特許 6628596 アレーアンテナ装置及び無線装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6628596

(24)【登録日】2019年12月13日

(45)【発行日】2020年1月8日

(54)【発明の名称】アレーアンテナ装置及び無線装置

(51)【国際特許分類】

   H04B 7/06 20060101AFI20191223BHJP

   H04B 7/08 20060101ALI20191223BHJP

【ＦＩ】

   H04B7/06 982

   H04B7/08 982

【請求項の数】6

【全頁数】24

(21)【出願番号】特願2015-247455(P2015-247455)

(22)【出願日】2015年12月18日

(65)【公開番号】特開2017-112570(P2017-112570A)

(43)【公開日】2017年6月22日

【審査請求日】2018年12月4日

(73)【特許権者】

【識別番号】501140452

【氏名又は名称】株式会社モバイルテクノ

(74)【代理人】

【識別番号】100180275

【弁理士】

【氏名又は名称】吉田 倫太郎

(74)【代理人】

【識別番号】100161861

【弁理士】

【氏名又は名称】若林 裕介

(74)【代理人】

【識別番号】100090620

【弁理士】

【氏名又は名称】工藤 宣幸

(72)【発明者】

【氏名】江頭 直人

(72)【発明者】

【氏名】雨澤 泰治

【審査官】 太田 龍一

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１０−０３４９３７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００２−２６１６６８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−０６４６２６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００１−１７７４５８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００６−３２５０３３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 Sony Corporation，Coordinated Antenna Calibration for CoMP in Hetnet，3GPP TSG-RAN WG1 Meeting #64 R1-110633，3GPP，２０１１年 １月

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０４Ｂ ７／０２−７／１２

３ＧＰＰ ＴＳＧ ＲＡＮ ＷＧ１−４

ＳＡ ＷＧ１−４

ＣＴ ＷＧ１、４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

複数のアンテナ素子のそれぞれに対応する複数の送受信回路と、
前記複数のアンテナ素子の中から、参照信号を送出するアンテナ素子を順番に選択していき、選択したアンテナ素子の前記送受信回路に参照信号を与える信号生成部と、
参照信号を送出したアンテナ素子以外の複数の他のアンテナ素子の各送受信回路から、参照信号を送出したアンテナ素子と、参照信号を受信した前記各他のアンテナ素子との間の伝搬路推定値を取得し、伝搬路特性を求めるアンテナ素子間の双方向の伝搬路推定値を記憶する伝搬路推定値記憶部と、
アンテナ素子間の双方向の伝搬路推定値のそれぞれから伝搬路の利得成分を除いた利得除外推定値を求め、アンテナ素子間の双方向の利得除外推定値を用いて、各アンテナ素子のキャリブレーション係数を算出するキャリブレーション係数算出部と、
前記各アンテナ素子間の利得除外推定値を用いて算出した前記各アンテナ素子間の距離誤差に基づいて、前記各アンテナ素子間の距離を算出するアンテナ間距離算出部と、
配置推定対象の前記アンテナ素子と他の各アンテナ素子との間の距離を半径とし、前記他のアンテナ素子のそれぞれの現在座標を中心とする円を複数設定し、少なくとも２つの円の交点である２座標のうち、前記配置推定対象のアンテナ素子の現在座標から近いものを、当該配置推定対象のアンテナ素子の配置誤差として推定する配置誤差推定部と
を備えることを特徴とするアレーアンテナ装置。

【請求項2】

前記キャリブレーション係数算出部は、前記複数のアンテナ素子のうち、基準アンテナ素子と他の各アンテナ素子との間の双方向の前記伝搬路推定値から求めた前記利得除外推定値を用いて、各アンテナ素子のキャリブレーション係数を算出することを特徴とする請求項１に記載のアレーアンテナ装置。

【請求項3】

前記キャリブレーション係数算出部は、基準アンテナ素子と他の各アンテナ素子との間の前記各利得除外推定値の相対差を平均化したものを各アンテナ素子のキャリブレーション係数とすることを特徴とする請求項２に記載のアレーアンテナ装置。

【請求項4】

前記配置誤差推定部は、配置推定対象のアンテナ素子と他の各アンテナ素子との間について、前記２つの円の交点座標のうち一方の交点座標の平均値を、前記配置推定対象のアンテナ素子の配置誤差として推定することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のアレーアンテナ装置。

【請求項5】

複数のアンテナ素子のそれぞれに対応する複数の送受信回路と、
前記複数のアンテナ素子の中から、参照信号を送出するアンテナ素子を順番に選択していき、選択したアンテナ素子の前記送受信回路に参照信号を与える信号生成部と、
参照信号を送出したアンテナ素子以外の複数の他のアンテナ素子の各送受信回路から、参照信号を送出したアンテナ素子と、参照信号を受信した前記各他のアンテナ素子との間の伝搬路推定値を取得し、伝搬路特性を求めるアンテナ素子間の双方向の伝搬路推定値を記憶する伝搬路推定値記憶部と、
アンテナ素子間の双方向の伝搬路推定値のそれぞれから伝搬路の利得成分を除いた利得除外推定値を用いて算出した前記各アンテナ素子間の距離誤差に基づいて、各アンテナ素子間の距離を算出するアンテナ間距離算出部と、
配置推定対象のアンテナ素子と他の各アンテナ素子との間の距離を半径とし、前記他のアンテナ素子のそれぞれの現在座標を中心とする円を複数設定し、少なくとも２つの円の交点である２座標のうち、前記配置推定対象のアンテナ素子の現在座標から近いものを、当該配置推定対象のアンテナ素子の配置誤差として推定する配置誤差推定部と
を備えることを特徴とするアレーアンテナ装置。

【請求項6】

複数のアンテナ素子を有する請求項１〜５のいずれかに記載のアレーアンテナ装置を備えることを特徴とする無線装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、アレーアンテナ装置及び無線装置に関し、例えば、複数のアンテナ素子を有するアレーアンテナの各アンテナ素子のキャリブレーションに適用し得るものである。

【背景技術】

【0002】

近年、アレーアンテナを用いて、特定方向の通信品質を向上させる技術としてビームフォーミング技術が注目されている。また、ビームを向ける角度を把握するために、ＭＵＳＩＣ法等の到来方向推定アルゴリズムも併せて注目されている。

【0003】

アレーアンテナを用いた到来方向推定アルゴリズムやビームフォーミング技術は、アレーアンテナの各アンテナ素子における条件が理想的な環境で定式化されている。

【0004】

そのため、各アンテナ素子の各アナログ回路（ＲＦ：Radio Frequency回路）における信号の振幅、位相特性の不一致や、各アンテナ素子の配置誤差により、到来方向の推定精度が劣化してしまう。また、ビームも意図した方向から誤差が生じてしまう。

【0005】

したがって、アンテナ素子間のアナログ回路における信号の振幅、位相特性のキャリブレーション（以下、「ＲＦキャリブレーション」と呼ぶ。）、およびアンテナ素子の配置誤差のキャリブレーション（以下、「配置キャリブレーション」と呼ぶ）が必要となる。

【0006】

従来、アレーアンテナのＲＦキャリブレーション技術は、以下のような技術が提案されている。

【0007】

非特許文献１では、到来方向が既知である外部参照信号を用いて、ＲＦキャリブレーションや、配置キャリブレーションを行なう方式が提案されている。

【0008】

特許文献１〜４のそれぞれでは、アンテナ素子端における送信参照信号を、キャリブレーション用の内部回路へフィードバックすることによって、ＲＦキャリブレーションを行なう方式が提案されている。

【0009】

非特許文献１及び特許文献５には、自装置のアンテナ素子から送信された参照信号を、自装置のアンテナ素子で受信し、ＲＦキャリブレーションを行なう方式が提案されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0010】

【特許文献1】特開２００６−０１９９９１号公報

【特許文献2】特開２００６−０２５０４７号公報

【特許文献3】特開２００８−０９２０６１号公報

【特許文献4】特開２０１０−２１３２１７号公報

【特許文献5】国際公開ＷＯ／２０００／００８７７７パンフレット

【非特許文献】

【0011】

【非特許文献1】石黒靖博、菊間信良，平山裕，榊原久二男，“SAGEアルゴリズムを用いた高分解能電波到来方向推定のための方形重み付きアレーアンテナ校正法，”信学論(B),vol．J93-B,No.2,pp.303-311,Feb.2010.

【非特許文献2】J.Vieira,F.Rusek and F.Tufvesson,“Reciprocity calibration methods for Massive MIMO based on antenna coupling,”IEEE Globecom 2014 Workshop,Dec.,2014.

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0012】

しかしながら、上述した各従来技術は、以下のような課題が生じ得る。

【0013】

非特許文献１の記載技術は、ＲＦキャリブレーションだけでなく、配置キャリブレーションも行なうことができる。しかしながら、キャリブレーションのために、既知の到来方向からの外部参照信号が必要となるため、出荷前でしか、キャリブレーションを実施できないという課題がある。

【0014】

特許文献１〜４の記載技術はそれぞれ、キャリブレーション専用回路を備えることが必要となるため、装置の規模やコストを増大させてしまうという課題が生じ得る。

【0015】

非特許文献２及び特許文献５の記載技術のそれぞれは、ディジタル処理によりキャリブレーションを行なうことができるため、キャリブレーション専用回路は不要である。しかし、非特許文献２の記載技術は、ビームフォーミングと組み合わせる必要があり、受信処理だけではキャリブレーションが不完全のため、到来方向推定アルゴリズムと親和性がないという課題が生じ得る。また、特許文献５の記載技術は、受信処理だけでもキャリブレーションを行なうことができるが、アンテナ素子数Ｎとしたとき、Ｎ^２個の連立方程式を解く必要があり、処理が複雑となるという課題が生じ得る。

【0016】

また、特許文献１〜５及び非特許文献２の記載技術は、ＲＦキャリブレーションは実施できるが、配置キャリブレーションは実施できていない。

【0017】

そこで、本発明は、上記課題に鑑み、外部参照信号を用いずに、自装置のアンテナ素子が送信した参照信号を、他のアンテナ素子が受信して到来方向推定を行なうことができ、演算処理負荷を軽減して、ＲＦキャリブレーション、配置キャリブレーションを実施するアレーアンテナ装置及び無線装置を提供しようとするものである。

【課題を解決するための手段】

【0018】

かかる課題を解決するために、第１の本発明に係るアレーアンテナ装置は、（１）複数のアンテナ素子のそれぞれに対応する複数の送受信回路と、（２）複数のアンテナ素子の中から、参照信号を送出するアンテナ素子を順番に選択していき、選択したアンテナ素子の送受信回路に参照信号を与える信号生成部と、（３）参照信号を送出したアンテナ素子以外の複数の他のアンテナ素子の各送受信回路から、参照信号を送出したアンテナ素子と、参照信号を受信した各他のアンテナ素子との間の伝搬路推定値を取得し、伝搬路特性を求めるアンテナ素子間の双方向の伝搬路推定値を記憶する伝搬路推定値記憶部と、（４）アンテナ素子間の双方向の伝搬路推定値のそれぞれから伝搬路の利得成分を除いた利得除外推定値を求め、アンテナ素子間の双方向の利得除外推定値を用いて、各アンテナ素子のキャリブレーション係数を算出するキャリブレーション係数算出部と、各アンテナ素子間の利得除外推定値を用いて算出した各アンテナ素子間の距離誤差に基づいて、各アンテナ素子間の距離を算出するアンテナ間距離算出部と、配置推定対象の前記アンテナ素子と他の各アンテナ素子との間の距離を半径とし、他のアンテナ素子のそれぞれの現在座標を中心とする円を複数設定し、少なくとも２つの円の交点である２座標のうち、配置推定対象のアンテナ素子の現在座標から近いものを、当該配置推定対象のアンテナ素子の配置誤差として推定する配置誤差推定部とを備えることを特徴とする。

【0019】

第２の本発明に係るアレーアンテナ装置は、（１）複数のアンテナ素子のそれぞれに対応する複数の送受信回路と、（２）複数のアンテナ素子の中から、参照信号を送出するアンテナ素子を順番に選択していき、選択したアンテナ素子の送受信回路に参照信号を与える信号生成部と、（３）参照信号を送出したアンテナ素子以外の複数の他のアンテナ素子の各送受信回路から、参照信号を送出したアンテナ素子と、参照信号を受信した各他のアンテナ素子との間の伝搬路推定値を取得し、伝搬路特性を求めるアンテナ素子間の双方向の伝搬路推定値を記憶する伝搬路推定値記憶部と、（４）アンテナ素子間の双方向の伝搬路推定値のそれぞれから伝搬路の利得成分を除いた利得除外推定値を用いて算出した各アンテナ素子間の距離誤差に基づいて、各アンテナ素子間の距離を算出するアンテナ間距離算出部と、（５）配置推定対象のアンテナ素子と他の各アンテナ素子との間の距離を半径とし、他のアンテナ素子のそれぞれの現在座標を中心とする円を複数設定し、少なくとも２つの円の交点である２座標のうち、配置推定対象のアンテナ素子の現在座標から近いものを、当該配置推定対象のアンテナ素子の配置誤差として推定する配置誤差推定部とを備えることを特徴とする。

【0020】

第３の本発明に係る無線装置は、複数のアンテナ素子を有する第１の本発明又は第２の本発明のアレーアンテナ装置を備えることを特徴とする。

【発明の効果】

【0021】

本発明によれば、外部参照信号を用いずに、自装置のアンテナ素子が送信した参照信号を、他のアンテナ素子が受信することにより、到来方向推定を行なうことができ、かつ演算処理負荷を軽減して、ＲＦキャリブレーション、配置キャリブレーションを実施できる。

【図面の簡単な説明】

【0022】

【図1】実施形態に係る無線装置の構成を示す構成図である。

【図2】実施形態に係るキャリブレーション処理の動作を示すフローチャートである。

【図3】実施形態に係るＲＦキャリブレーション係数算出処理を示すフローチャートである。

【図4】実施形態に係る送信／受信キャリブレーション係数算出処理を示すフローチャートである。

【図5】実施形態に係るアンテナ素子配置推定処理を示すフローチャートである。

【図6】実施形態に係る伝搬路ゲインキャンセル処理及びオフセット量の算出処理を示すフローチャートである。

【図7】実施形態に係るアンテナ間素子距離誤差算出処理を示すフローチャートである。

【図8】実施形態に係るアンテナ素子の実配置の推定処理を示すフローチャートである。

【図9】実施形態に係るアンテナ素子の配置推定処理を説明する説明図である。

【図10】キャリブレーション係数算出部によるＲＦキャリブレーション実施後の到来方向推定精度のシミュレーション結果を示す図である（その１）。

【図11】キャリブレーション係数算出部によるＲＦキャリブレーション実施後の到来方向推定精度のシミュレーション結果を示す図である（その２）。

【図12】配置誤差推定部による配置キャリブレーションの効果を示す図である。

【図13】ＲＦキャリブレーション及び配置キャリブレーションの効果を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0023】

（Ａ）主たる実施形態
以下では、本発明に係るアレーアンテナ装置及び無線装置の実施形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。

【0024】

（Ａ−１）実施形態の構成
図１は、実施形態に係る無線装置の構成を示す構成図である。

【0025】

図１において、実施形態に係る無線装置１は、Ｎ個のアンテナ素子＃０〜＃Ｎ−１、Ｎ個のＲＦ回路（図１では、「ＲＦ」と表記する。）＃０〜＃Ｎ−１、Ｎ個のブランチ＃０〜＃Ｎ−１、信号生成／復調／到来方向推定部１１、受信キャリブレーション部１２、送信キャリブレーション部１３、メモリ１４、キャリブレーション係数算出部１５、配置誤差推定部１６を有する。

【0026】

無線装置１は、複数のアンテナ素子＃０〜＃Ｎ−１を有するアレーアンテナを備え、ビームフォーマにおける指向性制御、アレーアンテナによる到来波の到来方向推定処理を行なうものである。

【0027】

無線装置１は、自装置内のアンテナ素子から送出された信号を、他の各アンテナ素子が受信し、各ブランチ＃０〜＃Ｎ−１の受信キャリブレーション係数、送信キャリブレーション係数を算出し、これら受信キャリブレーション係数、送信キャリブレーション係数を用いて、各ブランチ＃０〜＃Ｎ−１の受信キャリブレーション、送信キャリブレーションを行なう。つまり、無線装置１のアンテナ素子から送出された信号を参照信号とする。そのため、従来技術のように、外部装置が送信した外部参照信号を使用せず、ＲＦキャリブレーション及び配置キャリブレーションを行なうことができる。

【0028】

信号生成／復調／到来方向推定部１１は、送信する場合には、送信する信号を変調して、その変調した信号を各ブランチ＃０〜＃Ｎ−１に与える。また、受信する場合、信号生成／復調／到来方向推定部１１は、各ブランチ＃０〜＃Ｎ−１から取得した信号を復調する。

【0029】

ここで、各ブランチ＃０〜＃Ｎ−１のキャリブレーションを実施する場合、信号生成／復調／到来方向推定部１１は、複数のブランチ＃０〜＃Ｎ−１の中から、いずれか１個のブランチを順番に選択し、その選択した１個のブランチに対して送信信号を与える。これは、複数のアンテナ素子＃０〜＃Ｎ−１のうち、いずれか１個のアンテナ素子が送信した信号を参照信号とし、他の各アンテナ素子が受信できるようにするためである。なお、送信するブランチの選択順序は、特に限定されるものではない。

【0030】

また、信号生成／復調／到来方向推定部１１は、所定の到来方向推定アルゴリズムにより、到来波の到来方向を推定する。ここで、到来方向推定アルゴリズムは、様々なアルゴリズムを広く適用できる。例えば、到来方向推定アルゴリズムは、ビームフォーマ法、ＭＵＳＩＣ法、ＥＳＰＲＩＴ法、ＳＡＧＥ法等の最尤推定に基づく方法などがある。なお、実施形態では、到来方向推定アルゴリズムとしてＭＵＳＩＣ法を採用し、誤差１度以下を許容範囲としている。

【0031】

各アンテナ素子＃０〜＃Ｎ−１は、到来波を捕捉して、捕捉した電波信号を電気信号に変換して各ＲＦ回路＃０〜＃Ｎ−１に与えたり、各ＲＦ回路＃０〜＃Ｎ−１からの送信信号を電波として送出したりする。

【0032】

各ＲＦ回路＃０〜＃Ｎ−１は、対応する各アンテナ素子＃０〜＃Ｎ−１の高周波回路であり、送信ＲＦ回路Ｔｘ、受信ＲＦ回路Ｒｘ、送信ＲＦ回路Ｔｘと受信ＲＦ回路Ｒｘとを切り替えるスイッチＳＷを備える。

【0033】

各ブランチ＃０〜＃Ｎ−１は、各アンテナ素子＃０〜＃Ｎ−１に送信信号を給電し、送信信号の無線周波数信号へのアップコンバージョンと、位相及び振幅の制御を行なうものである。

【0034】

受信キャリブレーション部１２は、後述するキャリブレーション係数算出部１５により算出された受信キャリブレーション係数を用いて、受信キャリブレーションを行なうものである。

【0035】

送信キャリブレーション部１３は、後述するキャリブレーション係数算出部１５により算出された送信キャリブレーション係数を用いて、送信キャリブレーションを行なうものである。

【0036】

メモリ１４は、複数のアンテナ素子＃０〜＃Ｎ−１のうち、いずれか１個のアンテナ素子が送信した信号を参照信号とし、他の各アンテナ素子＃０〜＃Ｎ−１が受信した伝搬路特性（伝搬路推定値の結果）を保持するものである。

【0037】

キャリブレーション係数算出部１５は、メモリ１４に保持されている各ブランチ＃０〜＃Ｎ−１の伝搬路推定結果を用いて、受信キャリブレーション係数、送信キャリブレーション係数を算出するものである。なお、キャリブレーション係数算出部１５によるキャリブレーション係数の算出処理の詳細な説明は、動作の項で説明する。

【0038】

配置誤差推定部１６は、キャリブレーション係数算出部１５により算出されたキャリブレーション係数を用いて、アンテナ素子＃０〜＃Ｎ−１の配置誤差を推定するものである。配置誤差推定部１６による配置誤差推定処理の詳細な説明は動作の項で説明する。

【0039】

（Ａ−２）実施形態の動作
次に、実施形態に係る無線装置１におけるアレーアンテナのキャリブレーション方法の動作を、図面を参照しながら詳細に説明する。

【0040】

（Ａ−２−１）全体動作
図２は、実施形態に係るキャリブレーション処理の動作を示すフローチャートである。

【0041】

アレーアンテナの各ブランチ＃０〜＃Ｎ−１の送信キャリブレーション係数、受信キャリブレーション係数を全て初期化する（例えば、「１」とする）（Ｓ１０１）。次に、アレーアンテナの各アンテナ素子＃０〜＃Ｎ−１の現在の位置座標を理想位置に初期化する（Ｓ１０２）。

【0042】

次に、キャリブレーションに係る処理の実施回数ｉを初期化する（Ｓ１０３）。キャリブレーションに係る処理は、後述するように、自装置１の各アンテナ素子＃ｍからの参照信号を受信した各アンテナ素子＃ｎの伝搬路推定値を用いたＲＦキャリブレーション係数の算出処理（Ｓ１０４〜Ｓ１０９）と、アンテナ素子配置推定処理（Ｓ１１０）とを含む処理である。

【0043】

自装置１のＮ個のブランチ＃０〜＃Ｎ−１のうち、参照信号を送信するアンテナ素子＃ｍを特定するため、ｍ＝０（０≦ｍ＜Ｎ）をセットし（Ｓ１０４）、信号生成／復調／到来方向推定部１１は、ブランチ＃ｍ（０≦ｍ＜Ｎ）に対して送信信号を与え、アンテナ素子＃ｍが参照信号を送信する（Ｓ１０５）。アンテナ素子＃ｍ以外の全てのアンテナ素子が参照信号を受信する（Ｓ１０６）。

【0044】

参照信号を送信した各アンテナ素子＃ｍ以外の全てのアンテナ素子の各ブランチは、各アンテナ素子からの受信信号に基づいて、参照信号を送信したアンテナ素子＃ｍとの間の伝搬路特性としての伝搬路推定値を算出する。参照信号を送信したアンテナ素子＃ｍ以外の全てのアンテナ素子の各ブランチにより算出された伝搬路推定値は、メモリ１４に保持される（Ｓ１０７）。

【0045】

ここで、信号生成／復調／到来方向推定部１１は、全てのアンテナ素子＃０〜＃Ｎ−１が参照信号を送信するアンテナ素子＃ｍとなるように、参照信号を送信するアンテナ素子＃ｍをＮ個のアンテナ素子＃０〜＃Ｎ−１の中から順番に切り替えて、Ｓ１０４〜Ｓ１０７の処理を繰り返す（Ｓ１０８）。

【0046】

全てのアンテナ素子＃０〜＃Ｎ−１はそれぞれ参照信号を送出するアンテナ素子＃ｍとなり、参照信号を送信するアンテナ素子＃ｍとなると、キャリブレーション係数算出部１５が、メモリ１４に保持されている伝搬路推定値を用いて、各ブランチ＃０〜＃Ｎ−１の受信キャリブレーション係数、送信キャリブレーション係数を算出する（Ｓ１０９）。

【0047】

次に、配置誤差推定部１６は、全てのアンテナ素子＃０〜＃Ｎ−１のそれぞれの配置推定を行なう（Ｓ１１０）。

【0048】

参照信号の送受信の処理から配置誤差推定までのキャリブレーションに係る実施回数ｉ（Ｓ１０４〜Ｓ１１０）を所定回数だけ繰り返す（Ｓ１１１）。

【0049】

キャリブレーション係数算出部１５により算出された、送信キャリブレーション係数と、受信キャリブレーション係数とが更新され（Ｓ１１２）、推定したアンテナ素子＃０〜＃Ｎ−１の配置におけるアレー応答ベクトルを算出する（Ｓ１１３）。なお、アレー応答ベクトルの計算方法は、アレー構成（例：一様線形アレー、一様円形アレーなど）によって異なるため割愛する。

【0050】

（Ａ−２−２）ＲＦキャリブレーション係数の算出処理
次に、図２のキャリブレーション処理におけるＲＦキャリブレーション係数（送信キャリブレーション係数、受信キャリブレーション係数）の算出処理を、図面を参照しながら説明する。

【0051】

図３は、実施形態に係るＲＦキャリブレーション係数算出処理を示すフローチャートである。

【0052】

キャリブレーション係数算出部１５は、アンテナ素子間の伝搬路推定値から対応する伝搬路の利得成分（以下、「伝搬路ゲイン」と呼ぶ。）を打ち消す処理（以下、伝搬路ゲインキャンセル処理と呼ぶ。）と、伝搬路ゲインキャンセル処理結果同士の比（除算）の平均化処理とを行なうことで、各ブランチ＃０〜＃Ｎ−１のＲＦキャリブレーション係数を算出する。

【0053】

まず、キャリブレーション係数算出部１５は、アンテナ素子＃ｍとアンテナ素子＃ｎとの全ての組み合わせの伝搬路推定値を算出するため、ｍ＝０をセットし（Ｓ２０１）、ｎ＝０をセットする（Ｓ２０２）。なお、ｍ＝ｎの場合（Ｓ２０３）、処理はＳ２０５に移行し、ｍ＝ｎとならないように、ｎの値を更新する（Ｓ２０６）。

【0054】

ここで、アンテナ素子＃ｍにおける送信ＲＦ回路＃ｍの係数（利得）をｔ_ｍ^Ｂ、受信ＲＦ回路＃ｍの係数（利得）をｒ_ｍ^Ｂとする。また、アンテナ素子＃ｍからアンテナ素子＃ｎへの参照信号の伝搬路における伝搬路ゲインをｈ^〜_ｎ，ｍとする。

【0055】

キャリブレーション係数算出部１５は、アンテナ素子＃ｍからアンテナ素子＃ｎへの伝搬路の伝搬路推定値ｈ_ｎ，ｍをメモリ１４から読み出し、後述するように伝搬路ゲインキャンセル処理を行なう（Ｓ２０４）。

【0056】

ここで、アンテナ素子＃ｎが、アンテナ素子＃ｍから送出された参照信号を受信したとき、アンテナ素子＃ｍからアンテナ素子＃ｎへの伝搬路の伝搬路推定値ｈ_ｎ，ｍは、式（１）となる。

【数1】

【0057】

式（１）は、アレーアンテナのアンテナ素子間の伝搬であるため、アンテナ素子＃ｍからアンテナ素子＃ｎの伝搬路は見通し内であり、かつ、アンテナ素子間の強い反射波が無い伝搬環境であると考えられる。したがって、アンテナ素子＃ｍからアンテナ素子＃ｎの伝搬路ゲインｈ^〜_ｎ，ｍを、自由空間伝搬モデルの理論式を用いて式（２）のように推定する。

【数2】

【0058】

ここで、式（２）において、ｄ_ｎ，ｍはアンテナ素子＃ｍとアンテナ素子＃ｎとの間の距離（単位はｍとする）を示しており、λは電波の波長（単位はｍとする）を示している。

【0059】

キャリブレーション係数算出部１５は、式（１）のｈ_ｎ，ｍから、式（２）で算出される伝搬路ゲインｈ^〜_ｎ，ｍを打ち消す。これにより、式（３）ように、ｚ_ｎ，ｍ＝ｒ_ｎ^Ｂ・ｔ_ｍ^Ｂが得られる。なお、ｚを利得除外推定値とも呼ぶ。

【数3】

【0060】

キャリブレーション係数算出部１５は、ｎの値を更新していき（Ｓ２０６）、Ｓ２０４〜Ｓ２０６の処理を繰り返し、アンテナ素子＃ｍからの参照信号を受信した全てのアンテナ素子＃ｎについてｚ_ｎ，ｍの値を算出する。

【0061】

さらに、キャリブレーション係数算出部１５は、ｍの値を更新していき（Ｓ２０７）、Ｓ２０１〜Ｓ２０７の処理を繰り返し、参照信号を送出するアンテナ素子を変えた場合の全てアンテナ素子間の組み合わせのｚ_ｎ，ｍを算出する。

【0062】

そして、キャリブレーション係数算出部１５は、全ての組み合わせのｚ_ｎ，ｍの値を算出し、ｚ_ｎ，ｍの比をとることで、アンテナ素子間の送信係数キャリブレーション係数、受信キャリブレーション係数を算出する（Ｓ２０８）。

【0063】

図４は、実施形態に係る送信／受信キャリブレーション係数算出処理を示すフローチャートである。

【0064】

キャリブレーション係数算出部１５は、ｍ＝１をセットして（Ｓ３０２）、後述する式（５）で示す送信係数の比（図４では「ｔｍｐ１」と表記）及び式（４）で示す受信係数の比（図４では「ｔｍｐ２」と表記）を初期化する（Ｓ３０２）。

【0065】

次に、キャリブレーション係数算出部１５は、ｎ＝０をセットする（Ｓ３０３）。なお、ｍ＝ｎのときには処理はＳ３０６に移行する（Ｓ３０４）。

【0066】

Ｓ３０５では、キャリブレーション係数算出部１５は、後述する式（５）により送信係数の比（ｔｍｐ１）を求め、後述する式（４）により受信係数の比（ｔｍｐ２）を求める。

【0067】

また、キャリブレーション係数算出部１５は、ｍ＝１としたときのアンテナ素子に対して、ｎの値を更新してＳ３０３〜Ｓ３０７の処理を繰り返し行ない、全てのアンテナ素子＃０〜＃Ｎ−１の送信係数の比及び受信係数の比を求める（Ｓ３０７）。

【0068】

そして、キャリブレーション係数算出部１５は、後述する式（７）に従い、複数の送信係数の比の演算結果を平均化した結果に基づいて、送信キャリブレーション係数を求める。また、キャリブレーション係数算出部１５は、後述する式（８）に従い、複数の受信係数の比の演算結果を平均化した結果に基づいて、受信キャリブレーション係数を求める（Ｓ３０８）。

【0069】

その後、キャリブレーション係数算出部１５は、ｍの値を更新して、Ｓ３０１〜Ｓ３０７の処理を繰り返し行う（Ｓ３０９）。

【0070】

ここで、キャリブレーション係数算出部１５による送信キャリブレーション係数、受信キャリブレーション係数の算出処理の詳細を説明する。

【0071】

キャリブレーション係数算出部１５は、ｚ_ｎ，ｍの比をとることで、アンテナ素子間の受信係数の比（相対差）を式（４）のように求めることができ、また、アンテナ素子間の送信係数の比（相対差）を式（５）のように求めることができる。

【0072】

なお、式（４）は、受信キャリブレーション係数の算出の一例であり、例えば、アンテナ素子＃ｌが送出した参照信号をアンテナ素子＃ｍ及びアンテナ素子＃ｎが受信したときのｚ_ｎ，ｌとｚ_ｍ，ｌとの比を示している。

【0073】

また、式（５）は、送信キャリブレーション係数の算出の一例であり、例えば、アンテナ素子＃ｎが送出した参照信号をアンテナ素子＃lが受信したときのｚ_ｌ，ｎと、アンテナ素子＃ｍが送出した参照信号をアンテナ素子＃ｌが受信したときのｚ_ｌ，ｍとの比を示している。ただし、ｎ≠ｍ、ｍ≠ｌ，ｌ≠ｎである。

【数4】

【0074】

式（４）、式（５）は、アンテナ素子＃０を基準アンテナ素子とし、各アンテナ素子における送信係数（利得）及び受信係数（利得）と、アンテナ素子＃０の送信係数（利得）及び受信係数（利得）との相対差を打ち消すことで、アンテナ素子間の振幅、位相係数を同一と考えることができる。

【0075】

例えば、アンテナ素子＃ｍのブランチ＃ｍの送信係数（利得）がｔ_ｍ^Ｂであるとする。そうすると、信号ｇは送信係数ｔ_ｍ^Ｂが乗算されて、送信信号ｇ・ｔ_ｍ^Ｂがアンテナ素子＃ｍから送出される。このとき、キャリブレーション係数算出部１５が、式（５）に従って、アンテナ素子＃ｍについての送信キャリブレーション係数（補正係数）ｔ_０^Ｂ／ｔ_ｍ^Ｂを算出したとする。この場合、アンテナ素子＃ｍのブランチ＃ｍの送信係数ｔ_ｍ^Ｂに、送信キャリブレーション係数ｔ_０^Ｂ／ｔ_ｍ^Ｂを乗算することで、アンテナ素子＃ｍの送信係数は、ｔ_ｍ^Ｂ・ｔ_０^Ｂ／ｔ_ｍ^Ｂ＝ｔ_０^Ｂに変換することができる。すなわち、送信キャリブレーション係数を乗じることにより、アンテナ素子＃ｍの送信係数をｔ_ｍ^Ｂからｔ_０^Ｂに校正できる。

【0076】

また例えば、アンテナ素子＃ｍのブランチ＃ｍの受信係数（利得）がｒ_ｍ^Ｂであるとする。そうすると、アンテナ素子＃ｍにより受信された信号ｇは受信係数ｒ_ｍ^Ｂが乗算されて、受信ＲＦ回路Ｒｘ＃ｍから受信信号ｇ・ｒ_ｍ^Ｂが出力される。このとき、キャリブレーション係数算出部１５が、式（４）に従って、アンテナ素子＃ｍについての受信キャリブレーション係数（補正係数）ｒ_０^Ｂ／ｒ_ｍ^Ｂを算出したとする。この場合、アンテナ素子＃ｍのブランチ＃ｍの受信係数ｒ_ｍ^Ｂに、受信キャリブレーション係数ｒ_０^Ｂ／ｒ_ｍ^Ｂを乗算することで、アンテナ＃ｍの受信係数は、ｒ_ｍ^Ｂ・ｒ_０^Ｂ／ｒ_ｍ^Ｂ＝ｒ_０^Ｂに変換することができる。すなわち、受信キャリブレーション係数を乗じることにより、アンテナ素子＃ｍの受信係数をｒ_ｍ^Ｂからｒ_０^Ｂに校正できる。

【0077】

従って、キャリブレーション係数算出部１５は、任意のアンテナ素子を基準アンテナ素子とし（例えば、式（４）、式（５）の場合、ｎ＝０とし）、式（４）で求まる値を受信キャリブレーション係数とし、式（５）で求まる値を送信キャリブレーション係数として算出する。ただし、ｌ，ｍの組み合わせによっては、複数のｔ_０^Ｂ／ｔ_ｍ^Ｂ、ｒ_０^Ｂ／ｒ_ｍ^Ｂの演算結果を得ることが可能となる。

【0078】

キャリブレーション係数算出部１５は、式（６）に従って、複数のｒ_０^Ｂ／ｒ_ｍ^Ｂの演算結果を平均化した結果を、アンテナ素子＃ｍの受信キャリブレーション係数として用いる。また、キャリブレーション係数算出部１５は、式（７）に従って、複数のｔ_０^Ｂ／ｔ_ｍ^Ｂの演算結果を平均化した結果を、アンテナ素子＃ｍの送信キャリブレーション係数として用いる。

【数5】

【0079】

上記のように、キャリブレーション係数算出部１５は、複数のアンテナ素子＃０〜＃Ｎ−１のうち、基準アンテナ素子と他のアンテナ素子との間のそれぞれの組み合わせについて、双方向の伝搬路推定値を求める。

【0080】

そして、基準アンテナ素子と他のアンテナ素子との間のそれぞれの組み合わせについて、基準アンテナ素子と他のアンテナ素子との間の伝搬路推定値から、伝搬路ゲインを打ち消した利得除外推定値を求め、伝搬路特性を求めるアンテナ素子間のそれぞれの利得除外推定値を用いて、各アンテナ素子の送信キャリブレーション係数、受信キャリブレーション係数を算出する。また、算出した送信キャリブレーション係数、送信キャリブレーション係数を用いて、各ブランチ＃０〜＃Ｎ−１の送信係数、受信係数を校正する。

【0081】

なお、上記の例では、Ｎ個のアンテナ素子＃０〜＃Ｎ−１のうち、いずれか１個のアンテナ素子を順番に選択していき、全てのアンテナ素子のそれぞれが参照信号を送出して、アンテナ素子間の組み合わせの双方向の伝搬路推定値を算出して、キャリブレーション係数を算出する場合を例示した。このとき、上記の例では、Ｎ個のアンテナ素子から選択した基準アンテナ素子と、この基準アンテナ素子以外の全ての他のアンテナ素子との間の組み合わせの双方向の伝搬路遅延値を算出する場合を例示した。

【0082】

しかし、本発明は、Ｎ個のアンテナ素子から選択した１個の基準アンテナ素子と、当該基準アンテナ素子以外の全ての他のアンテナ素子との間の組み合わせの双方向の伝搬路遅延値を算出することに限定されるものではなく、基準アンテナ素子と、他のアンテナ素子の一部のアンテナ素子との間の組み合わせの双方向の伝搬路遅延値を求めるようにしても良い。その場合、キャリブレーション係数算出部１５が算出する最低限必要な伝搬路推定値の数は、２×｛３×（Ｎ−２）−（Ｎ−３）｝＝４Ｎ−６個となる。

【0083】

これは、式（４）、式（５）に示すように、基準アンテナ素子、キャリブレーション対象のアンテナ素子、仲介となるアンテナ素子の３つのアンテナ素子（式（４）、式（５）のｌ、ｍ、ｎに対応）が１組として求められる。そして、１組の３個のアンテナ素子で構成される三角形をいくつ形成できるかということと、重複する三角形の辺がいくつあるかによって、伝搬路推定値の数は決定される。

【0084】

そのため、アンテナ素子がＮ個の場合、「３×（Ｎ−２）」が、辺の数３×三角形の数（Ｎ−２）を示し、重複する辺の数（Ｎ−３）となり、アンテナ素子間の双方向であるため、最低限必要な伝搬路推定値の数は、上記のように、２×｛３×（Ｎ−２）−（Ｎ−３）｝＝４Ｎ−６個となる。

【0085】

（Ａ−２−３）配置キャリブレーション
次に、図２のキャリブレーション処理におけるアンテナ素子の配置推定処理を、図面を参照しながら説明する。

【0086】

図５は、実施形態に係るアンテナ配置推定処理を示すフローチャートである。

【0087】

配置誤差推定部１６は、各アンテナ素子＃０〜＃Ｎ−１の配置を推定し、推定した配置に基づいて、アレー応答ベクトルを再計算することで、各アンテナ素子の誤差推定のキャリブレーションを行なう。

【0088】

図５に示すように、アンテナ素子配置推定処理は、ＲＦキャリブレーションと同様の伝搬路ゲインキャンセル処理および、後述するオフセット量Ｃ＾_０＝ｔ_０^Ｂ・ｒ_０^Ｂの算出処理（Ｓ４０１）と、アンテナ間距離誤差算出処理（Ｓ４０２）と、実配置推定処理（Ｓ４０３）とにより実施される。そして、配置誤差推定部１６は、各アンテナ素子の現在の座標を、推定した座標に更新する（Ｓ４０４）。

【0089】

図６は、実施形態に係る伝搬路ゲインキャンセル処理及びオフセット量Ｃ＾_０の算出処理を示すフローチャートである。

【0090】

配置誤差推定部１６は、図３のＳ２０１〜Ｓ２０７で説明した処理と同様に、伝搬路ゲインキャンセル処理を行なう（Ｓ５０１〜Ｓ５０７）。なお、キャリブレーション係数算出部１５が図３のＳ２０１〜Ｓ２０７の処理を行なっている場合、配置誤差推定部１６は、キャリブレーション係数算出部１５による演算結果を利用できる。

【0091】

次に、配置誤差推定部１６は、オフセット量Ｃ＾_０＝ｔ_０^Ｂ・ｒ_０^Ｂの値を初期化し（Ｓ５０８）、ｍ＝１をセットする（Ｓ５０９）。

【0092】

配置誤差推定部１６は、伝搬路ゲインキャンセル処理により得られたｚ´_ｍ，０に、式（７）で算出して得た送信キャリブレーション係数を乗じて送信係数をキャリブレーションする。また、配置誤差推定部１６は、伝搬路ゲインキャンセル処理により得られたｚ´_０，ｍに、式（６）で算出して得た受信キャリブレーション係数を乗じて受信係数をキャリブレーションする（Ｓ５１０）。

【0093】

このとき、後述する式（８）に示すように、キャリブレーション実施後は、オフセット量ｔ_０^Ｂ・ｒ_０^Ｂの値が残留する（Ｓ５１１）。

【0094】

配置誤差推定部１６は、ｍの値を更新して、Ｓ５０９〜Ｓ５１２の処理を繰り返し行う（Ｓ５１２）。なお、ＲＦ誤差について、キャリブレーション係数の算出処理で説明した方法と同様の方法により、送信キャリブレーション係数、受信キャリブレーション係数を乗算することでキャリブレーションできる。

【0095】

ここで、ＲＦキャリブレーション実施後に、配置キャリブレーションを実施する場合の詳細な説明を行なう。

【0096】

ＲＦキャリブレーション実施後、式（８）に示すように、オフセット量Ｃ＾_０＝ｒ_０^Ｂ・ｔ_０^Ｂの係数が残留してしまう。

【数6】

【0097】

ｒ_０^Ｂ・ｔ_０^Ｂの係数が残留すると、この係数の位相回転量によって、後述する式（１６）で検出するアンテナ素子距離誤差量を正しく推定できなくなる。そのため、ｒ_０^Ｂ・ｔ_０^Ｂを推定して打ち消す必要がある。ここで、式（９）、式（１０）によって、ｒ_０^Ｂ・ｔ_０^Ｂを推定する。

【数7】

【0098】

ｈ^〜_ｎ，ｍ／ｈ＾_ｎ，ｍは、ｒ_０^Ｂ・ｔ_０^Ｂを推定するための誤差要因となる。ｍあるいはｎを変えることで複数のｒ_０^Ｂ・ｔ_０^Ｂを含む結果を得ることができる。そのため、配置誤差推定部１６は、ｍあるいはｎの値を更新して得た複数のｔ_０^Ｂ・ｒ_０^Ｂを平均化する（Ｓ５１３）。平均化によって誤差要因を抑圧し、ｒ_０^Ｂ・ｔ_０^Ｂを推定する。式（１１）のように平均化を行い、ｒ_０^Ｂ・ｔ_０^Ｂの推定値Ｃ＾_０を算出する。

【数8】

【0099】

送信キャリブレーション、受信キャリブレーションに加え、式（１１）で算出した推定値Ｃ＾_０により補正を行うことで、後述する式（２２）のように、式（１４）と等価な結果を得ることができる。

【0100】

図７は、実施形態に係るアンテナ素子間距離誤差算出処理を示すフローチャートである。

【0101】

配置誤差推定部１６は、アンテナ素子＃０〜＃Ｎ−１の配置誤差によって生じるアンテナ素子間距離誤差を、自装置１のアンテナ素子＃ｍからの参照信号によって検出する。また、配置誤差推定部１６は、アンテナ素子間距離誤差を用いて、図９を用いて後述する円の交点からアンテナ素子の実際の配置を推定する。

【0102】

以降では、配置誤差推定部１６によるアンテナ素子の配置推定処理の動作を説明する。なお、アレー応答ベクトルの計算方法は、アレー構成（例：一様線形アレー、一様円形アレーなど）によって異なるため割愛する。

【0103】

配置誤差推定部１６は、ｍ＝１をセットし（Ｓ６０１）、ｎ＝０をセットする（Ｓ６０２）。なお、ｍ＝ｎのとき、処理は、Ｓ６０８に移行する（Ｓ６０３）。

【0104】

次に、配置誤差推定部１６は、ｚ_ｎ，ｍの位相を検出し（Ｓ６０４、Ｓ６０５）、ｚ_ｎ，ｍの位相から、参照信号を送出したアンテナ素子＃ｍと、参照信号を受信したアンテナ素子＃ｎとの間のアンテナ素子間距離誤差を算出し（Ｓ６０６）、アンテナ素子間距離の更新を行なう（Ｓ６０７）。

【0105】

その後、配置誤差推定部１６は、ｎの値を更新して、Ｓ６０２〜Ｓ６０７の処理を繰り返し行う（Ｓ６０９）。また、配置誤差推定部１６は、ｍの値を更新して、Ｓ６０１〜Ｓ６０９の処理を繰り返し行う（Ｓ６１０）。

【0106】

以下では、配置誤差推定部１６によるアンテナ素子間距離誤差の算出処理の詳細を説明する。

【0107】

理想的な配置におけるアンテナ素子＃ｍとアンテナ素子＃ｎとのアンテナ素子間距離をｄ_ｎ，ｍとし、実配置におけるアンテナ素子間距離をｄ´_ｎ，ｍとする。ｄ´_ｎ，ｍとｄ_ｎ，ｍは式（１２）のように表せる。ただし、Δｄ_ｎ，ｍは配置誤差に起因するアンテナ素子間距離の誤差である。

【数9】

【0108】

アンテナ素子＃ｍからアンテナ素子＃ｎの電波伝搬について、自由空間伝搬と仮定すると、伝搬路ゲインは式（１３）となる。

【数10】

【0109】

ここで、配置誤差が無いものとして伝搬路ゲインを式（１３）によって求め、伝搬路ゲインキャンセル処理を行う。そうすると、式（１４）のようにアンテナ素子間距離誤差Δｄ_ｎ，ｍに起因した位相回転が残る。ただし、式（１４）ではＲＦ誤差が無いものとする。

【数11】

【0110】

したがって、ｚ´_ｎ，ｍの位相からアンテナ素子間距離誤差Δｄ_ｎ，ｍを式（１５）、式（１６）のように求めることができ、式（１２）によって、ｄ´_ｎ，ｍも算出することができる。

【数12】

【0111】

配置誤差推定部１６は、各アンテナ素子間距離ｄ´_ｎ，ｍをそれぞれ算出する。

【0112】

図８は、実施形態に係るアンテナ素子の実配置の推定処理を示すフローチャートである。

【0113】

配置誤差推定部１６は、ｌ＝０、ｍ＝０、ｎ＝０をセットする（Ｓ７０１〜Ｓ７０３）。なお、ｌ≠ｍ、ｍ≠ｎ、ｎ≠ｌ以外の場合、処理はＳ７０６に移行する（Ｓ７０４）。

【0114】

配置誤差推定部１６は、アンテナ素子＃ｍとアンテナ素子＃ｎとの間のアンテナ素子間距離長を半径として、アンテナ素子＃ｍを中心とした円と、アンテナ素子＃ｎとアンテナ素子＃ｌとの間のアンテナ素子間距離長を半径として、アンテナ素子＃ｍを中心とした円との交点を求める（Ｓ７０５）。

【0115】

配置誤差推定部１６は、２つの円の２つの交点のうち、現在のアンテナ素子＃ｌの座標に近い方を選択し（Ｓ７０６）、選択した円の交点の座標の平均化を行なう（Ｓ７０７）。

【0116】

その後、配置誤差推定部１６は、ｎの値を更新してＳ７０５〜Ｓ７０７の処理を繰り返し行う（Ｓ７０９）。次に、配置誤差推定部１６は、ｍの値を更新してＳ７０５〜Ｓ７０９の処理を繰り返し行う（Ｓ７１０）。

【0117】

そして、配置誤差推定部１６は、Ｓ７０７で得られた円の交点の座標と、アンテナ素子＃ｌの現在の座標との差分ｄｉｆｆをとり（Ｓ７１１）、差分ｄｉｆｆにステップ係数を乗じた値を、アンテナ素子＃ｌの現在の座標に加えて、アンテナ素子＃ｌの新座標を算出し、このアンテナ素子＃ｌの新座標を保持する（Ｓ７１２）。

【0118】

さらに、配置誤差推定部１６は、ｌの値を更新して、全てのアンテナ素子＃〜＃Ｎ−１の実際の配置推定を行なう（Ｓ７１３）。

【0119】

以下では、図８及び図９を参照しながら、配置誤差推定部１６によるアンテナ素子の実際の配置推定処理の詳細を説明する。

【0120】

図９は、実施形態に係るアンテナ素子の配置推定処理を説明する説明図である。

【0121】

図９（Ａ）及び図９（Ｂ）では、８個のアンテナ素子＃０〜＃７を有する一様円形アレーアンテナである場合を例示している。

【0122】

図９（Ａ）及び図９（Ｂ）の第１象限のｘ軸上のアンテナ素子をアンテナ素子＃０とし、アンテナ素子＃０から反時計回りに位置する各アンテナ素子を順番にアンテナ素子＃１、アンテナ素子＃２、…、アンテナ素子＃７としている。

【0123】

また、図９（Ａ）及び図９（Ｂ）において、「×」は各アンテナ素子の理想位置を示し、「●」は各アンテナ素子の実際の位置を示す。

【0124】

例えば、アンテナ素子＃ｍ＝１の配置を推定する場合、アンテナ素子＃ｎ＝０の現在の位置（座標）を中心として、半径ｄ´_ｎ，ｍ（＝ｄ´_０，１）の円の方程式を設定する。また、アンテナ素子＃ｌ＝２の現在の位置（座標）を中心に、半径ｄ´_ｌ，ｍ（＝ｄ´_２，１）の円の方程式を設定する。ただしｘ_ｎ、ｙ_ｎはアンテナ素子＃ｎの現在の座標を表す。

【数13】

【0125】

式（１７）と式（１８）の交点座標（ｘ_ｎ，ｌ，ｙ_ｎ，ｌ）を求める。円の交点（図９（Ａ）及び図９（Ｂ）では「■」で示す。）は最大２点で求まる。このとき、２個の円の交点のうち、アンテナ素子＃ｍ＝１の現在座標からのユークリッド距離が近い方の座標を交点座標として採用する。

【0126】

その後、同様に、アンテナ素子＃ｍ＝１の配置誤差を推定するために、アンテナ素子ｎ、アンテナ素子ｌ（ｎ≠ｍ、ｍ≠ｌ，ｌ≠ｎ）の組み合わせを変えながら、円の交点を算出する。

【0127】

そして、配置誤差推定部１６は、式（１９）に従って、算出した全ての交点座標の平均化処理を行う。式（１９）において、Ｐは平均に用いた交点の数である。交点が存在しない場合は、平均化の対象としない。

【数14】

【0128】

推定した座標は誤差を含む可能性があるため、現在の座標と推定した座標の差分にステップ係数αを乗算して、アンテナ座標の推定値を算出する。

【数15】

【0129】

全てのｍについて（ｘ＾_ｍ，ｙ＾_ｍ）を算出したら、（ｘ_ｍ，ｙ_ｍ）＝（ｘ＾_ｍ，ｙ＾_ｍ）として現在座標を更新する。更新された座標を用いて、式（１４）〜式（２０）のアンテナ素子配置推定を繰り返し行い、徐々にアンテナ素子座標を更新してゆく。

【0130】

式（１４）〜式（２０）では、ＲＦ誤差が無いものとして説明を行った。送信、受信ＲＦ係数を考慮すると、式（１４）は式（２１）のように書き直される。

【数16】

【0131】

送信キャリブレーション、受信キャリブレーションに加え、式（２１）で算出した推定値Ｃ＾_０により補正を行うことで、式（２２）のように、式（１４）と等価な結果を得ることができる。

【数17】

【0132】

式（２２）によって求めた値を使って、式（１５）〜式（２０）を行うことで、ＲＦ誤差を含む場合にも配置キャリブレーションが可能となる。

【0133】

ただし、ＲＦキャリブレーションは、式（２）についてアンテナ素子間距離誤差の影響を受け、推定精度が劣化する。一方、配置キャリブレーションは、残留するＲＦ誤差の影響を受け、推定精度が劣化する。したがって、ＲＦキャリブレーションと、配置キャリブレーションを繰り返し行うことによって、互いの処理の精度を徐々に向上させることができる。

【0134】

（Ａ−３−１）ＲＦキャリブレーションの効果確認
次に、キャリブレーション係数算出部１５によるＲＦキャリブレーション実施後の到来方向推定精度を計算して、ＲＦキャリブレーションの効果を評価する。

【0135】

ここでは、アンテナ素子間の電波伝搬が式（２）の通りであり、アンテナ素子の配置誤差は存在しないという条件とする。また、ＲＦキャリブレーションの効果は、計算機シミュレーションにより確認した。

【0136】

図１０は、キャリブレーション係数算出部１５によるＲＦキャリブレーション実施後の到来方向推定精度のシミュレーション結果を示す図である（その１）。

【0137】

図１０において、横軸は、到来信号電力値と雑音信号電力値との比（ＳＮＲ）であり、縦軸は、到来方向推定精度を示すＲＭＳＥ（Root Mean Square Error）である。

【0138】

図１０における「従来技術」は非特許文献２によるキャリブレーション方式の特性を示す。図１０における「理想」は、ＲＦ誤差無しの場合の特性である。

【0139】

図１０に示すように、実施形態の技術（図１０では「提案技術」と示す）の特性は、「理想」の特性とほぼ一致しており、キャリブレーションが精度良く実施されていることがわかる。

【0140】

図１０では、アンテナ素子間の電波伝搬が式（２）の通りとしたが、アンテナ素子間の近傍の通信でも、アンテナ素子を支えるアームからの反射波が存在することも考えられる。

【0141】

そこで、アンテナ素子間の電波伝搬を、直接波と反射波の２波から構成される大地反射２波モデル（キャリブレーションの伝搬路ゲインキャンセル処理で算出する伝搬路ゲインは式（２）のまま）における特性評価を行った。図１１が、シミュレーション結果を示す図である。

【0142】

図１１は、キャリブレーション係数算出部１５によるＲＦキャリブレーション実施後の到来方向推定精度のシミュレーション結果を示す図である（その２）。

【0143】

アンテナ素子高は０．１ｍとする。反射面の複素相対屈折率は、比較的強い反射が生じる５−０．１ｊ、５−１．０ｊと、反射は弱いが反射時に位相が大きく回転する、２．５＋１．０ｊ、２．５＋１．０ｊ、２．５＋２．０ｊについて評価を行った。また、電波の電界方向に対し、反射面が水平であるとし、仰角俯角方向の指向性は無いものとして評価を行った。

【0144】

図１１に示すように、反射波が存在し、伝搬モデルに想定と誤差がある場合、理想条件の特性と比較すると、到来方向推定精度が劣化していることがわかる。しかし、ＳＮＲ＝０ｄＢ以上では、到来方向推定精度も１度以下の誤差を達成している。したがって、実伝搬環境が想定するモデルと異なるとしても、本発明によりＲＦキャリブレーションは可能であると考えられる。

【0145】

（Ａ−３−２）配置キャリブレーションの効果確認
次に、配置誤差推定部１６による配置キャリブレーションの効果を評価する。

【0146】

図１２は、配置誤差推定部１６による配置キャリブレーションの効果を示す図である。

【0147】

図１２において、横軸はアンテナ素子配置誤差[％]であり、縦軸は到来方向推定のＲＭＳＥである。

【0148】

配置キャリブレーションの基礎評価のため、ＲＦ誤差が存在せず、配置誤差が存在する条件において、キャリブレーションの効果を計算機シミュレーションにより確認した。

【0149】

なお、アンテナ素子間の電波伝搬と、伝搬路ゲインキャンセル処理で用いる伝搬路モデルの誤差も含んでおり、アンテナ素子間の電波伝搬は大地反射２波モデルとし、相対複素屈折率は５．０−１．０ｊとしている。アンテナ素子配置誤差は、波長に対する割合で配置誤差の半径を求め、その半径内に９９．７％収まるような正規分布に従い、ランダムに配置誤差を決定した。またキャリブレーションの繰り返し数は５回、ステップ係数は０．５とした。

【0150】

図１２に示すように、アンテナ素子配置誤差１０％において、配置キャリブレーションを実施いない場合と比較して、到来方向推定精度が約３０％程度改善している。また、到来方向推定精度も１度以内の誤差を達成している。

【0151】

（Ａ−３−３）ＲＦキャリブレーションと配置キャリブレーションとの効果確認
次に、ＲＦキャリブレーションと配置キャリブレーションとの両方を実施したときの効果を確認する。

【0152】

図１３は、ＲＦキャリブレーション及び配置キャリブレーションの効果を示す図である。

【0153】

ここでは、ＲＦ誤差、配置誤差の両方ともが存在する条件における、キャリブレーション効果の確認を行った。ＲＦ誤差が存在する以外は、配置キャリブレーションの効果確認時と同じ条件とする。

【0154】

図１３に示すように、配置キャリブレーションまで実施することによって、アンテナ素子配置誤誤差約３％以上の場合に到来方向推定精度が改善しており、アンテナ素子配置誤差に対するロバスト性が向上していることがわかる。また、ＲＦキャリブレーションと配置キャリブレーションとを実施することで、アンテナ素子配置誤差６％でも、到来方向推定精度も１度以下の誤差を達成できる。

【0155】

（Ａ−４）実施形態の効果
以上のように、実施形態によれば、外部参照信号を用いずに、到来方向推定を行なうことができ、かつ演算処理負荷を軽減して、ＲＦキャリブレーション、配置キャリブレーションを実施できる。

【0156】

（Ｂ）他の実施形態
上述した実施形態では、ＲＦキャリブレーションを実施した後に、アンテナ素子間の配置キャリブレーションを実施する場合を例示した。しかし、本発明は、ＲＦキャリブレーションのみを実施する場合も上述した実施形態と同等の有効な効果を奏し、又配置キャリブレーションのみを実施する場合にも上述した実施形態と同等の有効な効果を奏する。

【符号の説明】

【0157】

１…無線装置、アンテナ素子＃０〜＃Ｎ−１、ＲＦ回路＃０〜＃Ｎ−１、ブランチ＃０〜＃Ｎ−１、１１…信号生成／復調／到来方向推定部、１２…受信キャリブレーション部、１３…送信キャリブレーション部、１４…メモリ、１５…キャリブレーション係数算出部、１６…配置誤差推定部。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】