JP2002502148A - 構成部品による歪を補償するためのパルス成形方法 - Google Patents
構成部品による歪を補償するためのパルス成形方法Info
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Abstract
Description
および上記先行歪を発生する方法に関する。 より詳細に説明すると、本発明は、送信機の構成部品による歪の補償に関する
。
になる。二つの主要な要因、すなわち、ランプアップとランプダウンおよび構成
部品の許容誤差がこの歪に影響を与える。上記の歪は、一つだけでは、送信信号
に有意な影響を与えないかもしれないが、このような信号が重畳すると許容でき
ない歪を生じる恐れがある。何故なら、そのような重畳は、関連通信規格が規定
する限度を越えているからである。例えば、上記のような歪は、周波数領域内の
信号を規格が定める帯域幅の外側へはみ出させる恐れがある。
、各装置を測定し、必要な要件に適合しない装置の変質した不良構成部品を見つ
けだす方法である。もう気が付いたと思うが、この方法だと、製造コストが高く
なり、その結果、所与の時間内の生産性が低下する。第二の方法は、例えば、補
償しなければならない構成部品の出力からのフィードバックに基づいて、能動的
な先行歪を与える方法である。しかし、この方法の場合には、送信機の構造が複
雑になり、電力消費が増大する。第三の方法は、ある構成部品による歪を補償す
るために、場合によって、フィルタを使用する方法である。しかし、この方法は
、(例えば、非線形電力アンプのような)非線形装置のように、ある周波数範囲
で歪が変化する場合には使用できない。
ら選択が行われる。各変調スキームは、それ自身の特有の利点と欠点を持つ。例
えば、(GSMで使用される)GMSKは、スペクトルについては非効率的であ
るが、電力については効率的である。一方、(CDMAシステムで使用される)
QPSKは、スペクトルについては効率的であるが、電力については非効率であ
る。通信装置の送信機の構成部品による歪は、これらスキームの利点を実際に低
下させる場合がある。例えば、GMSKは、GMSKが一定の振幅を供給し、電
力効率がよいために、GSMで使用するために選択される。しかし、実際には、
GSM送信機の構成部品による信号歪は、振幅包絡線を変動させ、そのため、電
力効率が変動し、その結果、GMSKを選択したことによる利点が、ある程度犠
牲になる。
送信用のデータ・ストリームに働きかけるパルス関数の周波数と振幅との間の関
係を定義するための方法を提供する。上記方法は、 無線通信システム要件および補償対象の歪に基づいて、必要なコスト・パラメ
ータを定義するステップと、 必要なコスト・パラメータおよび歪に基づいて、周波数範囲内のパルス関数の
振幅を定義するステップとを含む。
広い範囲から選択することができる。例えば、設計者は、もっと効率的な電力ア
ンプを使用することができる。何故なら、この方法の場合には、効率の任意の変
動を補償するために、先行歪を与えることができるからである。また、この同じ
歪を各送信機の設計に使用することができ、そうすることにより、製造中に個々
の装置を試験したり、修正したりする必要がなくなる。さらに、送信機で定義さ
れたパルス関数を実行すると、もう先行歪補償を行う必要がなくなる。すなわち
、能動的先行歪を与える必要がなくなる。この方法は、単一ステップの静的先行
歪を供給する。
部品自身が非直線性であるために起こる場合がある。この場合には、補償を最大
の歪が発生する特定の周波数に集中することができる。電力アンプに対して、集
中的に補償を行うことができる。そうすることによって、もっと効率的なアンプ
を使用することができ、それにより、通信装置の電力消費を低減することができ
る。本発明の方法により、このようなことが可能になったのは、補償のために非
直線性による歪による影響を受けないで、その非直線性領域内で電力アンプを動
作させることができるからである。
に適しているパルス関数を決定する際に、非直線性歪が起こる場合がある。この
ことは、異なる構成部品を使用する装置で同じパルス関数を使用することができ
るから有利である。例えば、生産ラインに載せる前に、装置の各タイプを確認す
る必要がなくなる。 非直線性歪を補償するための適当なパルス関数は、(数値的にではなく)記号
的に歪関数を最小にすることにより、容易に決定することができる。その後で、
特定の送信機に対する所与の周波数に対する実際の振幅数値を決定するために、
記号の代わりに数値を使用することができる。
この方法を使用すれば、二つの構成部品による歪を補償するための歪のレベルを
決定する際の数学的な複雑さをもっと簡単にすることができる。好適な実施形態
の場合には、無線通信システムはGSMであり、第一の構成部品は再構成フィル
タであり、第二の構成部品は非線形電力アンプである。この場合、まず第一に、
再構成フィルタを補償するために必要なパルス関数が決定され、その後で、結果
として再構成フィルタ補償パルス関数となる、第二のパルス関数が電力アンプを
補償する。
システム要件に基づいて定義することができる。TDMAシステムの一つのタイ
プとしてはGSMがあり、パルス関数は、従来の方法により成形されたガウス・
パルスを送信することができるように本発明の方法に従ってパルス関数を定義す
ることができる。別の方法としては、パルス関数を、他のコスト関数を考慮に入
れるように定義することができる。 同様に、CDMAの場合には、パルス関数を、平方根二乗余弦波形のパルスを
送信することができるように従来の方法で定義することができる。または、別の
方法としては、パルス関数を、他のコスト・パラメータを考慮に入れるように定
義することもできる。
ネレータが発生する。 また、本発明を他の観点から見た場合、定義したパルス関数に従って、データ
・ストリームを成形するための手段を備える変調器が設置されている。 都合のよいことに、データ・ストリームを成形するための手段は、参照用テー
ブルを含む。 また、本発明を他の観点から見た場合、本発明は、上記変調器および復調器を
備える通信用のトランシーバ、上記トランシーバを備える通信装置を提供する。 さらに、他の観点から見た場合、本発明は、あるチャネルが、周波数とタイム
スロットとの組合せであるTDMA無線通信システムにおいて、第一のモードで
動作することができ、またCDMA無線通信システムにおいて、第二のモードで
動作することができ、第一および第二の動作モードで、所定の変調スキームに従
って、データ・ストリームをキャリヤ信号で変調するための変調器と、無線電話
の動作モードおよび送信機の構成部品による歪に応じて、各パルス関数に従って
データ・ストリームを成形するためのパルス関数ゼネレータとを備えるデュアル
・モード通信装置を提供する。
合には、第一のモードで動作することができ、第二の組のコスト・パラメータが
必要な場合には、第二のモードで動作することができるデュアル・モード通信装
置を提供する。上記無線電話は、 第一の組の必要なコスト・パラメータに基づいて、成形したパルス関数に従っ
て、データ・ストリームを変換するための第一のパルス関数ゼネレータと、 第二の組の必要なコスト・パラメータに基づいて、成形したパルス関数に従っ
て、データ・ストリームを変換するための第二のパルス関数ゼネレータと、 無線電話の動作モードに従って、パルス関数ゼネレータを選択するための手段
とを備える。 この場合、少なくとも一つのパルス関数は、上記方法の中のどれかで定義され
る関係に従って成形される。 この通信装置は、第一のモードの場合には、第一のデータ速度で、第二のモー
ドの場合には、第二のデータ速度で動作することができる。好適には、第一のデ
ータ速度は、音声用途をサポートし、第二のデータ速度は、データ用途をサポー
トすることが好ましい。
要な場合には、第一のモードで動作することができ、第二の組のコスト・パラメ
ータが必要な場合には、第二のモードで動作することができるデュアル・モード
通信装置を提供する。上記無線電話は、 第一および第二の動作モードで、所定の変調スキームに従って、データ・スト
リームをキャリヤ信号で変調するための変調器と、 第一の組の必要なコスト・パラメータ、および送信機び構成部品による歪に基
づいて、成形したパルス関数に従って、データ・ストリームを成形するための第
一のパルス関数ゼネレータと、 第二の組の必要なコスト・パラメータ、および送信機び構成部品による歪に基
づいて成形したパルス関数に従って、データ・ストリームを成形するための第二
のパルス関数ゼネレータと、 無線電話の動作モードに従って、パルス関数ゼネレータを選択するための手段
とを備える。
ム用の変調スキームを選択するための方法を提供する。上記方法は、 上記方法のいずれかに従って、第一の変調スキーム用のパルス関数を定義する
ステップと、 必要な同じコスト・パラメータ用の第二の変調スキーム用のパルス関数を定義
するステップと、 各スキーム用の合成コスト・パラメータを決定するステップと、 優れた合成コスト・パラメータを所与の必要な形に成形する変調スキームを選
択するステップとを含む。
用するパルス関数は所定の数学的関係を持つ。 例えば、 平方根二乗余弦
変調を使用するPDCおよびNADCシステムの場合には、
ルに対するたった一つのパラメータだけが可変である。ガウス・パルスの場合に
は、可変パラメータは、振幅を犠牲にして帯域幅を変化させることができる、パ
ルスの広がりを変化する「シグマ」である。平方根二乗余弦の場合には、可変パ
ラメータは、余弦の尾部が始まる周波数を変化させる「α」である。このことは
、帯域幅に影響を与え、そのため電力効率にも影響を与える。コスト・パラメー
タ間の関係は、ハッキリと定義され、一方が改善すると、定められた方法で他方
が低下する。すなわち、帯域幅が変化すれば、電力効率が必ず低下する。
ができる折り合いに対する制限が厳しいので、各変調スキームに対して最も適当
なパルス波形は非常にハッキリしている。今まで、システムの設計者は、その強
い部分と弱い部分とに基づいて、変調スキームを決定し、選択した変調スキーム
(すなわち、GMSKに対するガウス波形、およびQPSKに対する平方根二乗
余弦波形)だけに基づいて、適当なパルス波形を選択してきた。システム設計者
は、使用する変調スキームを決定する際には、理想的なパルス波形の歪を考慮に
入れていない。数学的関数の一つの変数は、コスト・パラメータの間の定義した
関係における、受け入れることができるバランスを供給するように設定される。
スの波形は、一つまたはそれ以上の送信機の構成部品による歪を補償するように
定義される。歪を補償する新しいパルス波形は自由に選択することができるので
、送信機は、ガウシアンまたはルートレイズドコサイン(平方根=剰余法)のよ
うな、選択した変調スキーム用に、適当な(潜在的に理想的な)波形の信号を送
信することができる。 好適な実施形態の場合には、補償を行い、さらに、多くのコスト・パラメータ
を相互にバランスさせることができる、パルス波形を選択することができる。何
故なら、二つのパラメータ間の折り合いの関係は、そのように制限するようには
定義されないからである。そのため、多くの興味にある可能性がでてくるが、そ
れについては以下に概略説明する。
必要はない。この特定のパルス波形は、電力効率の点では性能を最適化するが、
スペクトル効率の点では最適にはならない。周波数領域内においてガウシアン波
形からズレると、BER、電力効率および帯域幅の間のバランスが変化する。Q
PSK変調の際にルートレイズドコサイン・パルス波形からズレた場合にも、同
じことがいえる。
ルスのパラメータだけが修正された場合、現在の折り合いに左右されるのではな
く、コスト関数間(例えば、BER、帯域幅、電力効率、AFC)で、必要なバ
ランスをとるために、MSKシステムおよびQPSKシステムの両方のシステム
のパルスを成形することができる。コスト関数は、正の関数であり、システムが
動作するとさらに小さくなり、よくなる関数である。
り、電力効率を受け入れるレベルに維持したまま、GSMシステムのスペクトル
効率を向上させることができることが分かった。そのため、現在のGSMシステ
ムを、現在のチャネルを分割することにより、現在の周波数帯域を使用して、デ
ータ速度を増大するように改善することができる。
先行歪を与えるために、ある変調スキームのパルス波形を使用することができる
ことを示唆している。このことは多くの方法で使用することができる。現在、従
来のパルス波形を使用して達成できる性能よりも、優れた性能を入手するために
、新しいパルス波形を使用して、現在の変調スキームを見直すことができる。特
定の変調スキーム間、および、例えば、MSK−スペクトルの非効率のような、
現在の問題間の強いつながりを取り除くことにより、QPSK−電力の非効率、
特定のシステム用の変調スキームを異なる基準により選択することができる。
適当なパルス波形により、MSK変調スキームを使用してCDMAを実行するこ
とにより、一つの変調器を使用して、デュアル・モードGSM CDMA端末を
構成することができる。コスト関数(必要なパラメータ)も変化することができ
るように、各システムのパルス波形も、相互に異なっている場合がある。
現在のGSMシステムの重大な問題は、データの使用者の数が増大すると、利用
できるチャネルのますます多くの部分がこれらユーザにより占有されてしまうと
いう問題である。何故なら、データ送信速度が、予想にマッチさせなければなら
ない場合には、データを送信するのに一つ以上のチャネルが必要になるからであ
る。データ速度要件が満たされた場合には、データ・ユーザの占める割合が増大
するので、システムの容量が減少する。GSMが動作を停止しないで、引続き、
音声ユーザおよびデータ・ユーザの両方をサポートしなければならない場合には
、稼働できるチャネルの数を増大しなければならない。 稼働できるチャネルの数の上記増大は、関連コスト関数、すなわち、帯域幅ま
たはビット誤り率を低減するために、MSK変調スキームのパルス波形を修正す
ることにより達成することができる。
のフレームを一つのタイムスロットにより送信できるように、一つのチャネルを
時間的に分割することができる。別の方法としては、現在の(もっと広い)周波
数帯により、一つ以上の周波数帯を送信することができるようにするために、チ
ャネルの周波数を分割することができる。その後で、データ・ユーザは、システ
ムの容量を低減させないで、システムにより割り当てられた一つのチャネルの、
「サブチャネル」を使用することにより、より速い速度でデータを送信すること
ができる。サブチャネルを使用しないで、データ速度を増大できる唯一の方法は
、データを送信するために一つ以上のチャネルを使用する方法である。使用する
チャネルが一本増加する度に、音声送信およびデータ送信の両方が使用すること
ができるチャネルの数はそれに応じて少なくなる。
けで、二つのタイプのユーザ、速いデータ速度および遅いデータ速度が、同じシ
ステム内に共存することができる。その内部で半速のチャネル(この場合、一つ
置きのフレームの一つのフレームだけが、一つのサブチャネル専用になる)が、
遅いデータ速度を使用するユーザのために使用される、提案の半速GSMを使用
することができる。従って、この装置を使用すれば、GSMを速いデータ速度の
システムとして有用なものに改善し、その実用的な寿命を延ばすことができる。
GSMにおいては、8のタイムスロットと175の周波数帯が使用されている。
各チャネルを二つに分割することにより、現在のチャネル上に、二倍までのユー
ザを収容することができる。このことは、システムの将来のデータ・ユーザの容
量に有意な影響を与える。
り、QPSK変調スキームのコスト関数を最適化することができる。そうするこ
とにより、電力効率を増大することができ、その場合、恐らく、BERが幾分増
大し、スペクトル効率が幾分低下するものと思われる。従来のルートレイズドコ
サイン・パルス、およびガウシアンパルスによる束縛を受けないで、パルス波形
を自由に選択することができるので、これらの変調スキームのいづれかのコスト
関数を必要なパラメータに適合するように最適化することができる。そうするこ
とにより、最適化計算の際の一組の加重コストと見なされる必要なパラメータを
持つ、第三世代のシステム、または改善した第一世代のシステムの設計をますま
す自由に行うことができる。 実験により、任意の変調スキームの最適化を試験的に行うことができ、所定の
コスト関数に対する「最善の」最適化を決定するために、結果を検討することが
できる。
に例示としてのものに過ぎない。 図1は、GSM送信機である。従来のGSMは、図3に示すフレーム構造を持
つ。送信対象のビット・シーケンス101aは、送信機のフレーム・ビルダ10
2aに入力される。上記送信機は、ビットをTDMAフレーム内の一つのタイム
スロットの一つのバーストの適当な部分に挿入する。その後で、ビット・ストリ
ームは、変調器104aに送られる。従来は、この変調器としては、GMSK変
調器が使用され、そのため、信号は、ガウシアン・フィルタを通して入力される
。クロック・ゼネレータまたはキャリヤ・ゼネレータ105aは、キャリヤ信号
を供給する。変調された信号は、デジタル−アナログ変換器107aに入力され
る。その後で、このアナログ信号は、再構成フィルタ108aにより再構成され
る。このフィルタは、通常、スペクトル成形のある部分を行うためのスイッチ・
キャパシタ・フィルタ、および主として残りの成形を行うためのRCフィルタの
ような、アナログ・フィルタを備える。最後に、信号は、電力アンプ109aに
より増幅され、アンテナ110aを通して送信される。
は、物理的な専用のデータ・チャネル(DPDCH)、および物理的な専用制御
チャネル(DPCCH)からなるフレームを備える。送信対象のビット・シーケ
ンス101bは、送信機のフレーム・ビルダ102bに入力され、上記送信機は
、上記ビットをフレームの適当な部分(すなわち、DPDCH)に入力する。 その後で、上記ビット・ストリームは、ゴールド・コード・エンコーダにより
、スペクトルを横切って拡張する。このゴールド・コード・エンコーダ103b
は、下記のように動作する。
を含むシーケンスである。
MNチップ出力でキャリヤを変調する。上記キャリヤは、クロック・ゼネレータ
またはキャリヤ・ゼネレータ105bの出力である。変調器104bは、1S9
5のようなCDMAシステムで、通常、使用されるような、QPSK変調器であ
り、ルートレイズドコサイン・パルス関数を持つ信号を出力する。変調器104
bの出力は、デジタル−アナログ変換器107bに入力される。その後で、アナ
ログ信号は、再構成フィルタ108bにより再構成される。再構成フィルタは、
通常、スペクトル成形のある部分を行うための、スイッチ・コンデンサ・フィル
タ、および主として残りの成形を行うためにRCフィルタ・ネットワークのよう
な、アナログ・フィルタを備える。信号が再構成されると、その信号は、電力ア
ンプ109bに入力され、上記電力アンプは、アンテナ110bにより送信する
ために上記信号を増幅する。
機の構成部品による歪のために、理想的なガウシアン形/ルートレイズドコサイ
ン形ではない。このような歪に対する補償は、発明の背景のところで概略説明し
たような方法で行われる。しかし、すでに説明したように、これらの解決方法は
、それ自身欠点を持っている。本発明は、先行歪を使用する新しい方法を提供す
る。この方法の場合には、変調器が、一つまたはそれ以上の送信機の、構成部品
による歪を補償するために成形したパルスにより、情報信号を変調する。このこ
とについては、図4および図5を参照しながら、以下にさらに詳細に説明する。
は、図1の従来のGSM送信機の構成部品に対応する。ビット・シーケンス20
1、フレーム・ビルダ202、変調器204およびデジタル−アナログ変換器2
07、再構成フィルタ208、電力アンプ209およびアンテナ210は、それ
ぞれ、これら構成部品に相当する101a、102a、104a、107a−1
10aに対応する。主な違いは、変調器にキャリヤを供給するための手段である
。周波数領域内で、ガウシアン信号を供給する、従来の送信機のキャリヤ・ゼネ
レータ105aの代わりに、構成部品による歪を補償するために、クロック20
5、およびパルス関数を適応できるように成形するためのデータを含む参照用テ
ーブル206が使用されている。
との主な違いは、変調器にキャリヤを供給するための手段である。この場合、周
波数領域内でルートレイズドコサイン信号を供給する、従来のCDMA送信機の
キャリヤ・ゼネレータ105bの代わりに、クロック305、および構成部品に
よる歪を補償するために、クロック305、およびパルス関数を適応できるよう
に成形するためのデータを含む、参照用テーブル306が使用されている。 参照用テーブルは、無線通信システムの要件に適合する周波数の範囲内に、パ
ルス関数の振幅を定義するデータを含み、構成部品による歪を補償する。 参照用テーブルに対する数値は、各タイプのデバイスに対して一回計算するだ
けでよい。
ロック図である。F(t)は、補償対象の構成部品(例えば、再構成フィルタ)
の関数を示す記号である。C(t)は、(例えば、GSMのガウシアン・パルス
、またはCDMAのルートレイズドコサイン・パルスのような)出力対象の必要
なパルスを示す記号である。C’(t)は、構成部品による歪を補償するために
必要なパルスを示す記号である。
コスト関数は最小になる。その後で、特定のタイプの送信機のC’(t)の実際
の数値を決定するために、記号に数値を代入することができる。
る項を示すブロック図である。FA/D(t)は、補償対象のアナログ−デジタル 変換器・フィルタの関数を示す記号である。FREF(t)は、補償対象の再構成 フィルタの関数を示す記号である。C(t)は、(例えば、GSMのガウシアン
・パルス、またはCDMAのルートレイズドコサイン・パルスのような)出力対
象の必要なパルスを示す記号である。C’(t)は、構成部品による歪を補償す
るために必要なパルスを示す記号である。
とができる。すなわち、歪コスト関数は最小になる。その後で、特定の送信機の
参照用テーブルに記憶される、C’(t)の実際の数値を決定するために、記号
に数値を代入することができる。構成部品は、合成部材として処理することもで
きるし、または個々に補償することもできる。後者の技術は、例えば、式を解く
場合に、数学的な複雑さを簡単なものにするために役に立つし、図8に示すよう
に、図4のGSM送信機に関連して例として示す。この場合、電力アンプ409
および再構成フィルタの先行歪が必要になる。電力アンプは、図8に示すように
、変調器404およびアンテナ410の間の経路から、参照用テーブル406と
、変調器404のキャリヤ入力との間に位置にすでに移動したものとして処理さ
れる。最初に、再構成フィルタ408による誤差を補償するための先行歪が、上
記式(1)を解くことにより決定される。この場合、F(t)は、再構成フィル
タ408の関数である。その後で、結果として得られるパルスC’(t)は、点
Bのところの想像上の電力アンプ409aからの必要な出力パルスとして使用さ
れ、電力アンプによる誤差を補償するための先行歪は、上記式1を解くことによ
り決定される。(この場合、F(t)=電力アンプの関数であり、C(t)=C
”(t)およびC’(t)=C”(t)である。)すなわち、歪関数は最小にな
り、結果として得られるパルスの数値は、点Aのところで適用するために、参照
用テーブル406に記憶される。
を供給するコスト関数が決定される。このことは、直線性装置および非線形性装
置の両方に適用することができ、種々の構成部品に対して一つの参照用テーブル
を使用することができる。それ故、製造中に個々の装置を測定する必要がなくな
る。例えば、コスト関数は下記式により表わされる。
関数を最小にし、それにより許容値(例えば、+5%+0−5%)の範囲内の歪
を補償するパルス波形を供給する、コスト関数に対する数値が決定される。 その中で電力アンプの非直線性の歪が補償される図9を参照しながら、本発明
の好適な実施形態について説明する。図9(a)は、理想的な直線性アンプ53
に対する通常の電力アンプの特性を示す。振幅が小さい場合には、線52の一部
で示すように、電力アンプは直線性を示し、そのため、振幅と出力電力との間の
関係は直線的である。理想的には、この直線的な関係は、線53で示すように、
もっと大きな振幅においても維持されることが好ましい。しかし、実際には、電
力アンプは、曲線部分51で示すように、もっと大きな振幅のところに非直線領
域を持つ。変動は、主として不正確な数値の構成部品を使用した場合に起こり、
バーストのランプアップおよびランプダウン中に発生する。この非直線領域内で
電力アンプを動作させれば、電力効率はもっとよくなる。しかし、そうすると、
信号の振幅が一定でなくなり、そのため、GSMのようなシステムは、従来から
もっと効率は低いが、もっと直線性の優れている直線領域内で電力アンプを使用
せざるを得なかった。しかし、この実施形態の場合には、電力効率がもっと高い
、非直線領域内で電力アンプを動作させる道を選んでいる。この電力アンプの非
直線性は約5%であり、先行歪は下記のように決定され、そのため、効率の非直
性を補償するために、図4の参照用テーブル206に入力することができる。
いて、下記式が成立するような関数、htが存在すると仮定しよう。 Hf+α(Hf.Hf)=Sf この式は、任意の標準的な方法で解くことができる。
ルとの比較である。曲線54は、非線形アンプのスペクトルの効果を示す。この
場合、振幅変調−周波数変調歪は、α2/α1=0.05である場合に、α0+α1 x+α2x2で表わされる。 図9(c)は、例えば、図6〜8を参照しながら説明したように、従来の最適
化手順を使用する非線形性を補償するためにパルスを使用した結果を示す。図を
見れば分かるように、予め歪を与えた(補償した)電力アンプのスペクトルは、
補償していない電力アンプのスペクトルより狭い。実際、ランプアップおよびラ
ンプダウン中、振幅の変動が最も激しい領域、すなわち、200kHz付近、も
っと厳密にいえば、400kHz付近では、補償が過度に行われている。
再構成フィルタによる歪を含むスペクトルであり(この構成部品は、送信機の構
成部品による全体の歪のかなりの部分を占める可能性が高い)、GSMマスク5
7も示す。実際には、送信機の他の構成部品による歪により、補償していない非
線形アンプのスペクトルが、GSMマスク57の外側へシフトし、そのため、G
SMシステムで送信機が使用できなくなる。しかし、この実施形態の電力アンプ
補償は、送信機の構成部品による全歪が、決して発生しないようにするのに十分
な量の補償である。何故なら、(すでに再構成フィルタによる歪を含んでいる)
スペクトル56とマスク57との間に、ハッキリとした余裕があるからである。
他の実施形態の場合には、必要な場合には、多数の送信機の構成部品に対して、
別の方法で補償を行うことができる。この補償は、電力アンプの補償と同時に、
その前にまたはその後で行うことができる。
を目的として、ガウシアン・パルスおよびルートレイズドコサイン・パルスだけ
を考察してきた。ローレントは、AMパルス(C0、C1…等)を重畳することに
より、ガウシアン・パルスを近似することができることを示唆している。これら
のパルスは、コサインとサインの関数である、パルスの固定グループである。本
発明の好適な実施形態の場合には、以下に概略説明するように、全然異なるアプ
ローチを使用してきた。
ントの理論を実行した。しかし、固定関数構成部品に基づいて、現在のガウシア
ンパルスを近似するのにこの理論を使用する代わりに、ローレントの重畳拡張を
、特定の通信システムが必要とする基準に適合するパルス波形を確認する基準と
して使用し、送信機一つまたはそれ以上の構成部品による歪を補償する。このこ
とは下記のように行うことができる。
構成部品を表わす、一つまたはそれ以上の関数を使用する。(例えば、非直線性
、BER、帯域幅、振幅、AFCのような、構成部品による歪のような)コスト
関数に注目する。すなわち、特定のシステムが必要とする数値からの誤差、およ
び補償対象の先行歪の量について考察する。結果を調整するために、コスト関数
の加重を変えることができる。その後で、各関数に対する数値が、例えば、最適
化装置により決定される。上記最適化装置は、これらコスト関数を最小にし、そ
れにより、特定のシステムの要件に適合するパルス波形を供給する。
波数スペクトルを入手するために必要なステップは、下記の通りである。 1.再構成フィルタの許容誤差およびアナログ−デジタル仕様を補償するため
の二つのローレント・パルス、C0およびC1に先行歪を与えるステップ。 2.未知の数値として、理想的なスペクトルにできるだけ近いものを入手する
ために必要な、補償したパルスの数値を表示するステップ。 3.電力アンプが二次の非直線性、すなわち、α1x+α2x2を持つと見なさ れた場合に、電力アンプの関数を決定するステップ。 4.上記未知の数値を決定するために、最適化ルーチンを実行するステップ。 5.参照用テーブルに入力する目的で、数値を決定するために、結果として得
られる式に数値を代入するステップ。 これについては、付録1のシミュレーションで、さらに詳しく説明する。
の歪んだローレントパルスC0を示し、図10(b)は、第二の歪んだローレン
トパルスC1を示す。図10(c)は、5%の非直線性を持つ、補償していない
電力アンプのスペクトルを示し、図10(d)は、出力信号の必要な理想的なス
ペクトル(すなわち、理想的な直線電力アンプのそれを)示す。図10(e)は
、上記プロセスにより決定した未知の数値により補償した電力アンプのスペクト
ルであり、図10(f)は、比較のために、図10(c)−(e)に示す三つの
スペクトルを一緒に示す。
一つまたはそれ以上の関数により置換えを、先行歪を与えるための適当なパルス
波形の決定を越えて拡張することができる。好適な実施形態の場合には、先行歪
を与える以外に、(例えば、CDMAに対するGSMまたはルートレイズドコサ
イン用のガウシアン・パルスを試用して入手するものより優れている)無線通信
システムで従来の成形されたパルスを試用して入手するよりも、改善されたコス
ト関数を供給する適当なパルス波形が決定される。パルス成形は、一つの最適化
ステップまたは連続ステップにより、決定することができる。最初に、歪誤差以
外のコスト関数の要件に適合する第一のパルス波形を、例えば、以下に説明する
ように決定することができ、その後で、構成部品による歪を考慮に入れて、最初
のパルス波形になる、パルス波形を決定することができる。
ことにより、一つの関数を使用する場合と比較すると、もっと最適なパルス成形
を行うことができるからであり、この点に関して、適当なパルス波形を決定する
ための方法を下記のように実行することができる。
なる。
には、ゼロではなく、最大長さは8である。
[1]を使用することにする。それ故、M=2である。M=2に対して式(2)
を展開して、関数、Akにビット・ストリーム、∝1,∝2...を代入すると、 下記式が得られる。
の各項は、(パルス関数た実数であると仮定した場合に)、実数または虚数とし
て識別することができる。 例えば、上記式の第一の項を取り上げると、下記のようになる。
る。決定しなければならないことは、時間、Nにどんな∝が送信されたかという
ことである。(理想的なシステムの場合には、これは、ベースバンドのところで
受信したシステムである。) (例えば、簡単な受信機の場合には)、式(3)により、ビット、∝N-4は、 それ自身の上のように、時間(N+4)Tに送信されと推理することができる。
それは虚数であり、干渉する(すなわち、他の虚数の)パルスを考慮に入れなけ
ればならない。この式の実数の項は、パルスの干渉項および絶対値の両方に対し
て、完全に無視することができる。 干渉は最小にしなければならない。例えば、BER性能は、すべての他の項の
絶対値と比較した場合に、時間、(N+4)Tのところでの項、Pulse[0
]を大きくすることにより改善することができる。
。時間ΔTの時の干渉項の絶対値も、未知のパルスの項で計算することができる
。この計算は、∝Nから∝7に対する1、−1の可能な各組合せに対して(すなわ
ち、すべての28=256の可能性)に対して行われる。各可能な組合せに対し て、干渉項および絶対値の両方に対する式が入手される。 この実施形態の場合には、上記パルスは、電力、BER、AFCおよび帯域幅
に関するある基準に適合するために必要である。それ故、これらに対する誤差関
数が決定される。
る。
より変更することができる。 上記各数値を考慮に入れて、ΔTに対する振幅およびBERコストが計算され
る。それぞれに対する全コストは、可能なシーケンスについて入手した全部で8
の式に追加される。
きる。 {絶対値2−12}2 (ii)BER誤差関数 この関数を計算するには、ノイズの量を決定しなければならない。このノイズ
の量は、下記式により求められる。 {干渉領域の絶対値}2 (iii)エネルギー誤差関数 必要なエネルギー−サンプル点の平方の合計 (iv)帯域幅誤差関数 パルスの帯域幅を推定するために、(この段階においてはまだ未知である)パ
ルス関数の導関数が必要である。この導関数は、二つの隣接するパルス値の間の
差として近似することができる。パルスの帯域幅は、下記式により求められる。 合計{サンプル点における導関数}2
わされる。 X0,i(i=0,1,2...71) および X1,i(i=0,1,2...55) 従って、Pulse[0]の大凡の帯域幅は、下記式により表わされる。 Pulse[0]:Sum(X0,i+1−X0,i)2/(T/8) (a) (i=0〜70) この実施形態の場合には、第二の構成部品の帯域幅を決定する必要があり、そ
の後で、Pulse[1]に対する類似の式を決定する必要がある。この決定は
下記式により行われる。 Pulse[1]:Sum(X0,i+1−X0,i)2/(T/8) (b) (i=0〜54) 二つの構成部品からなるパルスの全帯域幅=(a)+(b)
は0.4、または、システムが、例えば、帯域幅だけを必要とする場合には、電
力およびBERに対しては0、帯域幅に対して1というように)、上記誤差関数
を加重することによりパルスをシステム要件に基づいて特に設計することができ
る。問題がある場合には、もっと多くの加重を追加することができる。唯一の制
約は、全加重は+1に等しくなければならないという制限である。
=0〜55)により表わされる。未知数に対する適当な数値を決定し、それによ
りパルス波形を推定するために、例えば、従来の在庫最適化装置により、式の最
小化が行われる。 (例えば、上記の方法により)必要なコスト・パラメータにより定義されたパ
ルス関数の実行について以下に説明する。
実施形態に示すように、周波数領域内で、(GSM用の)ガウシアン信号/(C
DMA用の)ルートレイズドコサイン信号を供給する、従来の送信機のキャリヤ
・ゼネレータ、105a、105bの代わりに、クロック205および構成部品
による歪を補償するために、パルス関数を適応できるように成形するためのデー
タを含む参照用テーブル206を使用する。この実施形態の場合には、参照用テ
ーブルのデータは、他のコスト関数の要件に適合するために、パルス関数を適応
できるように成形する。そうすることにより、特定の無線通信システムが、従来
使用していたタイプとは異なるタイプの変調器を使用することができる。例えば
、図4のGSM送信機の場合には、従来のように、GMSK変調器を変調器とし
て使用することができる。しかし、別の方法としては、QPSK変調器を変調器
として使用することができる。同様に、図5のCDMA送信機の場合には、1S
95のようなCDMAシステムで通常使用される、QPSK変調器を変調器30
4として使用することができる。しかし、別の方法としては、MSK変調の際に
使用されるような、連続位相変調器を変調器として使用することができる。変調
器204、304び出力信号の帯域幅は、参照用テーブル206、306を作成
するために使用されるパルスのスペクトルに関連する。
より、データ速度を3だけ改善する方法が提案されてきた。本発明を使用すれば
、適当なコスト関数に適合するパルスを設計することによりデータ速度を高速化
することができる。従って、そのチャネルの周波数または時間を分割することに
より、現在のインフラストラクチャを引続き使用することができる。
の送信機は、現在のGSM送信機に類似していて、この実施形態の場合には、変
調器204は、MSK変調器である。しかし、この強化GSM送信機は、ビット
・シーケンス201に働きかけるための、異なるパルス関数を定義する、参照用
テーブル206aおよび206bを備える。参照用テーブル206aは、1秒間
当り9.6キロビットの現在のデータ速度を持つ、音声に働きかけることができ
る、パルス関数を定義しているデータを含む。この参照用テーブルのデータは、
ガウス曲線に対応することができ、そのため、上記データは、GSMで現在使用
されているのと同じ変調(すなわち、GMSK)を行う。しかし、好適には、上
記データは、例えば、もっと厳格なコスト関数用に最適化され、先行歪を与える
パルス関数のような本発明のパルス関数を定義しているデータを含むことが好ま
しい。
に働きかけるためのパルス関数を定義するデータを含む。上記パルス関数は、ハ
ッキリと、データ用途が、遥かに改善されたデータ速度を必要とするように、音
声用途のために必要なコスト関数とは異なるコスト関数に基づいて設計される。
スイッチ211は、必要な用途のために、変調器と適当な参照用テーブルとの間
を接続する。 すでに説明したように、いくつかの効率およびそれに関連する非効率を持つ変
調スキームにより、特定の無線通信システムに対する変調スキームを柔軟に選択
できなかった。しかし、ある種のシステムのコスト関数要件に適合する、適当な
パルス波形を供給して、これらの束縛をなくすことにより、柔軟性がもっと向上
する。
共通の変調器604を備える。共通の変調器を使用することができるのは、特定
の変調スキームのコスト関数の制限が、この実施形態の場合には、それぞれ、G
SMおよびCDMAのコスト関数要件に適合し、送信機の構成部品による歪を補
償する、パルス波形をそれぞれ定義する、二つの参照用テーブル606aおよび
606bを持つ、送信機により緩和されたからである。理解していただけると思
うが、GSM動作およびCDMA動作の両方の動作のために、多数の構成部品を
使用することができ、二つの構成部品を必要とする場合には、一つのスイッチが
使用される。上記スイッチは、送信機の動作により、二つの構成部品の間に設置
される。例えば、CDMAモードの場合には、ビット・シーケンス601をゴー
ルド・コード・エンコーダ603によりコード化しなければならない。それ故、
上記スイッチは、ゴールド・コード・エンコーダとの接続を行い、一方、GSM
モードの場合には、直ちに変調器に切り換える。同様に、GSMモードの場合に
は、GSM参照用テーブル606aがパルス成形を行い、スイッチ611が接続
を行い、それにより、ビット・シーケンスをこの参照用テーブル内のデータによ
り成形することができる。最後に、電力アンプを、送信機の動作の適当なモード
用の、フィルタ・ネットワークに接続するために、スイッチ612が設置されて
いる。
数に低減するために、少なくとも一段の中間周波段501を通り、その後で、信
号はI成分およびQ成分に分割され、ミキサ502aおよび502b、および低
域フィルタ503aおよび503bにより、信号からキャリヤが除去される。そ
の後で、信号は、アナログ−デジタル変換器504aおよび504bにより、ア
ナログ信号からデジタル信号に変換され、復調器段505に送られる。この段に
おいて、復調、等化および解読等が行われる。
する、本発明のパルス波形の決定方法である。第一の変調テーブルは、線形構成
部品(再構成フィルタ)による歪を補償するパルス関数を供給し、第二の変調テ
ーブルは、電力アンプによる歪を補償するパルス関数を供給する。これらのパル
ス波形は、ノキア5100および6100シリーズ(例えば、5110、513
0、6130、6150)のような参照用テーブルに記憶することができる。
かまたは上記すべての問題を緩和しようがしまいが、本明細書にハッキリと、ま
たは一般的な形で記載した任意の新規な特徴または特徴の組合せを含む。 上記説明を読めば、当業者なら、本発明の範囲内で種々の修正を行うことがで
きることにすぐ気がつくだろう。 本出願の一部である付録1は、引用によって本明細書の記載に援用する。
タを補償する際に使用する期間のブロック図である。
)はそれぞれ通常のアンプの、必要なスペクトルと、補償してないスペクトルと
、補償したスペクトルである。
である。(c)〜(f)は通常の電力アンプの補償していないスペクトルと、理
想的なスペクトルと、補償したスペクトルである。
Claims (39)
- 【請求項1】 送信機の構成部品による歪を補償するために、無線通信シス
テムにおいて、送信用のデータ・ストリームに働きかけるためのパルス関数の周
波数と振幅との間の関係を定義するための方法であって、 無線通信システム要件および補償対象の歪に基づいて必要なコスト・パラメー
タを定義するステップと、 前記必要なコスト・パラメータにより周波数範囲内の前記パルス関数の前記振
幅を定義するステップとを含む方法。 - 【請求項2】 請求項1に記載の方法において、 前記補償が、非直線性歪に対する補償である方法。
- 【請求項3】 請求項2に記載の方法において、 補償対象の前記歪を定義するステップが、第一および第二の歪を定義するステ
ップを含む方法。 - 【請求項4】 請求項3に記載の方法において、 前記第一および第二の歪が、異なる構成部品の許容値に関連する方法。
- 【請求項5】 請求項3または請求4に記載の方法において、 前記方法が、前記第一および第二の歪を加重する方法。
- 【請求項6】 請求項1乃至5の何れかに記載の方法において、 前記補償が、前記送信機の線形構成部品による歪に対する補償である方法。
- 【請求項7】 請求項6に記載の方法において、 前記補償が、再構成フィルタによる歪に対する補償である方法。
- 【請求項8】 請求項2乃至5の何れかに記載の方法において、 前記補償が、前記送信機の非線形構成部品による歪に対する補償である方法。
- 【請求項9】 請求項8に記載の方法において、 前記補償が、電力アンプによる歪に対する補償である方法。
- 【請求項10】 送信機の第一および第二の構成部品による歪を補償するた
めに、無線通信システムにおいて、送信用のデータ・ストリームに働きかけるた
めのパルス関数の周波数と振幅との間の関係を定義するための方法であって、 前記第一の構成部品のために必要なコスト・パラメータにより、ある周波数範
囲内で、前記パルス関数の振幅を定義するための前記請求項1乃至9の何れかに
記載の方法と、 前記第二の構成部品に対する補償対象の歪に基づいて、前記第二の構成部品に
対するコスト・パラメータを定義するステップと、 前記第二の構成部品のコスト・パラメータ、および前記第一の構成部品に対し
て定義した前記パルス関数により、ある周波数範囲内の前記パルス関数の振幅を
定義するステップとを含む方法。 - 【請求項11】 請求項10に記載の方法において、 請求項6または7の何れかによる場合で、前記第二の構成部品による歪に対す
る前記補償が、非直線性歪に対する補償である方法。 - 【請求項12】 請求項11に記載の方法において、 前記補償が、前記送信機の非線形構成部品による歪に対する補償である方法。
- 【請求項13】 請求項1乃至12の何れかに記載の方法において、 前記必要なコスト・パラメータが、構成部品の許容値、電力効率、スペクトル
効率、ビット誤り率、AFC、ナイキストおよびエネルギーを含む一つまたはそ
れ以上のグループから選択される方法。 - 【請求項14】 請求項1乃至13の何れかに記載の方法において、 必要なコスト・パラメータが、TDMA無線通信システム要件に基づいて定義
される方法。 - 【請求項15】 請求項1乃至14の何れかに記載の方法において、 前記必要なコスト・パラメータが、GSM要件に基づいて定義される方法。
- 【請求項16】 請求項14または請求項15に記載の方法において、 前記パルス関数が、ガウス波形のパルスが送信できるように定義される方法。
- 【請求項17】 請求項1乃至13の何れかに記載の方法において、 必要なコスト・パラメータが、CDMA要件に基づいて定義される方法。
- 【請求項18】 請求項17に記載の方法において、前記パルス関数が、平
方根二乗余弦パルスが送信できるように定義される方法。 - 【請求項19】 請求項1乃至18の何れかに記載の方法において、 ある周波数範囲内の前記パルス関数の振幅が、コスト・パラメータのバランス
が受け入れることができるようになるまで、前記パルス関数が変更され、前記コ
スト・パラメータが決定される反復プロセスにより定義される方法。 - 【請求項20】 請求項1乃至19の何れかに記載の方法において、 前記方法が、各コスト・パラメータを加重するステップを含む方法。
- 【請求項21】 請求項20に記載の方法において、 コスト・パラメータ間の受け入れることができるバランスが、各加重により各
コストを最適化することにより達成される方法。 - 【請求項22】 請求項21に記載の方法において、 前記最適化が、最適化装置コンピュータ・プログラムにより行われる方法。
- 【請求項23】 請求項1乃至22の何れかに記載の方法により定義された
関係に従って成形されたパルス関数に従って、データ・ストリームを変換するた
めのパルス関数ゼネレータ。 - 【請求項24】 無線通信システムで、送信するための信号を供給するため
の変調器であって、 請求項23に記載の前記パルス関数ゼネレータにより、データ・ストリームを
成形するための手段を備える変調器。 - 【請求項25】 請求項24に記載の変調器において、 前記成形手段が、参照用テーブルを備える変調器。
- 【請求項26】 通信装置用のトランシーバであって、請求項24または請
求項25に記載の変調器と復調器とを備えるトランシーバ。 - 【請求項27】 通信システムで動作することができる通信装置であって、
請求項26に記載のトランシーバを備える通信装置。 - 【請求項28】 あるチャネルが、周波数とタイムスロットとの組合せであ
るTDMA無線通信システムにおいて第一のモードで、またCDMA無線通信シ
ステムにおいて第二のモードで動作することができ、前記第一および第二の動作
モードで、所定の変調スキームに従って、データ・ストリームをキャリヤ信号で
変調するための変調器と、無線電話の動作モード、および前記送信機の構成部品
による歪に応じて、各パルス関数に従って、データ・ストリームを成形するため
のパルス関数ゼネレータとを備えるデュアル・モード通信装置。 - 【請求項29】 第一の組のコスト・パラメータが必要な場合には、第一の
モードで動作することができ、第二の組のコスト・パラメータが必要な場合には
、第二のモードで動作することができるデュアル・モード通信装置であって、前
記無線電話が、 第一の組の必要なコスト・パラメータに基づいて成形したパルス関数に従って
、データ・ストリームを変換するための第一のパルス関数ゼネレータと、 第二の組の必要なコスト・パラメータに基づいて成形したパルス関数に従って
、データ・ストリームを変換するための第二のパルス関数ゼネレータと、 前記無線電話の動作モードに従って、前記パルス関数ゼネレータを選択するた
めの手段とを備え、 少なくとも一つのパルス関数が、請求項1乃至22の何れかに記載の前記方法
の中のどれかで定義された関係に従って成形される、デュアル・モード通信装置
。 - 【請求項30】 請求項29に記載の通信装置において、 前記第一のモードの場合には第一のデータ速度で、前記第二のモードの場合に
は第二のデータ速度で動作することができる通信装置。 - 【請求項31】 請求項29に記載のデュアル・モード通信装置において、
前記第一のデータ速度が、音声用途をサポートし、前記第二のデータ速度がデー
タ用途をサポートする通信装置。 - 【請求項32】 第一の組のコスト・パラメータが必要な場合には第一のモ
ードで動作することができ、第二の組のコスト・パラメータが必要な場合には第
二のモードで動作することができるデュアル・モード通信装置であって、 無線電話が、前記第一および第二の動作モードで所定の変調スキームに従って
、データ・ストリームをキャリヤ信号で変調するための変調器と、 第一の組の必要なコスト・パラメータ、および前記送信機の構成部品による歪
に基づいて成形されたパルス関数に従って、データ・ストリームを成形するため
の第一のパルス関数ゼネレータと、 第二の組の必要なコスト・パラメータ、および送信機び構成部品による歪に基
づいて成形されたパルス関数に従って、データ・ストリームを成形するための第
二のパルス関数ゼネレータと、 前記無線電話の動作モードに従って、前記パルス関数ゼネレータを選択するた
めの手段とを備える、デュアル・モード通信装置。 - 【請求項33】 所定の送信機を使用する通信システム用の変調スキームを
選択するための方法であって、 請求項1乃至22の何れかに記載の前記方法に従って、第一の変調スキーム用
のパルス関数を定義するステップと、 必要な同じコスト・パラメータ用の第二の変調スキーム用のパルス関数を定義
するステップと、 各スキーム用の合成コスト・パラメータを決定するステップと、 優れた合成コスト・パラメータを所与の必要な形に成形する、変調スキームを
選択するステップとを含む方法。 - 【請求項34】 前記送信機の構成部品による歪を補償するために、無線通
信システムにおいて、送信用のデータ・ストリームに働きかけるための、パルス
関数の周波数と振幅との間の関係を定義するための方法であって、添付の図面の
中の任意の一つの図面、または図面の任意の組合せを参照しながら、および/ま
たはこれらの図面に示す、今まで実質的に記載してきた方法。 - 【請求項35】 添付の図面の中の任意の一つの図面、または図面の任意の
組合せを参照しながら、および/またはこれらの図面に示す、今まで実質的に記
載してきた変調スキームを選択するための方法。 - 【請求項36】 添付の図面の中の任意の一つの図面、または図面の任意の
組合せを参照しながら、および/またはこれらの図面に示す、今まで実質的に記
載してきたパルス関数ゼネレータ。 - 【請求項37】 添付の図面の中の任意の一つの図面、または図面の任意の
組合せを参照しながら、および/またはこれらの図面に示す、今まで実質的に記
載してきた通信装置で、送信用の信号を供給するための変調器。 - 【請求項38】 添付の図面の中の任意の一つの図面、または図面の任意の
組合せを参照しながら、および/またはこれらの図面に示す、今まで実質的に記
載してきた無線電話用の送信機および/または受信機。 - 【請求項39】 添付の図面の中の任意の一つの図面、または図面の任意の
組合せを参照しながら、および/またはこれらの図面に示す、今まで実質的に記
載してきた無線電話。
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