キャリブレーション信号を含む各受信ベースバンド信号は、補正信号生成部３２に入力され、補正信号生成部３２では、キャリブレーション信号抽出部３３−ｉで、無線受信機２１−ｉ毎に入力信号からキャリブレーション信号を抽出し、位相検出部３４−ｉにてそれぞれの位相（又は角度）を検出し、位相記憶部３５−ｉにてそれぞれの位相情報を保持する。

ここで保持された情報は、ブランチ１−ｉの無線送信機１５−ｉが出力するキャリブレーション信号を、全ての無線受信機２１−ｉで受信したキャリブレーション信号から抽出した位相情報であるので、その情報から送信系／受信系相対位相差検出部３６にてキャリブレーション信号間の相対位相差を検出し受信データの補正信号として受信データ移相器２２−ｉに供給する。

受信データ移相器２２−ｉでは、上記補正信号により受信ベースバンド信号の位相補正を行なう。キャリブレーション信号を送信するキャリブレーション信号生成部１３−ｉをキャリブレーションタイミング制御部３１によって選択的（時分割）に切り替える場合、キャリブレーション信号を出力するブランチ１−ｉ対応の無線送信機１５−ｉが切り替わる毎に、補正信号生成部３２においてキャリブレーション信号が抽出され、その位相が検出されて、キャリブレーション信号を出力するブランチ１−ｉ対応の無線送信機１５−ｉ毎に位相情報が位相記憶部３５−ｉに保持される。

これは補正信号生成部３２のブランチ１−ｉ毎の位相記憶部３５−ｉが、キャリブレーション信号を出力するすべての無線送信機１５−ｉのキャリブレーション信号の位相を保持することを意味する。従って、位相記憶部３５−ｉが保持する各無線送信機１５−ｉのキャリブレーション信号の位相情報を用いて、送信系／受信系相対位相差検出部３６にて相対位相差を検出し、送信データの補正信号として送信データ移相器１２−ｉへ供給する。送信データ移相器１２−ｉでは、当該補正信号により送信ベースバンド信号の位相補正を行なう。

以上のように、上述したアレイアンテナ通信システムによれば、全てのブランチアンテナ１−ｉ対応の無線送信機１５−ｉが出力するキャリブレーション信号を、全てのブランチアンテナ１−ｉ対応の無線受信機２１−ｉで受信することが可能なので、全てのキャリブレーション信号の経路の位相情報を検出することが可能である。したがって、従来のように、キャリブレーション専用の無線送受信機を個別に要することなく、送信系及び受信系についてアレイアンテナのキャリブレーションを実現することが可能となる。

〔Ｂ〕第１実施形態の説明
図２は本発明の第１実施形態に係るアレイアンテナ通信システムの構成を示すブロック図で、この図２に示すシステムは、図１により上述したシステムに比して、前記キャリブレーション信号生成部１３−ｉがキャリブレーション信号生成部（共通校正信号生成部）１３として各ブランチアンテナ１−ｉに対して共通化され、このキャリブレーション信号生成部１３から出力されるキャリブレーション信号をキャリブレーション信号出力スイッチ〔校正信号選択出力部（以下、単に「スイッチ」ともいう）〕１６によって選択的（時分割）に加算器１４−ｉに入力する構成となっている点が異なる。なお、キャリブレーション信号の選択（時分割）出力（スイッチ１６）の制御はキャリブレーションタイミング制御部３１によって行われる。また、この図２において、既述の符号と同一符号を付して示すものは、特に断らない限り、それぞれ既述のものと同一若しくは同様のものである。

上述のごとく構成された本実施形態のアレイアンテナ通信システムでは、各ブランチ１−ｉ対応の無線送信機１５−ｉに共通のキャリブレーション信号がキャリブレーション信号生成部１３によって生成される。このキャリブレーション信号は、キャリブレーション信号出力スイッチ１６で、キャリブレーションタイミング制御部３１によってキャリブレーション信号を出力する無線送信機１５−ｉが選択され、当該無線送信機１５−ｉに入力される。

このとき、キャリブレーションタイミング制御部３１は、各ブランチ１−ｉ対応の無線送信機１５−ｉの出力するキャリブレーション信号が合成・分配器４において時分割多重フレームを構成するようにキャリブレーション信号の出力タイミングを制御する。
無線送信機１５−ｉから周波数分別器３−ｉ及び方向性結合器２−ｉ経由で合成・分配器４に入力され、合成・分配器４にて時分割多重されたキャリブレーション信号は、周波数分別器５によってフィルタ６に入力され、フィルタ６によるフィルタリング後、周波数変換器７によって受信無線周波数に変換され、周波数分別器５、合成分配器４、方向性結合器２−ｉ及び周波数分別器３−ｉ経由で各アンテナ１−ｉ対応の無線受信機２１−ｉに分配される。

以降は、図１により上述したシステムと同様にして、補正信号生成部３２によってキャリブレーション信号の相対位相差が検出され、送信データ及び受信データの補正信号が生成され、これが送信データ移相器１２−ｉ、受信データ移相器２２−ｉに供給されて位相補正が行なわれる。
以上のように、本実施形態のシステムによれば、キャリブレーション信号生成部１３を各ブランチ１−ｉに共通としているので、図１に示す構成に比して、その規模を１／４に削減することができるとともに、キャリブレーション信号を、送受信系のキャリブレーションでも共通化しているので、さらにキャリブレーション信号生成部の規模を１／２（結局、キャリブレーション信号生成部をブランチ１−ｉ毎及び送受信系毎に設ける場合の１／８）に削減することができる。

〔Ｃ〕第２実施形態の説明
図３は本発明の第２実施形態に係るアレイアンテナ通信システムの構成を示すブロック図で、この図３に示すシステムは、送受信系の主信号を時分割多重する構成であって、図１により前述したシステム構成に比して、送信系において、時間分離部１７をそなえることにより、前記ブランチアンテナ１−ｉ（無線送信機１５−ｉ）毎の送信データ移相器１２−ｉ，キャリブレーション信号生成部１３−ｉ及び加算器１４−ｉをそれぞれ送信データ移相器１２，キャリブレーション信号生成部１３及び加算器１４として各アンテナブランチ１−ｉに共通化するとともに、受信系において、時間多重部２４をそなえることにより、前記ブランチアンテナ１−ｉ（無線受信機２１−ｉ）毎の受信データ移相器２２−ｉを受信データ移相器２２として各ブランチアンテナ１−ｉに共通化し、且つ、これに伴って、補正信号生成部３２においても、前記のキャリブレーション信号抽出部３３−ｉ，位相検出部３４−ｉ及び位相記憶部３５−ｉがそれぞれキャリブレーション信号抽出部３３，位相検出部３４及び位相記憶部３５として共通化している点が異なる。

ここで、送信系において、送信データ処理部１１は、各ブランチアンテナ１−ｉへの送信ベースバンド主信号を時分割多重フレーム化して出力するものであり、送信データ移相器１２，キャリブレーション信号生成部１３及び加算器１４自体は、それぞれ、既述の送信データ移相器１２−ｉ，キャリブレーション信号生成部１３−ｉ及び加算器１４−ｉと同様の機能を有するものであるが、本例では、送信ベースバンド主信号が時分割多重フレーム化されていることに伴って、それぞれ時分割で動作するようになっている。つまり、本例のキャリブレーション信号生成部１３は、キャリブレーションタイミング制御部３１からの時分割タイミング制御に従ってキャリブレーション信号を時分割に生成する時分割校正信号生成部として機能する。

時間分離部１７は、上記加算器１４の出力（送信ベースバンド信号）を時分割に分離して無線送信機１５−ｉに分配するものである。
また、受信系において、時間多重部２４は、各無線受信機２１−ｉの出力（受信ベースバンド信号）を時分割多重して時分割多重フレームを出力するものであり、受信データ移相器２２は、既述の受信データ移相器２２−ｉと同じ機能を有するものであるが、受信ベースバンド信号が時分割多重されているため、時分割で動作する。これに伴って、受信データ処理部２３も、時分割で動作する。

さらに、補正信号生成部３２において、キャリブレーション信号抽出部３３，位相検出部３４及び位相記憶部３５自体も、それぞれ、既述のキャリブレーション信号抽出部３３−ｉ，位相検出部３４−ｉ及び位相記憶部３５−ｉと同じ機能を有するものであるが、本例では、各ブランチアンテナ１−ｉ対応のベースバンド信号が時分割多重フレーム化されるため、補正信号生成部３２も時分割で動作し、送信系及び受信系のキャリブレーション用の補正信号も時分割で出力されるようになっている。

つまり、本例において、キャリブレーション信号抽出部３３は、時間多重部２４の出力（時分割多重フレーム）からブランチアンテナ１−ｉ別のキャリブレーション信号を時分割に抽出する時分割校正信号抽出部として機能し、位相検出部３４は、このキャリブレーション信号抽出部３３で抽出された各キャリブレーション信号の位相を時分割に検出する時分割位相検出部として機能し、送信系／受信系相対位相差検出部３６は、この位相検出部３４での各検出結果からキャリブレーション信号間の相対位相差を時分割に検出する時分割相対位相差検出部として機能するのである。

以下、上述のごとく構成された本実施形態のシステムにおけるキャリブレーション方法について説明する。なお、図４は送信系の動作タイミングを示すタイムチャート、図５は受信系の動作タイミングを示すタイムチャートであり、図３中の（１）〜（６）と図４中の（１）〜（６）とが対応しており、図３中の（７）〜（１０）と図５中の（７）〜（１０）とが対応している。これらの図３及び図４において、各ブランチアンテナ１−１，１−２，１−３，１−４はそれぞれブランチ１−１，１−２，１−３，１−４と表記しており、ブランチアンテナ１−１，１−２，１−３，１−４への送信主信号はそれぞれ「TX_B1_D」，「TX_B2_D」，「TX_B3_D」，「TX_B4_D」と表記し、ブランチアンテナ１−１，１−２，１−３，１−４用のキャリブレーション信号はそれぞれ「TX_B1_C」，「TX_B2_C」，「TX_B3_C」，「TX_B4_C」と表記し、ブランチアンテナ１−１，１−２，１−３，１−４での受信主信号はそれぞれ「RX_B1_D」，「RX_B2_D」，「RX_B3_D」，「RX_B4_D」と表記している。

まず、送信データ処理部１１が、各ブランチアンテナ１−ｉ（無線送信機１５−ｉ）への送信ベースバンド主信号を時分割多重フレーム化して出力する〔図４の（１）参照〕。キャリブレーション信号生成部１３は、キャリブレーションタイミング制御部３１によるタイミング制御によって、当該時分割多重フレームの該当するブランチアンテナ１−ｉのタイミングに従ってキャリブレーション信号を加算器１４へ出力する〔図４の（２）参照〕。これにより、時分割多重フレームの該当するブランチアンテナ１−ｉのタイミングで送信ベースバンド主信号にキャリブレーション信号が加算される〔図４の（３）参照〕。

キャリブレーション信号の加算された時分割多重フレーム信号は、時間分離部１７にて無線送信機１５−ｉ毎のデータに分離され〔図４の（４）参照〕、各無線送信機１５−ｉに出力される。
各無線送信機１５−ｉの出力は、周波数分別器３−ｉ及び方向性結合器２−ｉ経由でアレイアンテナ１の各ブランチアンテナ１−ｉから送信されるとともに、合成・分配器４に入力される。合成・分配器４に入力された信号は、周波数分別器５経由でフィルタに出力され〔図４の（５）参照〕、フィルタ６にてキャリブレーション信号成分が抽出されて周波数変換器７に時分割に入力される〔図４の（６）参照〕。この際、異なるブランチアンテナ１−ｉ用のキャリブレーション（ＣＡＬ）信号が衝突しないよう、各無線送信機１５−ｉからのキャリブレーション信号出力周期に対して所定のガードタイムが設けられている。

周波数変換７では、時分割入力されたキャリブレーション信号を順次受信無線周波数に変換し〔図５の（７）参照〕、周波数変換後のキャリブレーション信号は、周波数分別器４，方向性結合器２−ｉ及び周波数分別器３−ｉ経由でブランチアンテナ１−ｉからの受信主信号とともに無線受信機２１−ｉにフィードバックされ〔図５の（８）参照〕、当該無線受信機２１−ｉにてベースバンド信号にダウンコンバートされて時間多重部２４に入力される。

時間多重部２４は、各無線受信機２１−ｉからの入力信号を時分割多重して時分割多重フレームとして出力する〔図５の（９）参照〕。当該時分割多重フレームは、受信データ移相器２２と補正信号生成部３２とに入力され、補正信号生成部３２では、当該時分割多重フレームからキャリブレーション信号抽出部３３にてキャリブレーション信号成分が抽出され、位相検出部３４にて、抽出された各ブランチアンテナ１−ｉのキャリブレーション信号位相が検出される。このとき、同じブランチアンテナ１−ｉについての複数フレーム分（図５では３フレーム分）のキャリブレーション信号位相を平均して平均値を求めるようにしてもよい〔図５の（１０）参照〕。

そして、検出された位相情報は位相記憶部３５にいったん保持されたのち、当該位相情報を基に送信系／受信系相対位相差検出部３６にて、送信系及び受信系についての各ブランチアンテナ１−ｉ間の相対位相がそれぞれ検出され、補正信号としてそれぞれ送信データ移相器１２、受信データ移相器２２に入力されて、キャリブレーションが行なわれる。
以上のように、本実施形態によれば、キャリブレーション処理を時分割で行なうことができるので、送信系、受信系、キャリブレーション制御系のいずれについても回路規模を大幅に削減することが可能である。

〔Ｄ〕第３実施形態の説明
図６は本発明の第３実施形態に係るアレイアンテナ通信システムの構成を示すブロック図で、この図６に示すシステムは、図３により前述した時分割多重構成をベースとして、アレイアンテナを送受信ダイバーシチ構成とした場合で、送受信共用部として、複数（例えば、Ｎ＝４）のセンサ素子（ブランチアンテナ）１Ａ−１〜１Ａ−Ｎを有するメインアレイアンテナ１Ａと、各ブランチアンテナ１Ａ−ｉ（ｉ＝１〜Ｎ）に対応して設けられた方向性結合器２Ａ−１〜２Ａ−Ｎ及び周波数分別器３Ａ−１〜３Ａ−Ｎと、複数（例えば、Ｎ＝４）のセンサ素子（ブランチアンテナ）１Ｂ−１〜１Ｂ−Ｎを有するダイバーシチアレイアンテナ１Ｂと、各ブランチアンテナ１Ｂ−ｉ（ｉ＝１〜Ｎ）に対応して設けられた方向性結合器２Ｂ−１〜２Ｂ−Ｎ及び周波数分別器３Ｂ−１〜３Ｂ−Ｎと、合成・分配器４と、周波数分別器５と、フィルタ６と、周波数変換器７とをそなえている。

また、送信系として、送信データ処理部１１と、送信データ移相器１２と、キャリブレーション信号生成部１３と、加算器１４と、時間分離部１７と、メインアレイアンテナ１Ａ（ブランチ１Ａ−ｉ）用の無線送信機１５Ａ−１〜１５Ａ−Ｎを有するメイン用無線送信ユニット１５Ａと、ダイバーシチアレイアンテナ１Ｂ（ブランチ１Ｂ−ｉ）用の無線送信機１５Ｂ−１〜１５Ｂ−Ｎを有するダイバーシチ用無線送信ユニット１５Ｂとをそなえている。

さらに、受信系として、メインアレイアンテナ１Ａ（ブランチ１Ａ−ｉ）用の無線受信機２１Ａ−１〜２１Ａ−Ｎを有するメイン用無線受信ユニット２１Ａと、ダイバーシチアレイアンテナ１Ｂ（ブランチ１Ｂ−ｉ）用の無線受信機２１Ｂ−１〜２１Ｂ−Ｎを有するダイバーシチ用無線受信ユニット２１Ｂと、時間多重部２４と、受信データ移相器２２と、受信データ処理部２３とをそなえている。

ここで、送信系において、送信データ処理部１１は、送信すべきデータ（主信号）について所要の送信処理を施すもので、第２実施形態と同様に、メインアレイアンテナ１Ａの各ブランチ１Ａ−ｉ及びダイバーシチアレイアンテナ１Ｂの各ブランチ１Ｂ−ｉへの送信ベースバンド主信号を時分割多重フレーム化して出力するようになっている。
送信データ移相器１２，キャリブレーション信号生成部１３，加算器１４は、それぞれ、第２実施形態において図３により上述したものと同様のもので、上記送信ベースバンド主信号が時分割多重フレーム化されていることに伴って時分割で動作するようになっている。

時間分離部１７は、上記加算器１４の出力信号を分離してメイン用無線送信ユニット１５Ａの各無線送信機１５Ａ−ｉ及びダイバーシチ用無線送信ユニット１５Ｂの各無線送信機１５Ｂ−ｉに分配するものであり、各無線送信機１５Ａ−ｉ及び１５Ｂ−ｉは、それぞれ、既述の無線送信機１５−ｉと同様のもので、時間分離部１７からのキャリブレーション信号が加算（重畳）された送信ベースバンド主信号を送信無線周波数にアップコンバートする等の所要の送信処理機能を具備するものである。

また、送受共用部において、メインアレイアンテナ１Ａ側の周波数分別器３Ａ−ｉは、それぞれ、入力信号の周波数を分別して、メイン用無線送信ユニット１５Ａの無線送信機１５Ａ−ｉからの送信無線周波数の信号をメインアレイアンテナ１Ａ側へ出力し、メインアレイアンテナ１Ａ側からの受信無線周波数の信号をメイン用無線受信ユニット２１Ａの無線受信機２１Ａ−ｉへ出力するものであり、ダイバーシチアレイアンテナ１Ｂ側の周波数分別器３Ｂ−ｉは、それぞれ、入力信号の周波数を分別して、ダイバーシチ用無線送信ユニット１５Ｂの無線送信機１５Ｂ−ｉからの送信無線周波数の信号をダイバーシチアレイアンテナ１Ｂ側へ出力し、ダイバーシチアレイアンテナ１Ｂ側からの受信無線周波数の信号をダイバーシチ用無線受信ユニット２１Ｂの無線受信機２１Ｂ−ｉへ出力するものである。

また、メインアレイアンテナ１Ａ側の方向性結合器２Ａ−ｉは、それぞれ、周波数分別器３Ａ−ｉからの送信信号をメインアレイアンテナ１Ａのブランチ１Ａ−ｉと合成・分配器４とにそれぞれ出力する一方、合成・分配器４からの信号を周波数分別器３Ａ−ｉ側へ出力するものであり、ダイバーシチアレイアンテナ１Ｂ側の方向性結合器２Ｂ−ｉは、それぞれ、周波数分別器３Ｂ−ｉからの送信信号をダイバーシチアレイアンテナ１Ｂのブランチ１Ｂ−ｉと合成・分配器４とにそれぞれ出力する一方、合成・分配器４からの信号を周波数分別器３Ｂ−ｉ側へ出力するものである。

合成・分配器４は、各方向性結合器２Ａ−ｉ及び２Ｂ−ｉで分岐されて入力される信号を合成する一方、周波数分別器５からの信号を各方向性結合器２Ａ−ｉ及び２Ｂ−ｉに分配するものであり、周波数分別器５は、入力信号の周波数を分別して、送信無線周波数の信号をフィルタ６へ出力し、受信無線周波数の信号を合成・分配器４へ出力するものである。

フィルタ６は、周波数分別器５からの送信無線周波数の信号のうち前記キャリブレーション信号成分のみを通過させてキャリブレーション信号を抽出するためのものであり、周波数変換器７は、このフィルタ６を通過してきたキャリブレーション信号の周波数を受信無線周波数に変換するもので、これにより、変換後のキャリブレーション信号は、周波数分別器５、合成・分配器４、方向性結合器２Ａ−ｉ，２Ｂ−ｉ、周波数分別器３Ａ−ｉ，３Ｂ−ｉを経由して無線受信機２１Ａ−ｉ，２１Ｂ−ｉで受信できることになる。

さらに、受信系において、メイン用無線受信ユニット２１Ａの無線受信機２１Ａ−ｉは、それぞれ、メインアレイアンテナ１Ａ側の周波数分別器３Ａ−ｉから入力される受信無線周波数の信号をベースバンド信号にダウンコンバートする機能を有するものであり、ダイバーシチ用無線受信ユニット２１Ｂの無線受信機２１Ｂ−ｉは、それぞれ、ダイバーシチアンテナ１Ｂ側の周波数分別器３Ｂ−ｉから入力される受信無線周波数の信号をベースバンド信号にダウンコンバートする機能を有するものである。

また、時間多重部２４は、各無線受信機２１−ｉの出力（受信ベースバンド信号）を時分割多重して時分割多重フレームを出力するものであり、受信データ移相器２２は、補正信号生成部３２から時分割で入力される補正信号に従って時分割に動作して受信データである前記時分割多重フレームの位相を補正するものであり、受信データ処理部２３は、かかる位相補正後の時分割多重フレームについて所要の受信処理を施すものである。

そして、キャリブレーション制御系において、キャリブレーションタイミング制御部３１及び補正信号生成部３２（キャリブレーション信号抽出部３３，位相検出部３４，位相記憶部３５及び送信系／受信系相対位相差検出部３６）は、それぞれ、図３により前述したものと同様のもので、本例においても、キャリブレーションタイミング制御部３１からのタイミング制御に従って時分割で動作して、時間多重部２４からの前記時分割多重フレームから送信系及び受信系かつメインアレイアンテナ１Ａ及びダイバーシチアレイアンテナ１Ｂについての各キャリブレーション信号位相、ひいては相対位相差を検出して送信データ移相器１２、受信データ移相器２２への補正信号として出力できるようになっている。

上述のごとく構成された本実施形態のシステムでは、全てのブランチ１Ａ−ｉ及び１Ｂ−ｉ対応の無線送信機１５Ａ−ｉ及び１５Ｂ−ｉから出力されるキャリブレーション信号が、周波数分別器３Ａ−ｉ，３Ｂ−ｉ，方向性結合器２Ａ−ｉ，２Ｂ−ｉ，合成・分配器４，周波数分別器５，フィルタ６，周波数変換器７を経由して、全てのブランチ１Ａ−ｉ及び１Ｂ−ｉ対応の無線受信機２１Ａ−ｉ及び２１Ｂ−ｉで受信可能となる。

そして、無線受信機２１Ａ−ｉ及び２１Ｂ−ｉで受信された信号は、ベースバンド信号に変換された後、時間多重部２４で時分割多重フレーム化されて、受信データ移相器２２と補正信号生成部３２とに入力される。補正信号生成部３２では、図３により前述したごとく時分割動作することにより、前記時分割多重フレームから送信系及び受信系かつメインアレイアンテナ１Ａ及びダイバーシチアレイアンテナ１Ｂについての各キャリブレーション信号位相、ひいては相対位相差を検出して送信データ移相器１２、受信データ移相器２２への補正信号を出力する。

このように、本実施形態によれば、メインアレイアンテナ１Ａに加えてダイバーシチアレイアンテナ１Ｂを具備する送受信ダイバーシチ構成を採用したシステムにおいても、図３により前述した時分割処理と同様の処理により、ダイバーシチアレイアンテナ１Ｂを使用しない場合と変わらないキャリブレーション処理を実現することができる。したがって、送受信ダイバーシチ構成を採用した場合でも、最小限の回路規模で、メインアレイアンテナ１Ａ及びダイバーシチアレイアンテナ１Ｂのいずれか一方又は双方をフレキシブルにキャリブレーションすることができる。つまり、アンテナ構成やブランチアンテナ数によらずに必要なキャリブレーションを実現することができる。

そのため、例えば、図７に示すように、送信系についてのみメイン用及びダイバーシチ用の無線送信ユニット１５Ａ及び１５Ｂ（無線送信機１５Ａ−ｉ及び１５Ｂ−ｉ）を装備した送信ダイバーシチ構成や、図８に示すように、受信系についてのみメイン用及びダイバーシチ用の無線受信ユニット２１Ａ及び２１Ｂ（無線受信機２１Ａ−ｉ及び２１Ｂ−ｉ）を装備した受信ダイバーシチ構成のいずれを採用した場合であっても、アンテナ構成やブランチアンテナ数によらないフレキシブルなキャリブレーションを容易に実現することができる。なお、図７及び図８において、既述の符号を付したものは、いずれも既述のものと同一若しくは同様のものである。

〔Ｅ〕その他
なお、本発明は、上述した実施形態に限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施できることはいうまでもない。
例えば、図２〜図８により上述したアレイアンテナ通信システムは、いずれも、通信方式に依存しないため、例えば、ＦＤＭＡ（Frequency Division Multiple Access）、ＴＤＭＡ（Time Division Multiple Access）、ＣＤＭＡ（Code Division Multiple Access）等の各種通信方式（多元接続方式）に適用することが可能である。また、ＯＦＤＭ（Orthogonal Frequency Division Multiplexing）等のマルチキャリアの伝送（通信）方式に適用することも可能である。

さらに、キャリブレーション信号抽出用のフィルタ６、及び、補正信号生成部３２のキャリブレーション信号抽出部３３の構成を変更することで、主信号に挿入（加算）するキャリブレーション信号を固定値、正弦波、スペクトル拡散信号等に変更することも可能である。
例えば図３により前述したシステム構成を基本として、キャリブレーション信号にＣＤＭＡ信号を適用した場合の構成を図９に示す。即ち、この図９に示すアレイアンテナ通信システムは、図３に示す構成に比して、キャリブレーション信号生成部１３に代えてスペクトル拡散キャリブレーション信号生成部１３ａをそなえるとともに、補正信号生成部３２において、キャリブレーション信号抽出部３３に代えてスペクトル拡散キャリブレーション信号抽出部３３ａをそなえ、且つ、キャリブレーションタイミング制御部３１が不要になっている点が異なる。なお、この図９において、既述の符号と同一符号を付したものは、特に断らない限り、既述のものと同一若しくは同様のものである。

ここで、スペクトル拡散キャリブレーション信号生成部１３ａは、キャリブレーション信号として、ブランチアンテナ１−ｉ対応の無線送信機１５−ｉ毎に拡散符号を変えたＣＤＭＡ信号を生成して加算器１４に出力するものであり、スペクトル拡散キャリブレーション信号抽出部３３ａは、時間多重部２４から出力される時分割多重フレームから上記各拡散符号のキャリブレーション信号を抽出するものである。

そのため、本例での位相検出部３４は、異なる拡散符号のキャリブレーション信号毎に位相を検出し、位相記憶部３５は、その位相情報を記憶し、送信系／受信系相対位相差検出部３６は、各無線受信機２１−ｉで受信した同じ拡散符号のキャリブレーション信号間の相対位相差を受信系の補正信号として用いて受信系のキャリブレーションを行ない、異なる拡散符号のキャリブレーション信号間の相対位相差を送信系の補正信号として用いて送信系のキャリブレーションを行なうことになる。

上述のごとく構成されたシステムでは、拡散符号により各ブランチ１−ｉのキャリブレーション信号を識別することができるので、キャリブレーション信号を常に出力状態とすることが可能であり、受信系では、各ブランチアンテナ１−ｉ対応の無線送信機１５−ｉが出力するキャリブレーション信号の拡散符号を抽出し、各無線受信機２１−ｉが受信した同じ拡散符号のキャリブレーション信号間の相対位相差を用いて受信系のキャリブレーションを行ない、異なる拡散符号のキャリブレーション信号間の相対位相差を用いて送信系のキャリブレーションを行なうことが可能である。したがって、既述の時分割方式のような複雑なキャリブレーションタイミング制御を必要とせず、上記のようにキャリブレーションタイミング制御部３１を不要な構成にすることができる。

〔Ｆ〕付記
（付記１）
複数のアンテナ素子を有するアレイアンテナの校正装置であって、
該アンテナ素子別に校正信号を生成する校正信号生成手段と、
該校正信号生成手段で生成された該校正信号を送信主信号とともに所定の送信無線周波数で該アンテナ素子へ出力する送信手段と、
該アンテナ素子からの所定の受信無線周波数の受信主信号を受信する受信手段と、
該送信手段の出力から該校正信号を抽出して所定の受信無線周波数に変換して該受信主信号とともに該受信手段へ出力する校正信号抽出・周波数変換手段と、
該受信手段の出力から該アンテナ素子別の該校正信号を抽出して当該校正信号間の相対位相差を求める相対位相差検出手段と、
該相対位相差検出手段により得られた相対位相差に基づいて該送信主信号及び該受信主信号のいずれか一方又は双方についての位相差を補正する位相補正手段と、
をそなえたことを特徴とする、アレイアンテナの校正装置。

（付記２）
該校正信号生成手段が、
該アンテナ素子別に該校正信号をそれぞれ生成する該アンテナ素子毎の校正信号生成部をそなえて構成されるとともに、
該送信手段が、
該アンテナ素子別の該送信主信号にそれぞれ該校正信号生成部で生成された該校正信号を加算する該アンテナ素子毎の加算器と、
上記各加算器の出力をそれぞれ該送信無線周波数に周波数変換して送信信号として該アンテナ素子へ出力する該アンテナ素子毎の無線送信機とをそなえて構成され、且つ、
該校正信号抽出・周波数変換手段が、
該アンテナ素子への該送信信号の一部を分岐する分岐部と、
該分岐部により分岐された該送信信号から該校正信号を抽出する第１校正信号抽出部と、
該校正信号抽出部により抽出された該校正信号を該受信無線周波数に変換する周波数変換器と、
該周波数変換器により周波数変換された該校正信号を該アンテナ素子から該受信手段への該受信主信号に結合する結合部とをそなえて構成されたことを特徴とする、付記１記載のアレイアンテナの校正装置。

（付記３）
該校正信号生成手段が、
該アンテナ素子に共通の該校正信号を生成する共通校正信号生成部をそなえて構成されるとともに、
該送信手段が、
該アンテナ素子別の該送信主信号にそれぞれ該校正信号を加算する該アンテナ素子毎の加算器と、
該共通校正信号生成部で生成された該校正信号を該加算器のいずれかに選択的に出力する校正信号選択出力部と、
上記各加算器の出力をそれぞれ該送信無線周波数に周波数変換して送信信号として該アンテナ素子へ出力する該アンテナ素子毎の無線送信機とをそなえて構成されたことを特徴とする、付記１記載のアレイアンテナの校正装置。

（付記４）
該相対位相差検出手段が、
該受信手段の出力から該アンテナ素子別に該校正信号を抽出する該アンテナ素子毎の第２校正信号抽出部と、
上記各第２校正信号抽出部で抽出された各校正信号の位相をそれぞれ検出する該アンテナ素子毎の位相検出部と、
上記各位相検出部での各検出結果から該校正信号間の前記相対位相差を検出する相対位相差検出部とをそなえて構成されたことを特徴とする、付記１〜３のいずれか１項に記載のアレイアンテナの校正装置。

（付記５）
該校正信号生成手段が、
該アンテナ素子別に該校正信号を時分割に生成する時分割校正信号生成部をそなえて構成されるとともに、
該送信手段が、
該アンテナ素子別の該送信主信号にそれぞれ該時分割校正信号生成部で生成された該校正信号を時分割に加算する加算器と、
入力信号の周波数を該送信無線周波数に周波数変換して送信信号として該アンテナ素子へ出力する該アンテナ素子毎の無線送信機と、
該加算器の出力を該アンテナ素子別に分離して上記各無線送信機に分配しうる時間分離部とをそなえて構成されたことを特徴とする、付記１記載のアレイアンテナの校正装置。

（付記６）
該相対位相差検出手段が、
該受信手段から該アンテナ素子別の出力を時分割多重する時分割多重部と、
該時分割多重部の出力から該アンテナ素子別の該校正信号を時分割に抽出する時分割校正信号抽出部と、
該時分割校正信号抽出部で抽出された各校正信号の位相を時分割に検出する時分割位相検出部と、
該時分割位相検出部での各検出結果から該校正信号間の前記相対位相差を時分割に検出する時分割相対位相差検出部とをそなえて構成されたことを特徴とする、付記５記載のアレイアンテナの校正装置。

（付記７）
該校正信号生成手段が、
該校正信号として、固定値を生成するように構成されたことを特徴とする、付記１〜６のいずれか１項に記載のアレイアンテナの校正装置。
（付記８）
該校正信号生成手段が、
該校正信号として、正弦波を生成するように構成されたことを特徴とする、付記１〜６のいずれか１項に記載のアレイアンテナの校正装置。

（付記９）
該校正信号生成手段が、
該校正信号として、スペクトル拡散信号を生成するように構成されたことを特徴とする、付記１〜６のいずれか１項に記載のアレイアンテナの校正装置。
（付記１０）
該校正信号生成手段が、
該アンテナ素子毎に異なる拡散符号で拡散したスペクトル拡散信号を生成するように構成されたことを特徴とする、付記９記載のアレイアンテナの校正装置。

（付記１１）
該アレイアンテナが、送信ダイバーシチ構成であることを特徴とする、付記１記載のアレイアンテナの校正装置。
（付記１２）
該アレイアンテナが、受信ダイバーシチ構成であることを特徴とする、付記１又は１１に記載のアレイアンテナの校正装置。

（付記１３）
該送信主信号及び該受信主信号が、ＦＤＭＡ（Frequency Division Multiple Access）方式での信号であることを特徴とする、付記１〜１２のいずれか１項に記載のアレイアンテナの校正装置。
（付記１４）
該送信主信号及び該受信主信号が、ＴＤＭＡ（Time Division Multiple Access）方式での信号であることを特徴とする、付記１〜１２のいずれか１項に記載のアレイアンテナの校正装置。

（付記１５）
該送信主信号及び該受信主信号が、ＣＤＭＡ（Code Division Multiple Access）方式での信号であることを特徴とする、付記１〜１２のいずれか１項に記載のアレイアンテナの校正装置。
（付記１６）
該送信主信号及び該受信主信号が、マルチキャリア伝送方式での信号であることを特徴とする、付記１〜１２のいずれか１項に記載のアレイアンテナの校正装置。

（付記１７）
複数のアンテナ素子を有するアレイアンテナの校正方法であって、
該アンテナ素子別に校正信号を生成し、
生成した該校正信号を送信主信号とともに所定の送信無線周波数で該アンテナ素子へ出力し、
該アンテナ素子への信号から該校正信号を抽出して所定の受信無線周波数に変換して該アンテナ素子での受信主信号とともに受信手段へ出力し、
該受信手段の出力から該アンテナ素子別の該校正信号を抽出して当該校正信号間の相対位相差を求め、
得られた相対位相差に基づいて該送信主信号及び該受信主信号のいずれか一方又は双方についての位相差を補正することを特徴とする、アレイアンテナの校正方法。

本発明の基本原理を説明すべくアレイアンテナ通信システムの構成を示すブロック図である。 本発明の第１実施形態に係るアレイアンテナ通信システムの構成を示すブロック図である。 本発明の第２実施形態に係るアレイアンテナ通信システムの構成を示すブロック図である。 図３に示すアレイアンテナ通信システムでのキャリブレーション動作を説明すべく送信系の動作タイミングを示すタイムチャートである。 図３に示すアレイアンテナ通信システムでのキャリブレーション動作を説明すべく受信系の動作タイミングを示すタイムチャートである。 本発明の第３実施形態に係るアレイアンテナ通信システムの構成（送受信ダイバーシチ構成）を示すブロック図である。 図６に示すアレイアンテナ通信システムの変形例（送信ダイバーシチ構成）を示すブロック図である。 図６に示すアレイアンテナ通信システムの変形例（受信ダイバーシチ構成）を示すブロック図である。 図３に示すシステム構成を前提としてキャリブレーション信号にＣＤＭＡ信号を適用した場合の構成を示すブロック図である。 従来のアレイアンテナの受信系のキャリブレーション方法を説明するための図である。

符号の説明

１ アレイアンテナ
１−１〜１−Ｎ アンテナ素子（ブランチアンテナ）
１Ａ メインアレイアンテナ
１Ａ−１〜１Ａ−Ｎ アンテナ素子（ブランチアンテナ）
１Ｂ ダイバーシチアレイアンテナ
１Ｂ−１〜１Ｂ−Ｎ アンテナ素子（ブランチアンテナ）
２−１〜２−Ｎ，２Ａ−１〜２Ａ−Ｎ，２Ｂ−１〜２Ｂ−Ｎ 方向性結合器
３−１〜３−Ｎ，３Ａ−１〜３Ａ−Ｎ，３Ｂ−１〜３Ｂ−Ｎ 周波数分別器
４ 合成・分配器
５ 周波数分別器
６ フィルタ
７ 周波数変換器
１１ 送信データ処理部
１２，１２−１〜１２−Ｎ 送信データ移相器
１３，１３−１〜１３−Ｎ キャリブレーション信号生成部
１３ａ スペクトル拡散キャリブレーション信号生成部
１４，１４−１〜１４−Ｎ 加算器
１５Ａ メイン用無線送信ユニット
１５Ｂ ダイバーシチ用無線送信ユニット
１５−１〜１５−Ｎ，１５Ａ−１〜１５Ａ−Ｎ，１５Ｂ−１〜１５Ｂ−Ｎ 無線送信機
１６ キャリブレーション信号出力スイッチ
１７ 時間分離部
２１Ａ メイン用無線受信ユニット
２１Ｂ ダイバーシチ用無線受信ユニット
２１−１〜２１−Ｎ，２１Ａ−１〜２１Ａ−Ｎ，２１Ｂ−１〜２１Ｂ−Ｎ 無線受信機
２２−１〜２２−Ｎ 受信データ移相器
２３ 受信データ処理部
２４ 時間多重部
３１ キャリブレーションタイミング制御部
３２ 補正信号生成部
３３，３３−１〜３３−Ｎ キャリブレーション信号抽出部
３３ａ スペクトル拡散キャリブレーション信号抽出部
３４，３４−１〜３４−Ｎ 位相検出部
３５，３５−１〜３５−Ｎ 位相記憶部
３６ 送信系／受信系相対位相差検出部

Claims (10)

1. 複数のアンテナ素子を有するアレイアンテナの校正装置であって、
   該アンテナ素子別に校正信号を生成する校正信号生成手段と、
   該校正信号生成手段で生成された該校正信号を送信主信号とともに所定の送信無線周波数で該アンテナ素子へ出力する送信手段と、
   該アンテナ素子からの所定の受信無線周波数の受信主信号を受信する受信手段と、
   該送信手段の出力から該校正信号を抽出して所定の受信無線周波数に変換して該受信主信号とともに該受信手段へ出力する校正信号抽出・周波数変換手段と、
   該受信手段の出力から該アンテナ素子別の該校正信号を抽出して当該校正信号間の相対位相差を求める相対位相差検出手段と、
   該相対位相差検出手段により得られた相対位相差に基づいて該送信主信号及び該受信主信号のいずれか一方又は双方についての位相差を補正する位相補正手段と、
   をそなえたことを特徴とする、アレイアンテナの校正装置。
2. 該校正信号生成手段が、
   該アンテナ素子別に該校正信号をそれぞれ生成する該アンテナ素子毎の校正信号生成部をそなえて構成されるとともに、
   該送信手段が、
   該アンテナ素子別の該送信主信号にそれぞれ該校正信号生成部で生成された該校正信号を加算する該アンテナ素子毎の加算器と、
   上記各加算器の出力をそれぞれ該送信無線周波数に周波数変換して送信信号として該アンテナ素子へ出力する該アンテナ素子毎の無線送信機とをそなえて構成され、且つ、
   該校正信号抽出・周波数変換手段が、
   該アンテナ素子への該送信信号の一部を分岐する分岐部と、
   該分岐部により分岐された該送信信号から該校正信号を抽出する第１校正信号抽出部と、
   該第１校正信号抽出部により抽出された該校正信号を該受信無線周波数に変換する周波数変換器と、
   該周波数変換器により周波数変換された該校正信号を該アンテナ素子から該受信手段への該受信主信号に結合する結合部とをそなえて構成されたことを特徴とする、請求項１記載のアレイアンテナの校正装置。
3. 該校正信号生成手段が、
   該アンテナ素子に共通の該校正信号を生成する共通校正信号生成部をそなえて構成されるとともに、
   該送信手段が、
   該アンテナ素子別の該送信主信号にそれぞれ該校正信号を加算する該アンテナ素子毎の加算器と、
   該共通校正信号生成部で生成された該校正信号を該加算器のいずれかに選択的に出力する校正信号選択出力部と、
   上記各加算器の出力をそれぞれ該送信無線周波数に周波数変換して送信信号として該アンテナ素子へ出力する該アンテナ素子毎の無線送信機とをそなえて構成されたことを特徴とする、請求項１記載のアレイアンテナの校正装置。
4. 該相対位相差検出手段が、
   該受信手段の出力から該アンテナ素子別に該校正信号を抽出する該アンテナ素子毎の第２校正信号抽出部と、
   上記各第２校正信号抽出部で抽出された各校正信号の位相をそれぞれ検出する該アンテナ素子毎の位相検出部と、
   上記各位相検出部での各検出結果から該校正信号間の前記相対位相差を検出する相対位相差検出部とをそなえて構成されたことを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載のアレイアンテナの校正装置。
5. 該校正信号生成手段が、
   該アンテナ素子別に該校正信号を時分割に生成する時分割校正信号生成部をそなえて構成されるとともに、
   該送信手段が、
   該アンテナ素子別の該送信主信号にそれぞれ該時分割校正信号生成部で生成された該校正信号を時分割に加算する加算器と、
   入力信号の周波数を該送信無線周波数に周波数変換して送信信号として該アンテナ素子へ出力する該アンテナ素子毎の無線送信機と、
   該加算器の出力を該アンテナ素子別に分離して上記各無線送信機に分配しうる時間分離部とをそなえて構成されたことを特徴とする、請求項１記載のアレイアンテナの校正装置。
6. 該相対位相差検出手段が、
   該受信手段から該アンテナ素子別の出力を時分割多重する時分割多重部と、
   該時分割多重部の出力から該アンテナ素子別の該校正信号を時分割に抽出する時分割校正信号抽出部と、
   該時分割校正信号抽出部で抽出された各校正信号の位相を時分割に検出する時分割位相検出部と、
   該時分割位相検出部での各検出結果から該校正信号間の前記相対位相差を時分割に検出する時分割相対位相差検出部とをそなえて構成されたことを特徴とする、請求項５記載のアレイアンテナの校正装置。
7. 該校正信号生成手段が、
   該校正信号として、固定値を生成するように構成されたことを特徴とする、請求項１〜６のいずれか１項に記載のアレイアンテナの校正装置。
8. 該校正信号生成手段が、
   該校正信号として、正弦波を生成するように構成されたことを特徴とする、請求項１〜６のいずれか１項に記載のアレイアンテナの校正装置。
9. 該校正信号生成手段が、
   該校正信号として、スペクトル拡散信号を生成するように構成されたことを特徴とする、請求項１〜６のいずれか１項に記載のアレイアンテナの校正装置。
10. 複数のアンテナ素子を有するアレイアンテナの校正方法であって、
    該アンテナ素子別に校正信号を生成し、
    生成した該校正信号を送信主信号とともに所定の送信無線周波数で該アンテナ素子へ出力し、
    該アンテナ素子への信号から該校正信号を抽出して所定の受信無線周波数に変換して該アンテナ素子での受信主信号とともに受信手段へ出力し、
    該受信手段の出力から該アンテナ素子別の該校正信号を抽出して当該校正信号間の相対位相差を求め、
    得られた相対位相差に基づいて該送信主信号及び該受信主信号のいずれか一方又は双方についての位相差を補正することを特徴とする、アレイアンテナの校正方法。

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