特許 7622756 信号処理装置、信号処理方法及びプログラム

(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】

(24)【登録日】2025-01-20

(45)【発行日】2025-01-28

(54)【発明の名称】信号処理装置、信号処理方法及びプログラム

(51)【国際特許分類】

   H04B 7/06 20060101AFI20250121BHJP

   H04B 1/04 20060101ALI20250121BHJP

   H03F 1/32 20060101ALI20250121BHJP

   H03F 3/68 20060101ALI20250121BHJP

   H04B 7/08 20060101ALI20250121BHJP

   H03F 3/24 20060101ALN20250121BHJP

【ＦＩ】

H04B7/06 982

H04B1/04 R

H03F1/32 141

H03F3/68

H04B7/08 982

H03F3/24

【請求項の数】 7

(21)【出願番号】P 2022571959

(86)(22)【出願日】2021-11-16

(86)【国際出願番号】 JP2021041999

(87)【国際公開番号】W WO2022137891

(87)【国際公開日】2022-06-30

【審査請求日】2023-06-21

(31)【優先権主張番号】P 2020217114

(32)【優先日】2020-12-25

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】000004237

【氏名又は名称】日本電気株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100103894

【弁理士】

【氏名又は名称】家入 健

(72)【発明者】

【氏名】望月 拓志

【審査官】吉江 一明

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１８－１９５９５５（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２００９／００４７３３（ＷＯ，Ａ１）

【文献】国際公開第２０１８／０６１８９９（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０４Ｂ ７／０６

Ｈ０４Ｂ １／０４

Ｈ０３Ｆ １／３２

Ｈ０３Ｆ ３／６８

Ｈ０４Ｂ ７／０８

Ｈ０３Ｆ ３／２４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

複数の入力信号のうち、１以上の入力信号に対して非線形歪を補償する歪補償処理を行い、前記歪補償処理がなされた信号を出力する歪補償手段と、
前記歪補償手段が出力した信号を含む前記複数の入力信号を増幅し、出力信号として出力する複数の増幅器と、
キャリブレーション信号が前記複数の入力信号として用いられ、前記複数の増幅器に入力される自装置のキャリブレーション動作時に、前記入力信号と、前記入力信号に対応する前記出力信号との位相差、振幅比及び強度比の少なくともいずれかを、前記入力信号毎に算出する算出手段と、
前記算出手段が算出した位相差、振幅比及び強度比のいずれかの比較結果の数値について、最大値と最小値とを特定し、前記最大値と前記最小値との差分である第１の差分が第１の閾値以上となるかを判定し、その判定結果に基づいて、前記歪補償手段が前記キャリブレーション信号に対して前記歪補償処理を実行するか否かを制御する制御手段と、
を備える信号処理装置。

【請求項2】

前記算出手段は、前記入力信号と、前記入力信号に対応する前記出力信号との前記位相差及び前記振幅比を前記入力信号毎に算出し、
前記制御手段は、
前記位相差の最大値と最小値との差分である第２の差分が第２の閾値以上となるかを判定するとともに、前記振幅比の最大値と最小値との差分である第３の差分が第３の閾値以上となるかを判定し、
前記第２の差分が前記第２の閾値以上であるか、又は、前記第３の差分が前記第３の閾値以上である場合に、前記歪補償手段が前記キャリブレーション信号に対して前記歪補償処理を実行するように制御し、
前記第２の差分が前記第２の閾値未満であり、かつ、前記第３の差分が前記第３の閾値未満である場合に、前記歪補償手段が前記キャリブレーション信号に対して前記歪補償処理を実行しないように制御する、
請求項１に記載の信号処理装置。

【請求項3】

前記キャリブレーション動作前に、広角放射の無線送信用の信号が前記入力信号として前記複数の増幅器に入力され、前記キャリブレーション動作後に、データビームフォーミングによる無線送信用の信号が前記入力信号として前記複数の増幅器に入力される、
請求項１又は２に記載の信号処理装置。

【請求項4】

前記複数の増幅器は、ドハティ増幅器である、
請求項１乃至３のいずれか１項に記載の信号処理装置。

【請求項5】

前記信号処理装置は、前記複数の増幅器からの前記出力信号を無線送信する無線送信手段をさらに備えた無線通信装置である、
請求項１乃至４のいずれか１項に記載の信号処理装置。

【請求項6】

複数の入力信号のうち、１以上の入力信号に対して非線形歪を補償する歪補償処理を行い、前記歪補償処理がなされた信号を出力し、
複数の増幅器が、前記歪補償処理がなされた信号を含む前記複数の入力信号を増幅して、出力信号として出力し、
キャリブレーション信号が前記複数の入力信号として用いられ、前記複数の増幅器に入力される信号処理装置のキャリブレーション動作時に、前記入力信号と、前記入力信号に対応する前記出力信号との位相差、振幅比及び強度比の少なくともいずれかを、前記入力信号毎に算出し、
算出された位相差、振幅比及び強度比のいずれかの比較結果の数値について、最大値と最小値とを特定し、前記最大値と前記最小値との差分である第１の差分が第１の閾値以上となるかを判定し、その判定結果に基づいて、前記キャリブレーション信号に対して前記歪補償処理を実行させるか否かを制御する、
信号処理装置が実行する信号処理方法。

【請求項7】

複数の入力信号のうち、１以上の入力信号に対して非線形歪を補償する歪補償処理を行い、前記歪補償処理がなされた信号を出力し、
複数の増幅器が、前記歪補償処理がなされた信号を含む前記複数の入力信号を増幅して、出力信号として出力し、
キャリブレーション信号が前記複数の入力信号として用いられ、前記複数の増幅器に入力される信号処理装置のキャリブレーション動作時に、前記入力信号と、前記入力信号に対応する前記出力信号との位相差、振幅比及び強度比の少なくともいずれかを、前記入力信号毎に算出し、
算出された位相差、振幅比及び強度比のいずれかの比較結果の数値について、最大値と最小値とを特定し、前記最大値と前記最小値との差分である第１の差分が第１の閾値以上となるかを判定し、その判定結果に基づいて、前記キャリブレーション信号に対して前記歪補償処理を実行させるか否かを制御する、
ことを信号処理装置に実行させるプログラム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は信号処理装置、信号処理方法及び非一時的なコンピュータ可読媒体に関する。

【背景技術】

【0002】

５Ｇ（5th Generation）等の無線通信に関する技術が進展している。この技術分野において、信号中に存在する歪みを補償することは、信号内容の正確な伝達を担保するのに重要である。

【0003】

例えば、特許文献１には、複数の増幅器を起因とする歪みを補償する歪み補償部を備えたアンテナ装置が開示されている。アンテナ装置の検出部は、電力増幅器の歪み特性として、例えば、ＡＭ（Amplitude Modulation）－ＡＭ歪みや、ＡＭ－ＰＭ（Phase Modulation）歪みを検出する。歪み補償部は、この検出結果に基づいて、複数の増幅器の歪み補償を行う。

【0004】

特許文献２には、補正装置のＤＰＤ（Digital Pre－Distortion）モジュール及び非線形調整モジュールが、複数の電力増幅器の非線形性を補償することが記載されている。ＤＰＤモジュールは、ＤＰＤパラメータに基づいて、複数の電力増幅器の非線形性を一律に補償する。また、非線形調整モジュールは、アナログ非線形補正パラメータに基づいて、電力増幅器の非線形性の部分であってＤＰＤモジュールによって補償されていない部分を補償する。

【0005】

また、特許文献３には、デジタル論理回路が電力増幅器の各々に適した予歪補償信号を生成するデュアルチャネルリモート無線ヘッドユニットが開示されている。さらに、特許文献４には、電力増幅器１１０への入力信号と、電力増幅器１１０の出力信号の誤差を先行歪み器によって最小にするようなＲＦ電力増幅器システムが記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【文献】特開２０２０－１３６７７２号公報

【文献】特表２０２０－５２６１５０号公報

【文献】特表２０１３－５１５４２４号公報

【文献】特表２０１０－５１９８６２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

無線通信システムにおいて、増幅器の前段にＤＰＤ補償部を設けることにより、増幅器によって生成される非線形歪みを抑制し、増幅器の出力信号における線形範囲を拡大することが実施されている。しかしながら、増幅器によっては、その入出力特性にメモリ効果が生ずる場合がある。この状況において、無線通信設定のキャリブレーション動作時に、キャリブレーション信号が増幅器に入力される場合、増幅器によって増幅され、出力されるキャリブレーション信号は、メモリ効果が反映されたものとなる。そのため、正確なキャリブレーションができない可能性があった。

【0008】

本開示の目的は、正確なキャリブレーションを可能とするための信号処理装置、信号処理方法及び非一時的なコンピュータ可読媒体を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0009】

本実施形態にかかる一態様の信号処理装置は、複数の入力信号のうち、１以上の入力信号に対して非線形歪を補償する歪補償処理を行い、歪補償処理がなされた信号を出力する歪補償手段と、歪補償手段が出力した信号を含む複数の入力信号を増幅し、出力信号として出力する複数の増幅器と、キャリブレーション信号が複数の入力信号として用いられ、複数の増幅器に入力される自装置のキャリブレーション動作時に、入力信号と、入力信号に対応する出力信号とにおける位相、振幅及び強度の少なくともいずれかの比較結果を、入力信号毎に算出する算出手段と、算出手段が算出した比較結果に基づいて、歪補償手段がキャリブレーション信号に対して歪補償処理を実行するか否かを制御する制御手段を備える。

【0010】

本実施形態にかかる一態様の信号処理方法は、複数の入力信号のうち、１以上の入力信号に対して非線形歪を補償する歪補償処理を行い、歪補償処理がなされた信号を出力し、複数の増幅器が、歪補償処理がなされた信号を含む複数の入力信号を増幅して、出力信号として出力し、キャリブレーション信号が複数の入力信号として用いられ、複数の増幅器に入力される自装置のキャリブレーション動作時に、入力信号と、入力信号に対応する出力信号とにおける位相、振幅及び強度の少なくともいずれかの比較結果を、入力信号毎に算出し、算出された比較結果に基づいて、キャリブレーション信号に対して歪補償処理を実行させるか否かを制御する。

【0011】

本実施形態にかかる一態様の非一時的なコンピュータ可読媒体は、複数の入力信号のうち、１以上の入力信号に対して非線形歪を補償する歪補償処理を行い、歪補償処理がなされた信号を出力し、複数の増幅器が、歪補償処理がなされた信号を含む複数の入力信号を増幅して、出力信号として出力し、キャリブレーション信号が複数の入力信号として用いられ、複数の増幅器に入力される自装置のキャリブレーション動作時に、入力信号と、入力信号に対応する出力信号とにおける位相、振幅及び強度の少なくともいずれかの比較結果を、入力信号毎に算出し、算出された比較結果に基づいて、キャリブレーション信号に対して歪補償処理を実行させるか否かを制御することをコンピュータに実行させるプログラムが格納されたものである。

【発明の効果】

【0012】

本開示によれば、正確なキャリブレーションを可能とするための信号処理装置、信号処理方法及び非一時的なコンピュータ可読媒体を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】関連技術にかかる無線通信装置の一例を示すブロック図である。

【図2】関連技術にかかるＢＢユニットの一例を示すブロック図である。

【図3】関連技術にかかるＦＥユニットの一例を示すブロック図である。

【図4】関連技術にかかる無線通信装置における送信機のパワーレベルの一例を示すグラフである。

【図5】関連技術にかかる各送信機用のＤＬキャリブレーション信号の周波数配置の一例を示す図である。

【図6A】関連技術にかかる各アンテナの配置例を示す図である。

【図6B】関連技術にかかる送信アンプのＡＭ－ＡＭ入出力特性の一例を示すグラフである。

【図7A】関連技術にかかる各信号チャネルの位相差の一例を示すグラフである。

【図7B】関連技術にかかるデータビームフォーミングに係る無線信号出力時の水平方向放射パターンの角度スペクトラムの一例を示すグラフである。

【図8】実施の形態１にかかる信号処理装置の一例を示すブロック図である。

【図9A】実施の形態１にかかる信号処理装置の処理の一例を示すフローチャートである。

【図9B】実施の形態１にかかる信号処理装置の処理の一例を示すフローチャートである。

【図10】実施の形態２にかかる無線通信装置の一例を示すブロック図である。

【図11】実施の形態２にかかるＢＢユニットの一例を示すブロック図である。

【図12】実施の形態２にかかるＦＥユニットの一例を示すブロック図である。

【図13A】実施の形態２にかかる無線通信装置の処理の一例を示すフローチャートである。

【図13B】実施の形態２にかかる無線通信装置の詳細な処理の一例を示すフローチャートである。

【図14】各実施の形態にかかる装置のハードウェア構成の一例を示すブロック図である。

【発明を実施するための形態】

【0014】

まず、本願の関連技術について説明する。以下、通信方式としてＴＤＤ（Time Division Duplex）が用いられ、無線による送受信がＭＩＭＯ（Multi User-Multi Input Multi Output）が用いられる無線通信装置の実施例を示す。また、高い周波数利用効率を実現するために、この無線通信装置では、デジタルビームフォーミングの技術が用いられる。

【0015】

図１は、関連技術に係る無線通信装置１０の一例を示すブロック図である。無線通信装置１０は、５Ｇ用超多素子ＡＡＳ（Active Antenna System）を搭載し、例えば、基地局に設けられる装置である。図１に示されるように、無線通信装置１０は、ＢＦ－ＢＢ（Beamforming-Baseband）部２０と、ＡＡＳ部３０とを備える。ここで、ＡＡＳ部３０は、光トランシーバ３１、ＴＲＸ－ＢＢ部３２、フロントエンド（Frontend）部３３、３２個のアンテナ３４と無線送信部（本実施例では３２個のアンテナ・送受信機を一例として挙げたが、同数以外の配列・数となる場合も開示の範囲内に含むものとする）、分配合成器３５、ＳＷ（Switch）３６及びＣＡＬ－ＴＲＸ（キャリブレーション用送受信機）３７、及びこれらの各部を制御する図示しない制御部を備える。なお、以下で示すアップリンク（ＵＬ）とは、図示しないＵＥ（User Equipment：端末）から無線通信装置１０への通信路を意味し、ダウンリンク（ＤＬ）とは、無線通信装置１０からＵＥへの通信路を意味する。

【0016】

ＢＦ－ＢＢ部２０は、ビームフォーミング信号を生成する機能を有するベースバンド部である。ＢＦ－ＢＢ部２０は、予め設定された受信系特性［ＣＡＬ－ＲＸ（固定）］を、内部に格納する。また、ＢＦ－ＢＢ部２０は、無線通信装置１０が起動した場合及び周期的に、ＴＲＸ－ＢＢ部３２が動作することにより取得した、各信号チャネルの特性ＴＸ＃ｎ＊［ＣＡＬ－ＲＸ］を内部に格納し、新たな値が得られる度に更新する。ＢＦ－ＢＢ部２０は、これらの値を利用し、通信用の通信信号をＡＡＳ部３０に出力することで、ＤＬ方向への通信を行う。この処理の詳細については後述する。

【0017】

次に、ＡＡＳ部３０の各部について説明する。光トランシーバ３１は、ＢＦ－ＢＢ部２０とＴＲＸ－ＢＢ部３２との間で送受信される信号（例えば、複数レイヤ信号）の光電変換及びその逆の変換を行う。

【0018】

ＴＲＸ－ＢＢ部３２は、光トランシーバ３１とフロントエンド部３３との間で、送受信される通信信号を媒介する。また、ＴＲＸ－ＢＢ部３２は、ＤＬキャリブレーション動作時に、ＩＱ信号であるＤＬキャリブレーション信号（以下、ＤＬ―ＣＡＬ信号と記載）を生成し、フロントエンド部３３、分配合成器３５、ＳＷ３６を介してＣＡＬ－ＴＲＸ３７に出力する。さらに、ＴＲＸ－ＢＢ部３２は、ＵＬキャリブレーション動作時に、ＩＱ信号であるＵＬ－ＣＡＬ信号（以下、ＵＬ―ＣＡＬ信号と記載）を生成し、ＣＡＬ－ＴＲＸ３７に直接出力する。このように、ＴＲＸ－ＢＢ部３２は、送受信機ベースバンド部として機能する。

【0019】

ＴＲＸ－ＢＢ部３２は、光トランシーバ３１とフロントエンド部３３との間で、送受信される通信信号を媒介するユニットであり、３２個のＢＢユニット４０＃０～＃３１を備える。以下、ＢＢユニット４０＃０～＃３１を総称して、ＢＢユニット４０と記載する。

【0020】

図２は、ＢＢユニット４０のブロック図である。ＢＢユニット４０は、ＣＦＲ処理部４１、ＤＰＤ処理部４２を備える。なお、ＢＢユニット４０＃０～＃３１の各々は、図２に示したものと同じ構成を有する。

【0021】

ＣＦＲ処理部４１は、ＢＦ－ＢＢ部２０から出力され、光トランシーバ３１を介して入力されたＩＱ信号（複数レイヤ信号）のピークレベルをＣＦＲ閾値（最大ピーク成分を抑圧するための閾値）で制限する。具体的に、ＣＦＲ処理部４１は、入力された複数レイヤ信号における振幅成分のうち、ＣＦＲ閾値で設定されたピークレベルを超えた信号振幅成分を、ＣＦＲ閾値で設定されたピークレベルに抑圧して、ＤＰＤ処理部４２に出力する。

【0022】

なお、ＣＦＲ処理部４１でピークレベルを抑圧する理由は次の通りである。ピークレベルが抑圧されない場合、高いピークレベルを有する送信信号が、ＣＦＲ処理部４１の後段の送信アンプに出力される可能性がある。その場合、送信アンプの飽和出力レベルでハードクリッピングが生じることで、高次の混変調の非線形歪成分が発生し、ＤＰＤ処理部４２が、この非線形歪成分を十分に歪補償できない状態となることがある。この状態を回避するため、ＣＦＲ処理部４１は、送信アンプに入力される送信信号のピークレベルを制限し、送信アンプの出力レベルが飽和レベルを超過しないように、送信信号を調整している。

【0023】

ＤＰＤ処理部４２は、各ＣＦＲ処理部４１と、各ＴＲＸ５１との間に設けられる。ＤＰＤ処理部４２は、ＣＦＲ処理部４１から出力されたＩＱ信号（複数レイヤ信号）と、送信アンプ５２（送信電力増幅器）から出力後、方向性結合器５３、ＦＢ（Feedback）パスを介して戻された、送信アンプ５２の非線形度に基づく非線形歪みが加わったＩＲ信号（複数レイヤ信号）とを比較する。ＤＰＤ処理部４２は、この比較によって、送信アンプ５２において生じるＡＭ－ＡＭ及びＡＭ－ＰＭの入出力特性における非線形の歪みを補償すべく、入力信号に非線形度を逆補正した重み付けを与える補償を行う。なお、ＩＲ信号は、図２、３では信号ＦＢとして表される。

【0024】

ＤＰＤ処理部４２は、後段の送信アンプ５２の入出力特性と逆の特性を表すＤＰＤ補償係数に基づいて、ＣＦＲ処理部４１から出力された無線通信用のＩＱ信号の振幅及び位相を補償するＤＰＤ補償処理を行い、ＤＰＤ補償処理がなされた信号をＴＲ信号としてＦＥ（Front End）ユニット５０に出力する。ＤＰＤ処理部４２がＴＲＸ５１毎に設けられることで、個別のＴＲＸ５１の特性に基づいたＤＰＤ補償処理を実行することができる。このＤＰＤ補償処理は、非線形歪放射を抑圧し、ＤＬのＳＩＮＲ（Signal to Interference plus Noise Ratio）性能を向上するために行われる。なお、ＤＰＤ補償処理によって、送信アンプ５２のＥＶＭ（Error Vector Magnitude）やＡＣＬＲ（Adjacent Channel Leakage Ratio）を改善することもできる。

【0025】

ＴＲＸ－ＢＢ部３２は、無線通信装置１０が起動した場合及び周期的に、ＤＬ又はＵＬキャリブレーション動作を実行することにより、キャリブレーションウェイト（以下、ＣＡＬウェイトと記載）をＤＬ又はＵＬについて決定し、記憶する。このＤＬ／ＵＬ―ＣＡＬウェイトは、後述の各ＴＸ又はＲＸの振幅及び位相のばらつきを補正するための値であり、ＤＬ／ＵＬ―ＣＡＬ信号に基づいて、ＤＬ／ＵＬキャリブレーション動作により決定される。データビームフォーミングによる複数レイヤから成る空間多重信号を無線通信装置１０が送信する際、無線通信装置１０が通信するＵＥに出力する電波のビームが、無線通信装置１０が通信しないＵＥ（他のＵＥ）に干渉を与えることがあるため、その干渉を軽減することが好ましい。そのため、無線通信装置１０から、あるＵＥの方向にデータを送信するためのビームパターンを形成してビームを放射する際、他のＵＥの方向には、放射されるビームのパターンとしてヌルが形成される。ＤＬキャリブレーションは、ヌルの所望の角度及び深さを確保するためになされる。

【0026】

ＴＲＸ－ＢＢ部３２は、ＤＬキャリブレーションを実行する場合、ＤＬ―ＣＡＬ信号を生成し、フロントエンド部３３、分配合成器３５及びＳＷ３６を介して、ＣＡＬ－ＴＲＸ３７に送信する。ＣＡＬ－ＴＲＸ３７は、内部を通過したＤＬ―ＣＡＬ信号をＴＲＸ－ＢＢ部３２に出力する。ＴＲＸ－ＢＢ部３２は、元のＤＬ―ＣＡＬ信号と、ＣＡＬ－ＴＲＸ３７が受信したＤＬ―ＣＡＬ信号との振幅及び位相の差分を測定することにより、その差分を逆補正すべく、各信号チャネルに適用するＤＬ－ＣＡＬウェイトを決定する。

【0027】

また、ＴＲＸ－ＢＢ部３２は、ＵＬキャリブレーションを実行する場合、ＵＬ―ＣＡＬ信号を生成し、ＣＡＬ－ＴＲＸ３７に入力する。ＣＡＬ－ＴＲＸ３７は、ＣＡＬネットワーク内部を通過したＵＬ―ＣＡＬ信号を、ＳＷ３６、分配合成器３５を介して、ＴＲＸ５１の受信機ＲＸに入力する。受信機ＲＸは、ＵＬ―ＣＡＬ信号をＴＲＸ－ＢＢ部３２に入力する。ＴＲＸ－ＢＢ部３２は、元のＵＬ―ＣＡＬ信号と、ＣＡＬ－ＴＲＸ３７が送信したＵＬ―ＣＡＬ信号との振幅及び位相の差分を測定することにより、それを逆補正すべく、各ＴＲＸ５１の受信機ＲＸに適用するＵＬ－ＣＡＬウェイトを決定する。このようにして、ＴＲＸ－ＢＢ部３２は、送受信機ベースバンド部として機能する。なお、図１、２では、ＴＲＸ－ＢＢ部３２（ＤＰＤ処理部４２）とＣＡＬ－ＴＲＸ３７との間で送受信されるＩＱ信号であるＤＬ／ＵＬ－ＣＡＬ信号を、ＤＬ／ＵＬ－ＣＡＬ ＩＱと表示している。

【0028】

図１に戻り、ＡＡＳ部３０の説明を続ける。フロントエンド部３３は、３２個のＦＥユニット５０＃０～＃３１を備える。以下、ＦＥユニット５０＃０～＃３１を総称して、ＦＥユニット５０と記載する。

【0029】

図３は、ＦＥユニット５０のブロック図である。ＦＥユニット５０は、ＴＲＸ５１、送信アンプ（送信電力増幅器）５２、方向性結合器（ＣＯＵＰＬＥＲ）５３、ＳＷ５４及び受信アンプ（受信電力増幅器）５５を備える。なお、ＦＥユニット５０＃０～＃３１の各々は、図３に示したものと同じ構成を有する。

【0030】

ＴＲＸ５１は、送受信機であり、不図示の送信機ＴＸ及び受信機ＲＸを備えている。送信機ＴＸは、ＴＲＸ－ＢＢ部３２から受信したＩＱ信号をＲＦ信号に変換し、アンテナ３４又はＣＡＬ－ＴＲＸ３７に出力する。無線通信装置１０が無線信号を送信する場合には、送信機ＴＸはＲＦ信号をアンテナ３４に出力し、ＤＬキャリブレーションを実行する場合には、送信機ＴＸは分配合成器３５を介してＣＡＬ－ＴＲＸ３７にＤＬ－ＣＡＬ信号（ＲＦ信号）を出力する。

【0031】

また、受信機ＴＸは、アンテナ３４又はＣＡＬ－ＴＲＸ３７から受信したＲＦ信号をＩＱ信号に変換し、ＴＲＸ－ＢＢ部３２に出力する。無線通信装置１０がＵＥから無線信号を受信する場合には、ＴＲＸ５１はＲＦ信号をアンテナ３４から受信する。ＵＬキャリブレーションが実行される場合には、ＴＲＸ５１はＣＡＬ－ＴＲＸ３７から分配合成器３５を介してＵＬ－ＣＡＬ信号（ＲＦ信号）を受信する。そして、受信したＵＬ－ＣＡＬ信号をＵＬ－ＣＡＬ信号（ＩＱ信号）に変換し、変換したＵＬ－ＣＡＬ信号を、ＴＲＸ－ＢＢ部３２を介してＢＦ－ＢＢ部２０に出力する。

【0032】

さらに、ＴＲＸ５１は、方向性結合器５３から出力された信号ＦＢを、前述のＤＰＤ処理部４２に出力するＦＢパスを有する。

【0033】

各送信アンプ５２は、各アンテナ３４と、各アンテナ３４に対応して設けられたＴＲＸ５１との間に配置される。送信アンプ５２は、ＴＲＸ５１から出力されたＲＦ信号（無線通信用の信号又はＤＬ－ＣＡＬ信号）を増幅して、方向性結合器５３に出力する。

【0034】

各方向性結合器５３は、各送信アンプ５２と各アンテナ３４との間に設けられたカプラである。方向性結合器５３は、各送信アンプ５２から出力されたＲＦ信号をアンテナ３４に出力すると共に、ＦＢパスによって、対応するＴＲＸ５１に出力する。ＴＲＸ５１は、出力されたＲＦ信号をＦＢパスによってＤＰＤ処理部４２に出力し、ＤＰＤ処理部４２は、出力されたＲＦ信号を受信して、上述の処理を行う。

【0035】

ＳＷ５４は、ＡＡＳ部３０の制御部からの制御信号に基づいて、ＴＲＸ５１に入力又は出力される信号を切り替えるスイッチである。すなわち、ＡＡＳ部３０の制御によって、フロントエンド部３３の接続先が切り替えられる。

【0036】

具体的には、無線通信装置１０が無線通信を実行している場合には、各信号チャネル＃０～＃３１において、フロントエンド部３３とアンテナ３４が接続され、フロントエンド部３３とＣＡＬ－ＴＲＸ３７とは接続されないよう、ＳＷ５４が制御される。これにより、データ送信時には、ＴＲＸ５１からのＲＦ信号をアンテナ３４に出力される一方、データ受信時には、ＳＷ５４は、アンテナ３４からのＲＦ信号をＴＲＸ５１に出力させる。

【0037】

これに対し、無線通信装置１０がＤＬ／ＵＬキャリブレーションを実行する場合、各信号チャネル＃０～＃３１において、フロントエンド部３３とＣＡＬ－ＴＲＸ３７が接続され、フロントエンド部３３とアンテナ３４とは接続されないよう、ＳＷ５４が制御される。換言すると、ＴＲＸ５１と、分配合成器３５とが接続される一方、アンテナ３４とＴＲＸ５１との接続は解除される。なお、無線通信装置１０がＤＬキャリブレーションを実行する場合は、送信アンプ５２から出力されたＤＬ－ＣＡＬ信号が分配合成器３５に入力される。また、無線通信装置１０がＵＬキャリブレーションを実行する場合は、分配合成器３５から出力されたＵＬ－ＣＡＬ信号が受信アンプ５５に入力される。

【0038】

無線通信装置１０は、各ＳＷ５４を制御することにより、各ＴＲＸ５１で処理するＤＬ／ＵＬ－ＣＡＬ信号が、他システムからの干渉の影響を受けることを回避する。すなわち、各ＴＲＸ５１で処理するＤＬ／ＵＬ－ＣＡＬ信号に干渉成分が含まれなくなるので、ＡＡＳ部３０は、各ＴＲＸ５１に適用するＣＡＬウェイトを正確に決定することが可能である。また、ＤＬ／ＵＬキャリブレーションが完了すると、ＡＡＳ部３０の制御部は、各ＴＲＸ５１と、各アンテナ３４とが接続されるように、各ＳＷ５４を制御する。

【0039】

各受信アンプ５５は、入力されたＲＦ信号（無線通信用の信号又はＵＬ－ＣＡＬ信号）を増幅して、対応するＴＲＸ５１に出力する。

【0040】

図１に戻り、ＡＡＳ部３０の説明を続ける。アンテナ３４は、各ＴＲＸ５１、各送信アンプ５２及び各受信アンプ５５に対応して設けられるアンテナである。アンテナ３４は、＋４５度と－４５度の互いに直交する偏波を有する偏波共用アンテナであって、８セットのものが４個、つまり合計３２個設けられているが、１アンテナ素子で２偏波共用となるため、６４アンテナ相当となる。各アンテナ３４は、各ＦＥユニット５０から受信したＲＦ信号を、無線によって１又は複数のＵＥに送信する。なお、各アンテナ３４の前段側に、適宜、フィルタ及びデュプレクサの少なくともいずれかが設けられていても良い。

【0041】

分配合成器３５は、無線通信装置１０がＤＬキャリブレーションを実行する場合に、各ＳＷ５４から出力されたＤＬ－ＣＡＬ信号を合成し、合成されたＤＬ－ＣＡＬ信号をＳＷ３６に出力する。また、分配合成器３５は、ＵＬキャリブレーションを実行する場合は、ＳＷ３６から出力されたＵＬ－ＣＡＬ信号を分配し、分配されたＵＬ－ＣＡＬ信号を各ＳＷ５４に出力する。

【0042】

ＳＷ３６は、信号方向を切り替えるスイッチである。ＳＷ３６は、無線通信装置１０がＤＬキャリブレーションを実行する場合は、分配合成器３５から出力されたＤＬ－ＣＡＬ信号をＳＷ３６に出力させる。また、ＳＷ３６は、無線通信装置１０がＵＬキャリブレーションを実行する場合は、ＳＷ３６から出力されたＵＬ－ＣＡＬ信号を分配合成器３５に出力させる。

【0043】

ＣＡＬ－ＴＲＸ３７は、無線通信装置１０がＤＬキャリブレーションを実行する場合に、ＳＷ３６から出力されたＤＬ－ＣＡＬ信号（ＲＦ信号）をＤＬ－ＣＡＬ信号（ＩＱ信号）に変換する。そして、変換したＤＬ－ＣＡＬ信号をＴＲＸ－ＢＢ部３２に出力する。

【0044】

また、ＣＡＬ－ＴＲＸ３７は、無線通信装置１０がＵＬキャリブレーションを実行する場合に、ＴＲＸ－ＢＢ部３２から出力されたＵＬ－ＣＡＬ信号（ＩＱ信号）をＵＬ－ＣＡＬ信号（ＲＦ信号）に変換し、変換したＵＬ－ＣＡＬ信号をＳＷ３６に出力する。なお、ＣＡＬ－ＴＲＸ３７は、ＴＲＸ５１と同様に、送信機及び受信機を備えていても良い。

【0045】

以下、無線通信装置１０のＤＬキャリブレーション動作及びＵＬキャリブレーション動作について説明する。なお、以下に示すキャリブレーション動作中に、各ＤＰＤ処理部４２はオフとなっており、ＤＰＤ補償処理を実行しない。

【0046】

＜ＤＬキャリブレーション動作＞
まず、ＤＬキャリブレーション動作について説明する。まず、ＴＲＸ－ＢＢ部３２は、予め設定されたＤＬ－ＣＡＬ信号（ＩＱ信号）をフロントエンド部３３に出力する。フロントエンド部３３内の各ＴＲＸ５１（の送信機ＴＸ）は、ＤＬ－ＣＡＬ信号（ＩＱ信号）をＤＬ－ＣＡＬ信号（ＲＦ信号）に変換する。各ＴＲＸ５１で変換されたＤＬ－ＣＡＬ信号（ＲＦ信号）は、送信アンプ５２及びＳＷ５４を介して、分配合成器３５に出力され、分配合成器３５で合成される。分配合成器３５で合成されたＤＬ－ＣＡＬ信号は、ＳＷ３６を介してＣＡＬ－ＴＲＸ３７に入力される。なお、ＡＡＳ部３０は、信号チャネル毎にタイミングを分けてＤＬ－ＣＡＬ信号を出力しても良い。

【0047】

ＣＡＬ－ＴＲＸ３７は、受信したＤＬ－ＣＡＬ信号（ＲＦ信号）をＤＬ－ＣＡＬ信号（ＩＱ信号）に変換して、ＴＲＸ－ＢＢ部３２に出力する。ＣＡＬ－ＴＲＸ３７から送出されたＤＬ－ＣＡＬ信号は、各ＴＲＸ５１＃ｎから送出されたＤＬ－ＣＡＬ信号が周波数多重により合成された状態になっている。そのため、ＴＲＸ－ＢＢ部３２は、ＣＡＬ－ＴＲＸ３７から送出されたＤＬ－ＣＡＬ信号を、ＦＦＴ（Fast Fourier Transform）により周波数分離して、信号チャネル＃０～＃３１毎に、ＤＬ－ＣＡＬ信号を抽出し、ＤＬ－ＣＡＬウェイトを計算する。

【0048】

具体的には、ＴＲＸ－ＢＢ部３２は、信号チャネル毎に送信されたＤＬ－ＣＡＬ信号のＤＬ－ＣＡＬ信号と、元の（すなわち送信前の）ＤＬ－ＣＡＬ信号との振幅及び位相の差分を測定することにより、信号チャネル毎のＤＬ－ＣＡＬ信号の振幅及び位相のばらつきを学習する。ＴＲＸ－ＢＢ部３２は、その学習結果を基に、各ＴＲＸ５１＃ｎのＤＬ－ＣＡＬウェイトを計算する。

【0049】

ここで、各ＴＲＸ５１＃ｎのＤＬ－ＣＡＬウェイトは、以下の数式１で表されるように、ＴＲＸ５１＃ｎの送信系特性（振幅及び位相特性）［ＴＸ＃ｎ］と、ＣＡＬ－ＴＲＸ３７の受信系特性（振幅及び位相特性）［ＣＡＬ－ＲＸ］とが乗算されたものになる。

【数1】

【0050】

以上でＤＬキャリブレーション学習が終了する。ＢＦ－ＢＢ部２０は、このＤＬ－ＣＡＬウェイトを内部に格納する。以降、通常のＤＬに係る無線通信時には、ＢＦ－ＢＢ部２０は、各ＴＲＸ５１に対し、その各ＴＲＸ５１について、上述のＤＬ－ＣＡＬウェイトで重み付けしたＤＬ信号を出力することになる。

【0051】

続いて、ＡＡＳ部３０のＤＬ動作の動作例について説明する。ＢＦ－ＢＢ部２０は、ＢＦ信号（ＩＱ信号）を内部の回路で生成する。そして、生成したＢＦ信号を、信号チャネル＃０～＃３１の各々について、上述のＤＬ－ＣＡＬウェイトで補正した上で、光トランシーバ３１を介してＴＲＸ－ＢＢ部３２に出力する。

【0052】

なお、ＢＦ－ＢＢ部２０とＴＲＸ－ＢＢ部３２との間に光トランシーバ３１が設けられず、ＢＦ－ＢＢ部２０とＴＲＸ－ＢＢ部３２とが直結した構成であっても良い。この場合、ＢＦ－ＢＢ部２０は、外部のＤＵ（Distribution Unit）と、光トランシーバを介して接続される構成となる。

【0053】

具体的には、ＢＦ－ＢＢ部２０は、ＤＬ－ＣＡＬウェイトを分母に、ＣＡＬ－ＴＲＸ３７の固定の受信系特性［ＣＡＬ－ＲＸ（固定）］を分子に持つ分数を、ＢＦ信号に乗算する。補正後のＢＦ信号は、以下の数式２のように表される。なお、［ＣＡＬ－ＲＸ（固定）］は、ＢＦ－ＢＢ部２０の記憶部（不図示）に予め格納されている。

【数2】

【0054】

補正後のＢＦ信号は、ＴＲＸ－ＢＢ部３２の各ＴＲＸ５１＃ｎにてＩＱ信号からＲＦ信号に変換されて送出され、各送信アンプ５２＃ｎにて増幅されて、フロントエンド部３３から出力される。フロントエンド部３３から出力されたＢＦ信号は、各ＴＲＸ５１＃ｎを通過するため、以下の数式３のように表される。

【数3】

【0055】

また、数式３は、［ＴＸ＃ｎ］を消去して簡単に表現すると、以下の数式４のように表される。

【数4】

【0056】

数式４において、［ＣＡＬ－ＲＸ（固定）］＝［ＣＡＬ－ＲＸ］であれば、ＢＦ信号は理想状態になり、理想状態のＢＦ信号が各アンテナ３４＃ｎから送信されることになる。なお、［ＣＡＬ－ＲＸ（固定）］＝［ＣＡＬ－ＲＸ］となるには、ＣＡＬ－ＲＸの安定性が重要となる。

【0057】

以上の動作を行うことにより、各送信機ＴＸ＃ｎの振幅及び位相特定のばらつきを補償することが可能となる。このＤＬキャリブレーション動作により、データビームフォーミングによって複数レイヤの空間多重無線信号を送信する際に、他のＵＥ方向に形成されるヌルの角度及び深さを精度良く設定することができる。また、空間の各方向における３次相互変調歪み起因の非線形歪放射が生ずることも抑制することができる。

【0058】

なお、以上に示したＤＬ－ＣＡＬウェイトの更新は、後述のとおり、ファンビームフォーミング（Omni-directional Broad Beamforming相当のBeam Pattern形状）による無線信号の送信と、データビームフォーミングによる無線信号の送信間になされても良い。又は、ＤＬ－ＣＡＬウェイトの更新は、定期的になされても良い。さらに別の例として、環境変化（例えば温度変化）や信号の経時変化が生じたことを、無線通信装置１０のセンサが検知したことをトリガとして、無線通信装置１０がＤＬ－ＣＡＬウェイトを更新しても良い。この場合の更新周期は、例えば１分以上の周期となる。

【0059】

＜ＵＬキャリブレーション動作＞
次に、ＵＬキャリブレーション動作について説明する。ＴＲＸ－ＢＢ部３２は、予め設定されたＵＬ－ＣＡＬ信号（ＩＱ信号）を、直接ＣＡＬ－ＴＲＸ３７に出力する。ＣＡＬ－ＴＲＸ３７は、ＵＬ－ＣＡＬ信号（ＩＱ信号）をＵＬ－ＣＡＬ信号（ＲＦ信号）に変換する。ＣＡＬ－ＴＲＸ３７で変換されたＵＬ－ＣＡＬ信号（ＲＦ信号）は、ＳＷ３６を介して、分配合成器３５に出力され、分配合成器３５で分配される。分配合成器３５で分配されたＵＬ－ＣＡＬ信号は、各ＳＷ５４及び受信アンプ５５を介して、各ＴＲＸ５１に出力される。各ＴＲＸ５１は、ＵＬ－ＣＡＬ信号（ＲＦ信号）をＵＬ－ＣＡＬ信号（ＩＱ信号）に変換して、ＴＲＸ－ＢＢ部３２に出力する。

【0060】

ＴＲＸ－ＢＢ部３２は、各ＴＲＸ５１で受信されたＵＬ－ＣＡＬ信号のＵＬ－ＣＡＬ信号と、元のＵＬ－ＣＡＬ信号と、の振幅及び位相の差分を測定し、ＵＬ－ＣＡＬ信号の振幅及び位相のばらつきを学習する。ＴＲＸ－ＢＢ部３２は、その学習結果を基に、各ＴＲＸ５１のＵＬ－ＣＡＬウェイトを計算する。

【0061】

以上でＵＬキャリブレーション動作が終了する。ＢＦ－ＢＢ部２０は、このＵＬ－ＣＡＬウェイトを内部に格納する。以降、通常のＵＬに係る無線通信時には、ＢＦ－ＢＢ部２０は、各ＴＲＸ５１に対し、その各ＴＲＸ５１について、上述のＵＬ－ＣＡＬウェイトで重み付けしたＵＬ信号を出力することになる。

【0062】

＜キャリブレーション実行タイミング＞
次に、ＤＬ及びＵＬキャリブレーション実行タイミングについて説明する。上述のとおり、無線通信装置１０は、ＴＤＤモード（ＴＤＤ通信方式）に対応する無線通信装置である。ＴＤＤモードは、上下リンク（ＵＬ／ＤＬ）で同一周波数を用いて、時間的にＤＬ通信及びＵＬ通信を切り替えて送受信を行う通信方式である。ＤＬ通信にはＤＬサブフレームが伝送され、ＵＬ通信にはＵＬサブフレームが伝送される。また、ＤＬ通信からＵＬ通信に切り替わるタイミングでは、スペシャルサブフレームが伝送される。スペシャルサブフレームは、ＤｗＰＴＳ（Downlink Pilot Time Slot）、ＵｐＰＴＳ（Uplink Pilot Time Slot）及びＧＰ（Guard Period）により構成されるサブフレームである。ＤｗＰＴＳはＤＬ通信のためにリザーブされるフィールドであり、ＵｐＰＴＳはＵＬ通信のためにリザーブされるフィールドであり、ＧＰはＤＬ通信及びＵＬ通信が行なわれないフィールドである。

【0063】

無線通信装置１０において、ＤＬ通信及びＵＬ通信が行われないＧＰ（Guard Period）の時間区間では、ＴＲＸ５１における送信機ＴＸ及び受信機ＲＸは共に排他的にＯＦＦ／ＯＮ状態となる。無線通信装置１０は、例えば、スペシャルサブフレームのＧＰの時間区間にＤＬキャリブレーション及びＵＬキャリブレーションの少なくともいずれかを実行する。

【0064】

＜キャリブレーション実行時の送信機パワーレベルについて＞
図４は、ＤＬ及びＵＬタイミングの各タイミングにおける送信機ＴＸのパワーレベルを示す。図４の横軸は時間を示し、縦軸はパワーレベルを示す。図４の実線Ｌ１は無線通信装置１０の送信機ＴＸの送信パワーレベルの遷移を示している。図４からは、当初のトランスミッタオフ区間においてオフパワーレベルであった送信パワーレベルが、トランスミッタ遷移区間を経てトランスミッタオン区間においてオンパワーレベルとなり、再度のトランスミッタ遷移区間を経てトランスミッタオフ区間においてオフパワーレベルとなることが見て取れる。なお、図４において、ＵＬトランスミッションと記載されている時間区間は、ＵＬ通信の時間区間であることを示す。また、ＤＬトランスミッションと記載されている時間区間は、ＤＬ通信の時間区間であることを示している。また、ＧＰ又はＵＬトランスミッションと記載されている時間区間は、ＧＰ又はＵＬ通信の時間区間であることを示している。

【0065】

無線通信装置１０は、スペシャルサブフレームのＧＰの時間区間（トランスミッタ遷移区間）にＤＬキャリブレーション又はＵＬキャリブレーションを実行する。この時間区間は、アップリンク－ダウンリンクフレームタイミングの区間内に含まれる。ＧＰ内において、（ａ）送信機ＴＸがＯＦＦからＯＮの状態に遷移する時間区間、及び（ｂ）ＯＮからＯＦＦの状態に遷移する時間区間は、例えば１０μｓである。無線通信装置１０は、（ａ）及び（ｂ）の少なくともいずれかの区間で、上述のＤＬキャリブレーション又はＵＬキャリブレーションを実行することができる。つまり、この例において、ＤＬ／ＵＬ－ＣＡＬ信号の出力時間は、１０μｓ以内であれば良い。また、キャリブレーションの主目的は、３２個のＴＲＸ間の線形域での、振幅及び位相の周波数特性の一元化にある。そのため、ＤＬ／ＵＬ－ＣＡＬ信号のパワーを、ＤＬ／ＵＬ－ＣＡＬ信号が非線形劣化を受けない様、最大定格以下で、必要なＳＮＲ（Signal-to-Noise Ratio）を確保できるレベルまで下げる事が重要である。このようにして、ＤＬ－ＣＡＬウェイトは、ＧＰの時間区間において周期的に算出され、ＢＦ－ＢＢ部２０内部に格納される。

【0066】

＜ＤＬ－ＣＡＬ信号の周波数配置について＞
さらに、各ＴＲＸ＃ｎ毎に周波数直交させたＤＬ－ＣＡＬ信号の周波数配置の例について説明する。ここでは、図１に示した通り、３２個のＴＲＸ＃ｎが設けられている場合における、各送信機ＴＸ＃ｎ用のＤＬ－ＣＡＬ信号の周波数配置の例について説明する。

【0067】

図５を参照して、各送信機ＴＸ＃ｎ用のＤＬ－ＣＡＬ信号の周波数配置の例について説明する。図５は、各送信機ＴＸ＃ｎ用のＤＬ－ＣＡＬ信号の周波数配置を例示する。

【0068】

図５では、１つの送信機ＴＸ＃ｎのＤＬ－ＣＡＬ信号の周波数配置において、ＤＬ－ＣＡＬ信号の送出に用いるサブキャリアが、Ｘ［ＭＨｚ］の間隔で配置されている。そして、隣接する送信機ＴＸ＃ｎ同士では、ＤＬ－ＣＡＬ信号の周波数配置が、周波数方向にＹ［ＭＨｚ］だけシフトされている。なお、ｆｓ０［ＭＨｚ］は、基準となる周波数である。

【0069】

ここで、図５に示される例では、以下の２つの周波数配置条件Ａ１，Ａ２を満たす必要がある。
周波数配置条件Ａ１：
Ｘ［ＭＨｚ］＞Ｙ［ＭＨｚ］×（送信機ＴＸ＃ｎの数－１）が成立している。
周波数配置条件Ａ２：
信号帯域幅の範囲内に、送信機ＴＸ＃１用のＤＬ－ＣＡＬ信号の最下限のサブキャリアｓｃ０の周波数“ｓｃ０＝ｆｓ０［ＭＨｚ］”から、送信機ＴＸ＃３１用のＤＬ－ＣＡＬ信号の最上限のサブキャリアｓｃｋの周波数“ｓｃｋ＝ｆｓｃ０＋３１Ｙ＋ｋＸ［ＭＨｚ］”が入っている。

【0070】

次に、関連技術に係る課題について説明する。図６Ａは、関連技術におけるアンテナ３４＃０～＃３１の配置例を示す。アンテナ３４は、８個のアンテナが４列並んで配置されており、図６Ａにおいて同じ列にあるアンテナ３４は、同じ無線信号を出力する。例えば、図６Ａにおける（ａ１）、（ａ２）、（ｂ１）、（ｂ２）、（ｃ１）、（ｃ２）、（ｄ１）、（ｄ２）のそれぞれに属する４個のアンテナは、同じ無線信号を出力する。したがって、これらの列における４個のアンテナの電波強度は略同一となる。

【0071】

アンテナ３４＃０～＃３１は、例えば、ファンビームフォーミングによる無線信号の送信と、データビームフォーミングによる無線信号の送信をすることができる。ここで、ファンビームフォーミングによる無線信号の送信とは、無線通信装置１０の正面及び正面から水平方向において所定の角度分の範囲に対して、略一定の強度の無線信号を送信することを意味し、例えばブロードキャストなデータ送信に用いられる。これに対し、データビームフォーミングによる無線信号の送信とは、無線通信装置１０の正面や水平方向のある角度方向に対して強度が強い無線信号を送信する一方、別のＵＥ方向にはヌルを形成し、強度が低い無線信号を送信することを意味する。この無線信号の送信方法は、特定のＵＥに対するデータ通信に用いられる。

【0072】

アンテナ３４＃０～＃３１が、ファンビームフォーミングによって無線信号を送信する場合に、例えば、（ａ１）及び（ａ２）は最大定格の無線信号を出力し、（ｂ１）及び（ｂ２）、（ｃ１）及び（ｃ２）、（ｄ１）及び（ｄ２）の順に電波強度が高い無線信号を出力する。つまり、図６Ａに示すアンテナの中央部分から外側になるにつれて、出力する無線信号の強度が下がる。一例として、ＢＦ－ＢＢ部２０は、（ａ１）、（ａ２）に対応する送信アンプ５２に、最大で－１４ｄＢＦＳ（平均）の入力信号を出力し、（ｂ１）、（ｂ２）に対応する送信アンプ５２には、最大で－２４ｄＢＦＳ（平均）の入力信号を出力する。

【0073】

なお、（ａ１）、（ａ２）及び（ｃ１）、（ｃ２）に対応する送信アンプ５２の入力信号の位相は同じであり、（ｂ１）、（ｂ２）及び（ｄ１）、（ｄ２）に対応する送信アンプ５２の入力信号の位相は、（ａ１）、（ａ２）及び（ｃ１）、（ｃ２）に対応する送信アンプ５２の位相を反転したものである。

【0074】

図６Ｂは、図６Ａの（ａ１）、（ａ２）、（ｂ１）、（ｂ２）のアンテナ３４に対応する送信アンプ５２のＡＭ－ＡＭ入出力特性の一例を示すグラフである。図６Ｂの横軸は、入力信号の振幅であり、図６Ｂの縦軸は、出力信号の振幅である。（ａ１）、（ａ２）に対応する送信アンプ５２の入出力特性は、図６Ｂの（ａ）で表され、（ｂ１）、（ｂ２）に対応する送信アンプ５２の入出力特性は、図６Ｂの（ｂ）で表される。また、送信アンプ５２の理想的な入出力特性は線形であり、図６Ｂの（ｅ）で表される。なお、送信アンプ５２の入出力特性（ａ）、（ｂ）は、各ＤＰＤ処理部４２による補償がなされていないものである。また、送信アンプ５２のＡＭ－ＡＭ特性やＡＭ－ＰＭ特性にメモリ効果（過去の時間帯で送信アンプを通過した入出力レベルに応じてＡＭ－ＡＭ特性やＡＭ－ＰＭ特性が変化し、時間的に一定期間保持されてしまう現象）が発生した場合を考える。このとき、入力信号として、ＤＬ－ＣＡＬ信号として－３７ｄＢＦＳ（平均）の信号が送信アンプ５２に入力された場合、入出力特性（ａ）、（ｂ）において該当する出力信号を示す点は（ｃ）、（ｄ）となる。

【0075】

図６Ｂが示すとおり、入出力特性（ａ）、（ｂ）は、理想的な入出力特性からずれた非線形性を有する。特に、入出力特性（ａ）は（ｂ）に比較して、非線形性が大きい。そして、各送信アンプ５２には、小さい振幅（強度）を有するＤＬ－ＣＡＬ信号が入力される。

【0076】

また、送信アンプ５２の入力信号－出力信号間の位相差（ＡＭ－ＰＭ入出力特性）も、ＡＭ－ＡＭ入出力特性と同様に、理想的な入出力特性（位相差が０になる特性）と比較すると、有意な差が生じる。この差分は、（ａ１）及び（ａ２）、（ｂ１）及び（ｂ２）、（ｃ１）及び（ｃ２）、（ｄ１）及び（ｄ２）の順に大きくなる。

【0077】

以上に示した非線形性に基づく歪みは、送信アンプ５２への入力信号を変化することによって、本来解消される。しかしながら、送信アンプ５２がドハティ増幅器（例えば窒化ガリウム増幅器）であるような場合、ＡＭ－ＡＭ入出力特性及びＡＭ－ＰＭ入出力特性にメモリ効果が生ずる場合がある。この場合、入力信号が変化したにもかかわらず、送信アンプ５２は、自身に生じたメモリ効果によって、しばらくの期間、変化前の入力信号に係る入出力特性に基づいた出力信号を出力する。

【0078】

特に、無線通信装置１０がファンビームフォーミングによって無線信号を送信後、ＤＬキャリブレーションを実行し、その後データビームフォーミングによる無線信号を送信する場合に、以下の課題が生じる。ファンビームフォーミングによる無線信号の送信時、送信アンプ５２の出力は、最大定格のものから低い信号強度のものまで、強度にばらつきがある。なお、この段階での各送信アンプ５２の非線形性による歪みは、対応するＤＰＤ処理部４２によって補償される。

【0079】

このデータビームフォーミングによる無線信号を無線通信装置１０が送信（放射）した後に、ＤＬキャリブレーションを実行する場合、ＢＦ－ＢＢ部２０が出力するＤＬ－ＣＡＬ信号は、ファンビームフォーミングの場合と異なり、各送信機間で出力レベルは概ね同一となる。しかしながら、送信アンプ５２のメモリ効果により、各送信アンプ５２を通過する際、ファンビームフォーミング時の入出力特性で決まるＡＭ－ＡＭ及びＡＭ－ＰＭの特性が、各送信機から出力されるＤＬ－ＣＡＬ信号に影響を及ぼしてしまう事になる。

【0080】

一例として、ＤＬ－ＣＡＬ信号として、平均レベルが－３７ｄＢＦＳの信号を想定する。なお、０ｄＢＦＳは送信ＤＡＣ（Digital Analog Converter）のＦｕｌｌ Ｓｃａｌｅ：最大出力レベルに相当する。上述のとおり、メモリ効果が発生した状態でＤＬ－ＣＡＬ信号が送信アンプ５２に入力された場合、図６Ｂにおいて、入出力特性（ａ）、（ｂ）について該当する出力信号を示す点は（ｃ）、（ｄ）となり、理想的な入出力特性と比較して、ゲインの差が生じる。また、ＤＬ－ＣＡＬ信号を用いるＤＬキャリブレーション動作時、無線通信装置１０が、非線形を伴わない線形域での各送信機の振幅及び位相の周波数特性を学習し、各周波数特性の差分を一元化して補正する事が前提となっている。したがって、ＤＰＤ処理部４２はオフとなっているので、各送信アンプ５２の非線形性による歪みは、対応するＤＰＤ処理部４２によって補償されない。そのため、ＤＬキャリブレーション動作時には、このメモリ効果によって生じる各送信機間の振幅及び位相の差分を補償するように、ＤＬ－ＣＡＬウェイトが設定される。

【0081】

次のデータスロットで、無線通信装置１０がデータビームフォーミングによる無線信号を送信するとき、各送信アンプ５２の出力は、ＵＥとデータを送信するために最大定格となる。つまり、ＢＦ－ＢＢ部２０が出力する無線信号は、各信号チャネルについて略同一の振幅である。また、データビームフォーミングによる無線信号が送信されるとき、各ＤＰＤ処理部４２はオンになっているため、各ＤＰＤ処理部４２は、対応する送信アンプ５２の非線形性による歪みを補償しようとする。

【0082】

しかしながら、上述のとおり、先のＤＬキャリブレーションにおいて設定されたのは、ファンビームフォーミングの履歴が反映されたＤＬ－ＣＡＬウェイトである。したがって、各送信アンプ５２における出力信号は、本来、略同一の振幅を有するはずだったのが、不必要なＤＬ－ＣＡＬウェイトによって、送信アンプ５２毎に異なる振幅となってしまう。また、送信アンプ５２毎に、本来存在しないはずの位相差も生じてしまう。このようにして、データビームフォーミングによる無線信号の振幅及び位相に、過補償又は補償不足が生じる。この現象は、ＤＬ－ＣＡＬウェイトが更新されるまで続くことになる。

【0083】

図７Ａは、各信号チャネルの位相差の一例を示すグラフである。図７Ａのグラフ横軸は、送信アンプ５２の番号を示し、グラフ縦軸は、送信アンプ５２＃３、＃４、＃１１、＃１２（図６の（ａ１）、（ａ２）に相当）からの位相差量を示す。図７Ａは、図６Ａに示されたアンテナ３４の構成において、上述の処理により、不必要なＤＬ－ＣＡＬウェイトによる補正がなされた状態で無線信号を送信する場合に、各送信アンプ５２が出力するデータビームフォーミングの無線信号間の位相ずれ量を示す。なお、図７Ａは、送信アンプ５２＃０～＃１５までの位相差量を示しているが、送信アンプ５２＃１６～＃３１の位相差量（送信アンプ５２＃１９、＃２０、＃２７、＃２８からの位相差量）についても、図７Ａと同じグラフとなる。

【0084】

図７Ａは、統計上、標準偏差をσとしたときの±３σの範囲内において、前記のメモリ効果が存在する場合、各送信機間の位相差が、（１）では最大１１．６度ｐ－ｐ（phase-phase）、（２）では最大２３．１度ｐ－ｐ、（３）では最大３４．６度ｐ－ｐとなる場合を示している。この位相差がデータビームフォーミング時に及ぼす影響を、次の計算により検証した。図７Ａを参照すると理解できるように、図６Ａにおいて（ｄ１）及び（ｄ２）のアンテナ３４に対応する送信アンプ５２の位相差量が最大であり、（ｃ１）及び（ｃ２）に対応する送信アンプ５２、（ｂ１）及び（ｂ２）に対応する送信アンプ５２となるに従い、位相差量が小さくなる。

【0085】

図７Ｂは、データビームフォーミングに係る無線信号出力時の水平方向放射パターンの角度スペクトラムの一例を示すグラフである。図７Ｂのグラフ横軸は、無線通信装置１０の正面からの水平方向（左右方向）の角度を示し、グラフ縦軸は、無線通信装置１０の正面からの出力信号を基準としたときの、正規化された放射パワーレベルを示す。図７Ｂの（１）～（３）が、図７Ａの（１）～（３）の位相差がある場合の角度スペクトラムを示すグラフであり、図７Ｂの（０）は、不必要なＤＬ－ＣＡＬウェイトがない、本来の角度スペクトラムを示す。

【0086】

図７Ｂを参照すると理解できるように、無線通信装置１０の正面に最も近接して存在するヌルポイントの深さ（第１のヌル深さ）は、（０）では４６ｄＢだが、（１）では２７ｄＢ、（２）では２１ｄＢ、（３）では１７ｄＢとなる。つまり、位相差が大きいほど、ヌル深さが浅くなる。すなわち、空間多重信号送信時の各ＵＥ方向でのＤＬ ＳＩＮＲが、この浅いヌル（他ＵＥへのビームフォーミングでの妨害波を意味する）によって劣化する事になる。ヌル深さは、無線通信装置１０のＭＵ－ＭＩＭＯ性能を決定する。そのため、無線通信装置１０が基地局として機能するときのセルのスループットが向上せず、通信品質が劣化してしまう。

【0087】

本開示は、増幅器の非線形特性にメモリ効果がある場合、メモリ効果がキャリブレーションの精度を劣化させ、これにより空間多重信号送信時の各端末への信号のＳＩＮＲ劣化が生じてしまわない様に、ＳＩＮＲ劣化を抑制可能な構成を示す。具体例として、無線通信装置がファンビームフォーミングによって無線信号を送信後、ＤＬキャリブレーションを実行し、その後データビームフォーミングによる無線信号を送信する場合であっても、本開示により、データビームフォーミングによる無線通信の品質の劣化を抑制することができる。

【0088】

実施の形態１
以下、図面を参照して本開示の実施の形態１について説明する。図８は、実施の形態１に係る信号処理装置を示すブロック図である。信号処理装置１００は、電気信号を処理する装置であって、例えば通信システムの無線通信装置に対して適用できるが、適用対象はそれに限定されない。

【0089】

信号処理装置１００は、歪補償部１０１＃１～＃ｎ、アンプ１０２＃１～＃ｎ、算出部１０３及び制御部１０４を備える。以下、各構成要素について説明する。なお、ｎは任意の２以上の数であり、歪補償部１０１＃１～＃ｎを総称して、歪補償部１０１と記載し、アンプ１０２＃１～＃ｎを総称して、アンプ１０２と記載する。

【0090】

歪補償部１０１＃１～＃ｎは、それぞれ入力信号ＩＮ＃１～＃ｎに対して非線形歪を補償する歪補償処理を行い、歪補償処理がなされた信号を、対応するアンプ１０２＃１～＃ｎに出力する。この歪補償処理によって、アンプ１０２によって出力される信号の非線形歪みが抑制される。歪補償部１０１は、歪補償処理を実行するオン状態と、歪補償処理を実行せず、入力信号をそのまま出力信号として出力するオフ状態とが、制御部１０４の制御により切り替えられることができる。

【0091】

歪補償部１０１は、歪補償処理として、例えばＤＰＤ補償処理を実行する。ＤＰＤ補償処理が実行される場合には、歪補償部１０１の内部には、振幅及び位相に関するＤＰＤ補償係数が格納される。ＤＰＤ補償係数は、アンプ１０２の非線形ＡＭ／ＰＭ成分を補償するための重みであり、歪補償部１０１は、入力信号ＩＮの特性に基づいて、振幅及び位相に関する適切なＤＰＤ補償係数を選択する。歪補償部１０１は、選択したＤＰＤ補償係数を用いて、入力信号ＩＮにＤＰＤ補償処理を実行する。例えば、歪補償部１０１には、入力信号ＩＮの振幅又は（Ｉ，Ｑ）の値と、その値に対応するＤＰＤ補償係数とが関連付けられたＬＵＴ（ルックアップテーブル）が格納されている。歪補償部１０１は、入力信号ＩＮの値を判定し、その値に基づいてＬＵＴを参照することで、適切なＤＰＤ補償係数を選択し、ＤＰＤ補償処理を実行する。なお、歪補償部１０１は、振幅及び位相に関するＤＰＤ補償係数を適宜更新する。

【0092】

アンプ１０２＃１は、歪補償部１０１＃１から出力された信号を増幅し、出力信号ＯＵＴ＃１として出力する増幅器である。同様に、アンプ１０２＃２、・・・、＃ｎは、それぞれ、歪補償部１０１＃２・・・、＃ｎから出力された信号を増幅し、出力信号ＯＵＴ＃２・・・、＃ｎとして出力する。アンプ１０２として、任意の種類の増幅器を用いることができる。

【0093】

算出部１０３は、入力信号ＩＮと、入力信号ＩＮにそれぞれ対応する出力信号ＯＵＴとの位相、振幅及び強度の少なくともいずれかの比較結果を、信号チャネル＃１～＃ｎ毎に算出する。この処理は、キャリブレーション信号が複数の入力信号ＩＮ＃１～＃ｎとして用いられ、アンプ１０２＃１～＃ｎに入力される信号処理装置１００のキャリブレーション動作時に、少なくとも実行される。キャリブレーション動作は、例えば、上述の関連技術に記載した無線通信装置におけるＤＬキャリブレーション動作やＵＬキャリブレーション動作であっても良いが、これらに限られない。キャリブレーション信号は、この例では、入力信号ＩＮ＃１～＃ｎについては、略同一レベルの信号である。

【0094】

算出部１０３は、例えば、入力信号ＩＮと、その入力信号ＩＮにそれぞれ対応する出力信号ＯＵＴとの位相差、振幅比及び強度比の少なくともいずれかを、信号チャネル＃１～＃ｎ毎に算出することができる。一例として、算出部１０３は、入力信号から、それに対応する出力信号を減算することにより位相差を算出する。また、算出部１０３は、入力信号を、それに対応する出力信号で除算することにより振幅比を算出する。さらに、算出部１０３は、入力信号の二乗を、それに対応する出力信号の二乗で除算することにより、強度比を算出する。なお、位相差、振幅比及び強度比の中では、後述の制御部１０４の判定に関して、位相差がデータビームフォーミング時のＤＬ ＳＩＮＲの劣化に対して最も敏感だと考えられるが、振幅比、強度比を判定のファクターとして用いることもできる。このような比較結果は、歪補償部１０１＃１～＃ｎにおいてメモリ効果があるか否かを判定するために算出される。

【0095】

制御部１０４は、算出部１０３が算出した比較結果に基づいて、キャリブレーション動作中における歪補償部１０１＃１～＃ｎのオン・オフを制御することで、歪補償部１０１が歪補償処理を実行するか否かを制御する。

【0096】

上述のとおり、キャリブレーション信号は、入力信号ＩＮ＃１～＃ｎについて、レベルが略同一の信号である。これに対し、キャリブレーション信号区間より過去に遡った際の入力信号＃１～＃ｎでは、互いの入出力レベルが異なる。更に、アンプの非線形度にメモリ効果が存在する場合は、信号チャネル毎に異なるＡＭ－ＡＭ及びＡＭ－ＰＭ特性が維持されてしまう。その結果、後続するキャリブレーション区間で、異なるＡＭ－ＡＭ及びＡＭ－ＰＭ特性を有する各アンプ１０２をキャリブレーション信号が通過してしまうため、信号チャネル間で、振幅又は位相の周波数特性に差が生じてしまう。例えば、各アンプが送信機に接続される場合は、送信機間で、振幅又は位相の周波数特性に差が生じてしまう。

【0097】

したがって、キャリブレーション信号をアンプ１０２＃１～＃ｎに出力した場合の各信号チャネル＃１～＃ｎにおける位相差等を比較することにより、アンプ１０２のメモリ効果が有意なレベルであるか否かを判定することができる。有意なメモリ効果がある場合、前回の入力信号の影響が大きいため、比較結果に基づく差分が、大きい値となる。これに対し、有意なメモリ効果がない場合、前回の入力信号の影響が０又は小さいため、比較結果に基づく差分は、０又は小さい値となる。

【0098】

図９Ａは、キャリブレーション信号ではない、通常の入力信号が各アンプ１０２に入力される場合に、信号処理装置１００が実行する処理を示したフローチャートである。まず、歪補償部１０１＃１～＃ｎは、複数の入力信号ＩＮ＃１～＃ｎに対して歪補償処理を行い、歪補償処理がなされた信号を、対応するアンプ１０２に出力する（ステップＳ１１）。アンプ１０２＃１～＃ｎは、歪補償部１０１＃１～＃ｎから出力された信号をそれぞれ増幅し、出力信号ＯＵＴ＃１～＃ｎとして出力する（ステップＳ１２）。

【0099】

上述の通常の入力信号は、例えば、無線通信装置における無線送信又は受信に係る信号（通信信号）である。この場合、歪補償処理がなされることで、通信信号のＳＩＮＲを向上させることができる。

【0100】

図９Ｂは、キャリブレーション信号が入力信号ＩＮ＃１～＃ｎとして各アンプ１０２に入力される場合に、信号処理装置１００が実行する処理を示したフローチャートである。なお、信号処理装置１００が通常の入力信号に基づく通常の処理を実行しない状態であるため、図９Ｂに示したフローの当初の状態では、歪補償部１０１＃１～＃ｎはオフとなっている。

【0101】

まず、キャリブレーション信号が入力信号ＩＮ＃１～＃ｎとしてアンプ１０２＃１～＃ｎに入力される。アンプ１０２＃１～＃ｎは、それぞれ、キャリブレーション信号を増幅して出力する（ステップＳ１３）。

【0102】

この例では、算出部１０３は、入力信号ＩＮ＃１～＃ｎと、入力信号ＩＮ＃１～＃ｎにそれぞれ対応する出力信号ＯＵＴ＃１～＃ｎとの位相差を算出する（ステップＳ１４）。ただし、上述のとおり、算出部１０３は、その他の種類の位相、振幅及び強度の比較結果を算出しても良い。制御部１０４は、算出部１０３が算出した位相差の比較結果に基づいて、歪補償部１０１＃１～＃ｎのオン・オフを制御することで、各信号チャネルのキャリブレーション信号に歪補償処理を行うか否かを制御する（ステップＳ１５）。

【0103】

以上のように、信号処理装置１００の制御部１０４は、算出部１０３が算出した比較結果に基づいて、歪補償部１０１に対し、歪補償処理を実行させるか否かを制御する。したがって、制御部１０４は、アンプ１０２にメモリ効果が残っていることを正確に判定し、歪補償部１０１に対して歪補償処理を実行させることができる。そのため、信号処理装置１００は、キャリブレーション信号を用いて、各信号チャネル間の振幅又は位相の周波数特性の差分について学習できる。その結果、周波数特性の差分が補正されることで、正確なキャリブレーションが可能となる。

【0104】

なお、具体的には、算出部１０３が入力信号ＩＮ＃１－出力信号ＯＵＴ＃１、入力信号ＩＮ＃２－出力信号ＯＵＴ＃２、・・・、入力信号ＩＮ＃ｎ－出力信号ＯＵＴ＃ｎのそれぞれについて位相差を算出した場合、制御部１０４は、予め設定された第１の閾値以上となる位相差同士の差分が存在する所定の条件が成立するか否かを判定しても良い。また、算出部１０３が振幅比を算出した場合、制御部１０４は、予め設定された第２の閾値以上となる振幅比同士の差分が存在する所定の条件が成立するか否かを判定しても良い。また、算出部１０３が強度比を算出した場合、制御部１０４は、予め設定された第３の閾値以上となる強度比同士の差分が存在する所定の条件が成立するか否かを判定しても良い。

【0105】

また、算出部１０３は、ｎ個の位相差、ｎ個の振幅比及びｎ個の強度比のうち、複数のものを算出しても良い。例えば、算出部１０３が位相差と振幅比を算出した場合、制御部１０４は、第１の閾値以上となる位相差同士の差分及び第２の閾値以上となる振幅比同士の差分の少なくともいずれかが存在する所定の条件が成立するか否かを判定しても良い。算出部１０３が位相差と強度比を算出した場合、算出部１０３が振幅比と強度比を算出した場合、又は算出部１０３が位相差、振幅比及び強度比を算出した場合であっても、同様の判定が実行できる。つまり、制御部１０４は、位相差同士の差分、振幅比同士の差分、強度比同士の差分の少なくともいずれかにおいて、所定の閾値以上となるような差分が存在するか否かを判定する。

【0106】

制御部１０４は、以上の所定の条件が成立する場合、キャリブレーション信号に対して、歪補償部１０１＃１～＃ｎをオンにして、歪補償処理を実行させるように制御する。これにより、過去の入力信号に基づく非線形特性のメモリ効果がアンプ１０２に存在しても、制御部１０４は、キャリブレーション信号に対して、そのメモリ効果によって生じる振幅又は位相の変動が補正対象として扱われ、入力信号に過補償がされることのない様に制御をしている。具体的に、制御部１０４は、キャリブレーション信号における周波数特性の学習時に、歪補償部１０１においてアンプ１０２の非線形性を短期間で補正する。これにより、制御部１０４は、正確に各信号チャネル間の振幅や位相の誤差を判定し、その誤差を補正して、アンプ１０２の出力信号を均一にすることができる様になる。

【0107】

また、制御部１０４は、上記の所定の条件が成立しない場合に、歪補償部１０１＃１～＃ｎをオフにして、歪補償処理を実行させないように制御することもできる。これにより、有意なメモリ効果がないと判定される場合に、ＣＡＬ信号に対し、歪補償処理に基づく余分な信号変化がなされることを抑制することができる。これにより、キャリブレーションが却って正確にできなくなることを抑制することができる。

【0108】

なお、制御部１０４は、上述の処理において、算出されたｎ個の位相差に関して、最大となる位相差と、最小となる位相差を特定し、その２つの差分を算出して、その差分が第１の閾値以上となるかを判定しても良い。このように、制御部１０４が、算出された値の最大値と最小値を比較に用いることにより、制御部１０４は、全ての値について比較処理をする必要がないため、より早い比較処理ができる。この処理は、振幅比、強度比についても同様に実行できる。

【0109】

キャリブレーション信号は、位相又は振幅に関して、各信号チャネル＃１～＃ｎにおいて完全に同一でなくても良い。その場合、制御部１０４での判定に用いる閾値は、各信号チャネルにおけるキャリブレーション信号の元々の位相又は振幅の差分を考慮した上で、アンプ１０２のメモリ効果が確実に検出可能な値が設定されることになる。

【0110】

上記の説明では、各信号チャネル＃１～＃ｎ毎に歪補償部１０１が設けられていた。しかしながら、アンプ１０２が設けられているが、歪補償部１０１が設けられていない信号チャネルがあっても良い。また、１ユニットの歪補償部１０１が、複数の信号チャネルにおいて歪補償処理を行い、歪補償処理がなされた信号を、複数のアンプ１０２に出力しても良い。このような回路構成であっても、各アンプ１０２の後段に対して無線通信用の送信機を接続させ、無線通信用の回路を構成することが可能である。

【0111】

さらに、歪補償部１０１は、ＤＰＤ補償ではなく、別の方法による歪補償を実行しても良い。例えば、フィードフォワード方式での歪補償（OpenLoop補償）が実行されても良い。また、歪補償部１０１に、ＡＩ（Artificial Intelligence）・深層学習の技術を適用し、歪補償部に対して大量の非線形歪の補償結果を学習及び記憶させることによって、歪補償に用いる最尤補償係数を決定しても良い。

【0112】

実施の形態２
以下、図面を参照して本開示の実施の形態２について説明する。実施の形態２では、実施の形態１で示した信号処理について、詳細な具体例を示して説明する。

【0113】

図１０は、実施の形態２に係る無線通信装置２００を示すブロック図である。無線通信装置２００は、信号処理装置１００の具体的な適用例である。なお、無線通信装置２００は、上述の関連技術に係る無線通信装置１０の一部に変更を加えたものである。無線通信装置１０と同一符号を付した部分は、無線通信装置１０において対応する部分と同一の構成を有し、同一の処理を実行するため、適宜説明を省略する。

【0114】

無線通信装置２００は、ＢＦ－ＢＢ部２０と、ＡＡＳ部３０とを備える。ここで、ＡＡＳ部３０は、光トランシーバ３１、ＴＲＸ－ＢＢ部６０、フロントエンド部６１、３２個のアンテナ３４、分配合成器３５、ＳＷ３６、ＣＡＬ－ＴＲＸ３７及びＢＢ制御部６２を備える。

【0115】

ＴＲＸ－ＢＢ部６０は、送受信機ベースバンド部として機能し、３２個のＢＢユニット７０＃０～＃３１を備える。以下、ＢＢユニット７０＃０～＃３１を総称して、ＢＢユニット７０と記載する。

【0116】

図１１は、ＢＢユニット７０のブロック図である。ＢＢユニット４０は、ＣＦＲ処理部４１、ＤＰＤ処理部７１、ＤＰＤ制御部７２及びＯＲＸ７３を備える。なお、ＢＢユニット７０＃０～＃３１の各々は、図２に示したものと同じ構成を有する。

【0117】

ＤＰＤ処理部７１は、実施の形態１に記載の歪補償部１０１に対応するユニットであり、関連技術にかかるＤＰＤ処理部４２が実行する処理のほか、以下の処理を実行する。ＤＰＤ処理部７１は、ＤＰＤ補償処理を実行するオン状態と、ＤＰＤ補償処理を実行せず、入力信号をそのまま出力するオフ状態とを、ＤＰＤ制御部７２が出力する制御信号ＤＰＤ＿ＳＷにより切り替えられることができる。また、ＤＰＤ処理部７１の内部には、ＤＰＤ補償係数が格納されており、ＤＰＤ処理部７１は入力信号の特性に基づいて、適切なＤＰＤ補償係数を選択して、入力信号にＤＰＤ補償処理を実行する。ＤＰＤ補償係数は、送信アンプ５２の非線形ＡＭ／ＰＭ成分を補償するための重みであり、ＤＰＤ処理部７１は、入力信号ＩＮの特性に基づいて、振幅及び位相に関する適切なＤＰＤ補償係数を選択して、入力信号ＩＮにＤＰＤ補償処理を実行する。ＤＰＤ補償係数の詳細については、実施の形態１に記載した通りである。

【0118】

ＤＰＤ制御部７２は、実施の形態１に記載の算出部１０３に対応するユニットであり、ＤＰＤ制御部７２には、ＣＦＲ処理部４１が出力した入力信号ＩＮと、出力信号ＦＢが入力される。出力信号ＦＢは、ＢＢユニット７０と同一チャネル上にある送信アンプ５２が出力した出力信号がフィードバックされた信号である。ＤＰＤ制御部７２は、入力信号ＩＮと出力信号ＦＢとの位相差及び振幅比を算出する。ＤＰＤ制御部７２は、算出した位相差及び振幅比のデータを、ＢＢ制御部６２に出力する。

【0119】

また、ＤＰＤ制御部７２は、ＢＢ制御部６２からの制御信号ＣＴＲＬを受信し、その制御信号ＣＴＲＬに基づいて、ＤＰＤ処理部７１のオン・オフを切り替える制御信号ＤＰＤ＿ＳＷを出力する。

【0120】

ＯＲＸ７３は、受信器であり、後述の方向性結合器５３から出力された出力信号ＦＢをＤＰＤ制御部７２に転送する。

【0121】

図１２は、ＦＥユニット８０のブロック図である。ＦＥユニット５０は、ＴＲＸ５１、送信アンプ５２、方向性結合器８１、ＳＷ５４及び受信アンプ５５を備える。なお、ＦＥユニット８０＃０～＃３１の各々は、図３に示したものと同じ構成を有する。

【0122】

方向性結合器８１は、関連技術にかかる方向性結合器５３が有する機能のほか、以下の機能を有する。方向性結合器８１は、送信アンプ５２が出力したＲＦ信号を出力信号ＦＢとして、ＯＲＸ７３を介して、ＤＰＤ制御部７２に出力する。

【0123】

図１０に戻り、ＢＢ制御部６２について説明する。ＢＢ制御部６２は、実施の形態１に記載の制御部１０４に対応するユニットであり、各信号チャネルのＤＰＤ制御部７２が出力した位相差及び振幅比のデータを受信する。そして、ＢＢ制御部６２は、算出された３２個の位相差に関して、最大となる位相差と、最小となる位相差を特定し、その２つの差分を算出して、その差分が第１の閾値以上となるかを判定する。また、ＢＢ制御部６２は、算出された３２個の振幅比に関して、最大となる振幅比と、最小となる振幅比を特定し、その２つの差分を算出して、その差分が第２の閾値以上となるかを判定する。

【0124】

ＢＢ制御部６２は、最大位相差と最小位相差との差分が第１の閾値以上となるか、又は、最大振幅比と最小振幅比との差分が第２の閾値以上となった場合に、各ＤＰＤ制御部７２に対し、ＤＰＤ処理部７１をオンにするための制御信号ＣＴＲＬ＃０～＃３１を出力する。それに対し、最大位相差と最小位相差との差分が第１の閾値未満であり、かつ、最大振幅比と最小振幅比との差分が第２の閾値未満となった場合には、制御信号ＣＴＲＬ＃０～＃３１を出力しない。したがって、各ＤＰＤ処理部７１はオンにならず、オフのままとなる。

【0125】

図１３Ａは、無線通信装置２００が実行する信号処理を示したフローチャートである。以下、実施される信号処理について説明する。

【0126】

まず、無線通信装置２００は、ファンビームフォーミングによって、無線信号を送信する（ステップＳ２１）。具体的には、関連技術で説明したとおり、ＢＦ－ＢＢ部２０は、以前に生成してＢＦ－ＢＢ部２０内に格納されたＤＬ－ＣＡＬウェイトを用いてＢＦ信号を生成し、それをＡＡＳ部３０に出力する。

【0127】

次に、無線通信装置２００は、ＤＬキャリブレーションを実施する（ステップＳ２２）。この処理の詳細については後述する。ＢＦ－ＢＢ部２０は、ステップＳ２２において、ＤＬ－ＣＡＬウェイトを更新することができる。

【0128】

そして、無線通信装置２００は、データビームフォーミングによって、無線信号を送信する（ステップＳ２３）。ステップＳ２２で設定されたＤＬキャリブレーションによって、無線通信装置２００は、ヌルポイントが精度良く設定された、データビームフォーミングでの無線通信をすることができる。なお、ステップＳ２１、Ｓ２３において、ＢＢ制御部６２の制御により、各ＤＰＤ処理部７１はオンの状態に設定されている。ステップＳ２１、Ｓ２３における信号処理のその他の詳細については、関連技術に記載した通りである。

【0129】

図１３Ｂは、ステップＳ２２において実行される信号処理の詳細を示したフローチャートである。以下、処理の詳細について説明する。

【0130】

まず、ＴＲＸ－ＢＢ部６０は、ＤＬ－ＣＡＬ信号をフロントエンド部６１に出力する（ステップＳ３１）。ＤＬ－ＣＡＬ信号は、各送信機のＦＥユニット８０の送信アンプ５２により増幅して出力される。方向性結合器８１は、送信アンプ５２の出力信号ＦＢを、ＯＲＸ７３を介してＤＰＤ制御部７２に出力する。なお、この段階では、各ＤＰＤ処理部７１はオフの状態に設定されている。

【0131】

各送信機のＤＰＤ制御部７２は、出力信号ＦＢと、ＣＦＲ処理部４１から出力されたＤＬ－ＣＡＬ信号である入力信号ＩＮとの位相差及び振幅比を算出する（ステップＳ３２）。ＤＰＤ制御部７２は、算出した位相差及び振幅比のデータを、ＢＢ制御部６２に出力する。

【0132】

ＢＢ制御部６２は、算出された各送信機（３２個）の位相差に関して、最大となる位相差と、最小となる位相差を特定し、その２つの差分を算出する。また、ＢＢ制御部６２は、算出された各送信機の振幅比に関して、最大となる振幅比と、最小となる振幅比を特定し、その２つの差分を算出する（ステップＳ３３）。

【0133】

ＢＢ制御部６２は、最大位相差と最小位相差の差分が第１の閾値未満であり、かつ、最大振幅比と最小振幅比の差分が第２の閾値未満であるか否かを判定する（ステップＳ３４）。

【0134】

関連技術に記載したとおり、ファンビームフォーミングによる無線信号は、各送信機に於いて、振幅及び位相が異なる信号である。無線通信装置２００がこの無線信号を出力する際に、各送信機間の送信アンプにおいて、非線形メモリ効果により、ＡＭ－ＡＭやＡＭ－ＰＭの特性に差が生じる。一方、ＤＬ－ＣＡＬ信号については、ＡＭ－ＡＭやＡＭ－ＰＭの特性について生じた差によって、ＤＬ－ＣＡＬ信号に過補償又は補償不足が生じない様にする事が重要となる。従い、送信アンプ５２に有意なメモリ効果がなければ、ファンビームフォーミングによる無線信号が出力された後でも、各送信機間のＡＭ－ＡＭやＡＭ－ＰＭの特性は、同一レベルのＤＬ－ＣＡＬ信号レベルに依存して、一意的に定まる。そのため、ＤＬ－ＣＡＬ信号への影響は小さくなる。これに対し、有意なメモリ効果がある場合、前回のファンビームフォーミングによる信号の影響が反映されて、位相差等同士の差分が、大きい値となる。ＢＢ制御部６２は、ステップＳ３４において、このような有意なメモリ効果の有無を判定している。

【0135】

最大位相差と最小位相差との差分が第１の閾値未満であり、かつ、最大振幅比と最小振幅比との差分が第２の閾値未満である場合（ステップＳ３４のＹｅｓ）、ＢＢ制御部６２は、制御信号ＣＴＲＬ＃０～＃３１を出力せず、各ＤＰＤ処理部７１をオフのままにするよう制御する（ステップＳ３５）。

【0136】

一方、ＢＢ制御部６２は、最大位相差と最小位相差との差分が第１の閾値以上であるか、最大振幅比と最小振幅比との差分が第２の閾値以上である少なくともいずれかの場合に（ステップＳ３４のＮｏ）、以下の処理を行う。ＢＢ制御部６２は、各ＤＰＤ制御部７２に対し、ＤＰＤ処理部７１をオンにするための制御信号ＣＴＲＬ＃０～＃３１を出力する（ステップＳ３６）。

【0137】

無線通信装置２００は、以上のようにして、ＤＰＤ処理部７１のオン又はオフを設定した後、関連技術に示したＤＬキャリブレーション動作によって、ＤＬ－ＣＡＬウェイトを設定する。このとき、送信アンプ５２に有意なメモリ効果が生じている場合でも、ＤＰＤ処理部７１によってメモリ効果の補償がなされるため、次のデータビームフォーミングでの無線通信におけるヌルポイントを精度良く設定することができる。

【0138】

送信アンプ５２に有意なメモリ効果が生じていない場合には、ＤＬキャリブレーション動作においてＤＰＤ補償処理を実行しない状態でＣＡＬウェイトを設定しても、次のデータビームフォーミングでの無線通信におけるヌルポイントの精度が十分に担保されると考えられる。また、一般に、ＤＰＤ処理部７１におけるＤＰＤ補償係数の更新周期は、ＤＬ－ＣＡＬの更新周期と同期しないか、又は同一ではない。そのため、ＤＰＤ処理部７１をオンにした場合、ファンビームフォーミングによる無線信号送信時に決定されたＤＰＤ補償係数でＤＬ－ＣＡＬ信号がＤＰＤ補償されることによって、出力されるＤＬ－ＣＡＬ信号の振幅及び位相が変化することが考えられる。これにより、ＤＰＤ補償をオンにしたときに算出されるＣＡＬウェイトは、ＤＰＤ処理部７１をオフにしたときに算出されるＣＡＬウェイトよりも、決定されるヌルポイントの精度が劣化してしまう可能性がある。そのため、この場合には、無線通信装置２００は、ＤＰＤ処理部７１をオフにする。このように、実施の形態２では、キャリブレーション動作時のＤＰＤ補償処理のオン・オフを切り替えることで、アンプの非線形性を補償するＤＰＤ補償処理と、ＭＵ－ＭＩＭＯ性能（ＭＩＭＯ空間多重の性能）を決定するキャリブレーション動作とを、自律的に両立させることができる。

【0139】

無線通信装置１０においては、ファンビームフォーミングによる無線送信用の信号が出力された後にキャリブレーション動作がなされ、その後、ビームフォーミングによる無線送信用の信号が出力される。このため、無線通信装置１０は、ビームフォーミングにおける信号の品質を向上させることができる。

【0140】

送信アンプ５２は、様々な種類のものが適用可能であるが、例えばドハティ増幅器であっても良い。ドハティ増幅器は、高周波用の増幅器であり、一例としてＧａＮ（窒化ガリウム）ドハティ増幅器が、大電力を出力可能であり、高効率で低消費電力化が可能なため用いられる。この様なＧａＮドハティ増幅器は、消費電力削減に有効とはなるが、上述のとおり、ＡＭ－ＡＭ入出力特性及びＡＭ－ＰＭ入出力特性にメモリ効果が生ずる場合がある。しかしながら、実施の形態２では、このメモリ効果によって生ずる不都合を解消することができる。

【0141】

また、無線通信を実行する無線通信装置２００において、ＤＰＤ補償処理とキャリブレーション動作を両立可能としたことで、無線通信の品質をより向上させることができる。

【0142】

なお、本開示は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。例えば、実施の形態２における送信機数は、３２に限られなくても良い。また、実施の形態２におけるファンビームの無線信号に代えて、その他の広角放射の無線信号（例えば、全方位への無線信号放射を目的とするもの）が使用されても良い。

【0143】

本開示の技術が適用可能な無線通信の方式は、関連技術及び実施の形態２に記載したものに限られない。

【0144】

以上に示した実施の形態では、この開示をハードウェアの構成として説明したが、この開示は、これに限定されるものではない。この開示は、上述の実施形態において説明された装置の処理（ステップ）を、コンピュータ内のプロセッサにコンピュータプログラムを実行させることにより実現することも可能である。

【0145】

図１４は、以上に示した各実施の形態の処理が実行される情報処理装置（信号処理装置）のハードウェア構成例を示すブロック図である。図１４を参照すると、この情報処理装置９０は、信号処理回路９１、プロセッサ９２及びメモリ９３を含む。

【0146】

信号処理回路９１は、プロセッサ９２の制御に応じて、信号を処理するための回路である。なお、信号処理回路９１は、送信装置から信号を受信する通信回路を含んでいても良い。

【0147】

プロセッサ９２は、メモリ９３からソフトウェア（コンピュータプログラム）を読み出して実行することで、上述の実施形態において説明された装置の処理を行う。プロセッサ９２の一例として、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＭＰＵ（Micro Processing Unit）、ＦＰＧＡ（Field-Programmable Gate Array）、ＤＳＰ（Demand-Side Platform）、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）のうち一つを用いてもよいし、複数を並列で用いてもよい。

【0148】

メモリ９３は、揮発性メモリ及び不揮発性メモリの組み合わせによって構成される。メモリ９３は、プロセッサ９２から離れて配置されたストレージを含んでもよい。この場合、プロセッサ９２は、図示されていないＩ/Ｏ（Input / Output）インタフェースを介してメモリ９３にアクセスしてもよい。

【0149】

図１４の例では、メモリ９３は、ソフトウェアモジュール群を格納するために使用される。プロセッサ９２は、これらのソフトウェアモジュール群をメモリ９３から読み出して実行することで、上述の実施形態において説明された処理を行うことができる。

【0150】

以上に説明したように、上述の実施形態における各装置が有する１又は複数のプロセッサは、図面を用いて説明されたアルゴリズムをコンピュータに行わせるための命令群を含む１又は複数のプログラムを実行する。この処理により、各実施の形態に記載された信号処理方法が実現できる。

【0151】

プログラムは、様々なタイプの非一時的なコンピュータ可読媒体（non-transitory computer readable medium）を用いて格納され、コンピュータに供給することができる。非一時的なコンピュータ可読媒体は、様々なタイプの実体のある記録媒体（tangible storage medium）を含む。非一時的なコンピュータ可読媒体の例は、磁気記録媒体（例えばフレキシブルディスク、磁気テープ、ハードディスクドライブ）、光磁気記録媒体（例えば光磁気ディスク）、ＣＤ－ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＣＤ－Ｒ、ＣＤ－Ｒ／Ｗ、半導体メモリ（例えば、マスクＲＯＭ、ＰＲＯＭ（Programmable ROM）、ＥＰＲＯＭ（Erasable PROM）、フラッシュＲＯＭ、ＲＡＭ（Random Access Memory））を含む。また、プログラムは、様々なタイプの一時的なコンピュータ可読媒体（transitory computer readable medium）によってコンピュータに供給されてもよい。一時的なコンピュータ可読媒体の例は、電気信号、光信号、及び電磁波を含む。一時的なコンピュータ可読媒体は、電線及び光ファイバ等の有線通信路、又は無線通信路を介して、プログラムをコンピュータに供給できる。

【0152】

以上、実施の形態を参照して本開示を説明したが、本開示は上記によって限定されるものではない。本開示の構成や詳細には、開示のスコープ内で当業者が理解し得る様々な変更をすることができる。

【0153】

この出願は、２０２０年１２月２５日に出願された日本出願特願２０２０－２１７１１４を基礎とする優先権を主張し、その開示の全てをここに取り込む。

【符号の説明】

【0154】

１０ 無線通信装置
２０ ＢＦ－ＢＢ部
３０ ＡＡＳ部
３１ 光トランシーバ
３２ ＴＲＸ－ＢＢ部
３３ フロントエンド部
３４ アンテナ
３５ 分配合成器
３６ ＳＷ
３７ ＣＡＬ－ＴＲＸ
４０ ＢＢユニット
４１ ＣＦＲ処理部
４２ ＤＰＤ処理部
５０ ＦＥユニット
５１ ＴＲＸ
５２ 送信アンプ
５３ 方向性結合器
５４ ＳＷ
５５ 受信アンプ
６０ ＴＲＸ－ＢＢ部
６１ フロントエンド部
６２ ＢＢ制御部
７０ ＢＢユニット
７１ ＤＰＤ処理部
７２ ＤＰＤ制御部
７３ ＯＲＸ
８０ ＦＥユニット
８１ 方向性結合器
１００ 信号処理装置
１０１ 歪補償部
１０２ アンプ
１０３ 算出部
１０４ 制御部
２００ 無線通信装置

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6A】

【図6B】

【図7A】

【図7B】

【図8】

【図9A】

【図9B】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13A】

【図13B】

【図14】