CN106209721A - 无线通信装置和无线通信方法 - Google Patents

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CN106209721A CN201610220566.4A CN201610220566A CN106209721A CN 106209721 A CN106209721 A CN 106209721A CN 201610220566 A CN201610220566 A CN 201610220566A CN 106209721 A CN106209721 A CN 106209721A
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Abstract

本发明的无线通信装置(100)包括：多个天线元件(134)；生成由I信号和Q信号构成的IQ信号的信号生成单元(110)；设置给每个天线元件(134)，通过进行I信号和Q信号的合成，生成与使IQ信号的相位旋转的信号等效的发送信号并供给天线元件(134)的相位器(131)；通过对于相位器(131)单独地提供的控制值，控制从多个天线元件(134)发射的发送信号的电波的指向性的相位控制单元(140)；和通过校正控制值，校正发送信号的正交误差的相位误差校正单元(144)和振幅误差校正单元(145)即正交误差校正单元。其能够在抑制了电路规模的增大的状态下进行被校正了正交误差的IQ信号的指向性通信。

Description

无线通信装置和无线通信方法
技术领域
本发明涉及在相控阵系统中进行IQ信号的发送的无线通信装置和无线通信方法。
背景技术
使用多个天线元件进行指向性通信的相控阵系统，在各种各样的领域中令人瞩目(例如，参照非专利文献1)。对相控阵系统，考虑适用IQ调制方式来实现通信的高效。
可是，在构成IQ信号的I信号(同相(in-phase)信号)和Q信号(正交(quadrature)信号)之间，有时产生相位误差和振幅误差这样的正交误差。而且，在相控阵系统的情况下，有可能在多个天线元件的各自中产生这样的正交误差。
对IQ信号的正交误差进行校正的技术，例如，记载在专利文献1中。专利文献1中记载的技术(以下称为“现有技术”)，由相位不同的2个本机(LO)信号，在IQ校正电路中生成被校正了正交误差的I本机信号和Q本机信号。而且，现有技术中，对分别插入到2个基带信号系统中的正交混频器，单独地输入生成的I本机信号和Q本机信号。
通过将这样的现有技术适用于相控阵系统，能够在降低了正交误差的状态下进行被控制了指向性的IQ信号的无线通信。
先前技术文献
专利文献
专利文献1：国际公开第2011/001827号
非专利文献
非专利文献1：RACZKOWSKI Kuba，et al.，＂A Wideband Beamformer for aPhased-Array 60GHz Receiver in 40nm Digital CMOS＂，Dig Tech Pap IEEE Int SolidState Circuits Conf，2010，p.36-38.
发明内容
发明要解决的问题
可是，在将现有技术适用于相控阵系统的情况下，对每个天线元件设置用于对正交误差进行校正的模拟电路，电路规模将增大。
本发明提供能够在抑制了电路规模的增大的状态下进行被校正了正交误差的IQ信号的指向性通信的无线通信装置和无线通信方法。
解决问题的方案
本发明的无线通信装置包括：多个天线元件；信号生成单元，生成由I信号和Q信号构成的IQ信号；相位器，设置给每个所述天线元件，通过进行所述I信号和所述Q信号的合成，生成与使所述IQ信号的相位旋转的信号等效的发送信号并供给所述天线元件；相位控制单元，通过对于所述相位器单独地提供规定所述合成的内容的控制值，控制从所述多个天线元件发射的所述发送信号的电波的指向性；以及正交误差校正单元，通过对所述控制值进行校正，校正所述发送信号的正交误差。
本发明的无线通信方法是使用了多个天线元件的无线通信方法，包括：生成由I信号和Q信号构成的IQ信号的步骤；对每个所述天线元件，通过进行所述I信号和所述Q信号的合成，生成与使所述IQ信号的相位旋转的信号等效的发送信号并发射，从所述多个天线元件发射被控制了电波的指向性的所述发送信号的步骤；以及通过对规定所述合成的内容的控制值进行校正，对所述发送信号的正交误差进行校正的步骤。
发明的效果
根据本发明，能够在抑制了电路规模的增大的状态下进行被校正了正交误差的IQ信号的指向性通信。
附图说明
图1是表示本发明的实施方式1的无线通信装置的结构的一例子的框图。
图2是表示本实施方式1中的相位器的结构的一例子的图。
图3是详细地表示本实施方式1中的相位器的结构的一例子的图。
图4是表示本实施方式1中的相位器的部分电路结构的一例子的图。
图5是表示本实施方式1中的gm放大器的结构的一例子的图。
图6是示意性地表示本实施方式1中的正交误差的校正的状况的一例子的图。
图7是表示本实施方式1中的相位控制单元的详细的结构的一例子的图。
图8是表示本发明的实施方式2的无线通信装置的结构的一例子的框图。
图9是示意性地表示本实施方式2中的正交误差的校正的状况的一例子的图。
图10是表示本实施方式2中的相位控制单元的详细的结构的一例子的图。
图11是表示本发明的实施方式3的无线通信装置的结构的一例子的框图。
图12是表示本发明的实施方式4的无线通信装置的结构的一例子的框图。
具体实施方式
以下，对于本发明的各实施方式，参照附图详细地说明。
(实施方式1)
本发明的实施方式1是使用由N个天线元件构成的阵列天线进行发送的无线通信装置的一例子。
<装置结构>
首先，说明本发明的无线通信装置的结构。
图1是表示本发明的无线通信装置的结构的一例子的框图。这里，例示具有N个天线元件构成的阵列天线的发送装置的结构。
在图1中，无线通信装置100具有信号生成单元110、D/A转换器(DAC)120、第1发送分支1301～第N发送分支130N、以及相位控制单元140。
信号生成单元110生成包含作为发送的对象的信息的数字的IQ信号。
D/A转换器120对于生成的数字的IQ信号进行D/A转换，生成模拟的IQ信号。
第1发送分支1301～第N发送分支130N对模拟的IQ信号提供对每个发送分支130不同的相位，变换为高频信号并输出。
各发送分支130具有相位器131、信号混合单元132、RF(Radio Frequency；射频)发送单元133、以及天线元件134。
相位器131基于由相位控制单元140提供的控制值，对模拟的IQ信号提供对每个发送分支130不同的相位。
图2是以相位器131进行的运算的内容来表示相位器131的结构的一例子的图。图3是更详细地表示图2的结构的图。
在图2和图3中，第1乘法运算块2101～第4乘法运算块2104分别是安装了将提供的控制值乘以输入电流，并根据控制值的大小使输入信号放大(包含减小)的电路的块。在控制值中，不仅包含正的数，也包含负的数。因此，各乘法运算块210具备使电流输出的功能和取入电流的功能。
在第1乘法运算块2101和第3乘法运算块2103中，被输入IQ信号的I分量(lin/IP_IN和IN_IN，以下称为“I信号”)。在第2乘法运算块2102和第4乘法运算块2104中，被输入IQ信号的Q分量(Qin/QP_IN和QN_IN，以下称为“Q信号”)。
相位器131将第1乘法运算块2101的输出和第2乘法运算块2102的输出相加所得的值作为新的IQ信号的I信号(Iout/IP_OUT和IN_OUT)输出。此外，相位器131将第3乘法运算块2103的输出和第4乘法运算块2104的输出相加所得的值作为新的IQ信号的Q信号(Qout/QP_OUT和QN_OUT)输出。
第1乘法运算块2101～第4乘法运算块2104中，例如，被提供cosθ、-sinθ、sinθ′、cosθ′的值作为控制值。提供给第1乘法运算块2101～第4乘法运算块2104的控制值顺序地称为第1控制值～第4控制值。
这种情况下，相位器131进行将对I信号的值乘以第1控制值(cosθ)所得的值和对Q信号乘以第2控制值(-sinθ)所得的值相加，生成新的I信号的处理。此外，相位器131进行将对I信号的值乘以第3控制值(sinθ′)所得的值和对Q信号乘以第4控制值(cosθ′)所得的值相加，生成新的Q信号的处理。
换句话说，这些处理是对I信号和Q信号的旋转运算。在θ′＝θ的情况下，相位器131对输入的IQ信号的坐标(星座)，使其乘以旋转矩阵来进行与进行角度θ的旋转操作相同的操作。即，相位器131构成为通过提供cosθ、-sinθ、sinθ、cosθ作为第1控制值～第4控制值，使得能够实现与对于输入信号进行了θ的相位旋转等效的输出。
然后，通过提供与对每个相位器131(每个发送分支130)不同的θ的值对应的控制值，对于IQ信号提供对每个发送分支130不同的相位θ，实现期望的波束成形(指向性控制)。
图4是表示相位器131的部分电路结构的一例子的图。这里，例示了各乘法运算块210进行5比特(25级别)的增益调整的情况下的、与第1乘法运算块2101和第2乘法运算块2102的系统对应的部分的结构。
如图4所示，例如，对于各个I信号和Q信号，相位器131成为具备×1、×2、…、×16这样放大率不同的5级的放大器211的结构。控制各放大器211的放大率的控制值是数字控制信号，各放大器211的输入输出值是模拟信号。
将控制信号I_ENP起动时为同相放大器、控制信号I_ENN起动(enable)时为反相放大器的gm放大器(未图示)连接与对应的比特相应的个数(2的乘方的个数)连接而构成各放大器211。即，各放大器211构成为通过将控制信号I_ENP设为有效(active)，能够使正的电流输出，通过将控制信号I_ENN设为有效，能够使负的电流输出。
此外，各放大器211的输出被加法运算。即，I信号和Q信号的各自的gm增益，根据I_ENP、I_ENN、Q_ENP、Q_ENN的2进制数的控制信号而线性地变化。作为乘法运算块210整体，通过控制各比特的控制信号I_ENP、I_ENN，能够进行正分量和负分量各自的25级别的放大控制。
再有，虽未图示，但对于第3乘法运算块2103和第4乘法运算块2104的系统，相位器131具有同样的电路结构。
图5是表示gm放大器的结构的一例子的图。
如图5所示，gm放大器(跨导放大器)212具有第1MOS(Metal-Oxide-Semiconductor；金属氧化物半导体)晶体管M1～第6MOS晶体管M6。
在第1MOS晶体管M1和第2MOS晶体管M2的栅极上，分别被输/入正转、反转的输入电压信号。此外，第1MOS晶体管M1和第2MOS晶体管M2的漏极输出电流为栅极输入电压反转后所得的电流。即，第1MOS晶体管M1和第2MOS晶体管M2形成伪差动放大器。
而且，第1MOS晶体管M1的漏极侧与第3MOS晶体管M3和第4MOS晶体管M4的源极侧连接，第2MOS晶体管M2的漏极侧与第5MOS晶体管M5和第6MOS晶体管M6的源极侧连接。此外，在第4MOS晶体管M4和第5MOS晶体管M5的栅极侧，被输入控制信号ENP，在第3MOS晶体管M3和第6MOS晶体管M6的栅极侧，被输入控制信号ENN。
控制信号ENP为“Hi(高)”、控制信号ENN为“Lo(低)”时，第4MOS晶体管M4和第5MOS晶体管M5导通(ON)。而且，第1MOS晶体管M1的输出电流通过第4MOS晶体管M4被输出到反相输出，第2MOS晶体管M2的输出电流通过第5MOS晶体管M5被输出到同相输出。此时，gm放大器212为同相放大器。
另一方面，在控制信号ENP为“Lo”、控制信号ENN为“Hi”时，第3MOS晶体管M3和第6MOS晶体管M6导通。而且，第1MOS晶体管M1的输出电流通过第3MOS晶体管M3被输出到同相输出，第2MOS晶体管M2的输出电流通过第6MOS晶体管M6被输出到反相输出。此时，gm放大器212为反相放大器。
这样，gm放大器(以及由gm放大器构成的放大器211)能够根据控制信号的值(控制值)而使输出值的符号改变。
通过以上的结构，相位器131能够根据控制值将I信号和Q信号进行合成，输出相位被调整后的IQ信号。即，相位器131通过进行I信号和Q信号的合成，生成与使原来的IQ信号的相位旋转后的信号等效的信号，供给到后级的天线元件134。再有，规定I信号和Q信号的合成的内容的上述第1控制值～第4控制值，由后述的相位控制单元140生成。
图1的信号混合单元132将从相位器131输出的I信号和Q信号混合，输出IQ信号。
RF发送单元133对从信号混合单元132输出的IQ信号(以下称为“发送信号”)，进行增益调整和上变频。
天线元件134将由RF发送单元133上变频后的发送信号发射到无线通信装置100的周围。
相位控制单元140通过对于各相位器131单独地提供上述控制值，控制从第1天线元件1341～第N天线元件134N发射的发送信号的电波的指向性。但是，相位控制单元140通过从以指向性控制作为目的的默认值来校正对各个相位器131提供的控制值，对发送信号的正交误差(IQ误差)进行校正。
相位控制单元140具有查找表(LUT)141、设定相位确定单元142、控制值获取单元143、相位误差校正单元144、以及振幅误差校正单元145。再有，相位误差校正单元144和振幅误差校正单元145也可以被配置在相位控制单元140的外部。
查找表141是，对可提供给各天线元件134的每个相位θ，记述了在对发送信号不进行正交误差的校正的情况中应该提供给对应的相位器131的第1控制值～第4控制值的参照表。即，查找表141是对每个相位θ至少记述了cosθ的值和sinθ的值的表。
设定相位确定单元142对应于规定的指向性，对每个天线元件134确定相位的设定值(以下称为“默认相位”)θ，将确定的各天线元件134的默认相位θ输出到控制值获取单元143。即，设定相位确定单元142对应于1个模式(pattern)的指向性，输出第1默认相位θ1～第N默认相位θN。
再有，例如，通过无线通信装置100具备的高位应用层(未图示)等，从指向方向不同的预先准备的多个指向性模式之中确定规定的指向性。
控制值获取单元143对每个发送分支130，参照查找表141获取与设定相位确定单元142确定的默认相位θ对应的控制值，将获取的控制值提供给对应的相位器131。再有，对1个相位器131提供的控制值，如图2和图3中说明的那样，例如，是与cosθ、-sinθ、sinθ、cosθ对应的第1控制值～第4控制值。
相位误差校正单元144通过至少对于第3控制值和第4控制值变更控制值获取单元143的查找表141中的参考目的地(查找表141的索引)，对发送信号的相位误差进行校正。有关相位误差校正单元144的相位误差的校正的细节，将后述。
振幅误差校正单元145通过至少对从控制值获取单元143向相位器131提供的第1控制值和第2控制值进行校正，对发送信号的振幅误差进行校正。有关振幅误差校正单元145的振幅误差的校正的细节，将后述。
再有，虽未图示，但无线通信装置100例如具有CPU(Central Processing Unit；中央处理单元)、存储了控制程序的ROM(Read Only Memory；只读存储器)等的存储介质、RAM(Random Access Memory)等的工作存储器、以及通信电路。这种情况下，例如，信号生成单元110、相位控制单元140、以及高位应用层等的功能，通过CPU执行控制程序来实现。
具有这样的结构的无线通信装置100不仅对每个天线元件134配置进行IQ信号的相位旋转的相位器131，还能够对输入到各相位器131的控制值进行校正。由此，无线通信装置100不仅能够进行IQ信号的指向性通信，还能够通过对相位器131的控制值的校正这样的简单处理，校正IQ信号的正交误差。
<相位误差和振幅误差的校正>
接着，说明相位控制单元140的相位误差和振幅误差的校正(正交误差的校正)的细节。
图6是示意地表示正交误差的校正的状况的一例子的图。此外，图7是将相位控制单元140的更详细的结构的一例子与相位控制单元140的各单元进行的处理相对应表示的图。
在图6中，记号I1、Q1表示被输入到任意的相位器131的I信号和Q信号的值，记号I2、Q2表示在不进行正交误差的校正的情况下从该相位器131输出的I信号和Q信号的值。而且，记号I3、Q3表示在进行了正交误差的校正的情况下从该相位器131输出的I信号和Q信号的值。
从输入值I1、Q1得到输出值I3、Q3的处理，例如，能够考虑分成用对输入值I1、Q1的默认相位θ进行的相位旋转操作221和对通过该操作所得的中间值I2、Q2进行的正交误差校正操作222。
通过图2和图3中说明的相位器131的结构，对相位器131分别提供与cosθ、-sinθ、sinθ、cosθ对应的值作为第1控制值～第4控制值，从而实现相位旋转操作221。
正交误差校正操作222是将对I信号乘以了校正值α后的值作为新的I信号输出，将对I信号乘以了系数β后的值和Q信号相加所得的值作为新的Q信号输出的操作。这种情况下，IQ信号的振幅误差根据校正值α被校正，IQ信号的相位误差根据校正值β被校正。
这里，输入值I1、Q1和中间值I2、Q2之间的关系(相位旋转操作221)例如用以下的式(1)表示。式(1)是以往的旋转操作的内容本身。
I2＝cosθ·I1-sinθ·Q1
Q2＝sinθ·I1+cosθ·Q1 …(1)
而且，中间值I2、Q2和输出值I3、Q3之间的关系(正交误差校正操作222)，例如用以下的式(2)表示。
I3＝α·I2
Q3＝β·I2+Q2 …(2)
这里，将式(1)、式(2)整理，例如，将输出值I3、Q3使用输入值I1、Q1表示时，则为以下的式(3)。
I3＝α·cosθ·I1-α·sinθ·Q1
Q3＝(β·cosθ+sinθ)·I1+(cosθ-β·sinθ)·Q1 …(3)
这里，要校正相位误差所必要的校正值β的值，通常是接近零的值，能够近似为β＝sinβ、cosβ＝1。因此，式(3)能够变形为以下所示的式(4)。
I3＝α·cosθ·I1-α·sinθ·Q1
Q3＝sin(θ+β)·I1+cos(θ+β)·Q1 …(4)
比较式(1)和式(4)，有关I信号的差仅一律地乘以校正值α，有关Q信号的差仅将默认相位θ置换为相加了校正值β所得的值(θ+β)。
即，通过基于默认相位θ分别对于从查找表141得到的第1控制值(cosθ)和第2控制值(-sinθ)乘以校正值α，能够在相位器131中校正IQ信号的振幅误差。此外，通过将为了得到第3控制值(sinθ)和第4控制值(cosθ)的查找表141的参考目的地，从默认相位θ变更为相加了校正值β的θ′＝θ+β，能够在相位器131中校正IQ信号的相位误差。
因此，如图7所示，对第3控制值和第4控制值，相位误差校正单元144对控制值获取单元143用作查找表141中的参考值的默认相位θ相加校正值β。由此，相位控制单元140输出sin(θ+β)和cos(θ+β)，作为第3控制值和第4控制值。
此外，如图7所示，对第1控制值和第2控制值，振幅误差校正单元145将通过控制值获取单元143从查找表141获取的值cosθ、-sinθ乘以校正值α。由此，相位控制单元140输出α·cosθ和-α·sinθ，作为第1控制值和第2控制值。
即，在不产生正交误差的情况中，假设相位控制单元140将
·第1控制值＝cosθ
·第2控制值＝-sinθ
·第3控制值＝sinθ
·第4控制值＝cosθ
提供给任意的相位器131时，在产生了应该用校正值α校正的振幅误差和应该用校正值β校正的相位误差的情况下，将
·第1控制值＝α·cosθ
·第2控制值＝-α·sinθ
·第3控制值＝sin(θ+β)
·第4控制值＝cos(θ+β)
提供给相同的任意的相位器131。
再有，例如，参照将振幅误差的值和校正值α相对应的表、将相位误差的值和校正值β相对应的表，基于振幅误差和相位误差的检测值来确定校正值α、β。或者，通过一边检测振幅误差和相位误差，一边使校正值α、β变化，在使校正值α、β最佳的前提下，校正值α、β被依次确定临时值。然后，确定的校正值α、β被依次设定在相位误差校正单元144和振幅误差校正单元145中。
由此，相位控制单元140能够用各相位器131实现包含相位旋转操作221和正交误差校正操作222两方的式(4)所示的处理。
生成对相位器131提供的控制值的处理，大多通过数字信号处理进行。因此，无线通信装置100不仅能够在抑制了电路规模的增大的状态下，容易地实现α的乘法运算和查找表141的参考目的地的变更，而且能够对正交误差高精度地校正。
再有，相位控制单元140也可以将相位θ和cosθ的值相对应的查找表141兼用作为用于输出第1控制值和第4控制值的查找表。
此外，相位控制单元140也可以将相位θ和sinθ的值相对应的查找表141兼用作为用于输出第2控制值和第3控制值的查找表。这种情况下，控制值获取单元143使从查找表141获取的值的符号反转，作为第3控制值输出。
此外，相位控制单元140也可以将相位θ和cosθ或sinθ的值相对应的查找表141兼用作为用于输出第1控制值～第4控制值的查找表。这种情况下，控制值获取单元143将相位θ的相位偏移2/π而从查找表141获取2个控制值，而且通过使获取的2个控制的符号反转，获取第1控制值～第4控制值。
<装置的动作>
接着，简单地说明无线通信装置100的动作的流程。
在无线通信装置100的信号生成单元110中生成IQ信号，将生成的IQ信号在D/A转换器120中转换为模拟信号，并分别输入到第1发送分支1301～第N发送分支130N。而且，在无线通信装置100的相位控制单元140和第1相位器1311～第N相位器131N的各自中，对每个天线元件134，进行I信号和Q信号的合成，生成与使IQ信号的相位旋转的信号等效的发送信号并发射。由此，无线通信装置100将被控制了电波的指向性的发送信号，从第1天线元件1341～第N天线元件134N发射。而且，相位控制单元140通过对规定I信号和Q信号的合成的内容的控制值进行校正，对发送信号的正交误差进行校正。
<本实施方式的效果>
如以上，本实施方式的无线通信装置100具有：多个天线元件134；生成由I信号和Q信号构成的IQ信号的信号生成单元110，以及被设置给每个天线元件134，通过进行I信号和Q信号的合成，生成与使IQ信号的相位旋转的信号等效的发送信号并供给天线元件134的相位器131。而且，无线通信装置100具有：通过对于相位器131单独地提供规定上述合成的内容的控制值，控制从多个天线元件134发射的发送信号的电波的指向性的相位控制单元140；以及通过校正上述控制值而对发送信号的正交误差进行校正的相位误差校正单元144和振幅误差校正单元145(正交误差校正单元)。
即，本实施方式的无线通信装置100使用考虑了正交误差的值，作为在相控阵系统中对每个发送分支设置的相位器131设定的控制值。
由此，本实施方式的无线通信装置100除了能够进行用于波束形成的相位控制，还能够通过控制值的校正这样的简单的方法实现每个发送分支130的IQ误差的校正。
即，本实施方式的无线通信装置100能够在抑制了电路规模的增大的状态下进行被校正了正交误差的IQ信号的指向性通信。
在将上述的现有技术适用于相控阵系统的情况下，如上述那样，对每个天线元件设置用于校正正交误差的模拟电路。模拟电路与数字电路相比，电路规模容易增大，此外，校正特性因工艺偏差和温度变化等影响而容易下降。因此，与现有技术相比，本实施方式的无线通信装置100能够进行更高精度的正交误差校正。
再有，还考虑将图6所示的进行正交误差校正操作222的IQ校正电路设置在各相位器131的后级。可是，对各发送分支130配置了模拟的IQ校正电路这样的结构，不仅电路规模增大，还难以进行高精度的正交误差校正。因此，与这样的结构相比，本实施方式的无线通信装置100能够抑制电路规模，并且能够进行更高精度的正交误差校正。
此外，也可考虑在对每个发送分支130配置D/A转换器120，在各D/A转换器120的前级，设置图6所示的进行正交误差校正操作222的IQ校正电路。这种情况下，与模拟的IQ校正电路相比，能够进行更高精度的正交误差校正。可是，对各发送分支130配置了D/A转换器120和数字的IQ校正电路这样的结构，电路规模大幅度地增大。因此，与这样的结构相比，本实施方式的无线通信装置100能够大幅度地抑制电路规模。
(实施方式2)
本发明的实施方式2是，在对每个发送分支设置的振幅校正误差电路中实现实施方式1中说明的振幅误差校正单元的功能的例子。
<装置的结构>
首先，说明本实施方式的无线通信装置的结构。
图8是表示本发明的无线通信装置的结构的一例子的框图，是与实施方式1的图1对应的图。对与图1相同部分附加相同标号，并省略有关说明。
在图8中，无线通信装置100a具有信号生成单元110、D/A转换器120、第1发送分支130a1～第N发送分支130aN、以及相位控制单元140a。
各发送分支130a具有相位器131、信号混合单元132、RF发送单元133、以及天线元件134。但是，本实施方式的发送分支130a具有以插入在相位器131和信号混合单元132之间的形式配置的振幅误差校正电路135a。此外，本实施方式的无线通信装置100a的相位控制单元140a没有实施方式1的振幅误差校正单元145。
即，本实施方式构成为将实施方式1中用相位控制单元140a的振幅误差校正单元145实现的振幅误差的功能，在对每个发送分支130a配置的振幅误差校正电路135a中实现。没有振幅误差的功能的本实施方式的相位控制单元140a，使用各相位器131仅进行相位误差的校正。
振幅误差校正电路135a在I信号和Q信号之间对增益放大量提供差。即，振幅误差校正电路135a至少具有对I信号的振幅和Q信号的振幅之中的至少一个进行校正的增益放大器。例如，振幅误差校正电路135a包括将I信号进行可变增益放大的电路和Q信号也进行可变增益放大的电路。
<相位误差和振幅误差的校正>
接着，说明有关相位控制单元140a的相位误差和振幅误差的校正的细节。
图9是示意地表示本实施方式中的正交误差的校正的状况的一例子的图，是与实施方式1的图6对应的图。此外，图10是将相位控制单元140a的更详细的结构的一例子与相位控制单元140a的各单元进行的处理相对应地表示的图，是与实施方式1的图7对应的图。对与图6和图7相同部分分别附加相同标号，并省略有关的说明。
在图9中，记号I3′、Q3′表示在进行了相位误差的校正的情况下从相位器131输出的I信号和Q信号的值。而且，记号I4、Q4表示在振幅误差校正电路135a中进行了振幅误差校正的情况下，从振幅误差校正电路135a输出的I信号和Q信号的值。
输入值I1、Q1和中间值I2、Q2之间的关系(相位旋转操作221)，如上述那样用式(1)表示。
从中间值I2、Q2得到输出值I4、Q4的处理，例如，可以考虑分成对中间值I2、Q2的相位误差校正操作2221和对通过该操作得到的中间值I3′、Q3′的振幅误差校正操作2222。
而且，中间值I2、Q2和中间值I3′、Q3′之间的关系(相位误差校正操作2221)，例如，用以下的式(5)表示。
I3′＝I2
Q3′＝β·I2+Q2 …(5)
这里，将式(1)、式(5)整理，例如将中间值I3′、Q3′使用输入值I1、Q1表示时，则为以下的式(6)。
I3′＝cosθ·I1-sinθ·Q1
Q3′＝(β·cosθ+sinθ)·I1+(cosθ-β·sinθ)·Q1 …(6)
而且，与实施方式1同样，在近似为β＝sinβ、cosβ＝1时，式(6)能够变形为以下所示的式(7)。
I3′＝cosθ·I1-sinθ·Q1
Q3′＝sin(θ+β)·I1+cos(θ+β)·Q1 …(7)
将式(7)与实施方式1中说明的式(1)比较时，有关I信号的差并没有，仅有关Q信号的差是将默认相位θ置换为相加校正值β所得的值(θ+β)。
因此，在不发生正交误差的情况中，假设相位控制单元140a将
·第1控制值＝cosθ
·第2控制值＝-sinθ
·第3控制值＝sinθ
·第4控制值＝cosθ
提供给任意的相位器131时，在发生了应该用校正值α校正的振幅误差和应该用校正值β校正的相位误差的情况下，将
·第1控制值＝cosθ
·第2控制值＝sinθ
·第3控制值＝sin(θ+β)
·第4控制值＝cos(θ+β)
提供给相同的任意的相位器131。
再有，对应该用校正值α校正的振幅误差，在振幅误差校正电路135a中被校正。
中间值I3′、Q3′和输出值I4、Q4之间的关系(振幅误差校正操作2222)，例如，用以下的式(8)表示。
I4＝α·I3′
Q4＝Q3′ …(8)
将式(7)、式(8)进行整理，将输出值I4、Q4使用输入值I1、Q1表示时，例如，为以下的式(9)。
I4＝α·cosθ·I1-α·sinθ·Q1
Q4＝sin(θ+β)·I1+cos(θ+β)·Q1 …(9)
本实施方式中的来自振幅误差校正电路135a的输出值I4、Q4，与实施方式1中的来自相位器131的输出值I3、Q3同样地处理，被输入到信号混合单元132。因此，式(9)的内容与实施方式1的式(4)的内容等效。
因此，如图10所示，即使相位控制单元140a没有振幅误差校正单元145，在各发送分支130a中设置的振幅误差校正电路135a中，通过对I信号的校正值α的乘法运算(或者，对Q信号的校正值α的除法运算等)，也能够进行与实施方式1同样的正交误差校正。即，振幅误差校正电路135a通过对I信号的振幅和Q信号的振幅之中至少一个进行校正，至少能够校正从对应的天线元件134发射的发送信号的振幅误差。
<装置的动作>
接着，简单地说明无线通信装置100a的动作的流程。无线通信装置100a的动作与实施方式1的无线通信装置100的动作大致是同样的。但是，不同点在于，通过对相位器131提供的控制值进行校正的，仅是正交误差之中的相位误差，有关振幅误差，对于从相位器131输出的信号(被控制了电波的指向性的发送信号)，另外进行校正。
<本实施方式的效果>
如以上，本实施方式的无线通信装置100a不是通过对相位器131提供的控制值来进行校正，而是通过对每个发送分支130a设置的振幅误差校正电路135a，对IQ信号的振幅误差进行校正。
振幅误差校正电路135a能够比现有技术的IQ校正电路减小电路规模。因此，与现有技术相比，本实施方式的无线通信装置100a能够在抑制了电路规模的增大的状态下进行被校正了正交误差的IQ信号的指向性通信。
此外，在本实施方式中，不是对于对相位器131的控制值，而是对于从相位器131输出的IQ信号进行用于振幅校正的校正值α的乘法运算。由此，与实施方式1的无线通信装置100相比，本实施方式的无线通信装置100a具有能够在避免相位器131的改变和相位控制的精度下降的状态下校正振幅误差的优点。
理由如以下那样。在对于某个发送分支的IQ信号提供θ＝0°的相位的情况下，与第1控制值和第4控制值对应的cosθ的值是1.0。
这里，例如，在将符号1比特和5比特的绝对值的组设为实际地提供给相位器131的控制值的情况下，将1·1/2+1·1/4+1·1/8+1·1/16+1·1/32＝31/32，将31/32换算为1.0。即，控制值获取单元143对于应该提供的控制值乘以31/32，将进行2的乘方的比特换算所得的值设为5比特的绝对值。即，在θ＝0°时输入到相位器131的第1控制值和第4控制值为“0_11111”。
这里，在进行校正值α＝1.2的振幅校正的情况下，输入到相位器131的第1控制值和第4控制值是α·cosθ＝1.2，即，可是，在相位器131中，在仅与1/2、1/4、1/8、1/16、和1/32对应的5级的放大器211的情况下(参照图4)，无法生成37/32的电流，无法进行“α>1”的设定。
作为对策，考虑准备附加了与1对应的放大器211的6级的放大器211，或者仍设为5级的放大器211而将整体的标度(scale)一律减半。可是，前者需要对于指向性控制所必要的相位器131的结构追加放大器211，后者用于相位控制的比特精度劣化。
在这方面，本实施方式的无线通信装置100a对相位器131提供的控制值不进行校正值α的乘法运算，所以能够在避免对相位器131的放大器211的追加和相位控制的精度下降的状态下，对振幅误差进行校正。
再有，例如，在已经具备能够使IQ信号一律地可变增益放大的电路的无线通信装置的情况下，仅改变这样的电路，以通过I信号和Q信号单独地进行放大控制，就可追加振幅误差校正电路135a的功能。
(实施方式3)
本发明的实施方式3是，在使用由N个天线元件构成的阵列天线进行接收的无线通信装置的接收系统中进行实施方式1中说明的正交误差校正的例子。
图11是表示本发明的无线通信装置的结构的一例子的框图，是与实施方式1的图1对应的图。对与图1相同部分附加相同标号，并省略有关相同部分的说明。
在图11中，无线通信装置100b具有第1接收分支15061～第N接收分支150bN、相位控制单元140、A/D转换器(ADC)160b、以及信号处理单元170b。
各接收分支150b具有天线元件151b、RF接收单元152b、信号分离单元153b、以及相位器154b。
天线元件151b接收无线信号。
RF接收单元152b对由天线元件151b接收到的无线信号，进行增益调整和下变频。
信号分离单元153b从由RF接收单元152b下变频后的信号中，提取模拟的IQ信号，并将I信号和Q信号以分离的状态输出。
相位器154b基于从相位控制单元140提供的控制值，对从信号分离单元153b输出的IQ信号，提供对每个接收分支150b不同的相位。再有，相位器154b的结构和动作与实施方式1的相位器154b相同。但是，在本实施方式中，各相位器154b进行IQ信号的相位旋转，以便控制阵列天线中的接收的指向性。
A/D转换器160b将从第1相位器154b1～第N相位器154bN输出的IQ信号进行合成，对于合成后的IQ信号进行A/D转换，生成数字的IQ信号。
例如，信号处理单元170b从A/D转换器160b输出的数字的IQ信号中，提取IQ信号中包含的信息，转送到高位应用层。
根据这样的无线通信装置100b，在控制指向性来接收IQ信号的接收系统中，能够对IQ信号的正交误差进行校正。此外，根据无线通信装置100b，能够在抑制了电路规模的增大的状态下进行这样的正交误差校正。
(实施方式4)
本发明的实施方式4是在实施方式3的无线通信装置的结构中，适用了对每个分支设置在实施方式2中说明的振幅校正误差电路的结构的例子。
图12是表示本发明的无线通信装置的结构的一例子的框图，是与实施方式2的图8和实施方式3的图11对应的图。对与图8和图11相同部分附加相同标号，并省略相同部分的说明。
在图12中，无线通信装置100c具有第1接收分支150c1～第N接收分支150cN、相位控制单元140a、A/D转换器160b、以及信号处理单元170b。
各接收分支150c具有天线元件151b、RF接收单元152b、信号分离单元153b、以及相位器154b。但是，本实施方式的接收分支150c具有以插入在信号分离单元153b和相位器154b之间的方式配置的振幅误差校正电路155c。
振幅误差校正电路155c在I信号和Q信号之间对增益放大量提供差。再有，振幅误差校正电路155c的结构和动作与实施方式2的振幅误差校正电路135a相同。
根据这样的无线通信装置100c，在控制指向性而接收IQ信号的接收系统中，能够对IQ信号的正交误差进行校正。此外，根据无线通信装置100b，能够在抑制电路规模的增大、并且避免相位器154b的改变和相位控制的精度下降的状态下，进行这样的正交误差校正。
(各实施方式的变形例)
再有，以上说明的各实施方式的无线通信装置的结构是可改变的。
例如，相位控制单元也可以预先存储对每个校正值β准备的、记述了加入了校正值β的值的查找表，并变更根据校正值β参照的查找表。
此外，各实施方式也可以适用于将各实施方式中的I信号和Q信号改读为Q信号和I信号(即互换)的无线通信装置。
此外，例如，无线通信装置也可以为不具备振幅误差校正单元和振幅误差校正电路的结构。即，无线通信装置也可以构成为仅进行正交校正之中的相位校正。
相反地，例如，无线通信装置也可以为不具备相位误差校正单元的结构。即，无线通信装置也可以为仅进行正交校正之中的振幅校正的结构。
(本发明的汇总)
本发明的无线通信装置包括：多个天线元件；信号生成单元，生成由I信号和Q信号构成的IQ信号；相位器，设置给每个所述天线元件，通过进行所述I信号和所述Q信号的合成，生成与使所述IQ信号的相位旋转的信号等效的发送信号并供给所述天线元件；相位控制单元，通过对于所述相位器单独地提供规定所述合成的内容的控制值，控制从所述多个天线元件发射的所述发送信号的电波的指向性；以及正交误差校正单元，通过对所述控制值进行校正，校正所述发送信号的正交误差。
再有，在所述无线通信装置中，所述合成也可以包含对所述IQ信号的复数平面中的旋转运算。
此外，在所述无线通信装置中，所述旋转运算也可以是，将所述I信号的值乘以第1控制值所得的值和所述Q信号乘以第2控制值所得的值相加来生成所述发送信号的I信号，将所述IQ信号的所述I信号的值乘以第3控制值所得的值和所述Q信号乘以第4控制值所得的值相加来生成所述发送信号的Q信号的处理，所述相位控制单元也可以对于所述相位器单独地提供所述第1控制值～第4控制值，所述正交误差校正单元也可以通过至少对所述第3控制值和第4控制值进行校正，从而对所述正交误差进行校正。
此外，在所述无线通信装置中，所述相位控制单元也可以包括：参照表，对可提供给所述天线元件的每个相位，记述了在未进行所述正交误差的校正的情况下应提供给所述相位器的所述第1控制值～第4控制值；设定相位确定单元，对应于规定的指向性，对每个所述天线元件确定所述相位的设定值；控制值获取单元，参照所述参照表，获取与确定的所述设定值对应的所述第1控制值～第4控制值，将获取的所述第1控制值～第4控制值提供给所述相位器；以及相位误差校正单元，通过至少对于所述第3控制值和第4控制值变更所述控制值获取单元的参考目的地，对所述发送信号的相位误差进行校正。
此外，在所述无线通信装置中，所述相位控制单元也可以包括：参考值校正单元，对每个所述相位器，通过至少变更获取的所述第1控制值和第2控制值，对所述发送信号的振幅误差进行校正。
此外，所述无线通信装置也可以还包括：增益放大器，被设置给每个所述天线元件，通过对所述发送信号的所述I信号的振幅和所述Q信号的振幅之中至少一个进行校正，对从所述天线元件发射的所述发送信号的振幅误差进行校正。
本发明的无线通信方法是使用了多个天线元件的无线通信方法，包括：生成由I信号和Q信号构成的IQ信号的步骤；对每个所述天线元件，通过进行所述I信号和所述Q信号的合成，生成与使所述IQ信号的相位旋转的信号等效的发送信号并发射，从所述多个天线元件发射被控制了电波的指向性的所述发送信号的步骤；以及通过对规定所述合成的内容的控制值进行校正，对所述发送信号的正交误差进行校正的步骤。
工业实用性
本发明的无线通信装置和无线通信方法，作为能够在抑制了电路规模的增大的状态下进行被校正了正交误差的IQ信号的指向性通信的无线通信装置和无线通信方法是有用的。
标号说明
100、100a、100b、100c 无线通信装置
110 信号生成单元
120 D/A转换器
130、130a 发送分支
131、154b 相位器
132 信号混合单元
133 RF发送单元
134、151b 天线元件
135a、155c 振幅误差校正电路
140、140a 相位控制单元
141 查找表
142 设定相位确定单元
143 控制值获取单元
144 相位误差校正单元
145 振幅误差校正单元
150b、150c 接收分支
152b RF接收单元
153b 信号分离单元
160b A/D转换器
170b 信号处理单元
210 乘法运算块
211 放大器
212 gm放大器

Claims (7)

1.无线通信装置，包括：
多个天线元件；
信号生成单元，生成由I信号和Q信号构成的IQ信号；
相位器，设置给每个所述天线元件，通过进行所述I信号和所述Q信号的合成，生成与使所述IQ信号的相位旋转的信号等效的发送信号并供给所述天线元件；
相位控制单元，通过对于所述相位器单独地提供规定所述合成的内容的控制值，控制从所述多个天线元件发射的所述发送信号的电波的指向性；以及
正交误差校正单元，通过对所述控制值进行校正，校正所述发送信号的正交误差。
2.如权利要求1所述的无线通信装置，
所述合成包含对所述IQ信号的复数平面中的旋转运算。
3.如权利要求2所述的无线通信装置，
所述旋转运算是，将所述I信号的值乘以第1控制值所得的值和所述Q信号乘以第2控制值所得的值相加来生成所述发送信号的I信号，将所述IQ信号的所述I信号的值乘以第3控制值所得的值和所述Q信号乘以第4控制值所得的值相加来生成所述发送信号的Q信号的处理，
所述相位控制单元
对于所述相位器单独地提供所述第1控制值～第4控制值，
所述正交误差校正单元
通过至少对所述第3控制值和第4控制值进行校正，从而对所述正交误差进行校正。
4.如权利要求3所述的无线通信装置，
所述相位控制单元包括：
参照表，对可提供给所述天线元件的每个相位，记述了在未进行所述正交误差的校正的情况下应提供给所述相位器的所述第1控制值～第4控制值；
设定相位确定单元，对应于规定的指向性，对每个所述天线元件确定所述相位的设定值；
控制值获取单元，参照所述参照表，获取与确定的所述设定值对应的所述第1控制值～第4控制值，将获取的所述第1控制值～第4控制值提供给所述相位器；以及
相位误差校正单元，通过至少对于所述第3控制值和第4控制值变更所述控制值获取单元的参考目的地，对所述发送信号的相位误差进行校正。
5.如权利要求4所述的无线通信装置，
所述相位控制单元包括：
参考值校正单元，对每个所述相位器，通过至少变更获取的所述第1控制值和第2控制值，对所述发送信号的振幅误差进行校正。
6.如权利要求4所述的无线通信装置，还包括：
增益放大器，被设置给每个所述天线元件，通过对所述发送信号的所述I信号的振幅和所述Q信号的振幅之中至少一个进行校正，对从所述天线元件发射的所述发送信号的振幅误差进行校正。
7.使用了多个天线元件的无线通信方法，包括以下步骤：
生成由I信号和Q信号构成的IQ信号的步骤；
对每个所述天线元件，通过进行所述I信号和所述Q信号的合成，生成与使所述IQ信号的相位旋转的信号等效的发送信号并发射，从所述多个天线元件发射被控制了电波的指向性的所述发送信号的步骤；以及
通过对规定所述合成的内容的控制值进行校正，对所述发送信号的正交误差进行校正的步骤。
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