JP2007243546A - Antenna calibration apparatus and antenna calibration method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、OFDM(Orthogonal Frequency DivisionMultiplexing;直交周波数分割多重)信号を複数アンテナ素子により伝送するディジタル無線通信システムに係り、特にアンテナの校正を行う際の校正信号受信部における高速フーリエ変換(以下FFT:(Fast FourierTransform)と略す)の技術に関するものである。 The present invention relates to a digital wireless communication system that transmits OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) signals by a plurality of antenna elements, and in particular, fast Fourier transform (hereinafter referred to as FFT :) in a calibration signal receiving unit when performing antenna calibration. (Abbreviated to (Fast FourierTransform)).
近年、次世代移動無線通信システムや次世代高速無線LANにおいて、大容量のデータ伝送方式としてOFDM方式が注目されている。OFDMとは複数の搬送波(サブキャリア)を用いて情報信号を伝送するマルチキャリア伝送方式の一種で、各サブキャリアが周波数軸上で互いに直交するという特徴がある。 In recent years, the OFDM scheme has attracted attention as a large-capacity data transmission scheme in next-generation mobile radio communication systems and next-generation high-speed wireless LANs. OFDM is a type of multi-carrier transmission scheme that transmits information signals using a plurality of carrier waves (subcarriers), and has a feature that the subcarriers are orthogonal to each other on the frequency axis.
OFDM通信システムでは、送信機側の変調装置において、互いに直交する周波数関係にある複数のサブキャリアに送信データを割り当て、それらを高速離散フーリエ変換(Inverse Fast FourierTransform:IFFT)する。また受信機の復調装置においては、前記変調装置側とは逆の処理である高速フーリエ変換(FFT)を行うことにより元の送信前データを再生する。 In an OFDM communication system, transmission data is assigned to a plurality of subcarriers having a frequency relationship orthogonal to each other in a modulation device on the transmitter side, and subjected to fast discrete Fourier transform (IFFT). The demodulator of the receiver reproduces the original pre-transmission data by performing Fast Fourier Transform (FFT) which is the reverse process of the modulator side.
また、高速移動通信システムを実現するための重要技術にアダプティブアレーアンテナがある。このアダプティブアレーアンテナは、複数のアンテナ素子を用い、受信信号に適切な重み付けをした後に合成することによって、所望信号の到来方向に主ビームを向け、干渉信号の到来方向に指向性の零点を形成する、指向性の制御が可能となっている。 An adaptive array antenna is an important technology for realizing a high-speed mobile communication system. This adaptive array antenna uses a plurality of antenna elements, weights the received signal appropriately and combines them to direct the main beam in the direction of arrival of the desired signal and form a directional zero in the direction of arrival of the interference signal The directivity can be controlled.
上記のようなアダプティブアレーアンテナにおいて、希望波/干渉波信号の実際の信号到来方向に関して、高精度の主ビーム/零点を向けた送受信ビームを正しく生成するためには、上りリンク(移動局から基地局へ向けた伝送経路)、及び下りリンク(基地局から移動局へ向けた伝送経路)のそれぞれにおいて、アンテナ数分のRF送信/受信回路のアンテナ素子間に発生する位相/振幅偏差を補償するキャリブレーション(校正)を行う必要がある。 In the adaptive array antenna as described above, in order to correctly generate a transmission / reception beam with a high-precision main beam / zero point with respect to the actual signal arrival direction of the desired wave / interference wave signal, an uplink (from the mobile station to the base station) is generated. The phase / amplitude deviation generated between the antenna elements of the RF transmission / reception circuit for the number of antennas in each of the transmission path toward the station) and the downlink (transmission path from the base station to the mobile station) It is necessary to perform calibration.
図6に、OFDM伝送を行うアレーアンテナを用いた従来の無線基地局装置におけるアンテナ校正装置を示す。同図は校正信号生成部701、IFFT計算部702、アンテナ係数乗算部703、校正係数乗算部704、無線送信部705(1)〜705(M)(Mは整数)、切替器706、合成器707、無線受信部708、FFT計算部711、校正係数計算部712から構成される。
FIG. 6 shows an antenna calibration apparatus in a conventional radio base station apparatus using an array antenna that performs OFDM transmission. The figure shows a
校正信号生成部701ではアンテナ校正信号s701を生成する。前記信号はアンテナ校正に使用するサブキャリア番号に相当するシンボル番号だけに電力が存在するような信号である。電力を割り当てるサブキャリアは、OFDM伝送を行う帯域範囲に亘って分布するように(特定の周波数領域に偏在しないように)選ばれる。また、電力を割り当てたシンボルには拡散・QPSKなどの変調が施されてIFFT計算部702へ入力される。
The calibration
IFFT計算部702ではIFFT計算が施され、校正信号生成部701で電力が割り当てられたシンボル番号に相当するサブキャリア番号に電力が存在するような信号s702としてアンテナ係数乗算部703へ入力される。
アンテナ係数乗算部703では入力信号s702をM個の信号に分岐した後、M個の信号それぞれへアンテナ係数を乗算した信号s703(1)〜s703(M)を生成する機能を有する。但しアンテナ校正時には入力信号を出力する先のアンテナの番号に相当するアンテナ係数だけへ1+j×0(jは虚数単位)を設定し、他のアンテナ係数へは零を設定することによって、アンテナ校正信号を出力する無線送信部を705(1)〜705(M)の中から選択するようにする。
The
校正係数乗算部704には、校正係数計算部712からアンテナ校正係数s713(1)〜s713(M)が入力され、これらが校正係数乗算部入力信号s703(1)〜s703(M)それぞれへ独立に乗算される。但しアンテナ校正を実施する前の段階においては、アンテナ校正係数s713(1)〜s713(M)の代わりに、乗算係数の初期値1+j×0がs703(1)〜s703(M)それぞれへ乗算される。前記乗算結果はs704(1)〜s704(M)とされて無線送信部705(1)〜705(M)へ伝送される。
The
無線送信部705(1)〜705(M)はアンテナ素子毎にベースバンド帯域の信号をRF帯域の信号へ変換する機能を有し、無線送信部の出力信号s705(1)〜705(M)は切替器706へ入力される。切替器706は出力線路s706(i)(iは1〜M)とs707(i)を備えるもので、入力信号s705(i)を線路s706(i)または線路s707(i)のいずれか一方へ切り替える機能を有する。切替器706はアンテナ校正時には入力信号s705(i)を線路s707(i)側へ送るように切り替え、アンテナ校正時以外では入力信号s705(i)を線路s706(i)へ送るように切替えてアンテナ素子iへ向けて送信する。
The wireless transmission units 705 (1) to 705 (M) have a function of converting a baseband signal into an RF band signal for each antenna element, and output signals s705 (1) to 705 (M) of the wireless transmission unit. Is input to the
切替器706はアンテナ校正時には無線送信部705(1)〜705(M)の出力信号が合成器707へ入力されるように接続する。合成器707はM個のRF帯域の入力信号を合成する機能を有し、合成後の信号s708は無線受信部708においてベースバンドの信号s711へ変換される。
The
FFT計算部711は無線受信部708から出力されたベースバンド信号s711を入力としてFFT計算を行い、信号s712として校正係数計算部712へ出力する。このFFT計算部711の出力信号s712は、校正信号生成部701の出力信号が再生されたものとなっている。校正信号生成部712では校正信号生成部701で施された拡散・変調に対応する逆拡散・復調が施された後、各サブキャリアのチャネル推定値を計算し、アンテナ校正係数s713(1)〜s713(M)として校正係数乗算部704へ出力する。
The
以上の手順は各アンテナ毎独立に行う。すなわち、アンテナ校正信号の行き先が無線送信部705(1)〜705(M)それぞれとなるよう、アンテナ係数乗算部703において各アンテナに相当するアンテナ係数に順次1+j×0を設定していき(前記値が設定されないアンテナ係数には0を設定し)、各無線送信部705(1)〜705(M)に対応するチャネル推定値E(i)を求める。その後、アンテナiのアンテナ校正係数s713(i)をE(1)/E(i)により求め、前記アンテナ校正係数を図6のs713(i)として校正係数乗算部704へ設定する。
The above procedure is performed independently for each antenna. That is, the antenna
無線基地局は、運用時には、アンテナ係数へ形成したいビームパタンのためのアンテナ係数を設定し、前記アンテナ係数が乗算された後の信号s703(1)〜s103(M)に対し、校正係数乗算部104においてアンテナ校正係数s713(1)〜s713(M)が乗算される。 In operation, the radio base station sets an antenna coefficient for a beam pattern to be formed on the antenna coefficient, and a calibration coefficient multiplier for the signals s703 (1) to s103 (M) after the antenna coefficient is multiplied. In 104, the antenna calibration coefficients s713 (1) to s713 (M) are multiplied.
以上述べたような、無線基地局装置内でアンテナ校正信号の送受信を行う装置は、例えば、特許文献1(特開2005−348235号公報)に示されている。同文献では、下りリンクの変調方式にOFDMが適用され、上りリンクがOFDMではない場合にも、アレーアンテナの校正が可能である装置が開示されている。但し、同文献では参照信号からキャリブレーション値を求める際に使用する高速フーリエ変換部(FFT部)について詳細な言及はない。
上述したように、基地局においてアレーアンテナを用いるシステムでは、基地局内に、アンテナ校正のために参照信号からキャリブレーション(校正)係数を求める手段を備える事が必要である。かつ、下りリンクの変調方式としてOFDMを用いる場合には、前記アンテナ校正係数を求める手段としてFFT計算手段を基地局内に設ける必要となる。 As described above, in a system using an array antenna in a base station, it is necessary to provide means for obtaining a calibration (calibration) coefficient from a reference signal for antenna calibration in the base station. In addition, when OFDM is used as a downlink modulation scheme, it is necessary to provide FFT calculation means in the base station as means for obtaining the antenna calibration coefficient.
しかしながら、下りリンクの変調方式としてOFDMを用いる場合、アンテナ校正のためだけに基地局装置内にFFT回路を用意する事は、回路規模の点から負担が大きい。これが問題となる理由は、基地局には既に下りリンクOFDM信号生成のためのIFFT(逆FFT)回路が存在し、それに加えて、それと同規模のアンテナ校正用のFFT回路を用意する事になるからである。 However, when OFDM is used as the downlink modulation scheme, it is burdensome to prepare an FFT circuit in the base station apparatus only for antenna calibration in terms of circuit scale. The reason why this becomes a problem is that the base station already has an IFFT (inverse FFT) circuit for generating a downlink OFDM signal, and in addition, an FFT circuit for antenna calibration of the same scale is prepared. Because.
また、アンテナ校正のFFTのような並列計算ではなく、一般的なDFT計算によって一度に1〜数個程度のサブキャリアに対してのみ実施するようにすれば、その回路規模は比較的小さくてすむ。但しこの場合、校正時に送信するサブキャリア個数を数多く定めている場合(OFDM送信帯域が広く、その全般を適切な間隔をもってカバーするように定めている場合)には、計算対象のサブキャリアを順次切り替えながらそれらのDFT結果を一つ一つ算出していくので、アンテナ校正の所要時間が長くなる事が問題である。これが問題となる理由は、アンテナ校正は本来の運用時間の合間に実施するので、アンテナ校正の所要時間は可能な限り短くする必要があるからである。 Further, if only one to several subcarriers are performed at a time by general DFT calculation instead of parallel calculation like antenna calibration FFT, the circuit scale can be relatively small. . However, in this case, when the number of subcarriers to be transmitted is determined at the time of calibration (when the OFDM transmission band is wide and it is determined to cover the whole with an appropriate interval), the subcarriers to be calculated are sequentially set. Since the DFT results are calculated one by one while switching, the problem is that the time required for antenna calibration becomes longer. The reason why this becomes a problem is that the antenna calibration needs to be performed as short as possible because the antenna calibration is performed during the original operation time.
本発明は上記のような問題点に鑑みてなされたもので、アンテナ校正の精度をほとんど劣化されることなく、アンテナ校正の所要時間を保ったまま、アンテナ校正のための基地局装置の回路規模を簡略化することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and the circuit scale of a base station apparatus for antenna calibration while maintaining the time required for antenna calibration with almost no deterioration in the accuracy of antenna calibration. It aims at simplifying.
上記課題を解決するため、本発明は、請求項1、3に記載されるように、複数のアンテナ素子で構成されるアレーアンテナを具備する、OFDMを用いる無線基地局装置のアンテナ校正装置、アンテナ校正方法において、
アンテナ校正信号としてOFDM伝送に使用されるサブキャリアのうち一部のサブキャリアのみを各無線送信部へ送り、無線受信部の出力信号をFFT計算する手段としては、前記アンテナ校正信号に含まれるサブキャリアだけをFFT計算することを特徴としている。
In order to solve the above-described problems, the present invention provides an antenna calibration apparatus and an antenna for a radio base station apparatus using OFDM, each comprising an array antenna composed of a plurality of antenna elements. In the calibration method,
As a means for sending only a part of subcarriers used for OFDM transmission as an antenna calibration signal to each radio transmission unit and performing FFT calculation on the output signal of the radio reception unit, the subcarrier included in the antenna calibration signal is used. Only the carrier is subjected to FFT calculation.
また、本発明の請求項2、4によれば、前記アンテナ校正装置、アンテナ校正方法において、
アンテナ校正信号に含まれるサブキャリアを、特に偶数番目のサブキャリアまたはその一部(または奇数番目のサブキャリアまたはその一部)とすることを特徴としている。
According to
In particular, the subcarrier included in the antenna calibration signal is an even-numbered subcarrier or a part thereof (or an odd-numbered subcarrier or a part thereof).
以下に、図3ないし図5を参照して本発明の効果が得られる理由を説明する。 The reason why the effects of the present invention can be obtained will be described below with reference to FIGS.
(1)式にDFT計算の定義式を示す。 Formula (1) shows the definition formula for DFT calculation.
(1)式で、F(n)は従来技術の図6のs711:無線受信部から出力されたベースバンド信号に相当し、f(n)がFFT計算部711の出力信号s712に相当する(n=0,・・・,N)。W(m)は回転因子と呼ばれる複素数であり、mで決まる回転量に応じた複素数がF(n)に乗算される。 In the equation (1), F (n) corresponds to the baseband signal output from the wireless reception unit s711 in FIG. 6 of the prior art, and f (n) corresponds to the output signal s712 of the FFT calculation unit 711 ( n = 0,..., N). W (m) is a complex number called a twiddle factor, and F (n) is multiplied by a complex number corresponding to the rotation amount determined by m.
次にN=8の場合について、(1)式の計算を行うFFTの回路構成を図3に示す。FFTは、DFTと同一の計算を行うが計算対象のサイズ(下記N)が2のべき乗の場合に三角関数の周期性を利用して演算回数を節約するものである。図3で左端縦方向に並ぶF(0)〜F(7)がFFT計算対象データであり、これらが線分によりF(0)+W(0)F(4)等と記入された領域(メモリ)と接続されている。 Next, in the case of N = 8, FIG. 3 shows a circuit configuration of the FFT for calculating the equation (1). The FFT performs the same calculation as the DFT, but saves the number of calculations by using the periodicity of the trigonometric function when the size to be calculated (N below) is a power of 2. In FIG. 3, F (0) to F (7) arranged in the vertical direction at the left end are FFT calculation target data, and these are areas (memory) in which F (0) + W (0) F (4) etc. are written by line segments. ).
これらに対し、まずFFT1と示された矢印の始点から終点までの区間で、第一段目のバタフライ演算を行う。FFT1で、例えばF(0)とF(0)+W(0)F(4)とを結ぶ線分は、F(0)が右向きにそのまま伝送されることを示し、F(4)とF(0)+W(0)F(4)とを結ぶ(0が記入された)線分は、W(0)が乗算された後に右向きに伝送される事を示す。 In contrast, first, butterfly calculation is performed in the section from the start point to the end point of the arrow indicated as FFT1. For example, the line segment connecting F (0) and F (0) + W (0) F (4) in FFT1 indicates that F (0) is transmitted as it is to the right, and F (4) and F ( (0) + W (0) F (4) connecting line segments (indicated by 0) indicate that they are transmitted rightward after being multiplied by W (0).
前記二本の線分はF(0)+W(0)F(4)の左において合流し、前記合流は加算を示す。このようにしてFFT1ではF(0)〜F(7)を元にしてF(0)+W(0)F(4)〜F(3)+W(4)F(7)が計算されてメモリに格納される。以下同様にFFT2、FFT3の順でバタフライ演算を行い、以下の(2)式に示すFFT結果:f(0)〜f(7)が計算される。なお、図3では(1)式に存在する正規化のための√Nを省略している。 The two line segments merge at the left of F (0) + W (0) F (4), and the merge indicates addition. Thus, in FFT1, F (0) + W (0) F (4) -F (3) + W (4) F (7) is calculated based on F (0) -F (7) and stored in the memory. Stored. Similarly, butterfly computation is performed in the order of FFT2 and FFT3, and FFT results f (0) to f (7) shown in the following equation (2) are calculated. In FIG. 3, √N for normalization existing in the equation (1) is omitted.
図4は、図3に示した回路のうち、奇数番目のFFT演算結果f(n),n=1,3,5,7だけを計算する回路である。奇数番目のFFT計算を行う場合、同図のようにバタフライ演算FFT4,FFT5,FFT6いずれにおいてもFFT1,FFT2,FFT3に比べて回転因子の乗算回数と加算回数が半減し、かつ各バタフライ演算の出力結果を格納するためのメモリ量も半減することがわかる。nが偶数のf(n)だけを計算する場合も同様に回路規模は半減する。 FIG. 4 is a circuit that calculates only odd-numbered FFT operation results f (n), n = 1, 3, 5, and 7 among the circuits shown in FIG. When performing an odd-number FFT calculation, the number of multiplications and additions of the twiddle factors are reduced by half in each of the butterfly operations FFT4, FFT5, and FFT6 as compared to FFT1, FFT2, and FFT3, as shown in FIG. It can be seen that the amount of memory for storing the results is also halved. Similarly, when only f (n) where n is an even number is calculated, the circuit scale is halved.
アンテナ校正信号においては、必ずしも、データ伝送時(アンテナ校正時以外の通常運用時)において使用する全サブキャリアに関してチャネル推定値を計算する必要は無く、OFDM信号が占有する周波数帯域においてアンテナ構成信号のサブキャリア位置が偏在しないように、サブキャリア位置を選べば良いと考えられる。例えば奇数番目のサブキャリアだけを使用すれば十分である。 In the antenna calibration signal, it is not always necessary to calculate channel estimation values for all subcarriers used during data transmission (during normal operation other than during antenna calibration), and in the frequency band occupied by the OFDM signal, It is considered that the subcarrier position should be selected so that the subcarrier position is not unevenly distributed. For example, it is sufficient to use only odd-numbered subcarriers.
逆に、FFT計算結果として求める結果が更に少ない場合(例えば図3でf(1),f(5)だけを求める場合)であっても、バタフライ演算はFFT3における一部の乗算と加算を行わずに済むようになるだけで、回路削減効果は大きくない。 On the other hand, even when the result obtained as the FFT calculation result is smaller (for example, when only f (1) and f (5) are obtained in FIG. 3), the butterfly operation performs a partial multiplication and addition in FFT3. The circuit reduction effect is not great.
本発明は以上述べたとおり、アレーアンテナを具備しOFDMを用いる基地局装置のアンテナ校正装置において、アンテナ校正信号に用いるサブキャリアを特定のサブキャリアに限定したことにより、FFT計算手段の回路規模を半減させることができる。 As described above, in the antenna calibration apparatus of the base station apparatus having an array antenna and using OFDM, the present invention limits the subcarrier used for the antenna calibration signal to a specific subcarrier, thereby reducing the circuit scale of the FFT calculation means. Can be halved.
次に、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図1は本発明によるOFDM伝送を行うアレーアンテナを用いた無線基地局装置における校正装置の一実施形態の構成を示すブロック図である。 Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of an embodiment of a calibration apparatus in a radio base station apparatus using an array antenna for performing OFDM transmission according to the present invention.
本実施形態は、校正信号生成部101、IFFT計算部102、アンテナ係数乗算部103、校正係数乗算部104、無線送信部105、分配器106、合成器107、無線受信部108、FFT計算部111、校正係数計算部112から構成される。これらの構成要素は図6に示した校正信号生成部701、IFFT計算部702、アンテナ係数乗算部703、校正係数乗算部704、無線送信部705、分配器706、合成器707、無線受信部708、FFT計算部711、校正係数計算部712と同様の構成でよい。
In the present embodiment, a calibration
但し、校正信号生成部101は、アンテナ構成信号s101として、時間領域の奇数番目のシンボルだけに電力が存在するような信号を送信するものとする点が従来例と異なる。この結果、IFFT計算部102の出力信号s102は、奇数番目のサブキャリアだけに電力が存在する信号となる。校正信号生成部101のその他の機能、すなわち拡散、変調等に関しては従来と同様で良い。
However, the calibration
図5に奇数番目のサブキャリアだけに電力が存在する信号を示す。図5において、実線は電力の存在するサブキャリアであり、番号#1,#3,・・・,#N−1の各サブキャリアが周波数方向のどの位置に現れるかを示している(NはFFTサイズ)。図5に示したように奇数番目のサブキャリアだけを用いれば送信信号の全帯域に渡りサブキャリアを配置可能だが、この状態よりも更にサブキャリアを削除した信号を、アンテナ校正信号に用いることも考えられる。但し、校正信号に使用するサブキャリア数を減少させていくと、それに伴い、伝送帯域内の無線送信部の周波数特性がアンテナ校正係数へ反映され難くなってゆくので、使用するサブキャリア数としては一定数を確保する必要がある。
FIG. 5 shows a signal in which power exists only in odd-numbered subcarriers. In FIG. 5, the solid line is a subcarrier in which power exists, and indicates in which position in the frequency direction each subcarrier of
また、偶数番目のサブキャリアに電力が存在するようにアンテナ校正信号を生成しても良い。 Further, the antenna calibration signal may be generated so that power exists in even-numbered subcarriers.
図1で、IFFT計算後のアンテナ校正信号s102はアンテナ係数乗算部103へ入力される。アンテナ係数乗算部103では入力信号s102をM個に分岐した後、M個の信号それぞれへアンテナ係数を乗算する機能を有する。但しアンテナ校正時には入力信号を出力する先のアンテナの番号に相当するアンテナ係数だけへ1+j×0を設定し、他のアンテナ係数へは0を設定することによって、アンテナ校正信号を出力する無線送信部を105(1)〜105(M)の中から選択するようにする。
In FIG. 1, the antenna calibration signal s <b> 102 after IFFT calculation is input to the
校正係数乗算部104には、校正係数計算部112からアンテナ校正係数s113(1)〜s113(M)が入力され、これらが校正係数乗算部入力信号s113(1)〜s113(M)それぞれへ独立に乗算される。但しアンテナ校正を実施する前の段階においては、アンテナ校正係数s113(1)〜s113(M)の代わりに、乗算係数の初期値1+j×0がs113(1)〜s113(M)それぞれへ乗算される。前記乗算結果はs104(1)〜s104(M)となり無線送信部105(1)〜105(M)へ伝送される。
The
無線送信部105(1)〜105(M)はアンテナ素子毎にベースバンド帯域の信号をRF帯域の信号へ変換する機能を有し、無線送信部の出力信号s105(1)〜105(M)は切替器106へ入力される。切替器106は入力信号s105(i)をs106(i)またはs107(i)のいずれか一方の線路へ切り替える機能を有する。切替器106はアンテナ校正時にはs105(i)をs107(i)側へ送るように切り替え、アンテナ校正時以外ではs105(i)をs106(i)へ送るよう切替えアンテナ素子iへ向けて送信するようにする(i=1,・・・,M)。
The wireless transmission units 105 (1) to 105 (M) have a function of converting a baseband signal into an RF band signal for each antenna element, and output signals s105 (1) to 105 (M) of the wireless transmission unit. Is input to the
切替器106は無線送信部105(1)〜105(M)の出力信号が合成器107へ入力されるよう接続する。合成器107はM個のRF帯域の入力信号を合成する機能を有し、合成後の信号s108は無線受信部108においてベースバンドの信号s111へ変換される。
The
上述のアンテナ係数乗算部103から無線受信部108までは、従来例と同様に構成される。
The
FFT計算部111は無線受信部108から出力されたベースバンド信号s111を入力としてFFT計算し、計算結果s112を校正係数計算部112へ出力する機能を有するが、ここに用いるFFT計算回路は、図4に示した構成、すなわち、奇数番目のサブキャリアのFFT計算結果だけを出力する回路とする。この結果、図3に示した従来用いられているFFT計算回路に比べてFFT計算部111の回路規模及び消費電力は半減される。
The
校正信号生成部112では校正信号生成部101で施された拡散・変調に対応する逆拡散・復調散が施された後、各サブキャリアのチャネル推定値が計算される。
The calibration
以上の手順は各アンテナ毎独立に行う。すなわち、アンテナ校正信号の行き先が無線送信部105(1)〜105(M)それぞれとなるよう、アンテナ係数乗算部103において非零のアンテナ係数設定位置を順次切り替え、各無線送信部105(1)〜105(M)を通過した信号のチャネル推定値E(1)〜E(M)を求める。その後、アンテナiのアンテナ校正係数s113(i)=E(1)/E(i)により求め、それぞれを図1のs113(i)として校正係数乗算部104へ設定する。
The above procedure is performed independently for each antenna. That is, the
アンテナ校正が終了すると、基地局装置の動作を運用時の動作に切り替える。運用時の動作においてはIFFT計算部102には送信データ信号が入力され、アンテナ係数乗算部103のアンテナ係数には形成するビームパタンに応じたアンテナ係数が設定される。アンテナ係数乗算部では前記送信データ信号に前記アンテナ係数がアンテナ毎に乗算され、乗算後に図1のs103(1)〜s103(M)となって校正係数乗算部104へ入力される。
When the antenna calibration is completed, the operation of the base station apparatus is switched to the operation at the time of operation. In operation at the time of operation, a transmission data signal is input to
校正係数乗算部104ではアンテナ校正時に求められたアンテナ校正係数s113(i)がs103(i)に乗算されてs104(i)となり無線送信部105(i)へ送られる。切替部106は運用時にはs105(i)がs106(i)へ接続され、アンテナiから無線送信部出力信号105(i)が送信されるようになる(i=1,・・・,M)。
The calibration
次に本発明装置の動作について図1および図2を参照して説明する。 Next, the operation of the apparatus of the present invention will be described with reference to FIG. 1 and FIG.
図2はIFFT計算部出力信号s101s、アンテナ係数乗算部103の設定、切替器106の接続状態、及びアンテナ校正係数s113(i)の校正係数乗算部104への出力タイミングを示す図である。
FIG. 2 is a diagram illustrating the IFFT calculation unit output signal s101s, the setting of the antenna
図2で時刻T(1)においてアンテナ校正が開始されると、校正信号生成部101がアンテナ校正信号s101を出力開始する。同時にアンテナ係数乗算部103はアンテナ1だけへアンテナ係数1+j0(jは虚数単位)を設定し、その他のアンテナ係数へは0を設定する。この設定は一フレーム(無線区間のデータ単位長)だけ継続させる。また切替器106はT(1)において入力信号s105(i)をs107(i)へ接続するよう接続の切替を行う(i=1,・・・,M)。
When the antenna calibration is started at time T (1) in FIG. 2, the calibration
時刻T(2)以降、IFFT計算部入力信号s101は周期1フレームで同一信号を繰り返し出力する。アンテナ係数乗算部は一フレームごとにアンテナ係数1+j×0をアンテナ2,3,・・・,Mのためのアンテナ係数へ順に設定し、その他のアンテナ係数へは0を設定する。この結果、校正係数計算部112にはアンテナ1校正区間(T(i)からT(i+1)までの時間)の終了後すぐに、アンテナiの送信部を通過した信号に対するFFT計算後のサブキャリア#1,#3,・・・,#N−1が入力される(i=2,・・・,M)。
After time T (2), the IFFT calculation unit input signal s101 repeatedly outputs the same signal with a period of one frame. The antenna coefficient multiplier sets the
校正係数計算部112では全サブキャリア信号を復調・逆拡散してチャネル推定値を計算する。前記チャネル推定値に関しては、前記N/2個のサブキャリアの全てに対するチャネル推定値を計算してもよいが、送信信号帯域に関し全体を網羅するように選んだ一部の周波数のサブキャリアだけに対して、前記サブキャリアから求めたチャネル推定値を計算してもよい。次に、校正係数計算部112は前記各サブキャリアのチャネル推定値に関して平均を求め、それを各アンテナのアンテナ校正信号に対するチャネル推定値E(i),i=1,・・・,Mとして保持する。
The
時刻T(M)において全アンテナのチャネル推定値の計算が終了すると、アンテナiのアンテナ校正係数をs113(i)=E(1)/E(i)により求める。前記アンテナ校正係数は校正係数乗算部104に送られ、s103(i)に対する乗算係数として設定される(i=1,・・・,M)。
When the calculation of channel estimation values for all antennas is completed at time T (M), the antenna calibration coefficient of antenna i is obtained by s113 (i) = E (1) / E (i). The antenna calibration coefficient is sent to the
101 校正信号生成部
102 IFFT計算部
103 アンテナ係数乗算部
104 校正係数乗算部
105(1)〜105(M)無線送信部
106 切替器
107 合成器
108 無線受信部
111 FFT計算部
112 校正係数計算部
DESCRIPTION OF
Claims (4)
アンテナ校正に使用するシンボル番号だけに電力が存在するアンテナ校正信号を生成するアンテナ校正信号生成手段と、
前記アンテナ校正信号を逆高速フーリエ変換するIFFT手段と、
前記IFFT手段による逆高速フーリエ変換結果を前記複数のアンテナ素子の数分の信号に分岐するとともに各信号のそれぞれにアンテナ係数を乗算するアンテナ係数乗算手段と、
前記アンテナ係数乗算手段の出力に基づく信号を前記複数のアンテナ素子のうちのいずれかへ出力する校正係数乗算手段と、
前記複数のアンテナ素子に対応して設けられ、前記校正係数乗算手段出力をRF帯域へ変換して対応するアンテナへ送信する無線送信部と、
各無線送信部の全出力信号を合成してアンテナ合成信号とする信号合成手段と、
前記アンテナ合成信号をベースバンド帯域の信号へ変換する無線受信部と、
前記無線受信部出力信号を高速フーリエ変換するFFT手段と、
前記FFT手段による離散高速フーリエ変換結果からアンテナ校正係数を計算するアンテナ校正係数計算手段と、
を備え、
前記校正係数乗算手段は前記IFFT手段による逆高速フーリエ変換結果に前記アンテナ校正係数を乗算して前記各無線送信部のうちのいずれかへ出力し、
前記アンテナ校正信号生成手段は、前記無線基地局が送信可能なサブキャリアの一部のサブキャリアのみを送信し、前記FFT手段は、前記アンテナ校正信号に含まれるサブキャリアだけを高速フーリエ変換することを特徴とするアンテナ校正装置。 In an antenna calibration apparatus comprising a radio base station apparatus comprising an array antenna composed of a plurality of antenna elements and performing communication by OFDM,
Antenna calibration signal generation means for generating an antenna calibration signal in which power exists only in the symbol number used for antenna calibration;
IFFT means for performing inverse fast Fourier transform on the antenna calibration signal;
Antenna coefficient multiplication means for branching an inverse fast Fourier transform result by the IFFT means into signals corresponding to the number of the plurality of antenna elements and multiplying each signal by an antenna coefficient;
Calibration coefficient multiplication means for outputting a signal based on the output of the antenna coefficient multiplication means to any one of the plurality of antenna elements;
A radio transmission unit that is provided corresponding to the plurality of antenna elements, and that converts the calibration coefficient multiplication means output to an RF band and transmits it to a corresponding antenna;
Signal combining means for combining all output signals of each wireless transmission unit into an antenna combined signal;
A radio receiver for converting the antenna combined signal into a baseband signal;
FFT means for performing a fast Fourier transform on the radio receiver output signal;
An antenna calibration coefficient calculation means for calculating an antenna calibration coefficient from a discrete fast Fourier transform result by the FFT means;
With
The calibration coefficient multiplying unit multiplies the antenna calibration coefficient by the inverse fast Fourier transform result by the IFFT unit and outputs the result to any one of the wireless transmission units.
The antenna calibration signal generation means transmits only some of the subcarriers that can be transmitted by the radio base station, and the FFT means performs fast Fourier transform only on the subcarriers included in the antenna calibration signal. An antenna calibration apparatus characterized by the above.
アンテナ校正信号に含まれるサブキャリアが、偶数番目のサブキャリアまたはその一部、あるいは奇数番目のサブキャリアまたはその一部であることを特徴とするアンテナ校正装置。 The antenna calibration apparatus according to claim 1,
An antenna calibration apparatus, wherein a subcarrier included in an antenna calibration signal is an even-numbered subcarrier or a part thereof, or an odd-numbered subcarrier or a part thereof.
アンテナ校正に使用するシンボル番号だけに電力が存在するアンテナ校正信号を生成するアンテナ校正信号生成ステップと、
前記アンテナ校正信号を逆高速フーリエ変換するIFFTステップと、
前記IFFT手段による逆高速フーリエ変換結果を前記複数のアンテナ素子の数分の信号に分岐するとともに各信号のそれぞれにアンテナ係数を乗算するアンテナ係数乗算ステップと、
前記アンテナ係数乗算ステップにおける乗算結果に基づく信号を前記複数のアンテナ素子のうちのいずれかへ出力する校正係数乗算ステップと、
前記校正係数乗算ステップによるベースバンド信号をRF帯域へ変換して各アンテナへ送信する無線送信ステップと、
各無線送信部の全出力信号を合成してアンテナ合成信号とする信号合成ステップと、
前記アンテナ合成信号をベースバンド帯域の信号へ変換する無線受信ステップと、
前記無線受信部出力信号を高速フーリエ変換するFFTステップと、
前記FFT手段による離散高速フーリエ変換結果からアンテナ校正係数を計算するアンテナ校正係数計算ステップと、
を備え、
前記アンテナ選択ステップでは前記IFFTステップによる逆高速離散フーリエ変換結果に前記アンテナ校正係数を乗算し、
前記校正係数乗算ステップでは、前記無線基地局が送信可能なサブキャリアの一部のサブキャリアのみを送信し、前記FFTステップでは、前記アンテナ校正信号に含まれるサブキャリアだけを離散高速フーリエ変換することを特徴とするアンテナ校正方法。 In an antenna calibration method performed in a radio base station apparatus that includes an array antenna including a plurality of antenna elements and performs communication by OFDM,
An antenna calibration signal generating step for generating an antenna calibration signal in which power exists only in the symbol number used for antenna calibration;
IFFT step for performing inverse fast Fourier transform on the antenna calibration signal;
An antenna coefficient multiplication step of branching the inverse fast Fourier transform result by the IFFT means into signals corresponding to the number of the plurality of antenna elements and multiplying each signal by an antenna coefficient;
A calibration coefficient multiplication step for outputting a signal based on the multiplication result in the antenna coefficient multiplication step to any one of the plurality of antenna elements;
A radio transmission step of converting the baseband signal obtained by the calibration coefficient multiplication step into an RF band and transmitting it to each antenna;
A signal synthesis step of synthesizing all output signals of each wireless transmission unit into an antenna synthesized signal;
A radio reception step of converting the antenna combined signal into a baseband signal;
An FFT step of performing a fast Fourier transform on the wireless receiver output signal;
An antenna calibration coefficient calculation step for calculating an antenna calibration coefficient from a discrete fast Fourier transform result by the FFT means;
With
In the antenna selection step, an inverse fast discrete Fourier transform result in the IFFT step is multiplied by the antenna calibration coefficient,
In the calibration coefficient multiplication step, only some of the subcarriers that can be transmitted by the radio base station are transmitted, and in the FFT step, only the subcarriers included in the antenna calibration signal are subjected to discrete fast Fourier transform. An antenna calibration method characterized by the above.
アンテナ校正信号に含まれるサブキャリアが、偶数番目のサブキャリアまたはその一部、あるいは奇数番目のサブキャリアまたはその一部であることを特徴とするアンテナ校正方法。
In the antenna calibration method according to claim 3,
An antenna calibration method, wherein the subcarrier included in the antenna calibration signal is an even-numbered subcarrier or a part thereof, or an odd-numbered subcarrier or a part thereof.
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