JP2001060982A - 較正方法及び較正装置 - Google Patents
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Abstract
く、単純な構成で効果的な較正信号を生成する。 【解決手段】 局所発振信号を用いて、変調されていな
い較正信号を生成し、較正信号をNポート受信機2の第
1及び/又は第2の入力端子2a、2bに供給し、較正
信号の供給に対応する出力端子からの出力信号に応じて
較正係数を算出する。
Description
(N-port junction)に基づく高周波受信機に関し、特
にNポート受信機を較正する較正方法及び構成装置並び
に較正を行うNポート受信機に関する。
tion)に基づいた高周波受信機が利用されている。ここ
で、Nは2より大きい整数とする。従来技術でNが6に
等しい場合が知られているので、本明細書中では6ポー
ト受信機を参照して説明することにする。
signal processor; DSP)と組合わせた6ポート受
信機は、マイクロ波帯からミリ波帯に亘る周波数帯域に
おいて、デジタル変調を直接に実行できることが示され
ている。この新たな直接デジタル受信機は、種々のデジ
タル端末で用いられている従来のヘテロダイン受信機に
比べ、低価格で、構造が簡単で、製造が容易で、良好な
性能であるという利点を有している。
受信機のアプリケーション領域は、その一部又は全部を
直接6ポート受信機に置き換えることができる。
イン受信機はアンテナ101の側から、順に、高周波部
102、第1中間周波部103、第2中間周波数部10
4及びベースバンド部105から構成される。これらの
うち、高周波部102、第1中間周波数部103及び第
2中間周波数部104の一部又は全部は、図16のBに
示すように、デジタル信号プロセッサと組合わせた6ポ
ート受信機で置き換えることができる。ここで、図16
のBの中の仕切りeは図16のAにおける仕切りa,
b,cに、図16のBの中の仕切りfは図16のAにお
ける仕切りdに、それぞれ対応している。
ゴ、「1994年IEEE MTTシンポジウムダイジ
ェスト(Digest of 1994 IEEE MTT Symposium)」第3
巻第1659〜1662頁、ボシッシオ、ウー(Bossis
io, Wo)著「6ポート直接デジタルミリ波受信機(A si
x-port direct digital millimeter receiver)」に開
示された受信機の構成が示されている。この受信機は、
局所発振(local oscillation; LO)信号を発生する
局所発振器111と、高周波(radio frequency; R
F)信号及びLO信号が入力される6ポート受信機11
2と、6ポート受信機112から出力されたアナログ信
号をデジタル信号に変換するアナログ/デジタル変換器
113と、アナログ/デジタル変換器113から出力さ
れたデジタル信号に対して所定の信号処理を施すと共に
局所発振器111の周波数/位相制御を行うデジタル信
号プロセッサ114とから構成されている。
ワークの振幅及び位相の両方の拡散パラメータを正確に
測定することができる。ヘテロダイン受信機に代えて6
ポート受信機を用いて、6つのポートのうち少なくとも
3つのポートにおける電力レベルを検出することによ
り、マイクロ波帯及びミリ波帯において直接測定するこ
とができる。ハードウェアが不完全であっても、適切な
較正処理によりその影響を容易に取り除くことができ
る。6ポート受信機によれば、広範なダイナミックレン
ジ及び周波数帯域に渡って非常に正確な測定を行うこと
ができる。6ポート受信機は、方向性結合器(directio
nal coupler)、電力分配器(power divider)、ダイ
オード検出器(diode sensor)等の受動マイクロ波素
子により構成されている。6ポート受信機の回路は、モ
ノシリックマイクロ波集積回路(monolithic microwave
integrated circuit; MMIC)や混成マイクロ波集積
回路(hybrid microwave integrated circuit; HMI
C)に容易に集積化できる。現在知られている6ポート
受信機は、マイクロ波帯及びミリ波帯の周波数帯域にお
ける直接位相/振幅復調処理を行う。旧来の受信機にお
けるIQ部は、6ポート受信機及びデジタル信号処理
(digital signal processing; DSP)回路を含む6
ポート位相/周波数弁別器(phase/frequency discrim
inatior)に置き換えられる。入力となるデジタル変調
の高周波信号は、デジタル制御された局所発振器の出力
と比較される。
とができる。6ポート受信機の主な利点の1つは、不完
全な(非理想的な)高周波サブシステムとともに使用で
きる点にある。較正処理により、6ポートハードウェア
の不完全な部分を見つけることができる。較正処理を行
うと、通常は実の係数が得られる。受信機の入力信号の
(相対)振幅及び(相対)位相を算出するためには、異
なる複数のポートにおける測定された電力レベルに対し
て、これらの係数を乗じる必要がある。相対振幅及び相
対位相は、それぞれ信号のコヒーレント検出又は非コヒ
ーレント検出に関連する。
るか、又は時間とともに変化するが変化の度合いが極め
て小さい。理論的には、訂正用の較正パラメータの算出
は、1度だけ行えばよい。しかしながら、実際には、極
めて長い所定の時間が経過する毎に較正パラメータの算
出をやり直す必要がある。この所定の時間の実際の長さ
はシステムや環境等の条件に基づいて決定される。高周
波パラメータの変化は、環境や製造時の不完全性に依存
している。
の方法が提案されている。これらの較正は、6ポート構
造に対して例えばネットワーク測定のために適用され、
既定の負荷、短絡又はスライド短絡(sliding short)
のような較正のためのハードウェア終端が用いられる。
理に対しては、様々な要求がある。すなわち、較正処理
は、データ伝送と同じ所定のサンプリングレートを用い
て、システム内の接続を物理的に切り離すことなく実行
しなくてはならない。また、較正処理の処理時間は、可
能な限り短くなくてはならない。さらに、較正係数の算
出に必要な演算処理は最小のものでなくてはならず、高
速ハードウェア演算ユニットが処理できるものでなくて
はならない。
年12月発刊、「マイクロ波理論技術IEEE会報(IE
EE Trans. Microwave Theory Technique)」第26
巻第987〜993頁記載のジー・エフ・エンゲン(G
F Engen)著「スライド終端を用いた6ポート反射計
の較正(Calibrating the six-port reflectometer
by means of sliding termination)」及び19
90年7月発刊、「マイクロ波理論技術IEEE会報
(IEEE Trans. Microwave Theory Technique)」第
38巻第951〜957頁記載の、ユー・スタンパー
(U. Stumper)著「単一の6ポート反射計を較正する
エンゲン(Engen)法に必要な初期推定値の発見法(Fin
ding initial estimates needed for the Engen
method ofcalibrating single six-port reflect
ometers)」等に開示されている。
理論技術IEEE会報(IEEE Trans. Microwave The
ory Technique)」第44巻第93〜99頁に記載され
ているジェイ・リー(J. Li)、アール・ジー・ボシッ
シオ(R.G.Bossisio)、ケー・ウー(K. Wu)著、「6
ポート直接デジタルミリ波受信機のデュアルトーン較正
(Dual-tone calibration of six-port direct di
gital millimetricreceiver)」には、システムの物理
的な接続の解除を行わない6ポートコヒーレント直接受
信機の較正処理が開示されている。しかしながら、この
手法は、6ポート受信機の出力信号に対する複雑なモニ
タリングと、非常に長い観察時間と局所発振信号レベル
の変更を必要とする。本明細書では、単に無変調の2つ
の周波数の信号を用い、6ポート受信機の入力ポートに
供給する例を示す。
は、Nポート受信機の較正方法が開示されている。この
Nポート受信機は、少なくとも一方に測定される高周波
信号が供給される2つの入力端子と、信号処理回路に電
力レベルを供給する少なくとも3つの出力端子とを備え
る。信号処理回路は、少なくとも2つの電力レベルと較
正係数とに基づいて複素信号を算出する。少なくとも1
つの信号測定用の入力端子に異なる複数のシンボルを含
む所定の較正シーケンスを供給し、この較正シーケンス
の出力結果に基づいて較正係数を算出する。
示された較正処理の具体例は、図18に示すようにな
る。この具体例では、較正ハードウェアを備えない6ポ
ート受信機基板121に対して、組立工程において外部
較正装置132が接続される。
ループ(phase locked loop; PLL)を掛けた電圧制
御発振器(voltage controlled oscillator; VCO)
による局所発振器(local oscillator)122と、イ
ンターフェイス123からのRF信号と局所発振器12
2からのLO信号が入力される、受動回路及び最適バイ
アスのダイオード検出器を備える6ポート回路を1チッ
プ上に構成した6ポートチップ124と、6ポートチッ
プ124からの出力信号のうちで低周波を通過させる低
周波フィルタ(low-pass filter; LPF)125と、低
周波フィルタ125を通過した信号をインターフェイス
126を介して受け取ってアナログからデジタルに変換
するアナログ/デジタル変換器127とを有している。
ログ/デジタル変換器126から出力されたデジタル信
号をインターフェイス128を介して受け取って所定の
信号処理を施すデジタル信号プロセッサ129と、デジ
タル信号プロセッサ129における処理のための較正係
数などのデータを記憶する、インターフェイス138に
接続されたメモリ130と、局所発振器122に対して
周波数/電力レベル制御を行うと共にデジタル信号プロ
セッサ129も制御する制御部131とを有している。
デジタル信号プロセッサ130からは、IQ出力又は復
調データストリームが出力される。
行される。ここでは、インターフェイスを備える外部較
正装置132が使用される。インターフェイス123
は、6ポートチップ124の入力端子に接続される。イ
ンターフェイス125は、低周波フィルタ125により
濾波された6ポートチップ124の出力信号が供給され
る。インターフェイス128は、較正信号を格納するメ
モリ130に接続される。外部較正装置132は、6ポ
ートチップ124の入力端子の1つに信号を供給し、関
連するポート(インターフェイス126)からの出力信
号を受信し、その出力信号が示す値をデジタル変換し、
外部のデジタル信号プロセッサにより較正係数を算出
し、算出した較正係数をインターフェイス138によっ
て、6ポート受信機のメモリ130に直接供給する。
アを用いて行う較正処理を本明細書ではオフライン較正
処理と呼ぶ。
ける較正処理の他の具体例は、図19に示すようにな
る。ここでは、ハードウェア較正部は、6ポート受信機
基板141と共通の基板上に追加のチップとして設けら
れている。
けた電圧制御発振器による局所発振器142と、受動回
路及び最適バイアスのダイオード検出器を備える6ポー
ト回路を1チップ上に構成した6ポートチップ143
と、6ポートチップ143からの出力信号のうちで低周
波を通過させる低周波フィルタ144と、低周波フィル
タ144を通過した信号をアナログからデジタルに変換
するアナログ/デジタル変換器145とを有している。
ログ/デジタル変換器145から出力されたデジタル信
号に所定の信号処理を施すデジタル信号プロセッサ14
6と、デジタル信号プロセッサ146における処理のた
めの較正係数などのデータを記憶するメモリ147と、
局所発振器142に対して周波数/電力レベル制御を行
うと共にデジタル信号プロセッサ146も制御する制御
部148と、制御部148によって制御されるスイッチ
制御部149とを有している。デジタル信号プロセッサ
146からは、IQ出力又は復調データストリームが出
力される。
力分配器(power divider)151と、XdB減衰器1
52と、I/Q変調器153と、所定の8PSK(phas
e shift keying)シーケンスを生成するためのベース
バンド回路154とを有している。IQ変調器153
は、伝送系列の一部であってもよい。
くつかのクロックが得られるので、図18に示す具体例
に比べて、追加コンポーネント、すなわちハードウェア
較正部の構成は容易になっている。6ポート受信機の基
板に較正部を集積化するためには、追加の電力分配器1
51、XdB減衰器(又は、分配比をプログラミング可
能な電力分配器、又は少なくとも2つの異なる電力出力
端子を備える3ポート電力分配器)152、既知の8P
SK信号を生成するベースバンド回路154、複数のス
イッチ、及びその他の追加の制御回路を設ける必要があ
る。較正処理は、受信機のスリープ時(アクティブにさ
れていない状態)において実行される。図19に示す具
体例は、図18に示す具体例に比べて追加の素子又は回
路を設ける必要があるため、実現コストが高いという問
題がある。しかしながら、図19に示す具体例では、環
境が変化した場合に受信機の較正をやり直すことができ
るという利点がある。
の較正装置を用いて行う較正処理を本明細書ではオンラ
イン較正処理と呼ぶ。
18に示したように外部較正装置を必要としたり、図1
9に示したように既知の8PSK信号を生成するための
専用ベースバンド回路154を設ける必要があった。す
なわち、上述した従来の較正処理は、いずれも複雑な較
正装置を必要とし、高コストなものであった。
的な較正処理を実現できる較正方法及び較正装置並びに
このような構成を適用した受信機を提供することを目的
とする。
めに、本発明に係る較正方法は、検出される高周波信号
が供給される第1の入力端子と、局所発振器から局所発
振信号が供給される第2の入力端子と、Nをより大きい
整数として、N−2個の出力端子とを備えるNポート受
信機の較正方法であって、局所発振信号を用いて、変調
されていない較正信号を生成するステップと、較正信号
をNポート受信機の第1及び/又は第2の入力端子に供
給するステップと、較正信号の供給に対応する出力端子
からの出力信号に応じて較正係数を算出するステップと
を有する。
るためにベースバンド部に変調器を設ける必要がない。
したがって、較正処理に必要な構造を単純化できる。
所発振信号を第1及び第2の分岐信号に分配(分割)す
るステップと、第1及び第2の分岐信号のうち少なくと
も一方の分岐信号を処理するステップとを有する。
くとも一方の分岐信号を処理するステップは、相互に相
対的に移相された複数の高周波信号を生成するステップ
と、相対的に移相された複数の高周波信号を上記第1及
び/又は第2の入力端子に順次供給するステップとを有
する。
正信号が異なる複数の位相状態を表し、該較正信号が供
給された上記Nポート受信機により生成された複数の出
力信号を順次サンプリングするステップと、較正係数と
なる較正行列の要素を算出するステップとを有する。
状態で実行してもよく、オンラインの状態で実行しても
よい。較正処理をオフラインの状態で実行する場合、例
えば、Nポート受信機の製造後に1度だけ較正処理を実
行する。算出された較正係数は、メモリに記憶させるこ
とができる。
は、少なくとも4つの異なる複素状態を順次表す。
ポート受信機の第1の入力端子と第2の入力端子を分離
するとよい。
正信号は、局所発振信号を受動回路に入力して生成され
る。また、較正係数は、複数の較正サイクルを平均化し
て算出されることが好ましい。
る高周波信号が供給される第1の入力端子と、局所発振
器から局所発振信号が供給される第2の入力端子と、N
を2より大きい整数として、N−2個の出力端子とを備
えるNポート受信機を較正する較正装置において、局所
発振信号を用いて、変調されていない較正信号を生成す
る較正信号生成手段と、較正信号を上記Nポート受信機
の第1及び/又は第2の入力端子に供給する較正信号供
給手段と、較正信号の供給に対応する出力端子からの出
力信号に応じて較正係数を算出する較正係数算出手段と
を備える。例えば国際公開公報WO98/02856号
等に開示される従来技術と異なり、較正信号は、変調信
号ではない。
が好ましい。
ら供給される局所発振信号を第1及び第2の分岐信号に
分配する電力分配手段と、第1及び第2の分岐信号のう
ち少なくとも一方を処理する分岐信号処理手段とを備え
る。
信号を相互に相対的に移相する移相手段と、相対的に移
相された複数の高周波信号を第1及び/又は第2の入力
端子に順次供給する移相信号供給手段とを備える。
なる複数の位相状態を表し、較正信号が供給された上記
Nポート受信機により生成された複数の出力信号を順次
サンプリングするサンプリング手段と、較正係数となる
較正行列の要素を算出する較正行列要素算出手段とを備
える。
記憶する記憶手段を設けてもよい。
の入力端子と第2とを分離する能動分離回路を設けても
よい。
明は、上述の較正装置を備え、変調高周波信号を受信す
るNポート受信機を提供する。この較正装置とNポート
受信機とは、1つのチップ上に集積化してもよい。
ば、較正信号を生成するために特別なRF信号源や変調
器が不要となる。
て、図面を参照して詳細に説明する。
(n phase shift keying; nPSK)n直角振幅変調
(n quadrature amplitude modulation; nQAM)
等の特定の変調方式により変調された信号を復調する直
接復調器として用いられるNポート受信機の単純な較正
処理を行うことができる。ここでは、局所発振器(loca
l oscillator)を高周波(radio frequency; RF)信
号源として使用する。局所発振器からの入力RF信号を
処理した後、Nポート受信機(N-port receiver)の少
なくとも1つの入力端子に較正信号を供給する。この方
法によれば、必要な較正信号は、既存の局所発振(loca
l oscillation; LO)信号源及びRF信号源と簡単な
受動回路とにより生成できるため、単純で効果的な較正
処理が実現できる。本発明では、較正信号を生成するた
めに例えば変調処理等の複雑な処理は必要なく、また、
アップコンバータ等も不要である。本発明が提供する較
正方法は、受動素子の非常に大きな公差に起因する電力
検出器の非理想的マッチングやRF信号及び低周波(lo
w frequency; LF)信号の分離を司る増幅回路の非理
想的マッチング等の様々な影響に対処することができ
る。
現するNポート受信機の具体的構成を図1に示す。
は、較正装置(calibration device)1とNポート回
路(N-Port structure)2とを備える。通常の動作に
おいては、アンテナ3が受信したRF信号がNポート回
路2の第1の入力端子2a(RF入力端子)に供給され
る。局所発振器4は、LO信号を発生し、このLO信号
をNポート回路2の第2の入力端子2b(LO入力端
子)に供給する。Nポート回路2は、M個の出力端子を
備えるが、このMは、Nを2より大きい整数として、N
−2である。各出力端子は、それぞれ電力検出器(powe
r sensor)5,6,7に接続されている。電力検出器
5,6,7は、それぞれ出力信号を低域通過フィルタ
(low-pass filter; LPF)8,9,10に供給する。
低域フィルタ8,9,10は、電力検出器5,6,7か
ら供給された信号を濾波し、濾波した信号をインターフ
ェイス11を介して、アナログ/デジタル後処理回路1
2に供給する。
は、Nポート回路2の第1及び第2の入力端子2a、2
bに較正装置1の出力信号が供給されるように、スイッ
チ14,15及び較正装置1を制御する。局所発振器4
が発生したLO信号は、較正装置1に供給される。較正
装置1は、このLO信号に所定の処理を施して較正信号
を生成し、この較正信号をNポート回路2の第1の入力
端子2a及び第2の入力端子2bに供給する。
力端子1aに制御信号を供給して、較正装置1を制御す
る。
のようにして較正信号が較正装置1からNポート回路2
の第1及び第2の入力端子2a、2bに供給されると、
Nポート回路2は、第1乃至第Mの出力端子から電力検
出器5,6,7に出力信号を出力する。電力検出器5,
6,7からの信号は、上述と同様に低域フィルタ8,
9,10及びインターフェイス11を介してアナログ/
デジタル後処理回路12に供給される。アナログ/デジ
タル後処理回路12は、供給された信号に基づいて較正
係数を算出し、算出した較正係数をメモリ16に格納す
る。アナログ/デジタル後処理回路12の通常時の動作
及び較正処理時の動作の切り替えは、構成制御装置13
により制御されている。なお、通常時には、アナログ/
デジタル後処理回路12は、低域フィルタ8,9,10
及びインターフェイス11を介して電力検出器5,6,
7から供給された信号に基づいてIQ値を算出し、この
IQ値を示す信号を出力する。
正処理に使用されるRF信号は、局所発振器4が発生す
るLO信号のみに基づいて較正装置1が生成した信号で
ある。したがって、この具体例では、ベースバンド較正
信号を生成する専用の較正信号生成器及びベースバンド
較正信号を動作周波数にアップコンバートするアップコ
ンバータ等は不要である。
置を接続するためのインターフェイス11も示されてい
る。
2に示す。図2に示す具体例では、構成制御装置13に
代わって外部較正制御装置17が設けられ、この外部較
正制御装置17は、較正装置1及びスイッチ14を制御
する。さらに、この外部較正制御装置17は、較正係数
を格納するためのメモリ16に接続されている。また、
外部較正制御装置17は、インターフェイス11にも接
続されており、このインターフェイス11を介して低域
フィルタ8,9,10から出力される信号を受信して、
必要な較正係数を算出し、算出した較正係数をメモリ1
6に格納する。
3に示すようになる。較正装置1は、入力端子1bを備
え、この入力端子1bには、局所発振器4が発生したL
O信号が供給される。また、上述のとおり、較正装置1
は、制御入力端子1aを備え、この制御端子1aには、
構成制御装置13又は外部較正制御装置17からの制御
信号が供給される。さらに、較正装置1は、第1の出力
端子1c(RF出力端子)及び第2の出力端子1d(L
O出力端子)を備え、第1の出力端子1cは、Nポート
回路2の第1の入力端子2aに接続され、第2の出力端
子1dは、Nポート回路2の第2の入力端子2bに接続
されている。
例は、図4に示すようになる。局所発振器4が発生した
LO信号は、入力端子1bを介して電力分配器(power
splitter)21に供給される。電力分配器21は、ス
イッチ22を介して、LO信号を第1の分岐信号として
特別な処理を施さずに第2の出力端子1dに供給する。
また、電力分配器21は、LO信号を第2の分岐信号と
してスイッチ23に供給する。スイッチ23は、この較
正装置1の制御入力端子1aを介して入力される制御信
号により制御される。このスイッチ23の制御に応じ
て、第2の分岐信号は、同様に制御入力端子1aを介し
て入力される制御信号に制御されるスイッチ24(経路
a)、位相角φ1の移相を行う移相器25(経路b)、
位相角φ2の移相を行う移相器26(経路c)のうちの
いずれかに供給される。較正処理の実行期間中は、スイ
ッチ23及びスイッチ24が制御され、較正信号a、較
正信号b、較正信号c、すなわち、互いに相対的に移相
された異なる複数の較正信号が順次スイッチ24に供給
され、さらにこの較正信号は、スイッチ24から第1の
出力端子1cを介して出力される。
図である。この第2の構成例では、第1の構成例の経路
aの信号経路に減衰器27が追加されている。他の部分
については上述した第1の構成例と同様である。
図である。この第3の構成例では、第2の出力端子1d
に供給される分岐信号もスイッチ28により、選択的に
移相を行わずに(経路c)、あるいは位相角φ3の移相
を行う移相器112を介して(経路d)スイッチ30に
供給する。スイッチ30は、終端器31により接地され
ている。この第3の構成例における他の部分は、本質的
に第1及び第2の構成例と同様に機能し、この第3の構
成例では互いに相対的に移相された4種類の較正信号が
第1及び第2の出力端子1c及び1dから出力される。
も、様々な構成により本発明に基づく較正装置1を実現
できる。本発明を適用した較正装置1は、少なくとも1
つの移相器と、少なくとも1つのスイッチと、少なくと
も1つの電力分配器から構成される。
積化できる。また、Nポート回路2、電力検出器5,
6,7、及び較正装置1は、2チップや複数チップによ
り構成することができる。
づく較正処理は、オフラインでも実行できる。較正処理
において得られる較正係数は、メモリ16に格納され、
これら較正係数は、Nポート受信機のアナログ/デジタ
ル後処理回路12の通常動作時に使用される。温度差に
より生じるRFドリフトは、オフライン較正処理により
較正係数を更新することにより補償できる。
器21と、3つのスイッチ22,23,24と、少なく
とも2つの移相器25、26とを備える。電力分配器2
1は、第1及び第2の分岐信号を生成する。第2の分岐
信号はスイッチ23に供給される。このスイッチ23
は、3つの信号経路のうちの1つを選択し、これらの信
号経路のうちの1つには移相器を設けなくてもよく、残
りの2つの信号経路には、移相器25、26が設けられ
ている。較正装置1の第1及び第2の出力端子1c,1
dからの出力信号は、それぞれNポート回路2の第1及
び第2の入力端子2a,2bに供給される。
器21と、2つのスイッチ23,24と、少なくとも2
つの移相器25,26と、少なくとも1つの減衰器27
とを備える。電力分配器21は、局所発振器4から供給
されたLO信号を第1及び第2の分岐信号に分割する。
第2の分岐信号は、スイッチ23に供給される。スイッ
チ23は、3つの信号経路のうちの1つを選択し、これ
らの信号経路のうちの1つには減衰器27が設けられて
おり、残りの2つの信号経路には、移相器25、26が
設けられている。較正装置1の第1及び第2の出力端子
1c,1dからの出力信号は、それぞれNポート回路2
の第1及び第2の入力端子2a、2bに供給される。
器21と、4つのスイッチ23,24,28,30と、
2つの移相器25、29とを備える。電力分配器21
は、局所発振器4から供給されたLO信号を第1及び第
2の分岐信号に分割する。第2の分岐信号は、スイッチ
23に供給される。スイッチ23は、2つの信号経路の
うちの1つを選択し、2つの信号経路の一方には移相器
25が設けられている。他方の経路には、移相器を設け
なくてもよい。第1の分岐信号に対しても同様の配置が
設けられている。但し、第1の分岐信号に対する配置に
おいては、スイッチ30は、3つの状態を選択でき、第
1の分岐信号をそのまま第2の出力端子1dに供給す
る、又は移相器29により移相された第1の分岐信号を
第2の出力端子1dに供給する他に、入力されてくる第
1の分岐信号を完全に抑制することもできる。較正装置
1から出力される第1及び第2の出力信号は、それぞれ
Nポート回路2の第1及び第2の入力端子2a,2bに
供給される。
は、種々の技術により実現することができる。
示す図である。この構成例では、Nポート回路2は、5
ポート回路として実現されており、受動3ポート回路3
2と、高周波分離機能を有する能動分離回路33と、受
動4ポート回路34とを備える。受動3ポート回路32
は、電力検出器5に接続されており、電力検出器5は、
出力信号を低域フィルタ8を介してDCインターフェイ
ス11に供給する。受動4ポート回路34は、電力検出
器6,7に接続されており、電力検出器6,7は、出力
信号をそれぞれ低域フィルタ9,10を介して、DCイ
ンターフェイス11に供給する。
明する。
らの反射、Nポート回路の実現の手法の多様性のため
に、公差及び不完全性を補償するための包括的な較正処
理が望まれる。
処理を説明する前に、まず、包括的なセットアップ及び
較正処理について説明する。以下の数学的説明は、2つ
の入力端子と、3つの電力検出器に接続された3つの出
力端子とを備える5ポート回路に関するものである。5
ポート回路は、Nを3以上の整数とするNポート回路の
単なる例示に過ぎない。
よって決定され、3行4列の行列D及び以下のベクトル
Vの要素となるIQ値により表される。
定義される。ここで、sRFは、複素RF信号を表し、φ
は、入力されたRF信号と入力されたLO信号との間の
位相差を表す。電力ベクトルの第4の要素として仮定さ
れたLO信号の電力PLO 0を加え、行列Dの第4列を(0
1 0 0)とすることにより、上述の関係式は、ほぼ常に
可逆となる。続いて、IQ値は、以下のように再構築さ
れる。
既知の入力値の4つの独立した測定値に基づいて算出さ
れる。この処理、すなわち較正処理は、数学的には以下
のように表される。
番号を示している。
正処理を実現するためには、較正シーケンスを適切に選
択することが重要である。較正シーケンスは、式(2)
の左側の電力行列及び右側のIQ行列の状態数を少なく
するものである必要がある。IQ行列は、較正シーケン
スを決定するものであり、単純且つ強力な効果を奏する
ように設計する必要がある。
出される。
みによって再構築できる。
信号を分離する分離回路を有する5ポート回路を用いて
較正処理を説明する。この5ポート回路は、RF入力側
に能動又は非可逆の3ポート回路41を備えている。こ
の3ポート回路41は、分離機能を有し、また入力され
たRF信号を増幅する機能を備えている。さらに、図面
右側の部分では、2つの3ポート回路42,44が移相
器43を介して連結されている。移相器43の移相値
は、mπ/2(mは整数)以外に設定する必要があり、
好ましくは、π/4とする。
図である。この5ポート回路には、受動3ポート回路3
2、能動分離回路33、能動4ポート回路34が備えら
れている。ここで、受動3ポート回路32には、スター
接続した抵抗器を用いることができる。能動4ポート回
路34には、4つの3ポート回路51,52,53,5
4及び2つの位相器55,56が備えられている。3ポ
ート回路51,52,53,54も、抵抗器を用いて構
成することができる。そして、電力検出器5,6,7に
より、すべての出力ポートにおいて、信号電力が測定さ
れ、さらに低域フィルタ(LPF)により濾波される。
LO信号とRF信号との間の複素ベクトル比は、DSP
回路又は特別に設計されたアナログ回路において再構築
される。
説明する。上述した数学的モデルに基づいて、異なる複
数のシーケンスを用いることができる。なお、シーケン
スの選択は、以下の条件を満たす必要がある。すなわ
ち、シーケンスは、強力な較正処理の実行に適する行列
を導き出すものでなくてはならない。また、シーケンス
は、最小限のスイッチ、移相器、減衰器を用い、LO信
号に対する単純なRF処理で実現できる単純なものでな
くてはならない。
ンスを表1に示す。
能である。表1に示す例は、高い適合性を有し、且つ非
常に簡単に生成できる。
す単純な受動又は能動回路構成により生成できる。
は4つの異なる既知の複素信号が供給される。各信号の
組について電力レベルが測定され、測定された電力レベ
ルが記憶される。すべての信号が供給され、すべての電
力レベルが測定されると、式(2)に基づいて装置行列
Hが算出される。
である。 ・4つの異なる信号の組を供給する必要がある。 ・較正信号に対応する4つの実IQベクトル(4値)を
記憶する必要がある ・4つの実電力ベクトル(4値)を記憶する必要があ
る。 ・実4×4行列の逆行列を求める必要がある。 ・2つの4次ベクトルを1つの4×4行列に乗算する必
要がある。
に、耐用期間及び操作における様々な異なる段階で実行
することができる。
た高精度の較正装置を用いて較正処理を行う。算出され
たH行列はメモリに格納され、演算処理に使用される。
に較正装置を設ける必要がない。 ・較正処理はオフラインで実行されるため、最終的なシ
ステムは較正制御ロジックを必要としない。 ・H行列の要素はオフラインで算出されるため、内部の
デジタル信号プロセッサは、8個の要素のみを記憶すれ
ばよく、IQ値は、例えば4次ベクトルに対する2つの
点乗算により算出される。
作の途中で較正処理を行う。
動的に実行される。
度が比較的低い。 ・最終的な装置が較正論理回路を有する必要がある。 ・すべての演算処理を基板上で行う必要がある。したが
って、デジタル信号プロセッサの負担が大きい。
より、較正処理におけるばらつき、変動、雑音の影響を
著しく低減することができる。算出された電力及びIQ
行列を平均化することにより、誤差訂正の精度を著しく
向上させることができる。
な8つの要素が記憶される。各測定サイクルにおいて、
3つの電力が検出される。デジタル信号プロセッサ又は
アナログ回路において、局所発振信号の既知の電力を含
む電力値が2×4の訂正行列の要素に乗算される。これ
により、デジタル信号プロセッサの処理によりIQ値が
求められる。
により再計算される。
スがNポート受信機の入力端子に入力され、関連する8
つの較正係数のすべてが算出され、メモリに格納され、
誤差訂正に使用される。
スがNポート受信機の入力端子に複数回供給される。各
シーケンス毎に関連する8つの較正係数が算出される。
この処理を繰り返し行った後、すべての較正係数の平均
値が算出され、メモリに格納され、誤差訂正に使用され
る。
ーケンスがNポート受信機の入力端子に供給され、関連
する8つの実の較正係数が算出される。すべてのシーケ
ンスが供給された後、較正係数の平均値が算出され、メ
モリに格納され、誤差訂正に使用される。
いる。
較正シーケンスがNポート受信機の入力端子に供給さ
れ、IQ値及び測定された電力レベルがメモリに格納さ
れる。関連する8つの較正係数が電力行列の一般化逆行
列、最小自乗法、一般直交系方程式の解法等を用いて算
出される。
出された較正係数(I値に対応する4つの係数とQ値に
対応する4つの係数)を表2に示す。表2における
(1)(2)は、表1に示す較正シーケンスを用いたも
のであり、(3)は、悪条件下のIQ行列を用いたもの
であり、(4)は、理想的な(雑音の影響のない)較正
シーケンスを用いたものである。表2から判るように、
各条件の下で算出された係数間の偏差は非常に小さい。
これらの値を平均化することにより、最終的な値が得ら
れる。
精度な誤差訂正について説明する。
せるためには、例えば図1又は図7に示す電力検出器5
をLO入力端子から分離することが望ましい。この分離
の方法は様々であるが、例えば、非可逆回路又は能動素
子を用いて、あるいは受動(抵抗性)回路を緻密に設計
することにより実現できる。
よって検出された電力(P1)は、RF信号の電力に正
比例する。さらに、信号経路に存在する受動回路素子の
数は極めて少なく、発生する誤差及び公差は深刻なもの
とはならない。
対する極めて正確な電力測定が可能であり、これにより
IQ信号の精度を高めることができる。較正処理におい
ては、以下のような単純な演算により追加の要素HPが算
出される。
P1に基づいて、追加の値P'RF=P1/HPが算出される。新た
な要素P'RFは、式(1)に基づいて算出されたPRFより
正確な値であると推定でき、したがって、P'RFを用い
て、以下の式によりIQ値の精度を高めることができ
る。
覧を表3に示す。
よって確認する。
するシミュレーションを行った。すべての3ポート回路
は同等であると仮定した。各3ポート回路は、スター接
続された抵抗器として扱われ、各抵抗器はZを通常50
Ωの特性インピーダンスとし、それぞれZ/3Ωの抵抗
値を有するもとのした。また、各抵抗器は、Z/60Ω
の寄生リアクタンスを有している。分離機能を有する能
動回路は、10dBの利得を有し、入出力反射損失i11
=i12=−6dBであるマッチングされていない単純な
増幅器により実現される。雑音を有する16QAM信号
及び雑音を有さない16QAM信号に対する結果を得
た。このシミュレーションでは、20%の製造公差を仮
定した。また、処理における回路素子の偏差を1%とし
た。さらに、較正処理における局所発振器の偏差を10
%とした。このシミュレーションにおいて、すべての公
差を適用し、すべての較正信号は、それぞれ1%又は2
0%の公差を有するものとした。図10及び図11に結
果を示すシミュレーションでは、表1の較正信号(1)
を用い、3つの異なる条件を比較した。RF−QAM信
号は、無雑音であるとした。図10及び図11におい
て、記号●は、較正処理を行わない場合を表す。この場
合、シンボルは、正しく検出されない。また、+は、較
正を行った場合の結果を表す。この場合、雑音が大きく
低減され、シンボル検出の誤り率が大きく低下した。こ
のシミュレーションでは、処理中の素子の偏差を1%と
し、局所発振信号に対する雑音を10%とした。記号○
は、Nポート回路に分離機能を設けて精度を高めた場合
の結果を表す。この場合、シンボル検出の精度はさらに
向上した。第2の較正信号に対する結果を図12及び図
13に示す。図12及び図13から、第2の較正信号に
対しても同様の結果が得られることが判る。
が大きい環境に対する本発明の効果を試験するために、
素子偏差を10%として、最適な較正処理を行った。こ
のシミュレーションの結果を図14に示す。このような
環境は、Nポート回路の較正処理をオフラインで、例え
ば製造直後に実行した場合などに対応する。さらに、図
15に結果を示すシミュレーションでは、想定される最
悪の状況での雑音の影響を調べた。すなわち、素子の偏
差を10%とし、RF信号の信号対雑音比を20dBと
仮定した。図15から、本発明に基づく較正処理は、こ
のような最悪の状況に対しても有効であることが判る。
ト受信機の較正装置及び較正方法について説明した。
は、必要とされる追加的RF回路を最小限のものとし、
LO信号を活用することにより、簡素且つ有効な較正処
理が実現される。
と較正装置内の追加的な受動回路のみから生成できる点
にある。較正装置の出力信号は、Nポート受信機に供給
され、これにより本発明に基づく較正処理が実行され
る。したがって、本発明によれば、変調処理を必要とす
る別個のRF信号発生源等を設ける必要がない。
は、局所発振信号を用いて、変調されていない較正信号
を生成し、この較正信号をNポート受信機の第1及び/
又は第2の入力端子に供給し、較正信号の供給に対応す
る上記出力端子からの出力信号に応じて較正係数を算出
する。このように、本発明によれば、局所発振信号に基
づいて較正信号を生成して利用するため、RF信号源や
変調器を設ける必要がなく、単純な構成で、低コスト且
つ有効な較正処理が実現できる。
置は、局所発振信号を用いて、変調されていない較正信
号を生成する較正信号生成手段と、較正信号を上記Nポ
ート受信機の第1及び/又は第2の入力端子に供給する
較正信号供給手段と、較正信号の供給に対応する上記出
力端子からの出力信号に応じて較正係数を算出する較正
係数算出手段とを備える。本発明に係る較正装置は、局
所発振信号に基づいて較正信号を生成して利用するた
め、RF信号源や変調器を設ける必要がなく、単純な構
成で、低コスト且つ有効な較正処理が実現できる。
ポート回路の構成を示す図である。
ポート回路の構成を示す図である。
るNポート受信機の構成を示す図である。
る。
果を示す図である。
果を示す図である。
果を示す図である。
果を示す図である。
ョン結果を示す図である。
20dBの場合のシミュレーション結果を示す図であ
る。
る。
る。
信機の構成を示す図である。
信機の構成を示す図である。
局所発振器、5,6,7 電力検出器、12 アナログ
/デジタル後処理回路、13 構成制御装置、16 メ
モリ
Claims (25)
- 【請求項1】 検出される高周波信号が供給される第1
の入力端子と、局所発振器から局所発振信号が供給され
る第2の入力端子と、Nを2より大きい整数として、N
−2個の出力端子とを備えるNポート受信機の較正方法
において、 上記局所発振信号を用いて、変調されていない較正信号
を生成するステップと、 上記較正信号を上記Nポート受信機の第1及び/又は第
2の入力端子に供給するステップと、 上記較正信号の供給に対応する上記出力端子からの出力
信号に応じて較正係数を算出するステップとを有する較
正方法。 - 【請求項2】 上記較正信号を生成するステップは、 上記局所発振信号を第1及び第2の分岐信号に分配する
ステップと、 上記第1及び第2の分岐信号のうち少なくとも一方の分
岐信号を処理するステップとを有することを特徴とする
請求項1記載の較正方法。 - 【請求項3】 上記第1及び第2の分岐信号のうち少な
くとも一方の分岐信号を処理するステップは、 相互に相対的に移相された複数の高周波信号を生成する
ステップと、 上記相対的に移相された複数の高周波信号を上記第1及
び/又は第2の入力端子に順次供給するステップとを有
することを特徴とする請求項2記載の較正方法。 - 【請求項4】 上記較正係数を算出するステップは、 上記較正信号が異なる複数の位相状態を表し、該較正信
号が供給された上記Nポート受信機により生成された複
数の出力信号を順次サンプリングするステップと、 較正係数となる較正行列の要素を算出するステップとを
有することを特徴とする請求項1記載の較正方法。 - 【請求項5】 オフラインの状態で実行されることを特
徴とする請求項1記載の較正方法。 - 【請求項6】 上記Nポート受信機の製造後に1度実行
されることを特徴とする請求項5記載の較正方法。 - 【請求項7】 オンラインの状態で実行されることを特
徴とする請求項1記載の較正方法。 - 【請求項8】 上記算出された較正係数を記憶するステ
ップを有する請求項1記載の較正方法。 - 【請求項9】 上記較正信号は、少なくとも4つの異な
る複素状態を順次表すことを特徴とする請求項1記載の
較正方法。 - 【請求項10】 上記Nポート受信機の第1の入力端子
と第2の入力端子は分離されていることを特徴とする請
求項1記載の較正方法。 - 【請求項11】 上記較正信号は、上記局所発振信号を
受動回路に入力して生成されることを特徴とする請求項
1記載の較正方法。 - 【請求項12】 上記較正係数は、複数の較正サイクル
を平均化して算出されることを特徴とする請求項1記載
の較正方法。 - 【請求項13】 検出される高周波信号が供給される第
1の入力端子と、局所発振器から局所発振信号が供給さ
れる第2の入力端子と、Nを2より大きい整数として、
N−2個の出力端子とを備えるNポート受信機を較正す
る較正装置において、 上記局所発振信号を用いて、変調されていない較正信号
を生成する較正信号生成手段と、 上記較正信号を上記Nポート受信機の第1及び/又は第
2の入力端子に供給する較正信号供給手段と、 上記較正信号の供給に対応する上記出力端子からの出力
信号に応じて較正係数を算出する較正係数算出手段とを
備える較正装置。 - 【請求項14】 上記較正信号生成手段は、受動回路で
あることを特徴とする請求項13記載の較正装置。 - 【請求項15】 上記較正信号生成手段は、上記局所発
信機から供給される局所発振信号を第1及び第2の分岐
信号に分配する電力分配手段と、 上記第1及び第2の分岐信号のうち少なくとも一方を処
理する分岐信号処理手段とを備える請求項13記載の較
正装置。 - 【請求項16】 上記分岐信号処理手段は、複数の高周
波信号を相互に相対的に移相する移相手段と、 上記相対的に移相された複数の高周波信号を上記第1及
び/又は第2の入力端子に順次供給する移相信号供給手
段とを備えることを特徴とする請求項15記載の較正装
置。 - 【請求項17】 上記較正係数算出手段は、 上記較正信号が異なる複数の位相状態を表し、該較正信
号が供給された上記Nポート受信機により生成された複
数の出力信号を順次サンプリングするサンプリング手段
と、 較正係数となる較正行列の要素を算出する較正行列要素
算出手段とを備えることを特徴とする請求項13記載の
較正装置。 - 【請求項18】 上記算出された較正係数を記憶する記
憶手段を備える請求項13記載の較正装置。 - 【請求項19】 上記較正信号は、少なくとも4つの異
なる複素状態を順次表すことを特徴とする請求項13記
載の較正装置。 - 【請求項20】 上記Nポート受信機の第1の入力端子
と第2とを分離する能動分離回路を備える請求項13記
載の較正装置。 - 【請求項21】 変調高周波信号を受信する受信機にお
いて、 検出される高周波信号が供給される第1の入力端子と、
局所発振器から局所発振信号が供給される第2の入力端
子と、Nを2より大きい整数として、N−2個の出力端
子とを備えるNポート受信機を較正する較正装置であっ
て、 上記局所発振信号を用いて、変調されていない較正信号
を生成する較正信号生成手段と、 上記較正信号を上記Nポート受信機の第1及び/又は第
2の入力端子に供給する較正信号供給手段と、 上記較正信号の供給に対応する上記出力端子からの出力
信号に応じて較正係数を算出する較正係数算出手段とを
備える較正装置を有することを特徴とする受信機。 - 【請求項22】 上記較正信号生成手段は、受動回路で
あることを特徴とする請求項21記載の受信機。 - 【請求項23】 上記較正信号生成手段は、上記局所発
信機から供給される局所発振信号を第1及び第2の分岐
信号に分配する電力分配手段と、 上記第1及び第2の分岐信号のうち少なくとも一方を処
理する分岐信号処理手段とを備える請求項21記載の受
信機。 - 【請求項24】 上記分岐信号処理手段は、複数の高周
波信号を相互に相対的に移相する移相手段と、 上記相対的に移相された複数の高周波信号を上記第1及
び/又は第2の入力端子に順次供給する移相信号供給手
段とを備えることを特徴とする請求項21記載の受信
機。 - 【請求項25】 上記較正装置を含む回路部分が1つの
チップ上に集積化されていることを特徴とする請求項2
1記載の受信機。
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
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